[发明专利]微型井下侧壁环形槽切割工具

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种岩土工程技术领域的装置，具体是一种微型井下侧壁环形槽切割工具。

背景技术

在土木水利等工程领域，有时需要在工程地质钻孔的孔壁上进行岩石切割，以获得符合某种要求的岩石样品。比如，对于一些特殊的井下孔壁围岩切割任务，不仅对切取的岩石样品的完整性有较为严格的要求，而且希望切割后形成的岩样呈圆柱形，这就需要有很特别的钻进切削工具来实现。

目前尚未见到有关在钻孔孔壁上切割呈“悬臂梁”状的圆柱状岩样的专门工具。但值得借鉴的技术工具主要是钻探领域里普遍被采用的侧壁取样工具，这类工具的主要用途是利用它在钻孔侧壁上获取岩石样品或岩芯，并将岩样送回地面供分析地层资料之用。目前国内外在探矿、油气开采、土木水利等地质探查领域里所采用的侧壁取样工具主要如下几种形式：人工偏斜式取样、连续切割式取样、压入式取样、侧钻式取样、射孔式取样、水力喷射式取样和刮削式取样等。利用这些专门的取样工具，一般可在不同的岩层获得不同质量和规格的岩石样品，并可满足地球科学研究领域的各种不同需求。

经对现有技术的文献检索发现，葛修润编著的《大陆科学钻探的意义、现状和未来(研究报告)》(中国科学院武汉岩土力学研究所，1998年12月，第106～116页)，对现有的侧壁取样工具进行了系统的总结，并指出在松散岩矿层，如煤层中，可以采用水力喷射式取样和刮削式取样。而在其它较硬的岩层中，可采用效率较高的水平钻进孔壁取样器，这类取样器主要由多芯电缆提升机构、动力电机、定位装置、钻进机具、提断岩样装置、取样筒转移机构、岩样容纳器等组成，结构比较复杂，外径也较大。由于其目的只是为了获得岩石样品，并用于岩性分析，而对岩石样品的质量本身一般都不做特殊要求，所以在钻孔侧壁上钻取的岩样多呈块状或碎屑状，无法获得相对完整且形状规则的岩样。另外，这种取样器在取样时所需的动力也比较大，使得整个取样器具的体积较大，适应性相对较差。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种微型井下侧壁环形槽切割工具，使其采用薄壁金刚石取芯钻头作为切削刀具，根据预先设定的钻进模式控制整个岩石切割过程，完钻后可在孔壁围岩内形成“悬臂梁”状的圆柱状岩样，该圆柱状岩样可被用于相关的工程测试。钻具在钻孔内工作过程中，工具系统良好的刚性可保证切削刀具在垂直于钻孔轴线的平面内平稳钻进，并在孔壁围岩内切割成相对完整的圆柱状岩样，满足相关测量工作之需。

本发明是通过以下技术方案实施的，本发明包括：提升机构、密封电缆接头、电子设备仓、冷却泵仓、上封隔器、环形槽切割主工作部、推送机构、内缸套、下封隔器、下设备仓、外缸套、后工作窗、前工作窗，其中：提升机构与外缸套的上端部相连接，密封电缆接头与电子设备仓相连，作为电子设备仓的输出端口，电子设备仓位于提升机构下方，电子设备仓下方设有冷却泵仓，冷却泵仓下方设有上封隔器，上封隔器通过封隔器上支架固定于外缸套内，下封隔器通过隔离器下支架与外缸套下端部固定连接，环形槽切割主工作部与内缸套、推送机构装配成一体，并置于上封隔器和下封隔器之间，在位于上封隔器、下封隔器之间的外缸套上设有前工作窗和后工作窗，下设备仓位于外缸套的尾部。

所述环形槽切割主工作部，包括：旋转驱动电机、机座、联轴器、伞形齿轮副、主轴箱、带键齿钻具套、薄壁金刚石取芯钻头、钻具座、进给推送丝杆、进给机构支座、进给机构轴箱、进给步进电机、反力支撑机构，其中：旋转驱动电机竖直固定在机座上，通过联轴器与主轴箱的主动轴相连，主轴箱的主动轴通过伞形齿轮副与轴线处于水平位置的带键齿钻具套相连，带键齿钻具套与薄壁金刚石取芯钻头通过螺纹相连接，并支撑于钻具座上，钻具座契形底部装配在进给机构支座契形槽内，进给机构支座与进给机构轴箱固定连接，进给步进电机位于整个环形槽切割主工作部的底部，其轴线与薄壁金刚石取芯钻头轴线相平行，进给步进电机的主轴与进给机构轴箱输入端相连，进给机构轴箱输出端与进给推送丝杆相连，进给推送丝杆与进给机构轴箱可沿丝杆轴向作相对运动，反力支撑机构位于带键齿钻具套后端部的下方，与进给推送丝杆相连。

所述的推送机构，包括：基座、推送电机、变速箱、开式传动齿轮、推送丝杆，其中：推送电机固定在基座的下部，推送电机通过变速箱和开式传动齿轮与推送丝杆相连，推送丝杆与下封隔器的上支座中套上端通过内螺纹丝扣相配合。

所述外缸套，其与环形槽切割主工作部与内缸套、推送机构之间设有密封环。