适用于海底钻机绳索取心钻具的卡口式快捷拆装内管总成
阅读说明：本技术 适用于海底钻机绳索取心钻具的卡口式快捷拆装内管总成 (Bayonet type quick-dismounting inner pipe assembly suitable for submarine drilling rig rope core drilling tool ) 是由 王佳亮 孙杨 彭奋飞 钱弟垒 于 2021-03-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于海底钻机绳索取心钻具的卡口式快捷拆装内管总成,括弹卡组件、单动组件、卡口式拆装装置及内管,所述的弹卡组件与单动组件连接,所述的卡口式拆装装置包括卡槽接头、压缩弹簧、弹簧导正座、滑套及卡棍接头；单动组件通过内管接头与卡槽接头连接；卡槽接头与内管接头分别设有弹簧孔和弹簧盲孔,弹簧孔与弹簧盲孔连通且同轴；压缩弹簧的一端与弹簧盲孔底部连接,另一端与弹簧导正座连接；所述的卡槽接头上设有长直孔,长直孔的长度方向沿着内管的轴线方向；滑套上设有销钉孔,销钉孔内设有圆柱销,卡槽接头与卡棍接头通过卡棍挂在卡槽上连接。本发明结构简单,操作快捷,可满足内管总成海底自动化快速拆装的需求。(The invention discloses a bayonet type quick dismounting inner pipe assembly suitable for a submarine drilling rig rope core drill, which comprises an elastic clamping component, a single-action component, a bayonet type dismounting device and an inner pipe, wherein the elastic clamping component is connected with the single-action component; the single-acting component is connected with the clamping groove joint through the inner pipe joint; the clamping groove joint and the inner pipe joint are respectively provided with a spring hole and a spring blind hole, and the spring hole is communicated and coaxial with the spring blind hole; one end of the compression spring is connected with the bottom of the spring blind hole, and the other end of the compression spring is connected with the spring guide seat; the clamping groove joint is provided with a long straight hole, and the length direction of the long straight hole is along the axial direction of the inner pipe; the sliding sleeve is provided with a pin hole, a cylindrical pin is arranged in the pin hole, and the clamping groove joint and the clamping rod joint are hung on the clamping groove through the clamping rod and connected. The invention has simple structure and quick operation, and can meet the requirement of automatic and quick assembly and disassembly of the inner pipe assembly on the seabed.)
技术领域
本发明涉及一种适用于海底钻机绳索取心钻具的卡口式快捷拆装内管总成。
背景技术
随着陆地矿产资源逐渐消耗殆尽，海洋资源因其储量巨大将成为未来社会经济发展的潜在替代能源。因此，近期围绕海洋矿产资源开发与利用的研究成为的热点方向。通过钻探技术直接从海底深部获取岩矿心是评价矿产储量、评估海底工程地质条件的直接方法。目前，海底岩心钻探作业主要有两种形式，其分别为大型钻探船取样和海底钻机取样。海底钻机比大型钻探船更具有作业效率高、隐蔽性强、对母船配置要求低等特点，在海洋地质勘探领域具有广泛的应用前景。
目前常用的适用于海底钻机的绳索取心钻具内管总成主要包括弹卡组件、单动组件以及内管。正常作业前钻探所需的全部内管总成需要放置在钻机的钻具盘内随海底钻机一同下放至海底。通常钻进220米深度需要一次性携带75根内管总成。由于内管总成中的弹卡组件、单动组件和内管均是采用螺纹连接，所以海底钻机不便于在海底对内管总成进行快速拆装。每次钻进结束后在海上需要对携带的全部内管总成中的弹卡组件和单动组件进行保养维护，辅助作业时间相比于陆域钻探工作量显著增加。此外，海底钻机受到回收绞车提升能力的限制，海底钻机对整机重量有严格限定要求。能够携带的内管总成数量与单根内管总成的重量直接相关。即单根内管总成过重则所能携带的内管总成总数量减小，从而直接影响了海底钻机的有效取心能力。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，操作快捷，可满足快速拆装的绳索取心钻具内管总成。
本发明采用的技术方案是：一种适用于海底钻机绳索取心钻具的卡口式快捷拆装内管总成，包括弹卡组件、单动组件、卡口式拆装装置及内管，所述的弹卡组件与单动组件连接，其特征是：所述的卡口式拆装装置包括卡槽接头、压缩弹簧、弹簧导正座、滑套及卡棍接头；单动组件通过内管接头与卡槽接头连接；卡槽接头与内管接头分别设有弹簧孔和弹簧盲孔，弹簧孔与弹簧盲孔连通且同轴；压缩弹簧的一端与弹簧盲孔底部连接，另一端与弹簧导正座连接；所述的卡槽接头上设有长直孔，长直孔的长度方向沿着内管的轴线方向；滑套套在卡槽接头上，滑套上设有销钉孔，销钉孔内设有圆柱销，圆柱销的轴线垂直于内管的中心线，圆柱销穿过卡槽接头上的长直孔；弹簧导正座支撑在圆柱销上；所述的卡槽接头底部设有多个卡槽，滑套的底部设有滑套卡槽；滑套卡槽的数量与卡槽的数量相同且对应于卡槽设置；所述的卡棍接头顶部设有若干卡棍，卡棍轴线垂直于内管轴线；卡棍的数量与卡槽数量相同且对应于卡槽设置，滑套卡槽和卡槽能够抱紧卡棍；卡棍接头与内管连接。
上述的适用于海底钻机绳索取心钻具的快捷拆装内管总成中，所述的每个卡槽设有一卡槽导向槽，卡槽导向槽与卡槽的一端连通，卡槽导向槽的两侧壁分别设有左导向斜坡和右导向斜坡；左导向斜坡和右导向斜坡与卡槽接头的轴线之间具有夹角;相邻的两导向槽在卡槽接头底面上形成尖点I。
高成应上述的适用于海底钻机绳索取心钻具的快捷拆装内管总成中，所述的滑套卡槽的一侧壁沿着轴线设置，另一侧壁的上部沿着轴线设置，另一侧壁的下部卡棍导向斜坡；卡棍导向斜坡下部为斜面，上部为弧形面，相邻的两滑套卡槽在滑套底面上形成尖点Ⅱ。
上述的适用于海底钻机绳索取心钻具的快捷拆装内管总成中，卡槽接头底面上的尖点I高于滑套底面上的尖点Ⅱ，尖点I与相对应的尖点Ⅱ在周向位置上相互错开，卡槽和相对应的滑套卡槽形成卡棍孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）本发明的内管总成上下端连接使用的是卡槽与卡棍配合连接的方式来代替现有的螺纹连接的方式，能够使海底钻机在机械手和旋转卡盘的配合下实现对内管总成的快捷拆装。通过一套内管总成上端与数根内管相配合的方式，大幅减少了内管总成上端的携带数量，有利于在钻机总质量一定的前提下进一步增加内管的携带数量，提高海底钻机的有效取心能力。
2）本发明装置具有盲装的特点，适合海底钻机远程自动化操作。
3）本发明相较于现有海底钻机绳索取心钻具的内管总成，因为仅需一套由弹卡组件和单动组件组成的内管总成上端部组件即可实现和多根内管进行组合搭配，因此，大幅降低了钻进结束后对内管总成进行维护保养的辅助工作时间和劳动强度。
附图说明
图1为本发明内管总成剖面示意图。
图2是本发明的卡口式拆装装置的剖面图。
图3为本发明的卡口式拆装装置的爆炸示意图。
图4为本发明卡槽接头结构示意图。
图5是本发明滑套结构示意图。
图6是本发明卡棍接头结构示意图。
图7是本发明内管组装一般情况结构示意图。
图8是本发明内管组装特殊情况结构示意图。
图9是本发明内管拆卸结构示意图。
图中：1-弹卡组件；2-单动组件；3-卡槽接头；4-压缩弹簧；5-弹簧导正座；6-圆柱销；7-滑套；8-卡棍接头；9-内管；021-内管接头；031-弹簧腔室；032-卡槽；033-左导向斜坡；034-右导向斜坡；071-滑套导向斜坡；072-滑套卡槽；081-卡棍。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明包括弹卡组件1、单动组件2、卡口式拆装装置及内管9。弹卡组件1与单动组件2上端连接。
所述的卡口式拆装装置包括卡槽接头3、压缩弹簧4、弹簧导正座5、圆柱销6、滑套7及卡棍接头8；单动组件2下端通过内管接头021与卡槽接头3连接；卡槽接头3与内管接头021分别设有弹簧孔031和弹簧盲孔，弹簧,031与弹簧盲孔连通且同轴；压缩弹簧4一端与弹簧盲孔底部连接，另一端与弹簧导正座5连接。所述的卡槽接头3上设有长直孔，长直孔的长度方向沿着内管的轴线方向。滑套7套在卡槽接头上，滑套7上设有销钉孔，销钉孔内设有圆柱销6，圆柱销6的轴线垂直于内管9的中心线，圆柱销6穿过卡槽接头上的长直孔，弹簧导正座5支撑在圆柱销6上。
所述的卡槽接头3底部设有四个卡槽032，滑套7的底部设有四个滑套卡槽072，滑套卡槽072的数量与卡槽032的数量相同且对应于卡槽032设置。所述的每个卡槽032设有一卡槽导向槽，卡槽导向槽与卡槽032的一端连通，卡槽导向槽的两侧壁分别设有左导向斜坡033和右导向斜坡034；左导向斜坡033和右导向斜坡034与卡槽接头3的轴线具有夹角。相邻的两导向槽在卡槽接头底面上形成尖点I。所述的滑套卡槽072的一侧壁沿着轴线设置，另一侧壁的上部沿着轴线设置，另一侧壁的下部卡棍导向斜坡071；卡棍导向斜坡071下部为斜面，上部为弧形面，相邻的两滑套卡槽在滑套底面上形成尖点Ⅱ。所述的卡槽接头3底面上的尖点I高于滑套7底面上的尖点Ⅱ，尖点I与相对应的尖点Ⅱ在周向位置上相互错开，卡槽032和相对应的滑套卡槽072形成卡棍孔。所述的卡棍接头8顶部设有若干卡棍081，卡棍081轴线垂直于内管9的轴线；卡棍081的数量与卡槽032数量相同且对应于卡槽设置，滑套卡槽072和相对应的卡槽032形成卡棍孔能够抱紧相对应的卡棍081。卡棍接头8与内管9连接。压缩弹簧4通过弹簧导正座5挤压圆柱销6，使得与圆柱销连接的滑套7将卡槽接头3的卡槽032处于紧闭状态。
本发明的具体使用方法如下：
内管总成安装步骤：正常安装情况，如图7所示，海底钻机主机械手将由内管9及卡棍接头8螺纹连接组成的内管总成下端从钻具库取出，移置海底钻机旋转卡盘上方，并使内管总成下端、旋转卡盘以及由钢丝绳牵引的打捞机构钩住的内管总成上端处于同一轴线上，旋转卡盘向上运动夹住内管9，撤走主机械手。然后由钢丝绳牵引打捞机构使内管总成上端轴向向下运动，直到卡槽接头3的右导向斜坡034或滑套导向斜坡071接触到卡棍接头8的卡棍081，继续向下运动，因卡槽接头3与单动组件2连接能实现转动，从而使得卡棍081沿着右导向斜坡034或滑套导向斜坡071运动到卡槽032与导向槽连通处；继续将内管总层上端向下运动，使得卡棍081将在压缩弹簧4压力下的滑套7顶上去，然后通过海底钻机副机械手夹住单动组件2，控制其周向转动，依靠海底钻机旋转卡盘将卡棍接头8旋转一定角度转入卡槽032内远离导向槽端，此时滑套7失去卡棍081施加的径向压力，在压缩弹簧4的复位作用下下滑，使得卡槽032紧闭；滑套卡槽072与卡槽032形成卡棍孔限制卡棍081的周向转动，从而实现内管9与单动组件2的同步转动，安装完毕。
如遇特殊情况，如图8所示，滑套7的底部的尖端刚好顶到卡棍081时，继续保持内管总成上端轴向运动，使得卡棍081将滑套7顶上去，卡棍081接触到卡槽接头3的左导向斜坡033，并沿着左导向斜坡033运动到卡槽032与导向槽连通处，后面过程与上述的安装过程一致，安装完毕。
内管总成拆卸步骤：如图9所示，当内管总成被打捞出后，海底钻机机械手将其移置海底钻机旋转卡盘上方后，旋转卡盘向上运动夹住内管9，撤走主机械手；然后利用海底钻机副机械手将卡口式拆装装置的滑套7夹住向上滑，使滑套7的滑套卡槽072对卡棍081的旋转限制解除，然后通过海底钻机旋转卡盘带动卡棍接头8旋转一定角度转出卡槽032，卡槽接头3与卡棍接头8分开，拆卸完成。