[发明专利]一种绳索取芯工具及方法

权利要求书

1.一种绳索取芯工具，主要由上壳体(1)、吊环(2)、导流头(3)、支撑筒(4)、涡轮轴(5)、扶正轴承(6)、涡轮转子(7)、涡轮定子(8)、转子支撑套(9)、定子支撑套(10)、下壳体(11)、支撑轴承组(12)、内调节套(13)、外调节套(14)、行星轮套(15)、螺栓(16)、防尘圈(17)、轴承挡圈(18)、防掉端盖(19)、圆锥滚子轴承(20)、销轴(21)、止推轴承(22)、行星轮(23)、减速筒(24)、盖板(25)、传动轴(26)、活塞缸(27)、密封圈(28)、活塞杆(29)、锁紧销(30)、岩芯筒(31)、外取芯钻头(32)、内取芯钻头(33)、岩芯爪(34)和泥浆挡圈(35)组成，其特征在于：所述上壳体(1)与下壳体(11)、下壳体(11)与外取芯钻头(32)、吊环(2)与导流头(3)、导流头(3)与支撑筒(4)、支撑筒(4)与行星轮套(15)、涡轮轴(5)与转子支撑套(9)、转子支撑套(9)与传动轴(26)、减速筒(24)与活塞缸(27)、活塞杆(29)与岩芯筒(31)、岩芯筒(31)与内取芯钻头(33)、锁紧销(30)与活塞缸(27)间均采用螺纹连接；所述涡轮轴(5)的上方设有入口流道P，减速筒(24)的下端设有泄流通道M，转子支撑套(9)的中部及岩芯筒(31)的上部均设有径向流道；所述涡轮轴(5)的上端与支撑筒(4)之间设有扶正轴承(6)用于扶正转动的涡轮轴(5)；所述涡轮轴(5)外部设有台阶用于限制涡轮转子(7)的轴向运动，涡轮转子(7)通过转子支撑套(9)压紧固定于涡轮轴(5)上，支撑筒(4)内壁设有台阶用于限制涡轮定子(8)的轴向运动，涡轮定子(8)通过定子支撑套(10)压紧固定于支撑筒(4)内，定子支撑套(10)放置于支撑轴承组(12)上；所述行星轮套(15)、螺栓(16)、防尘圈(17)、轴承挡圈(18)、防掉端盖(19)、圆锥滚子轴承(20)、销轴(21)、止推轴承(22)、行星轮(23)、减速筒(24)和盖板(25)共同组成取芯工具的减速机构；所述泥浆挡圈(35)呈空心圆筒状。

2.根据权利要求1所述的一种绳索取芯工具，其特征在于：所述上壳体(1)与支撑筒(4)之间通过锥形花键连接，上壳体(1)内壁均布有8条锥形槽，支撑筒(4)外部均布有4条锥形凸筋；所述支撑筒(4)的锥形凸筋与上壳体(1)的锥形槽配合，取芯工具内部零件的重量均通过锥形花键施加于上壳体(1)上，未与锥形凸筋配合的另外4条锥形槽则形成过流通道；所述活塞杆(29)与活塞缸(27)之间通过直花键连接，锁紧销(30)限制活塞杆(29)相对活塞缸(27)的轴向运动。

3.根据权利要求1所述的一种绳索取芯工具的方法，其特征在于：所述吊环(2)上端用于与绳索连接，当取芯工具完成取芯时，可将除上壳体(1)、下壳体(11)和外取芯钻头(32)之外的零件所组成的取芯工具内部装置整体提出；当未进行取芯作业时，取芯工具内部的流体一部分进入上壳体(1)的未与锥形凸筋配合的4条锥形槽并流至井底，另一部分通过入口流道P进入支撑筒(4)内部，但由于进入支撑筒(4)内部的流体先后经过入口流道P、涡轮轴(5)的径向流道、涡轮机构、转子支撑套(9)的径向流道和泄流通道M，其压耗较大，因此流体主要通过锥形槽流至井底；另一方面，由于活塞杆(29)上下两端的压差不大，因此锁紧销(30)无法被剪断；当进行取芯作业时，向工具内部投入泥浆挡圈(35)，泥浆挡圈(35)停留于上壳体(1)内部锥形花键的上端并将上壳体(1)内壁的锥形槽封堵，此时工具内部的流体无法通过锥形槽而只能经过入口流道P和涡轮轴(5)的径向流道流入涡轮机构中，流体驱动涡轮转子(7)转动并进一步带动涡轮轴(5)、转子支撑套(9)、传动轴(26)一起高速转动，传动轴(26)的高速转动经过减速机构的作用转化成减速筒(24)的低速转动，并进一步带动活塞缸(27)、活塞杆(29)、岩芯筒(31)、内取芯钻头(33)低速转动；另一方面，由涡轮机构排出的流体经转子支撑套(9)的径向流道和传动轴(26)的内筒，流向活塞杆(29)上端，由于活塞杆(29)上端面被封堵流体只能通过泄流通道M排至活塞缸(27)与下壳体(11)形成的环空中，在此过程中，流体作用于活塞杆(29)上端面并给活塞杆(29)向下的推力，在推力作用下锁紧销(30)被剪断，活塞杆(29)向下运动并驱动内取芯钻头(33)作用于地层，取芯过程中内取芯钻头(33)的转速和钻压分别由减速筒(24)的转速和活塞杆(29)上端面所受推力决定，岩芯进入岩芯筒(31)后压缩岩芯筒(31)内部的流体，流体通过岩芯筒(31)上端的径向流道排出。