[发明专利]一种定向取芯工具

说明书

本发明提供了一种定向取芯工具，包括外壳、钻头、下支点轴承组件、偏心组件、上悬臂轴承组件和芯轴，芯轴为中空结构，所述芯轴穿过偏心组件且两端分别与下支点轴承组件和上悬臂轴承组件连接，上悬臂轴承组件远离芯轴的一端与钻杆连接，下支点轴承组件远离芯轴的一端与钻头连接；下支点轴承组件包括壳体、定子机构、转子机构、第一支撑件、第二支撑件和驱动轴，所述壳体为空心柱状结构，所述驱动轴穿过壳体且输出端与钻头连接，而远离钻头的一端与芯轴连接，第一支撑件设置在驱动轴和壳体之间，第二支撑件设置在第一支撑件和壳体之间，所述定子机构与转子机构配合设置，且安装在第一支撑件和驱动轴之间。本发明能够完成定向取芯钻进作业。

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域的定向取芯工具，具体涉及一种定向取芯工具。

背景技术

定向取芯工具可根据预定轨迹实现定向钻进，同时连续不断地获取岩芯样品，可用于超前地质勘探领域。应用定向取芯工具可减小隧道建设风险，及时查出问题围岩和地下水位置，还可为海底隧道等长大隧道的可行性研究、设计和施工等提供有效的数据支撑。

现有的定向取芯工具多为指向钻头式工具，将偏心机构直接或间接偏置连接在钻头的主轴上，使其弯曲来控制钻头方向。然而，指向钻头式定向工具结构复杂，其轴承组件要求径向安装空间大且会限制芯轴的倾斜，无法将芯轴的倾斜完全传递到钻头，严重降低取芯钻进效率，无法适应地质勘探领域取芯作业环境，且因采用油润滑，需要严格的密封系统，结构复杂。

专利号为CN101586440B的发明专利公开了一种指向式旋转导向钻井工具，它包括一两端通透的中空外壳，外壳通过其上端的母扣与一空心钻铤相连通；外壳下端内插设有一空心芯轴，芯轴上部的杯状端口紧贴在外壳内壁上，紧挨杯状端口的芯轴上部外壁上由上至下依次环套固定有一上浮动密封总成和一支撑芯轴用的上浮动轴承；芯轴贯穿一安装固定在外壳内壁上的偏心机构；芯轴下端伸出外壳外，依次与一空心旋转头和一钻头相连接；外壳下端空腔内紧贴芯轴的外壁上由下至上依次环套有一下密封总成和一下固定轴承，下密封总成和下固定轴承均固定连接外壳的内壁和芯轴。但该发明所用下固定轴承限制了芯轴的倾斜，无法将芯轴的倾斜完全传递到钻头。且该轴承采用油润滑形式，对密封要求严格。

专利号为EP1308599A2的发明专利公开了一种支持定向钻孔的防旋转装置，包括了一种支点轴承组件，由1个调心滚子轴承和2个推力调心滚子轴承组成，用于支撑旋转钻井轴，并允许钻头在任何期望的方向上倾斜并且相对自由地旋转。但该发明所述轴承组件要求较大的径向安装空间，且受地质取芯直径限制，其导向系统复杂，尚不能适应地质取芯作业环境。此外，该支点轴承组件采用油润滑形式，其密封系统非常复杂。

综上所述，急需一种定向取芯工具以解决现有技术中存在的轴承组件限制了芯轴倾斜、径向安装空间大以及密封系统复杂的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种定向取芯工具，具体技术方案如下：

一种定向取芯工具，包括外壳、钻头、下支点轴承组件、偏心组件、上悬臂轴承组件和芯轴，所述钻头设置在所述外壳的端部，所述下支点轴承组件、偏心组件、上悬臂轴承组件和芯轴均设置在所述外壳中，所述芯轴为中空结构，所述芯轴穿过所述偏心组件且两端分别与下支点轴承组件和上悬臂轴承组件连接，所述上悬臂轴承组件远离芯轴的一端与钻杆连接，所述下支点轴承组件远离芯轴的一端与钻头连接；

所述下支点轴承组件包括壳体、定子机构、转子机构、第一支撑件、第二支撑件和驱动轴，所述壳体为空心柱状结构，所述驱动轴穿过所述壳体且输出端与钻头连接，而远离钻头的一端与芯轴连接，所述驱动轴用于将定向取芯工具产生的扭矩传递至钻头，所述第一支撑件设置在所述驱动轴和壳体之间，所述第二支撑件设置在所述第一支撑件和壳体之间，所述定子机构与转子机构配合设置，且安装在所述第一支撑件和驱动轴之间。

优选的，在所述壳体上与所述第一支撑件接触的位置设有一号凹球面，对应的，在所述第一支撑件上设有与一号凹球面匹配的一号凸球面，所述一号凸球面与一号凹球面之间间隙配合设置。