一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具的制作方法

1.本发明涉及一种球卡式绳索取心钻具，尤其是涉及一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻钻具。

背景技术：

2.声频振动钻机具有钻探速度快、岩土样保真度好、环境污染少、施工安全性好、适应地层范围广等特点,广泛应用于生态环境地质调查、高精度岩土工程勘察、水溶性矿物等资源勘探、浅层地源热泵钻孔等多领域，具有广阔的应用前景。在使用声频振动钻机钻进时发现，传统的单管钻具随着钻孔加深，需要频繁起、下钻杆钻具，造成辅助时间过长，严重制约了钻探效率。而绳索取心钻具的钻进效率高、采取率高、利于孔内安全和减轻劳动强度。
3.用于泥浆回转钻进的常规球卡钻具结构复杂，外管螺纹强度不高，不适用于无水钻探的声频振动钻进方式，为解决上述问题，本专利提供一种适用于声频振动钻机的球卡式绳索取心钻具。

技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具，该钻具整体结构简单，外管螺纹强度大，可以达到无水钻进，球卡机构定位准确、锁紧可靠、解锁容易，该套钻具能够提高综合钻进效率、大幅减轻劳动强度，解决背景技术存在的上述问题。
5.为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
6.一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具，包括用于向下钻进的外管总成和用于取样的内管总成，所述外管总成包括外管，所述外管具有中空内腔，所述内管总成包括内管，所述内管设置在外管的中空内腔中，所述内管总成还包括球卡机构和打捞矛，所述球卡机构设置在内管顶部用于在内管总成相对外管总成移动到位时实现内管总成与外管总成之间的卡接或分离。
7.所述球卡机构包括钢球和球卡机构本体，所述球卡机构本体与内管顶部固定相连，所述打捞矛固定在球卡机构本体上，所述钢球设置在球卡机构本体内并可在内管上下移动时保持内缩在球卡机构本体内并在内管相对外管移动到位时外伸出球卡机构本体外壁并与外管内壁卡接。
8.所述球卡机构本体包括弹簧座和球卡室，所述球卡室具有圆形内腔，球卡室的圆形内腔中设置有固定在一起的打捞矛和弹簧座，所述弹簧座和球卡室之间设置有弹簧，在弹簧作用下球卡室可相对打捞矛与弹簧座组成的组合体上下移动，所述球卡室的中部设置有钢球限位槽，钢球限位槽中设置有钢球，正常状态下所述钢球从钢球限位槽中凸出所述球卡室的外壁，所述打捞矛的外壁上设置有与钢球对应的钢球室，当球卡室运动到钢球限位槽与钢球室位置对应时，钢球从球卡室的外壁缩回。
9.所述钢球限位槽为对称设置在球卡室侧壁并贯穿球卡室侧壁的两个圆台空腔，所
述圆台空腔可以完整容纳钢球，所述圆台空腔的直径由内向外逐渐变小，最小处的直径小于钢球直径。
10.所述钢球室为环绕打捞矛外壁的环状凹槽，所述环状凹槽从内向外开口逐渐变大，环状凹槽的开口最大处正好可以卡住钢球。
11.所述外管的内壁上设置有定位环。
12.所述外管总成还包括有钻杆接头和外管钻头，所述钻杆接头设置在外管的顶部，所述外管钻头设置在外管的底部。
13.所述内管总成还包括内管接头，所述球卡机构通过内管接头与内管相连。
14.所述球卡机构与内管接头上设置贯通球卡机构和内管接头的气孔。
15.所述内管的底部还设置有爪簧式卡簧。
16.本发明具有的技术效果：
17.与现有技术相比，本发明所述的一种适用于声频振动钻机的球卡式绳索取心钻具，结构简单，外管螺纹强度大，球卡机构稳定可靠，可显著提高综合钻进效率和钻孔质量，减轻劳动强度，降低钻探成本，应用前景广阔。
附图说明
18.以下结合附图对本发明作进一步说明，发明附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
19.图1本发明所述钻具的剖面示意图；
20.图2为图1中球卡机构及打捞矛的详图。
21.其中：
22.1-钻杆接头、2-打捞矛、3-钢球限位槽、4-钢球、5-定位环、6-钢球室、7-球卡室、8-弹簧座、9-弹簧、10-气孔、11-内管接头、12-外管、13-内管、14-爪簧式卡簧、15-外管钻头、71-第二环形凸起、81-第一环形凸起。
具体实施方式
23.下面结合具体实施例进行详细描述，但本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
24.如图1所示，本发明提供了一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具，包括用于向下钻进的外管总成和用于取样的内管总成，外管总成包括带中空内腔的外管12，内管总成包括内管13，内管13设置在外管12的中空内腔中，内管总成还包括球卡机构和打捞矛2，球卡机构设置在内管13顶部用于在内管总成相对外管总成移动到位时实现内管总成与外管总成之间的卡接或分离，即在外管总成向下钻进的时候，球卡机构将内管总成和外管总成卡接在一起，内管总成随外管总成同步进行钻进；当需要将内管总成从把外管总成捞出时，球卡机构将内管总成和外管总成保持分离，以使内管总成在上升或下降过程中不受限制。打捞矛2设置在球卡机构上，用于将内管总成从外管总成中捞出。
25.球卡机构包括球卡机构本体和设置在球卡机构本体中的钢球4，钢球4可从球卡机构本体中向两侧伸出或缩回，在内管总成相对外管总成上下移动时钢球4保持内缩在球卡机构本体内以保持内管总成和外管总成的分离，从而不影响内管总成和外管总成的相对运
动；在内管总成相对外管总成移动到位时，钢球4从球卡机构本体中外伸并与外管总成的内壁卡接以实现内管总成和外管总成的卡接。
26.球卡机构本体包括弹簧座8和球卡室7，球卡室7底部通过螺纹连接有内管接头11，内管接头11底部通过螺纹连接内管13。球卡室7具有圆形内腔，球卡室7的圆形内腔中自上而下设置有打捞矛2和弹簧座8，打捞矛2用于在打捞内管总成时与打捞器相连，打捞矛2通过螺纹与弹簧座8连接组成一组合体，弹簧座8的底部向外伸出有第一环形凸起81，球卡室7的内壁中部向内伸出有第二环形凸起71，第一环形凸起81和第二环形凸起71之间设置有弹簧9，在弹簧9作用下球卡室7可相对打捞矛2与弹簧座8组成的组合体上下移动，球卡室7的中部设置有钢球限位槽3，钢球限位槽3为对称设置在球卡室7侧壁并贯穿球卡室7侧壁的两个圆台空腔，钢球4就设置在圆台空腔中，圆台空腔可以完整容纳钢球4，圆台空腔的直径由内向外逐渐变小，最小处的直径小于钢球直径，正常状态下钢球4从钢球限位槽3中凸出球卡室7的外壁，打捞矛2的外壁上设置有与钢球4对应的钢球室7，当球卡室7运动到钢球限位槽3与钢球室7位置对应时，钢球4被从钢球限位槽3中挤压会钢球室7中，从而实现钢球4从球卡室7的外壁内缩。
27.钢球室7为环绕打捞矛外壁的环状凹槽，环状凹槽从内向外开口逐渐变大，环状凹槽的开口最大处正好可以卡住钢球。
28.外管的内壁上设置有定位环5。
29.外管总成还包括有钻杆接头1和外管钻头15，钻杆接头1设置在外管12的顶部，钻杆接头1可以与其他钻杆螺纹联接进而加长外管总成长度，外管钻头15设置在外管12的底部。
30.球卡机构与内管接头上设置贯通球卡机构和内管接头的气孔10，气孔10将球卡机构与内管接头上下两部分的空腔联通起来，从而保证内管总成在移动过程中克服空气阻力的作用。
31.内管12的底部还设置有爪簧式卡簧14，用于截断地层样品。
32.本发明所述的适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具，其工作原理为：
33.(1)投放内管总成：在地面上把内管总成和外管总成分别组装好，投放内管总成时，绞车钢丝绳与打捞器相连，打捞器将内管总成提起并下放入外管总成的中空内腔，由于球卡室7通过内管接头11与内管13相连，在内管13的重力的作用下，球卡室7相对打捞矛2向下运动，在球卡室7向下运动过程中，钢球限位槽3迫使钢球4下移并在移动到钢球室6所在位置时压迫钢球4回到钢球室6内，此时球卡室7带动弹簧9处于压缩状态，钢球4内缩，内管总成外径小于外管内径，内管总成与外管总成之间保持分离，内管总成继续下降直到到位后停止下行；
34.(2)内管总成锁定：当把内管总成下放到定位环5处时，球卡室7卡接在定位环5上停止下行，弹簧9给弹簧座8向下的力，打捞矛2跟随弹簧座8向下，弹簧9从压缩状态回位使得钢球4位置与钢球室6的凹槽错开，钢球4在外力作用下被推出钢球限位槽3与外管总成的内壁卡接，这时内管总成到位。接着将投放脱卡管使得打捞器与内管总成分开，随后内管总成与外管总成同步开始钻进。
35.(3)打捞内管总成：沿着外管总成内腔下入打捞器，打捞器抓住打捞矛2顶部并向上提起，内管总成上提时弹簧9处于压缩状态，打捞矛2相对于球卡机构向上滑动并迫使钢
球4回到钢球室6内，此时钢球4缩回使得内管总成和外管总成脱离。整个内管总成相对外管总成向上运动，爪簧式卡簧14抱紧并拉断地层样品，内管总成打捞至地面并退出地层样品，完成一个回次的取样，如此往复，实现后续回次的取样。
36.以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具，包括用于向下钻进的外管总成和用于取样的内管总成，所述外管总成包括外管，所述外管具有中空内腔，所述内管总成包括内管，所述内管设置在外管的中空内腔中，其特征在于，所述内管总成还包括球卡机构和打捞矛，所述球卡机构设置在内管顶部用于在内管总成相对外管总成移动到位时实现内管总成与外管总成之间的卡接或分离。2.如权利要求1所述的一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具，其特征在于，所述球卡机构包括钢球和球卡机构本体，所述球卡机构本体与内管顶部固定相连，所述打捞矛固定在球卡机构本体上，所述钢球设置在球卡机构本体内并可在内管上下移动时保持内缩在球卡机构本体内并在内管相对外管移动到位时外伸出球卡机构本体外壁并与外管内壁卡接。3.如权利要求2所述的一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具，其特征在于，所述球卡机构本体包括弹簧座和球卡室，所述球卡室具有圆形内腔，球卡室的圆形内腔中设置有固定在一起的打捞矛和弹簧座，所述弹簧座和球卡室之间设置有弹簧，在弹簧作用下球卡室可相对打捞矛与弹簧座组成的组合体上下移动，所述球卡室的中部设置有钢球限位槽，钢球限位槽中设置有钢球，正常状态下所述钢球从钢球限位槽中凸出所述球卡室的外壁，所述打捞矛的外壁上设置有与钢球对应的钢球室，当球卡室运动到钢球限位槽与钢球室位置对应时，钢球从球卡室的外壁缩回。4.如权利要求3所述的一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具，其特征在于，所述钢球限位槽为对称设置在球卡室侧壁并贯穿球卡室侧壁的两个圆台空腔，所述圆台空腔可以完整容纳钢球，所述圆台空腔的直径由内向外逐渐变小，最小处的直径小于钢球直径。5.如权利要求4所述的一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具，其特征在于，所述钢球室为环绕打捞矛外壁的环状凹槽，所述环状凹槽从内向外开口逐渐变大，环状凹槽的开口最大处正好可以卡住钢球。6.如权利要求3所述的一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具，其特征在于，所述外管的内壁上设置有定位环。7.如权利要求1所述的一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具，其特征在于，所述外管总成还包括有钻杆接头和外管钻头，所述钻杆接头设置在外管的顶部，所述外管钻头设置在外管的底部。8.如权利要求1所述的一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具，其特征在于，所述内管总成还包括内管接头，所述球卡机构通过内管接头与内管相连。9.如权利要求8所述的一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具，其特征在于，所述球卡机构与内管接头上设置贯通球卡机构和内管接头的气孔。10.如权利要求1所述的一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具，其特征在于，所述内管的底部还设置有爪簧式卡簧。

技术总结

本发明提供了一种适用于声频钻机的球卡式绳索取心钻具，包括用于向下钻进的外管总成和用于取样的内管总成，内管设置在外管的中空内腔中并且内管顶部设置有球卡机构及打捞矛，球卡机构用于在内管总成相对外管总成移动到位时实现内管总成与外管总成之间的卡接或分离。该钻具整体结构简单，外管螺纹强度大，可以达到无水钻进，球卡机构定位准确、锁紧可靠、解锁容易，该套钻具能够提高综合钻进效率、大幅减轻劳动强度。减轻劳动强度。减轻劳动强度。