一种螺杆驱动的绳索取芯单动双管冲击回转钻具的制作方法

本发明涉及单动双管钻具，特别是涉及一种螺杆驱动的绳索取芯单动双管冲击回转钻具。

背景技术：

1、现有地质取芯钻探液动冲击器多用于绳索取芯钻探和石油钻探中，前者以勘探技术研究所生产的射吸式液动冲击器为代表，冲击功较小，适用于破碎地层的取芯钻探，增加取芯率，提高钻进速度。后者多用于石油钻探，且地层相对于地质取芯钻探岩层较软弱。其结构以射吸式或者流道交替式为主。

2、现有代表性的冲击器中，冲击功小且利用冲锤的落体运动是比较普遍存在的现象和问题，不管是是射吸式还是流道交替式，都由冲锤体的重量冲击铁砧做功为主，普遍存在小压力情况下不会启动冲击的问题。

3、单动双管钻具在钻进过程中，外管转动而内管不转动的双管钻具称为单动双管钻具。由于单动双管钻具避免了钻具转动而产生的摩擦振动对岩矿心的机械破碎，因而取芯质量高。绳索取芯钻具都是单动双管钻具，由于取芯过程不需要提起钻具，只需提出内管，节省了大量的时间，特别是深孔钻进。这种绳索取芯的钻具，一般都是内外管分离，且内管总成可以从钻杆内提出地面，钻进过程中，通过最下端的钻头钻孔，外管和钻杆对已经钻出的孔洞进行隔离，给钻头提供独立的空间，当钻进一定深度后，即内管总成需要通过打捞器将内管总成绳索牵引至地面，对样芯进行收取保存。

4、目前的绳索取芯的单动装置通常都含轴承密封系统，这种密封系统，是为了?；ぶ岢?，但也会增加密封接触成之间的摩擦且密封效果不能完好地?；ぶ岢?，密封圈的设置增加了单动系统的阻力，甚至影响了单动系统的单动性能。部分钻具(如nq系列产品)虽然放弃了密封装置，但仍然存在芯轴与内管接头之间对加工精度的要求高，在加工精度不足的情况下，或者芯轴与单动力接头接触而增加摩擦阻力，或者轴间隙过大而产生内管接头的横向摆动，不能消除单动性的阻力风险。且现有冲击回转绳索取芯钻具的冲击力有限，不适应坚硬岩层的冲击回转钻进，或者说在坚硬岩层中钻进钻速提高不明显。

5、基于此，本发明设计了一种螺杆驱动的绳索取芯单动双管冲击回转钻具，既能避免密封件带来的阻力，也可避免放弃密封后带来的芯轴与内和管接头间的阻力或者摆动，并引进大冲击力冲击装置，以提高钻进效率，解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种螺杆驱动的绳索取芯单动双管冲击回转钻具，本装置在通过外管套筒将内部的传动驱动结构进行隔离?；?，并使得整个内部的钻孔实际工作部分与外部能够分开脱离，取芯时只需要通过打捞装置打捞内部结构即可，而且通过冲锤机构和驱动机构，能够通过液压进行驱动产生冲锤效果，而且取芯时，是只将整个驱动和取芯装置拖出，并不拔出外管，并能够通过单动轴承将芯轴和内管接头分离开，并通过单动轴承传动，通过定位螺母对芯轴位置进行限定，使钻具单动性大大增强，有效避免了芯轴转动时内管发生转动，使取芯钻进取出的岩芯更加具有原状性，有利于在破碎复杂岩层中钻进时的取芯质量，且本装置增加了冲锤体，能够上下锤击，提高了钻具的钻进效率。

2、本发明是这样实现的：一种螺杆驱动的绳索取芯单动双管冲击回转钻具，包括：

3、外管套筒、蓄力套筒、冲锤机构、驱动机构、内管接头和单动接头；

4、所述外管套筒为上下两端开口的圆筒结构，所述外管套筒内壁水平的设置了环形的冲锤卡台和环形的拉绳卡台；

5、所述蓄力套筒、冲锤机构、驱动机构和单动接头由上至下依次密封卡装为内部连通的圆筒结构，且所述内管接头锁紧在单动接头下端，所述蓄力套筒、冲锤机构、驱动机构、单动接头和内管接头都能向上滑出的卡装在外管套筒内部；

6、所述蓄力套筒为上下两端开口的圆筒，所述蓄力套筒上端锁紧了液动接头，所述液动接头外部套装了弹卡接头，所述液动接头与弹卡接头组成双层套管，所述弹卡接头能分离的架装在外管套筒顶部开口上方，所述液动接头与上方的输液管道密封连接；所述蓄力套筒的下端开口内部设置了弹力轴承和冲击弹簧；所述弹卡接头卡装在拉绳卡台顶部；

7、所述冲锤机构包括传动套筒和限位套筒，所述传动套筒和限位套筒都是圆筒状结构，所述限位套筒套住锁紧在传动套筒上方，所述限位套筒内腔竖直滑设了一个圆筒状的冲锤体，所述冲击弹簧的下端套装在限位套筒内部，所述冲击弹簧竖直夹紧在弹力轴承和冲锤体之间，且所述传动套筒下端稳定的卡装在冲锤卡台顶部；

8、所述冲锤体下端还能分离的对接了减速齿圈，所述减速齿圈能转动的安装在传动套筒内部，所述减速齿圈上端面还向上凸设了长条状的限位推块，所述冲锤体内部还套设了顶升筒和顶升环台，所述冲锤体和顶升筒都是中空的圆管状结构，所述顶升环台环设在顶升筒的外壁与冲锤体内壁之间，所述冲锤体和顶升筒不接触，所述顶升环台底面为首尾不相连螺旋状环面，所述限位推块的顶端与顶升环台底部的螺旋面抵靠传动；

9、所述传动套筒的内部设置了轴齿轮，所述轴齿轮上下两端设置了不同直径的齿轮，所述轴齿轮能转动的稳定安装在传动套筒内部；

10、所述驱动机构包括驱动套筒和螺杆泵转子；所述螺杆泵转子能转动的竖直插装在驱动套筒内部，所述驱动套筒密封对接在传动套筒下端，

11、所述驱动套筒下端密封卡装了衔接套筒，所述螺杆泵转子上端为驱动齿轮，所述驱动齿轮的与轴齿轮下端齿轮啮合传动，所述轴齿轮上端齿轮与减速齿圈啮合传动；

12、所述内管接头和单动接头都是上下两端开口的圆筒，所述内管接头设置在单动接头下方，所述内管接头内壁还设置了多个单动轴承，多个所述单动轴承沿上下方向依次叠合设置，且所述单动轴承之间还设置了碟簧，多个所述单动轴承通过碟簧卡紧在内管接头内部，所述单动轴承内环上安装在芯轴上，所述芯轴通过多个单动轴承能转动的安装在内管接头内部；所述芯轴通过螺纹锁紧在单动接头内部，所述内管接头、单动接头和芯轴的竖直轴线与外管套筒的轴线重合。

13、进一步地，所述外管套筒包括拉绳套筒、冲锤套筒和钻芯套筒；

14、所述拉绳套筒、冲锤套筒和钻芯套筒都是圆筒结构，所述拉绳套筒、冲锤套筒和钻芯套筒由上至下依次拼装为整体的外管套筒，所述拉绳套筒、冲锤套筒和钻芯套筒之间通过螺纹锁紧；

15、所述拉绳卡台环设在拉绳套筒内壁，所述冲锤卡台环设在冲锤套筒内壁，且所述冲锤卡台处于冲锤套筒和拉绳套筒内壁的拼接缝隙处；

16、所述传动套筒的外径大于冲锤卡台的孔径，所述与驱动套筒穿过冲锤卡台的内孔插装在冲锤套筒的内部；

17、所述拉绳套筒的外径大于冲锤卡台的孔径。

18、进一步地，所述冲锤体、顶升筒和顶升环台为整体结构，所述顶升筒为上下两端连通的圆管；

19、所述限位套筒是上下两端开口的中空圆筒，所述限位套筒内部设置了竖直的花键，所述冲锤体外部设置了竖直的花键，

20、所述冲锤体通过花键竖直滑设在限位套筒内部。

21、进一步地，所述轴齿轮的下端齿轮直径大于其上端齿轮直径，所述轴齿轮下端齿轮直径大于驱动齿轮直径；

22、所述传动套筒内部还卡装了卡位轴承和齿圈轴承，所述卡位轴承和齿圈轴承的转动轴线都竖直设置，所述轴齿轮的中段与卡位轴承的内环锁紧，所述齿圈轴承的内环套装在减速齿圈外壁底部。

23、进一步地，所述传动套筒的中间还设置了隔板，所述传动套筒通过隔板隔离为上下两个独立的空腔，所述卡位轴承和齿圈轴承都稳定的安装在该隔板上，所述传动套筒内部的隔板上还开设了导流孔，所述传动套筒的上下两个空腔通过导流孔连通，所述导流孔处于螺杆泵转子正上方。

24、进一步地，所述驱动套筒上下两端开口之间开设了两个通孔，所述螺杆泵转子竖直安装在其中一个通孔内，所述驱动套筒的另一个通孔内安置了单向阀；

25、所述衔接套筒稳定的安装了叶轮轴承，所述衔接套筒的内部通过冲液通道连通，所述衔接套筒的下端与单动接头的上端通过螺纹锁紧为完整圆筒，所述衔接套筒下端开口与单动接头上端开口封闭对接为中空的冷却腔，所述冲液通道的下端开口与冷却腔内腔顶部连通，所述单动接头下端开设了多个冷却孔，所述冷却腔通过多个冷却孔与单动接头的下端外部连通；每个所述冷却孔的下端开口都正对内管接头顶部。

26、本发明的有益效果是：1、本发明通过单动轴承将芯轴和内管接头分离开，并通过单动轴承传动，不再使用密封圈结构，确保的内外管之间没有相对滑动，并通过碟簧将单动轴承位置卡紧，限制了芯轴的转动轴线，使芯轴能位置稳定的与内管接头之间发生相对转动，形成有效的单动效果，进而使取芯钻进取出的岩芯更加具有原状性，提高样芯质量和准确性；

27、2、增加了定位螺母对芯轴位置进行限定，不仅起到防止芯轴脱落的作用，还能够在一定范围内调整芯轴的高度位置，使得本装置取芯调节更加方便；

28、3、本装置将常规的单动双管钻具分为了两个部分，上方的冲锤体上下冲击结构为一部分，下方的钻进部分为另一部分，使得冲击和钻进分开为两个部分，不仅可以相对独立的工作，也能方便的进行钻进，并且结构互相不干涉，一个单动双管钻具，可以在实际作业中，根据需求拆分上下两个独立的部件分开使用，也可以组合起来一起使用，使用更加灵活，而且整个钻具设为了内外两层，外侧的外管套筒对内部驱动机构和冲锤机构进行?；?，内部的冲锤机构和驱动机构进行钻孔作业，内部的钻孔结构也可以方便的整体拖出，使用简单，样芯收取更加省力；

29、4、本装置通过螺杆泵转子受到冲洗洗液驱动产生转动来提供驱动力，在通过驱动齿轮进行驱动，并通过减速齿圈进行变速，降低转速的同时增加力矩，提供更强的动力，并且通过螺旋状顶升环台，使冲锤体上升压缩冲击弹簧，顶压方式安全可靠，压缩冲击弹簧，驱动冲锤体提供更大的冲击力，使得钻具冲击力更强，钻进更加高效。