阅读说明：本技术 一种液压推进回转式绳索取心钻进系统及其取心方法 (Hydraulic propelling rotary type rope coring drilling system and coring method thereof ) 是由 陈云龙 蔡家品 刘协鲁 李春 阮海龙 赵义 贾美玲 梁涛 刘海龙 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种液压推进回转式绳索取心钻进系统及其取心方法,与钻杆连接；包括取心外管总成,以及通过带有钢丝绳的绳索打捞器放入或提出取心外管总成的取心内管总成；取心外管总成的顶部与钻杆连通；取心内管总成包括由上至下依次连接的绳索打捞机构、悬挂机构、剪切滑动机构、密封机构、高速回转管和取心器机构；高速回转管在钻杆内的高压泥浆驱动下转动解锁剪切滑动机构,使高速回转管能够同时上下滑动,并带动取心器机构回转钻进地层中取得圆柱状样品。本发明设计了简单可靠的液压推进回转钻进系统,依靠钻杆内高压泥浆驱动高速回转管,推动取心器机构回转取心钻进,解决了复杂地层钻探岩心采取率低及效率低的难题。(The invention discloses a hydraulic propelling rotary rope coring drilling system and a coring method thereof, wherein the hydraulic propelling rotary rope coring drilling system is connected with a drill rod; comprises a coring outer pipe assembly and a coring inner pipe assembly which is put into or put out of the coring outer pipe assembly through a rope fisher with a steel wire rope; the top of the coring outer tube assembly is communicated with a drill rod; the coring inner tube assembly comprises a rope fishing mechanism, a hanging mechanism, a shearing sliding mechanism, a sealing mechanism, a high-speed rotary tube and a coring device mechanism which are sequentially connected from top to bottom; the high-speed rotary pipe is driven by high-pressure slurry in the drill rod to rotate, unlock and shear the sliding mechanism, so that the high-speed rotary pipe can slide up and down simultaneously, and the coring device mechanism is driven to rotate to drill into the stratum to obtain the cylindrical sample. The invention designs a simple and reliable hydraulic propelling rotary drilling system, drives a high-speed rotary pipe by means of high-pressure slurry in a drill rod, pushes a coring mechanism to perform rotary coring drilling, and solves the problems of low core sampling rate and low efficiency in complex stratum drilling.)

一种液压推进回转式绳索取心钻进系统及其取心方法

技术领域

本发明涉及钻探领域，更具体的说是涉及一种液压推进回转式绳索取心钻进系统及其取心方法，适用于湖泊、江河、海洋等钻探取心施工。

背景技术

随着国民经济的快速发展及国家海洋强国战略的实施，水域特别是海洋资源勘查工作任务大幅增加，钻探取心是获取海底实物资料的唯一手段，如何高效获取海底高质量地质样品，对于我国海洋科学研究及能源发展具有十分重要的意义。

目前，我国对于海洋勘查钻探取心技术的研究才刚刚起步，工程实践极为有限，尤其对于海底基岩钻探取心来说，不仅岩心采取率低，而且钻进效率很低。

因此，如何提供一种无隔水管工况下的高效绳索取心钻进系统及其取心方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种液压推进回转式绳索取心钻进系统，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种液压推进回转式绳索取心钻进系统，与钻杆连接；包括：取心外管总成，以及通过带有钢丝绳的绳索打捞器放入或提出所述取心外管总成的取心内管总成；

所述取心外管总成的顶部与所述钻杆连通；

所述取心内管总成包括由上至下依次连接的绳索打捞机构、悬挂机构、剪切滑动机构、密封机构、高速回转管和取心器机构；所述绳索打捞机构用于与所述绳索打捞器连接；所述悬挂机构用于连接所述绳索打捞机构和所述剪切滑动机构；所述密封机构用于连接所述剪切滑动机构和所述高速回转管，并形成密封空间获取泥浆压力；所述高速回转管在所述钻杆内的高压泥浆驱动下转动解锁所述剪切滑动机构，使所述高速回转管能够同时上下滑动，并带动所述取心器机构回转钻进地层中取得圆柱状样品。

通过上述技术方案，本发明设计了简单可靠的液压推进回转钻进系统，依靠钻杆内高压泥浆驱动高速回转管，推动取心器机构回转取心钻进，解决了复杂地层钻探岩心采取率低及效率低的难题，对我国深地深海科学研究及勘查事业有着积极的促进作用。

优选的，在上述一种液压推进回转式绳索取心钻进系统中，所述绳索打捞机构包括绳索打捞矛头、滑动管、弹簧、弹卡和弹卡座；绳索打捞矛头通过开口弹性销连接在所述滑动管上；所述弹簧与所述弹卡安装在所述弹卡座内，所述弹卡和所述弹卡座通过开口弹性销连接，所述弹簧处于绷紧状态将所述弹卡撑开，与所述取心外管总成内壁卡接定位；所述弹卡座通过螺纹与所述悬挂机构连接。通过弹卡的设置能够实现对高速回转管的反扭功能。

优选的，在上述一种液压推进回转式绳索取心钻进系统中，所述悬挂机构包括悬挂环和连接座；所述悬挂环套设在所述弹卡座上，所述连接座和所述弹卡座通过螺纹连接并将所述悬挂环夹紧固定。连接结构稳定可靠。

优选的，在上述一种液压推进回转式绳索取心钻进系统中，所述剪切滑动机构包括导向管外套、限位接头、导向管和剪切销钉；所述导向管外套一端与所述连接座通过螺纹连接；所述限位接头与所述导向管外套的另一端通过螺纹连接；所述导向管同轴套设在所述导向管外套内部，且与所述限位接头滑动连接，使其与所述导向管外套能够产生轴向的滑动；所述剪切销钉通过螺纹安装在所述导向管外套的剪切孔上，并插入所述导向管的端头侧壁。导向管与导向管外套在取心钻进前处于相对静止状态，取心钻进时剪断剪切销钉，导向管相对于导向管外套不能回转，但能上下自由滑动，当高速回转管驱动取心器机构进入地层取心钻进时，带动导向管向下滑动，至限位接头处时，完成一次取心钻进，限位接头对取心内管总成有锁止功能，起到限位作用。

优选的，在上述一种液压推进回转式绳索取心钻进系统中，所述密封总成机构包括密封上座、密封组和密封下座；所述密封上座与所述导向管通过螺纹连接；所述密封组套设在所述密封上座上；所述密封下座与所述密封上座通过螺纹连接，并夹紧固定所述密封组，所述密封下座通过螺纹与所述高速回转管连接。密封机构可在密封外管内上下自由滑动，形成密封空间，并由此获取泥浆压力，驱动高速回转管，推动取心器机构回转取心钻进。

优选的，在上述一种液压推进回转式绳索取心钻进系统中，所述取心器机构包括外管接头、单动组件、外管、岩心卡取组件、钻头、内管和扩孔器；所述外管接头通过螺纹与所述高速回转管连接；所述单动组件一端通过螺纹与所述外管接头连接；所述外管一端与所述单动组件连接；所述岩心卡取组件的一端通过螺纹与所述外管的另一端连接；所述钻头通过螺纹与所述岩心卡取组件的另一端连接；所述内管同轴套设在所述外管内部，且一端与所述单动组件固定连接；所述扩孔器与所述内管的另一端固定连接。能够有效实现钻心取样。

优选的，在上述一种液压推进回转式绳索取心钻进系统中，所述取心外管总成包括通过螺纹依次连接的钻杆接头、弹卡室、座环室、密封外管、扶正器和取心钻头；所述钻杆接头通过螺纹与所述钻杆连接。取心外管总成能够有效与取心内管总成配合连接。

优选的，在上述一种液压推进回转式绳索取心钻进系统中，所述座环室内套设有座环；所述座环靠近所述弹卡室与所述座环室的连接端头。能够进一步提高连接结构的稳定性和密封效果。

优选的，在上述一种液压推进回转式绳索取心钻进系统中，所述弹卡卡设在所述弹卡室内，能够实现对所述高速回转管的反扭功能。

本发明还提供了一种液压推进回转式绳索取心钻进系统的取心方法，包括以下步骤：

S1、组装取心内管总成，用带有钢丝绳的绳索打捞器将取心内管总成投入钻杆中，并最终进入取心外管总成内，完成钻具总成的组装；

S2、通过解卡装置将绳索打捞器解卡，提出打捞器，开启泥浆泵循环系统，开始取心；

S3、调整泥浆泵排量，依靠泥浆压力驱动高速回转管剪断剪切销钉，推动取心器机构回转取心钻进；

S4、完成设定的取心行程后，泥浆泵压力通过泄压孔短时间内突然下降，表明取心钻进结束；

S5、将绳索打捞器投入钻杆中，通过绳索打捞系统将取心内管总成提离地层，完成取心作业；

S6、启动泥浆泵，取心外管总成扫孔至下一次取心位置，准备下一次取心作业。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种液压推进回转式绳索取心钻进系统及其取心方法，设计了简单可靠的液压推进回转钻进系统，依靠钻杆内高压泥浆驱动高速回转管，推动取心器机构回转取心钻进，解决了复杂地层钻探岩心采取率低及效率低的难题，对我国深地深海科学研究及勘查事业有着积极的促进作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的外部结构示意图；

图2附图为本发明提供的取心外管总成的剖视图；

图3附图为本发明提供的取心内管总成的剖视图；

图4附图为本发明提供的绳索打捞机构和悬挂机构连接的局部剖视放大图；

图5附图为本发明提供的悬挂机构、剪切滑动机构、密封机构和高速回转管连接的局部剖视放大图；

图6附图为本发明提供的高速回转管和取心器机构连接的局部剖视放大图。

其中：

1-钻杆接头；

2-弹卡室；

3-座环；

4-座环室；

5-密封外管；

6-扶正器；

7-取心钻头；

8-绳索打捞机构；

9-悬挂机构；

10-剪切滑动机构；

11-密封机构；

12-高速回转管；

13-取心器机构；

14-绳索打捞矛头；

15-滑动管；

16-弹簧；

17-弹卡；

18-弹卡座；

19-悬挂环；

20-连接座；

21-剪切销钉；

22-导向管；

23-导向管外套；

24-限位接头；

25-密封上座；

26-密封组；

27-密封下座；

28-外管接头；

29-单动组件；

30-外管；

31-内管；

32-扩孔器；

33-岩心卡取组件；

34-钻头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图1至附图6，本发明实施例公开了一种液压推进回转式绳索取心钻进系统，与钻杆连接；包括：取心外管总成，以及通过带有钢丝绳的绳索打捞器放入或提出取心外管总成的取心内管总成；

取心外管总成的顶部与钻杆连通；

取心内管总成包括由上至下依次连接的绳索打捞机构8、悬挂机构9、剪切滑动机构10、密封机构11、高速回转管12和取心器机构13；绳索打捞机构8用于与绳索打捞器连接；悬挂机构9用于连接绳索打捞机构8和剪切滑动机构10；密封机构11用于连接剪切滑动机构10和高速回转管12，并形成密封空间获取泥浆压力；高速回转管12在钻杆内的高压泥浆驱动下转动解锁剪切滑动机构10，使高速回转管12能够同时上下滑动，并带动取心器机构13回转钻进地层中取得圆柱状样品。

为了进一步优化上述技术方案，绳索打捞机构8包括绳索打捞矛头14、滑动管15、弹簧16、弹卡17和弹卡座18；绳索打捞矛头14通过开口弹性销连接在滑动管15上；弹簧16与弹卡17安装在弹卡座18内，弹卡17和弹卡座18通过开口弹性销连接，弹簧16处于绷紧状态将弹卡17撑开，与取心外管总成内壁卡接定位；弹卡17座通过螺纹与悬挂机构9连接。

为了进一步优化上述技术方案，悬挂机构9包括悬挂环19和连接座20；悬挂环19套设在弹卡座18上，连接座20和弹卡座18通过螺纹连接并将悬挂环19夹紧固定。

为了进一步优化上述技术方案，剪切滑动机构10包括导向管外套23、限位接头24、导向管22和剪切销钉21；导向管外套23一端与连接座20通过螺纹连接；限位接头24与导向管外套23的另一端通过螺纹连接；导向管22同轴套设在导向管外套23内部，且与限位接头24滑动连接，使其与导向管外套23能够产生轴向的滑动；剪切销钉21通过螺纹安装在导向管外套23的剪切孔上，并插入导向管22的端头侧壁。

为了进一步优化上述技术方案，密封总成机构11包括密封上座25、密封组26和密封下座27；密封上座25与导向管22通过螺纹连接；密封组26套设在密封上座25上；密封下座27与密封上座25通过螺纹连接，并夹紧固定密封组26，密封下座27通过螺纹与高速回转管12连接。

为了进一步优化上述技术方案，取心器机构13包括外管接头28、单动组件29、外管30、岩心卡取组件32、钻头34、内管31和扩孔器33；外管接头28通过螺纹与高速回转管12连接；单动组件29一端通过螺纹与外管接头28连接；外管30一端与单动组件29连接；岩心卡取组件32的一端通过螺纹与外管30的另一端连接；钻头34通过螺纹与岩心卡取组件32的另一端连接；内管31同轴套设在外管30内部，且一端与单动组件29固定连接；扩孔器33与内管31的另一端固定连接。

为了进一步优化上述技术方案，取心外管总成包括通过螺纹依次连接的钻杆接头1、弹卡室2、座环室4、密封外管5、扶正器6和取心钻头7；钻杆接头1通过螺纹与钻杆连接。

为了进一步优化上述技术方案，座环室4内套设有座环3；座环3靠近弹卡室2与座环室4的连接端头。

为了进一步优化上述技术方案，弹卡17卡设在弹卡室2内，能够实现对高速回转管12的反扭功能。

本发明提供的液压推进回转式绳索取心钻进系统的取心方法包括以下步骤：

S1、组装取心内管总成，用带有钢丝绳的绳索打捞器将取心内管总成投入钻杆中，并最终进入取心外管总成内，完成钻具总成的组装；

S2、通过解卡装置将绳索打捞器解卡，提出打捞器，开启泥浆泵循环系统，开始取心；

S3、调整泥浆泵排量，依靠泥浆压力驱动高速回转管12剪断剪切销钉21，推动取心器机构13回转取心钻进；

S4、完成设定的取心行程后，泥浆泵压力通过泄压孔短时间内突然下降，表明取心钻进结束；

S5、将绳索打捞器投入钻杆中，通过绳索打捞系统将取心内管总成提离地层，完成取心作业；

S6、启动泥浆泵，取心外管总成扫孔至下一次取心位置，准备下一次取心作业。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。