本實用新型涉及一種取心鉆具，尤其是一種取心鉆具單動裝置，屬于地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在地質(zhì)巖心鉆探領(lǐng)域，取心鉆進作業(yè)時，經(jīng)常發(fā)生取心鉆具的內(nèi)總成跟動外總成(即高速旋轉(zhuǎn)的外總成帶動內(nèi)總成以一定的速度同向旋轉(zhuǎn))的現(xiàn)象。取心鉆進時，鉆具外總成高速旋轉(zhuǎn)，單動軸承存在的滾動摩擦阻力F1，內(nèi)、外總成之間的鉆井液也存在摩擦阻力F2，F(xiàn)1和F2是鉆具內(nèi)總成跟動的主要原因，且鉆具轉(zhuǎn)速越高，跟動現(xiàn)象越嚴重，因此，在井底動力(渦輪鉆具、螺桿鉆具)取心鉆進、小直徑地表驅(qū)動取心鉆進時，跟動現(xiàn)象尤為明顯。

取心鉆進過程中，內(nèi)總成跟動是一種有害的現(xiàn)象，一方面會造成巖心破碎，降低巖心的原狀性，增加巖心利用難度；另一方面也會造成巖心堵心，降低回次進尺和取心率，從而降低鉆進效率，增加工程成本。針對上述問題，傳統(tǒng)的解決方法是被動地增加泥漿的潤滑性，以減小內(nèi)、外總成間鉆井液的摩擦阻力F2，從而減弱跟動現(xiàn)象，但這既增加了取心鉆進成本，又不能從根本上消除內(nèi)總成跟動現(xiàn)象。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種取心鉆具單動裝置，它在傳統(tǒng)單動裝置的基礎(chǔ)上增加提供內(nèi)總成反轉(zhuǎn)力的機構(gòu)(以下簡稱反轉(zhuǎn)機構(gòu))，從而徹底消除內(nèi)總成的跟動現(xiàn)象，達到提高巖心采取率和回次進尺的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是：

一種取心鉆具單動裝置，由上接頭、反轉(zhuǎn)機構(gòu)、軸承腔、單動軸承和心軸組成；所述上接頭和軸承腔通過螺紋連接方式裝配；所述心軸通過上下兩排單動軸承安裝于軸承腔中；所述反轉(zhuǎn)機構(gòu)由筒狀殼體和固定在殼體內(nèi)腔中的反轉(zhuǎn)葉輪組成，所述殼體以間隙配合方式套裝在上接頭的中心孔內(nèi)，其下端通過反向螺紋結(jié)構(gòu)與心軸連接。

上述取心鉆具單動裝置，所述反轉(zhuǎn)機構(gòu)的殼體與上接頭的中心孔的配合間隙為2mm。

上述取心鉆具單動裝置，所述反轉(zhuǎn)葉輪為單組螺旋葉片結(jié)構(gòu)，其旋向與鉆具外總成旋轉(zhuǎn)方向相反。

上述取心鉆具單動裝置，所述反轉(zhuǎn)葉輪為三組螺旋葉片結(jié)構(gòu)，其三組螺旋葉片沿周向均勻布置，每一組螺旋葉片的旋向與鉆具外總成旋轉(zhuǎn)方向相反。

上述取心鉆具單動裝置，所述反轉(zhuǎn)葉輪包括沿軸向布置的若干組渦輪，在每一組渦輪中設(shè)有若干葉片，在與取心鉆具單動裝置軸線平行的切面上，所述葉片的葉型曲線在P區(qū)域的函數(shù)表達式為：

yp＝5.6790865-0.4926923x-0.1215985x²+0.04100393x³-0.0025592x⁴

+0.0000442x⁵；

葉片的葉型曲線在S區(qū)域的函數(shù)表達式為：

ys＝4.1168499-1.2776876x-0.0142479x²+0.0303192x³-0.001409x⁴

+0.0000025x⁵。

上述取心鉆具單動裝置，所述葉片的葉型曲線入射端圓弧半徑R1＝0.75mm，其圓心坐標為(0.75,4.3751)；出射端圓弧半徑R2＝0.4mm，其圓心坐標為(10.6082,8.5742)。

本實用新型在采用上述技術(shù)方案后，具有如下技術(shù)進步的效果：

本實用新型在傳統(tǒng)的取心鉆具單動裝置上增加阻止內(nèi)總成跟動的反轉(zhuǎn)機構(gòu)，當鉆井液泥漿從反轉(zhuǎn)機構(gòu)的內(nèi)部空隙通過時，固定在反轉(zhuǎn)機構(gòu)殼體上的反轉(zhuǎn)葉片會給其提供一反轉(zhuǎn)力F0，該反轉(zhuǎn)力F0通過反轉(zhuǎn)機構(gòu)殼體、心軸傳遞給鉆具內(nèi)總成，以抵消由單動軸承滾動摩擦阻力F1及鉆井液摩擦阻力F2傳遞給內(nèi)總成的跟動驅(qū)動力，從而從根本上消除跟動現(xiàn)象。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，造價低，不影響鉆具結(jié)構(gòu)，便于推廣，因此可大大提高巖心質(zhì)量和采取率，增加回次進尺，提高鉆進效益。

附圖說明

圖1是本實用新型的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是反轉(zhuǎn)機構(gòu)第一實例剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是反轉(zhuǎn)機構(gòu)第二實例剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是反轉(zhuǎn)機構(gòu)第三實例剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是反轉(zhuǎn)機構(gòu)第三實例中渦輪結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖5的K向視圖；

圖7是圖6中A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是圖7中I處葉型的曲線圖像。

圖中各標號清單為：

1、上接頭，2、反轉(zhuǎn)機構(gòu)，2-1、殼體，2-2、單組螺旋葉片結(jié)構(gòu)，2-3、三組螺旋葉片結(jié)構(gòu)，2-4、渦輪，2-4-1、渦輪葉片，3、軸承腔，4、單動軸承，5、心軸。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型做進一步詳細說明：

參看圖1，一種取心鉆具單動裝置，由上接頭1、反轉(zhuǎn)機構(gòu)2、軸承腔3、單動軸承4和心軸5組成；所述上接頭1和軸承腔3通過螺紋連接方式裝配；所述心軸5通過上下兩排單動軸承4安裝于軸承腔3中；所述反轉(zhuǎn)機構(gòu)2由筒狀殼體2-1和固定在殼體2-1內(nèi)腔中的反轉(zhuǎn)葉輪組成，所述殼體2-1以間隙配合方式套裝在上接頭1的中心孔內(nèi)，其下端通過反向螺紋結(jié)構(gòu)與心軸5連接；所述反轉(zhuǎn)機構(gòu)2的殼體2-1與上接頭1的中心孔的配合間隙為2mm。在鉆具鉆進過程中，泥漿從反轉(zhuǎn)機構(gòu)2的內(nèi)部空隙通過，給反轉(zhuǎn)葉輪提供一反轉(zhuǎn)力F0，通過反轉(zhuǎn)機構(gòu)殼體2-1將F0傳遞給鉆具內(nèi)總成，從而抵消內(nèi)總成的跟動力，消除跟動現(xiàn)象。

參看圖2，本實用新型所述的取心鉆具單動裝置的第一實施例，其反轉(zhuǎn)葉輪為單組螺旋葉片結(jié)構(gòu)2-2，單組螺旋葉片的旋向與鉆具外總成旋轉(zhuǎn)方向相反，通過焊接方式固定在反轉(zhuǎn)機構(gòu)2殼體2-1上。以井眼鉆進為例，取心鉆具單動裝置中各零部件結(jié)構(gòu)尺寸為：上接頭1的內(nèi)通徑為反轉(zhuǎn)機構(gòu)2殼體2-1的外徑為內(nèi)腔直徑為單組螺旋葉片結(jié)構(gòu)2-2的葉片厚度為3mm，軸向總長為0.5個螺距長度，螺距P＝400mm。

參看圖3，本實用新型所述的取心鉆具單動裝置的第二實施例，其反轉(zhuǎn)葉輪為三組螺旋葉片結(jié)構(gòu)2-3，三組螺旋葉片沿周向均勻布置，每一組螺旋葉片的旋向與鉆具外總成旋轉(zhuǎn)方向相反，三組螺旋葉片通過焊接方式固定在反轉(zhuǎn)機構(gòu)2殼體2-1上。以井眼鉆進為例，取心鉆具單動裝置中各零部件結(jié)構(gòu)尺寸為：上接頭1的內(nèi)通徑為反轉(zhuǎn)機構(gòu)2殼體2-1的外徑為內(nèi)腔直徑為三組螺旋葉片結(jié)構(gòu)2-3的葉片厚度為3mm，軸向總長為1個螺距長度，螺距P＝200mm。

參看圖4，本實用新型所述的取心鉆具單動裝置的第三實施例，其反轉(zhuǎn)葉輪包括沿軸向布置的若干組渦輪2-4，在每一組渦輪2-4中設(shè)有若干葉片2-4-1，在與取心鉆具單動裝置軸線平行的切面上，所述葉片2-4-1的葉型曲線在P區(qū)域的函數(shù)表達式為：

yp＝5.6790865-0.4926923x-0.1215985x²+0.04100393x³-0.0025592x⁴

+0.0000442x⁵；

葉片的葉型曲線在S區(qū)域的函數(shù)表達式為：

ys＝4.1168499-1.2776876x-0.0142479x²+0.0303192x³-0.001409x⁴

+0.0000025x⁵；

葉片2-4-1的葉型曲線入射端圓弧半徑R1＝0.75mm，其圓心坐標為(0.75,4.3751)；出射端圓弧半徑R2＝0.4mm，其圓心坐標為(10.6082,8.5742)。以井眼鉆進為例，取心鉆具單動裝置中各零部件結(jié)構(gòu)尺寸為：上接頭1的內(nèi)通徑為反轉(zhuǎn)機構(gòu)2殼體2-1的外徑為內(nèi)腔直徑為渦輪2-4的葉柵大徑為小徑為沿圓周方向均布20個葉片。