[发明专利]一种深井取芯装置及其操作方法

权利要求书

1.一种深井取芯装置，主要由上壳体（1）、涡轮轴（2）、扶正轴承（3）、涡轮定子（4）、涡轮转子（5）、导流接头（6）、定子支撑套（7）、传动轴（8）、上支承轴承组（9）、内调节套（10）、外调节套（11）、过渡接头（12）、防掉端盖（13）、螺栓（14）、中壳体（15）、下支承轴承组（16）、锁紧帽（17）、轴承挡圈（18）、圆锥滚子轴承（19）、行星轮套（20）、销轴（21）、行星轮（22）、盖板（23）、止推轴承（24）、芯轴接头（25）、下壳体（26）、钢球（27）、取芯筒（28）、岩芯爪（29）、芯筒扶正器（30）、取芯钻头（31）组成，其特征在于：所述上壳体（1）的上端与上部钻杆连接，其下端通过螺纹与过渡接头（12）连接；所述涡轮轴（2）设有径向流道，涡轮轴（2）与上壳体（1）的内壁间设有扶正轴承（3），涡轮轴（2）通过螺纹与导流接头（6）连接；所述定子支撑套（7）将涡轮定子（4）压紧固定于上壳体（1）的内壁，导流接头（6）将涡轮转子（5）压紧固定于涡轮轴（2）上，导流接头（6）设有径向流道，导流接头（6）通过螺纹与传动轴（8）连接；所述上支承轴承组（9）的内圈与外圈分别压紧固定于传动轴（8）的外壁与上壳体（1）的内壁，内调节套（10）与外调节套（11）分别用于调节上支承轴承组（9）的内圈与外圈的松紧程度，内调节套（10）与外调节套（11）分别由传动轴（8）的台阶和过渡接头（12）的端面支撑；所述防掉端盖（13）通过螺栓（14）固定于中壳体（15）的上端，防掉端盖（13）为半圆环状且其内圈嵌入过渡接头（12）的凹槽处；所述过渡接头（12）与中壳体（15）间设有下支承轴承组（16），下支承轴承组（16）的内圈与外圈分别压紧固定于过渡接头（12）的外壁与中壳体（15）的内壁，防掉端盖（13）与锁紧帽（17）分别用于压紧下支承轴承组（16）的内圈与外圈；所述轴承挡圈（18）通过螺栓（14）固定于行星轮套（20）上，轴承挡圈（18）用于限制圆锥滚子轴承（19）的轴向位移，所述盖板（23）通过螺栓（14）固定于行星轮套（20）上，行星轮套（20）与行星轮（22）间设有销轴（21）；所述中壳体（15）与下壳体（26）通过螺纹连接，芯轴接头（25）与下壳体（26）上端的台阶间设有止推轴承（24），芯轴接头（25）的中段设有径向流道，芯轴接头（25）与取芯筒（28）通过螺纹连接，在取芯筒（28）的上端设有钢球（27）；所述岩芯爪（29）与取芯筒（28）的下端通过螺纹连接；所述芯筒扶正器（30）与取芯筒（28）的下端通过螺纹连接，在芯筒扶正器（30）的外部设有轴向流道；所述取芯钻头（31）通过螺纹与下壳体（26）连接。

2.根据权利要求1所述的一种深井取芯装置，其特征在于：所述钢球（27）的外径大于取芯筒（28）的内径。

3.根据权利要求1所述的一种深井取芯装置，其特征在于：所述岩芯爪（29）上设有倒锥齿使得岩芯（32）只能向上移动。

4.根据权利要求1所述的一种深井取芯装置的操作方法，其特征在于：所述上壳体（1）与上部钻杆连接，当由上部钻杆向下的流体进入所述取芯装置后，通过涡轮轴（2）的径向流道进入由涡轮定子（4）和涡轮转子（5）组成的涡轮级；由于涡轮定子（4）与涡轮转子（5）分别固定于上壳体（1）和涡轮轴（2）上，在流体的作用下，涡轮转子（5）高速转动，并进一步带动涡轮轴（2）、导流接头（6）、传动轴（8）高速转动；所述涡轮定子（4）、定子支撑套（7）、上支承轴承组（9）的外圈、外调节套（11）均由过渡接头（12）端部压紧；所述涡轮轴（2）、扶正轴承（3）、涡轮转子（5）、导流接头（6）、传动轴（8）、上支承轴承组（9）内圈的重量以及作用于涡轮轴（2）和涡轮转子（5）上的水推力均通过上支承轴承组（9）并最终作用于过渡接头（12）的端部；所述防掉端盖（13）的数量为2片，其作用在于防止中壳体（15）及其下部零件从过渡接头（12）脱落；所述轴承挡圈（18）、圆锥滚子轴承（19）、行星轮套（20）、销轴（21）、行星轮（22）、盖板（23）共同组成减速单元，高速转动的传动轴（8）在经减速单元作用后驱动中壳体（15）低速转动，中壳体（15）进一步带动下壳体（26）及取芯钻头（31）低速转动；当未进行取芯作业时，由于钢球（27）的作用，进入芯轴接头（25）的流体无法由取芯筒（28）的中心通过，流体由芯轴接头（25）的径向流道进入取芯筒（28）与下壳体（26）间的环空并流向井底；当进行取芯作业时，进入芯轴接头（25）的流体仍然由其径向流道进入取芯筒（28）与下壳体（26）间的环空并流向井底，由取芯钻头（31）钻取的岩芯（32）随后进入岩芯爪（29），岩芯爪（29）上设有的倒锥齿使得岩芯（32）只能上移而无法下移，在岩芯（32）向上移动的过程中，取芯筒（28）内的流体在岩芯（32）的作用下将钢球（27）顶开并由取芯筒（28）逐渐外排，使得由流体占据的取芯筒（28）内部的空间逐渐被岩芯（32）替代；根据取芯钻头（31）的进尺可计算所取岩芯（32）的长度，在取得所需长度的岩芯（32）后，便可将所述取芯装置提出井口，然后依次将取芯钻头（31）、芯筒扶正器（30）和岩芯爪（29）拆卸并取出岩芯；所述的取芯装置，可以直接由取芯装置内部的传动轴（8）将动力传至中壳体（15）并传至取芯钻头（31），无需像常规钻井一样转动整根钻柱，可避免深井扭矩过大而使钻柱断裂，因此适用于深井的取芯作业。