本發(fā)明涉及一種定位機(jī)構(gòu)，尤其是一種適用于繩索取心鉆進(jìn)的防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)，屬于鉆井設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

為了掌握地下地質(zhì)情況，通常采用鉆井取心的方式直接獲得真實(shí)可靠的地下巖層資料，早期采用單管鉆具全面提鉆獲得巖心，隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，雙管鉆具得到廣泛應(yīng)用，尤其是匹配繩索取心鉆進(jìn)的取心鉆具以其鉆進(jìn)效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、成本低、鉆孔事故少等優(yōu)點(diǎn)而被應(yīng)用于固體礦產(chǎn)地質(zhì)勘探、復(fù)雜地層鉆進(jìn)、水文地質(zhì)勘探、石油鉆井勘察等多個(gè)勘察鉆探領(lǐng)域。

繩索取心鉆進(jìn)是一種可不提出鉆頭、鉆具外管和鉆桿，從孔底取出巖心的方法。連接著鉆頭的外巖心管與容納巖心的內(nèi)巖心管，利用彈卡定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位，打撈時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)脫開(kāi)。在鉆進(jìn)一定進(jìn)尺不超過(guò)內(nèi)巖心管長(zhǎng)度后，停泵停鉆，自地面從鉆桿內(nèi)用細(xì)鋼絲繩下入打撈器，下放至孔底撈取鉆具內(nèi)管，然后上提脫卡，使內(nèi)外管分離，從鉆桿內(nèi)將內(nèi)管鉆具及巖心提到地面進(jìn)行取心，巖心取出后，重新將內(nèi)管鉆具從鉆桿內(nèi)投入到井底，定位機(jī)構(gòu)再次卡住，開(kāi)泵循環(huán)，繼續(xù)進(jìn)行取心鉆進(jìn)。

現(xiàn)有技術(shù)中匹配繩索取心方法的防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)采用單鉸接點(diǎn)彈卡或球卡結(jié)構(gòu)，其中單鉸接點(diǎn)彈卡結(jié)構(gòu)在復(fù)雜地層鉆井取心時(shí)，容易出現(xiàn)巖心管堵塞的情況，如附圖1所示，在正常鉆進(jìn)取心時(shí)，單鉸接點(diǎn)彈卡結(jié)構(gòu)的彈卡1所處位置距離彈卡擋頭3底面預(yù)留有一定空間，不影響彈卡1向鉆具內(nèi)回轉(zhuǎn)，圖2為內(nèi)管發(fā)生堵心后，回收管2上移，彈卡1與彈卡擋頭3底面頂死，彈卡1失去回轉(zhuǎn)空間，與彈卡擋頭3、彈卡室4、鉸鏈A及彈卡架形成剛性結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致彈卡1回收失效，此時(shí)只能將井內(nèi)鉆具提至地表進(jìn)行處理，大大降低了鉆進(jìn)取心效率，提高了操作者勞動(dòng)強(qiáng)度及施工成本；雖然球卡定位結(jié)構(gòu)可以有效解決鉆具內(nèi)管頂死問(wèn)題，但由于球與彈卡室為點(diǎn)接觸，巖心堵塞嚴(yán)重時(shí)，彈卡室受鋼球作用力極大，使用過(guò)程中存在彈卡室膨脹裂開(kāi)現(xiàn)象，容易造成孔內(nèi)事故。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種可靠性好、實(shí)用性強(qiáng)、能有效地解決雙管鉆具在復(fù)雜地層鉆進(jìn)時(shí)無(wú)法打撈內(nèi)管的問(wèn)題、提高取心鉆進(jìn)工作效率、降低操作者勞動(dòng)強(qiáng)度的防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)，包括雙鉸鏈彈卡組件、頂針定位組件和彈簧復(fù)位組件；所述雙鉸鏈彈卡組件設(shè)有彈卡、扭簧、第一銷(xiāo)軸、支撐板、第二銷(xiāo)軸、彈卡架、彈卡擋頭和彈卡室，所述彈卡架布置在彈卡室中，在彈卡架中設(shè)有容納槽，所述彈卡、支撐板布置在彈卡架的容納槽中，彈卡、支撐板均包括左右對(duì)稱(chēng)的兩部分，在其每一部分中，彈卡上設(shè)置的回轉(zhuǎn)孔與第一銷(xiāo)軸間隙配合裝配，所述支撐板設(shè)有為彈卡提供回轉(zhuǎn)空間的避讓槽，所述第一銷(xiāo)軸兩端固定在避讓槽兩個(gè)側(cè)壁上，所述支撐板還設(shè)有與第二銷(xiāo)軸間隙配合的第二銷(xiāo)軸孔，所述第二銷(xiāo)軸兩端固定在彈卡架容納槽側(cè)壁上，所述扭簧將左右兩個(gè)彈卡連接起來(lái)，所述彈卡擋頭安裝在彈卡室上方，所述彈卡室布置在雙管鉆具外管的上端；所述頂針定位組件、彈簧復(fù)位組件與雙鉸鏈彈卡組件配裝。

上述防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)，所述頂針定位組件包括頂針、圓柱銷(xiāo)和回收管，所述頂針上端以間隙配合方式套裝在圓柱銷(xiāo)上，頂針下端嵌裝在雙鉸鏈彈卡組件的支撐板左右兩部分中間，所述回收管由上回收管和下回收管組成，所述圓柱銷(xiāo)兩端固定在下回收管的側(cè)壁上。

上述防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)，所述彈簧復(fù)位組件設(shè)有上定位座、復(fù)位彈簧、下定位座和雙頭螺柱，所述下定位座安裝在上回收管與下回收管接合部位，所述雙頭螺柱下端穿過(guò)下定位座與彈卡架上端連接，雙頭螺柱上端與上定位座連接，所述復(fù)位彈簧與雙頭螺柱套裝，位于上定位座和下定位座之間。

上述防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)，所述雙鉸鏈彈卡組件還設(shè)有支撐座，所述支撐座位于支撐板下方，固定安裝在彈卡架上。

上述防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)，所述第一銷(xiāo)軸、第二銷(xiāo)軸均為彈性銷(xiāo)結(jié)構(gòu)；所述第一銷(xiāo)軸兩端與設(shè)置在支撐板避讓槽兩個(gè)側(cè)壁上的第一銷(xiāo)軸孔過(guò)盈配合裝配；所述第二銷(xiāo)軸兩端與彈卡架上的第三銷(xiāo)軸孔過(guò)盈配合裝配。

上述防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)，所述彈卡設(shè)有扭簧孔，彈卡通過(guò)所述扭簧孔與扭簧一端連接。

上述防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)，所述上回收管與下回收管通過(guò)螺紋連接方式連接。

上述防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)，所述雙頭螺柱在與上定位座、彈卡架連接處設(shè)有鎖緊螺母。

本發(fā)明在采用上述技術(shù)方案后，具有如下技術(shù)進(jìn)步的效果：

本發(fā)明通過(guò)雙鉸鏈彈卡組件、頂針定位組件和彈簧復(fù)位組件的配合，解決了在彈卡與彈卡擋頭底面頂死情況下彈卡回收失效問(wèn)題，其工作原理是：當(dāng)取心鉆具內(nèi)管出現(xiàn)堵心現(xiàn)象后，彈卡與彈卡擋頭底面處于頂死狀態(tài)，彈卡、彈卡擋頭、彈卡室、支撐板及彈卡架形成剛性結(jié)構(gòu)；此時(shí)下放打撈器撈取內(nèi)管，使回收管向上移動(dòng)，通過(guò)圓柱銷(xiāo)帶動(dòng)頂針向上移動(dòng)到指定位置，解除頂針下端對(duì)左右兩個(gè)支撐板的定位約束作用，釋放支撐板的回轉(zhuǎn)自由度，實(shí)現(xiàn)支撐板向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)彈卡的回轉(zhuǎn)中心向下、向內(nèi)移動(dòng)，從而釋放足夠的空間，化解彈卡與彈卡擋頭底面頂死后出現(xiàn)的剛性結(jié)構(gòu)，在下回收管的推力作用下，彈卡與彈卡擋頭分離；回收管繼續(xù)上移，將彈卡推入到鉆具內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)彈卡的回收并解卡，從而保證了內(nèi)管打撈作業(yè)的順利進(jìn)行。由此可見(jiàn)，本發(fā)明解決了雙管鉆具在復(fù)雜地層鉆進(jìn)時(shí)無(wú)法打撈內(nèi)管的問(wèn)題，有效地提高了取心鉆進(jìn)工作效率、降低了操作者勞動(dòng)強(qiáng)度。

附圖說(shuō)明

圖1是正常鉆進(jìn)取心時(shí)單鉸接點(diǎn)彈卡狀態(tài)示意圖；

圖2是內(nèi)管發(fā)生堵心后單鉸接點(diǎn)彈卡狀態(tài)示意圖；

圖3是本發(fā)明所述防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是彈卡結(jié)構(gòu)示意圖(以右側(cè)彈卡為例)；

圖5是支撐板結(jié)構(gòu)示意圖(以右側(cè)支撐板為例)；

圖6是圖5的側(cè)視圖；

圖7是彈卡架主剖視圖；

圖8是彈卡架側(cè)剖視圖；

圖9至圖11是防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)解卡過(guò)程示意圖；

圖12是本發(fā)明在彈卡與彈卡擋頭底面處于頂死狀態(tài)下受力分析圖。

圖中各標(biāo)號(hào)表示為：1、彈卡，1-1、回轉(zhuǎn)孔，1-2、扭簧孔，2、回收管，2-1、上回收管，2-2、下回收管，3、彈卡擋頭，4、彈卡室，5、支撐板，5-1、第一銷(xiāo)軸孔，5-2、避讓槽，5-3、第二銷(xiāo)軸孔，6、支撐座，7、懸掛環(huán)，8、彈卡架，8-1、第三銷(xiāo)軸孔，8-2、容納槽，9、第二銷(xiāo)軸，10、第一銷(xiāo)軸，11、頂針，12、圓柱銷(xiāo)，13、扭簧，14、下定位座，15、雙頭螺柱，16、復(fù)位彈簧，17、上定位座，18、外管，19、座環(huán)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：

參看圖3至圖8，一種防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)，包括雙鉸鏈彈卡組件、頂針定位組件和彈簧復(fù)位組件；所述雙鉸鏈彈卡組件設(shè)有彈卡1、扭簧13、第一銷(xiāo)軸10、支撐板5、第二銷(xiāo)軸9、彈卡架8、彈卡擋頭3和彈卡室4；所述彈卡架8布置在彈卡室4中，在彈卡架8中設(shè)有容納槽8-2，所述彈卡1、支撐板5布置在彈卡架8的容納槽8-2中，彈卡1、支撐板5均包括左右對(duì)稱(chēng)的兩部分，在其每一部分中，彈卡1上設(shè)置的回轉(zhuǎn)孔1-1與第一銷(xiāo)軸10間隙配合裝配，所述支撐板5設(shè)有為彈卡提供回轉(zhuǎn)空間的避讓槽5-2、與第二銷(xiāo)軸9間隙配合的第二銷(xiāo)軸孔5-3，所述第一銷(xiāo)軸10、第二銷(xiāo)軸9均為彈性銷(xiāo)結(jié)構(gòu)，第一銷(xiāo)軸10兩端與設(shè)置在支撐板5避讓槽5-2兩個(gè)側(cè)壁上的第一銷(xiāo)軸孔5-1過(guò)盈配合裝配，所述第二銷(xiāo)軸9兩端與彈卡架8上的第三銷(xiāo)軸孔8-1過(guò)盈配合裝配，所述彈卡1上還設(shè)有扭簧孔1-2，所述扭簧13兩端分別固定在左右兩個(gè)彈卡1的扭簧孔1-2中，所述彈卡擋頭3安裝在彈卡室4上方，所述彈卡室4布置在雙管鉆具外管18的上端；所述頂針定位組件、彈簧復(fù)位組件與雙鉸鏈彈卡組件配裝。

參看圖3，在本發(fā)明所述的防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)中，所述頂針定位組件用于非解卡狀態(tài)時(shí)對(duì)支撐板5定位，頂針定位組件包括頂針11、圓柱銷(xiāo)12和回收管2，所述頂針11上端以間隙配合方式套裝在圓柱銷(xiāo)12上，頂針11下端嵌裝在雙鉸鏈彈卡組件的支撐板5左右兩部分的中間，所述回收管2由上回收管2-1和下回收管2-2組成，所述上回收管2-1與下回收管2-2通過(guò)螺紋連接方式連接，所述圓柱銷(xiāo)12兩端固定在下回收管2-2的側(cè)壁上。

參看圖3，在本發(fā)明所述的防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)中，所述彈簧復(fù)位組件用于非解卡狀態(tài)時(shí)限定下回收管2-2與彈卡架8的相對(duì)位置，彈簧復(fù)位組件設(shè)有上定位座17、復(fù)位彈簧16、下定位座14和雙頭螺柱15，所述下定位座14安裝在上回收管2-1與下回收管2-2接合部位，所述雙頭螺柱15下端穿過(guò)下定位座14與彈卡架8上端連接，雙頭螺柱15上端上定位座17連接，在雙頭螺柱15在與上定位座17、彈卡架8連接處設(shè)有鎖緊螺母，所述復(fù)位彈簧16與雙頭螺柱15套裝，位于上定位座17和下定位座14之間。

參看圖9、圖10、圖11，本發(fā)明所述的防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)，在取心鉆具內(nèi)管出現(xiàn)堵心現(xiàn)象時(shí)，彈卡1與彈卡擋頭3底面處于頂死狀態(tài)，彈卡1、彈卡擋頭3、彈卡室4、支撐板5及彈卡架8形成剛性結(jié)構(gòu)(如圖9所示)；此時(shí)下放打撈器撈取內(nèi)管，使回收管2向上移動(dòng)，通過(guò)圓柱銷(xiāo)12帶動(dòng)頂針11向上移動(dòng)到指定位置，解除頂針下端對(duì)左右兩個(gè)支撐板5的定位約束作用，釋放支撐板的回轉(zhuǎn)自由度，實(shí)現(xiàn)支撐板5向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)彈卡1的回轉(zhuǎn)中心向下、向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而釋放足夠的空間，化解彈卡1與彈卡擋頭3底面頂死后出現(xiàn)的剛性結(jié)構(gòu)，在下回收管2-2的推力作用下，彈卡1與彈卡擋頭3分離(如圖10所示)；回收管2繼續(xù)上移，將彈卡1推入到鉆具內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)彈卡的回收并解卡，從而保證了內(nèi)管打撈作業(yè)的順利進(jìn)行。

參看圖12，本發(fā)明所述的防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)，在取心鉆具內(nèi)管出現(xiàn)堵心現(xiàn)象時(shí)，彈卡1與彈卡擋頭3底面處于頂死狀態(tài)，彈卡1、彈卡擋頭3、彈卡室4、支撐板5及彈卡架8形成剛性結(jié)構(gòu)，此時(shí)彈卡1底部與支撐板5避讓槽5-2底部接觸，支撐板5底部與支撐座6接觸，彈卡擋頭3對(duì)彈卡1施加的壓力F傳遞給支撐板5，分解為對(duì)頂針11的壓力N1和對(duì)支撐座6的壓力N2，由于頂針11兩側(cè)壓力N1大小相等、方向相反、二者相互抵消，頂針11處于受力平衡狀態(tài)，作用在支撐座6上的壓力N2經(jīng)彈卡架8及鉆具的懸掛環(huán)7、座環(huán)19、外管18傳遞到孔底，在此狀態(tài)下，圓柱銷(xiāo)12、第一銷(xiāo)軸10、第二銷(xiāo)軸9均處于不受力狀態(tài)，避免了因銷(xiāo)軸斷裂引發(fā)的鉆井事故，從而大大提高了防頂死式雙管鉆具定位機(jī)構(gòu)的可靠性。