CN209942779U

CN209942779U - 一种保压绳索取心钻具的单向阀开启控制机构

Info

Publication number: CN209942779U
Application number: CN201920503655.9U
Authority: CN
Inventors: 王佳亮; 万步炎; 黄筱军
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan Hainiu Geological Prospecting Technology Co ltd
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2020-01-14
Anticipated expiration: 2029-04-15

Abstract

本实用新型公开了一种保压绳索取心钻具的单向阀开启控制机构，包括捞矛头、弹卡组件、收卡筒、横杆、提拉杆、凸轮、弹卡支架、单向阀及芯轴；捞矛头与收卡筒连接；弹卡组件销接于弹卡支架内；收卡筒的下部设置有横杆，提拉杆的上部挂置在横杆上，提拉杆的下部与凸轮铰接，凸轮与弹卡支架铰接，凸轮的下端设置有强力磁块；弹卡支架下端与芯轴上端连接；单向阀孔沿芯轴轴向方向设置在芯轴顶部，与芯轴的中心孔连通，单向阀孔位于凸轮正下方；单向阀孔内设有单向阀芯，单向阀芯的上部设有强力磁环。本实用新型在实现钻具保压功能的同时，能够降低打捞内管过程中由于弹卡无法正常回缩造成卡钻事故从而导致回收失败的风险，满足高效钻探的要求。

Description

一种保压绳索取心钻具的单向阀开启控制机构

技术领域

本实用新型涉及一种钻探用绳索取心钻具，尤其是涉及一种保压绳索绳索取心钻具的单向阀开启控制机构。

背景技术

深海天然气水合物开发与利用已经成为世界各国未来资源战略的一个新热点。钻探取心是获取天然气水合物样品的最直接的方法。由于天然气水合物形成和存在低温高压环境下，国内外主要采用保压取样技术开展天然气水合物的取样工作。目前现有的小口径保压绳索取心钻具主要是针对海底钻机取样工况。目前，在已经公开的绳索取心保压取心钻具方案中其钻具下端部的密封与开启是通过保压帽配合海底钻机本体上的保压帽拧卸装置实现。钻进开始前借助钻机上的机械手及保压帽拧卸装置将内管总成下端部的保压帽拧开并置于钻机上实现下端部敞开，钻进结束后将内管总成提至钻机本体上再利用保压帽拧卸装置将保压帽拧至内管总成的下端部实现下端部的密封。钻具上端部的密封与开启主要是通过置于弹卡支架上的拨勾和单向阀芯相互配合实现。当正常工作的过程中，收卡筒上移一定距离，收卡筒利用其内壁尺寸对拨勾产生约束力迫使转动一定角度，导致拨勾与单向阀芯相接触使的单向阀芯能够克服弹簧力处于开启状态，当钻进结束后，收卡筒复位，其内壁对拨勾的约束解除，拨勾不与单向阀芯相接触，在弹簧力的作用下单向阀芯处于关闭状态，实现下端部的密封。现有技术方案是利用拨勾与阀芯的刚性接触实现开启。受收卡筒内径尺寸的限制，拨勾转动的角度有限，其对应转换为的单向阀芯运动位移行程较短，难以根据钻进情况对阀芯的开启量进行自由调整；遇泥沙卡阻或拨勾及单向阀芯相互磨损失效时易引起拨勾运转灵活性下降，影响弹卡组件的正常收拢与张开，存在打捞失败风险；受结构空间的限制影响，为获取尽可能大的拨勾转动角度以增加阀芯的运动位移行程，现有技术方案采取单向阀纵向布局方式，该布局形式改变了冲洗液的流向，对内管中冲洗液的水流通畅产生影响，增加了硬质泥屑及粗颗粒岩粉在单向阀腔内富集造成单向阀复位失效的风险。单向阀轴向布局方式虽然能够减小上述风险的发生几率，但现有技术方案受拨勾转动角度的限制，轴向布局方式拨勾对单向阀芯产生的开启位移行程小，影响了工作可靠性。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、可靠性高，且适用于保压绳索取心钻具的保压绳索取心钻具的单向阀开启控制机构。

本实用新型采用的技术方案是：一种保压绳索取心钻具的单向阀开启控制机构，包括捞矛头、弹卡组件、收卡筒、横杆、提拉杆、弹卡支架、强力磁块、单向阀芯、强力磁环、单向阀盖、芯轴；捞矛头与收卡筒连接；弹卡组件销接于弹卡支架内；收卡筒与弹卡组件销接；芯轴的上部设置有单向阀盖；弹卡支架下部与芯轴连接；其特征在于：收卡筒的下部设置有横杆，提拉杆的上部挂置在横杆上，提拉杆的下端与凸轮铰接，凸轮铰接在弹卡支架上，凸轮的下端设置有强力磁块，提拉杆与凸轮铰接副、凸轮与弹卡支架的铰接副及强力磁块之间的连线呈三角形；芯轴上端与弹卡支架下端连接，单向阀孔沿芯轴轴向方向设置在芯轴顶部，与芯轴的中心孔连通，单向阀孔位于凸轮正下方；单向阀孔内设有单向阀芯，单向阀芯的上部设有强力磁环，提拉杆能够带动凸轮转动，使得凸轮下端的强力磁块靠近或远离强力磁环，实现单向阀的开启或关闭。

上述的保压绳索取心钻具的单向阀开启控制机构中，所述的弹卡支架的下端面上设有非金属压套，非金属压套位于凸轮正下方，所述的强力磁环位于非金属压套中。

上述的适用于保压绳索取心钻具的单向阀开启控制机构中，所述的凸轮下端的强力磁块与单向阀上部的强力磁环磁极方向相同。

上述的适用于保压绳索取心钻具的单向阀开启控制机构中，所述的收卡筒和弹卡支架经消磁处理。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型结构简单，其利用的是磁性材料同性相斥的原理实现在工作过程中单向阀芯的开启，是一种非刚性接触的开启方式，其可以通过磁力材料选型的方式对磁力大小进行调整从而实现对单向阀芯开启程度的自由调整。而常规拨叉与阀芯为刚性接触的开启方式，阀芯开启位移主要受到拨叉转动角度的影响，且由于受到收卡筒内壁尺寸的限制，拨叉转动的角度有限，对应产生开启位移行程较小，难以对阀芯的开启程度进行调整。本实用新型利用横杆和拉杆的配合的方式能够在收卡筒有限的运动行程内获得最大的凸轮转动角度，且能够避免由于泥沙造成的卡阻风险，提高了机构工作可靠性，同时降低了弹卡无法正常收缩的风险。而常规刚性接触开启方式是利用收卡筒内壁对拨叉进行限位，迫使拨叉发生转动，工作过程中遇泥沙卡阻或刚性零件相互磨损失效时容易发生拨叉无法灵活运动，导致弹卡组件无法正常收缩，造成打捞失败的风险。本实用新型是利用磁力实现单向阀芯的开启，其阀芯运动位移的大小主要取决于磁力的大小，而不是拨叉转动所产生的位移大小。因此，本实用新型有利于实现沿芯轴的轴向方向布置单向阀，从而未改变冲洗液水路方向，确保冲洗液的正常流通，减少硬质颗粒和浮泥在单向阀孔内富集造成单向阀复位失效的几率。

附图说明

图1为本实用新型工作状态的结构示意图。

图中：1-捞矛头；2-弹性圆柱销；3-弹卡室；4-弹卡组件；5-弹性圆柱销；6-横杆；7-提拉杆；8-圆柱销；9-圆柱销；10-收卡筒；11-凸轮；12-强力磁块；13-弹卡支架；14-非金属压套；15-强力磁环；16-单向阀盖；17-单向阀芯；18-芯轴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型包括捞矛头1、弹卡组件4、收卡筒10、横杆6、提拉杆7、凸轮11、弹卡支架13、强力磁块12、非金属压套14、单向阀芯17、强力磁环15、单向阀盖16、芯轴18。捞矛头1与收卡筒10连接；弹卡组件4置于弹卡支架13内，弹卡组件4的下部通过弹性圆柱销5与弹卡支架13连接，弹卡组件4的上部通过弹性圆柱销2与收卡筒10连接；收卡筒10的下部设置有横杆6。提拉杆7的上部挂置在横杆6上，能够在横杆6上滑动，提拉杆7的下部与凸轮11通过实心销8铰接，凸轮11与弹卡支架13通过实心销9铰接；凸轮11的下端设置有强力磁块12，弹卡支架13的下端面上设有非金属压套14；提拉杆7与凸轮11铰接副、凸轮11与弹卡支架13的铰接副及强力磁块12之间的连线呈三角形。单向阀孔沿芯轴18轴向方向设置在芯轴顶部，与芯轴18的中心孔连通，单向阀孔位于凸轮11正下方。单向阀孔内设有单向阀芯17，单向阀芯17底部与单向阀孔底部之间设有弹簧。单向阀孔内设有单向阀盖16，可以对单向阀芯17限位密封；单向阀芯17的上部穿过单向阀盖16，单向阀芯17的上部设有强力磁环15，强力磁环15置于非金属压套14内。弹卡支架13的下端与芯轴18连接。所述凸轮11下端的强力磁块12与单向阀芯17上部的强力磁环15磁极相同。所述的收卡筒10和弹卡支架12经消磁处理。

本实用新型的具体使用方法如下：利用钻机机械手抓取钻具盘上的保压内管总成并利用保压帽拧卸装置将内管总成下部的保压帽拧开，保压帽存于钻机本体上的拧卸装置内，将内管总成投置于孔底。正常钻进时，弹卡组件4受外管总成中弹卡室3的径向约束，使收卡筒10沿轴向上移，装配在收卡筒10上的横杆6带动提拉杆7沿轴向运动使凸轮11绕圆柱销9发生转动，使得凸轮11下端的强力磁块12正对于单向阀芯17上的强力磁环15。由于强力磁块12和强力磁环15的磁极相同，产生相互排斥的磁力。在磁力的作用下使得单向阀芯17克服弹簧弹力的作用处于开启状态，确保工作过程中内管中的的水能够顺利排出，形成水流通路。

钻进结束后，利用打捞机构将内管总成快速提至孔口，弹卡室3对弹卡组件4的径向约束解除，收卡筒10沿轴向下移至弹卡支架13的肩台上，与收卡筒10联动的横杆6带动提拉杆7沿轴向下移，凸轮11绕圆柱销9发生转动，使的装配于凸轮11上的强力磁块12偏转角度，不与单向阀芯17上的强力磁环15正对，此时单向阀芯17在弹簧弹力的作用下复位，实现钻具的上端部密封。再利用保压帽拧卸装置并借助钻机上的机械手完成钻具下端部保压帽的拧帽操作，完成钻具下端部的密封。

Claims

1.一种保压绳索取心钻具的单向阀开启控制机构，包括捞矛头、弹卡组件、收卡筒、横杆、提拉杆、弹卡支架、强力磁块、单向阀芯、强力磁环、单向阀盖、芯轴；捞矛头与收卡筒连接；弹卡组件销接于弹卡支架内；收卡筒与弹卡组件销接；芯轴的上部设置有单向阀盖；弹卡支架下部与芯轴连接；其特征在于：收卡筒的下部设置有横杆，提拉杆的上部挂置在横杆上，提拉杆的下端与凸轮铰接，凸轮铰接在弹卡支架上，凸轮的下端设置有强力磁块，提拉杆与凸轮铰接副、凸轮与弹卡支架的铰接副及强力磁块之间的连线呈三角形；芯轴上端与弹卡支架下端连接，单向阀孔沿芯轴轴向方向设置在芯轴顶部，与芯轴的中心孔连通，单向阀孔位于凸轮正下方；单向阀孔内设有单向阀芯，单向阀芯的上部设有强力磁环，提拉杆能够带动凸轮转动，使得凸轮下端的强力磁块靠近或远离强力磁环，实现单向阀的开启或关闭。

2.根据权利要求1所述的保压绳索取心钻具的单向阀开启控制机构，其特征在于：所述的弹卡支架的下端面上设有非金属压套，非金属压套位于凸轮正下方，所述的强力磁环位于非金属压套中。

3.根据权利要求1所述的保压绳索取心钻具的单向阀开启控制机构，其特征在于：所述的凸轮下端的强力磁块与单向阀上部的强力磁环磁极方向相同。

4.根据权利要求1所述的保压绳索取心钻具的单向阀开启控制机构，其特征在于：所述的收卡筒和弹卡支架经消磁处理。