本實(shí)用新型涉及鉆探取心的巖(礦)心卡取裝置，尤其涉及一種適用于軟弱松散、極破碎地層鉆探取心的巖(礦)心卡取裝置。

背景技術(shù)：

鉆探技術(shù)作為目前唯一能從地下取出實(shí)體巖石礦物樣品的勘察技術(shù)方法，在常規(guī)固體資源勘探開發(fā)如地質(zhì)鉆進(jìn)、新型液氣態(tài)能源普查如油氣井鉆進(jìn)、地學(xué)研究如探究地球歷史進(jìn)行的科學(xué)鉆探、環(huán)境科學(xué)鉆探等，呈現(xiàn)出鉆探技術(shù)手段無可替代的重要作用。而當(dāng)前所面對(duì)的鉆探環(huán)境已從易發(fā)掘的淺層地表向深部進(jìn)發(fā)，面對(duì)的情況將是資源難發(fā)現(xiàn)、難發(fā)掘、海拔更高以及陸地轉(zhuǎn)向湖泊海洋，對(duì)鉆探效率和質(zhì)量提出更高的要求。而真實(shí)可靠的地質(zhì)資料的獲得依托于鉆探技術(shù)應(yīng)對(duì)不同環(huán)境條件的能力，之前已存在的鉆探設(shè)備、技術(shù)在應(yīng)對(duì)深孔復(fù)雜地層，如硬、脆、碎、漏、坍、軟弱松散易沖蝕等復(fù)雜地層鉆進(jìn)取心存在很大難度。雖然目前已經(jīng)有新組合鉆具、工藝工法在解決此類復(fù)雜地層鉆進(jìn)效率低、巖礦心采取率低、鉆孔質(zhì)量差、鉆頭壽命低、孔底事故多、鉆探成本高等問題取得一定效果，但軟弱松散、破碎等復(fù)雜地層難取心問題并未徹底根治。如何解決極破碎、軟弱地層中取心率低的問題，一直是國內(nèi)、外鉆探領(lǐng)域亟待解決的難題。

單管無泵鉆具雖然能提高在極破碎、軟弱地層中的采心率，但因要提鉆取心，施工效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，頻繁提鉆影響孔壁穩(wěn)定。囊袋多節(jié)捆綁式取心鉆具從鉆具隔水保真、巖心卡取原理方面進(jìn)行改進(jìn)，化整為散，對(duì)提高極破碎、軟弱等復(fù)雜地層取心效果顯著，但需進(jìn)一步提高可靠性和自動(dòng)化性能等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種可提高極破碎、軟弱等復(fù)雜地層取心效率、取心質(zhì)量且適用性廣、可靠性高、通用性好、自動(dòng)化程度高的鉆探用液壓巖心卡取裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：一種鉆探用液壓巖心卡取裝置，其特征在于：包括隔水分動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)壓機(jī)構(gòu)、提引注壓機(jī)構(gòu)、液壓卡心機(jī)構(gòu)、側(cè)噴鉆頭分動(dòng)機(jī)構(gòu)和密封系統(tǒng)，導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)對(duì)接隔水分動(dòng)機(jī)構(gòu)，儲(chǔ)壓機(jī)構(gòu)對(duì)接導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)，提引注壓機(jī)構(gòu)對(duì)接儲(chǔ)壓機(jī)構(gòu)，液壓卡心機(jī)構(gòu)對(duì)接提引注壓機(jī)構(gòu)，側(cè)噴鉆頭分動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)接液壓卡心機(jī)構(gòu)；

隔水分動(dòng)機(jī)構(gòu)包括隔水接手、懸掛環(huán)、滑套座、滑套、上下兩推力軸承、密封螺母和心軸接手；隔水接手外壁的環(huán)狀卡扣同位于外管與上擴(kuò)孔器之間的懸掛環(huán)處于接觸壓緊狀態(tài)，卡扣與懸掛環(huán)之間布置橡膠密封環(huán)，卡扣上方均布通水孔，隔水接手下端與滑套座螺紋連接；滑套座依次貫穿推力軸承、滑套、推力軸承，尾部連接密封螺母，滑套座與滑套間隙配合，滑套座軸向布置貫通孔，隔水接手、密封螺母配合實(shí)現(xiàn)滑套及其上下兩個(gè)推力軸承的軸向限位；密封螺母的O型密封圈密封螺母與心軸接手之間的間隙，滑套外螺紋連接心軸接手上端。

導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)包括心軸、懸掛接手、限位螺母、滑動(dòng)密封環(huán)、彈卡架、彈簧、彈卡鉗、彈卡室、彈卡座、水路截?cái)喹h(huán)和彈性單向排氣閥；心軸軸線布置貫通孔，其上端與隔水分動(dòng)機(jī)構(gòu)的心軸接手螺紋連接，下端與彈卡架螺紋連接，心軸軸身布置的外花鍵與懸掛接手的內(nèi)花鍵相配，懸掛接手與心軸可沿花鍵做軸向相對(duì)滑動(dòng)；限位螺母固定滑動(dòng)密封環(huán)于彈卡架上端，滑動(dòng)密封環(huán)密封懸掛接手與彈卡架之間間隙，彈卡架下段開有環(huán)形孔，貫穿彈簧的插銷可帶動(dòng)彈簧在環(huán)形孔中上下滑移，彈簧支腿插入彈卡鉗的預(yù)留孔中，彈卡鉗被插銷固定于彈卡座上端；彈卡座下段軸向設(shè)有彈性單向排氣閥，其外環(huán)與水路截?cái)喹h(huán)過盈配合；水路截?cái)喹h(huán)布置于彈卡室泄水孔處，并與彈卡室內(nèi)壁緊密接觸密封泄水孔截?cái)嗨罚方財(cái)喹h(huán)均布互不連通的軸向水路；彈卡室內(nèi)環(huán)布有對(duì)應(yīng)彈卡鉗的限位槽，限位槽以下均布泄水孔，彈卡室上端與懸掛接手螺紋連接，下端與儲(chǔ)壓機(jī)構(gòu)的導(dǎo)流管螺紋連接。

儲(chǔ)壓機(jī)構(gòu)包括腔頂蓋、儲(chǔ)壓腔、導(dǎo)流管、腔底蓋、彈性單向閥、儲(chǔ)壓彈簧和活塞；腔頂蓋軸向有半深凹槽，頂端開口底端閉合，底端有通氣孔，腔頂蓋通過凹槽內(nèi)螺紋連接導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)的彈卡座并對(duì)水路截?cái)喹h(huán)做軸向限位，外壁預(yù)留銷口與儲(chǔ)壓腔螺紋銷連接，并在接口處涂密封膠密封；導(dǎo)流管內(nèi)壁除設(shè)置與儲(chǔ)壓腔外花鍵相配的內(nèi)花鍵外，還設(shè)有軸向?qū)Я鞑郏磺坏咨w與儲(chǔ)壓腔螺紋連接，其軸線位置裝有彈性單向閥；儲(chǔ)壓彈簧位于儲(chǔ)壓腔內(nèi)，其一端連接腔底蓋，另一端連接活塞，連接方式可采用鉸接或粘結(jié)連接；活塞與儲(chǔ)壓腔內(nèi)壁光滑緊密接觸；導(dǎo)流管與液壓卡心機(jī)構(gòu)的底承臺(tái)連接處均布溢水孔。

提引注壓機(jī)構(gòu)包括有引壓器、注壓器、帶針氣閥和底彈簧；引壓器的中空支腿穿過注壓器端部預(yù)留孔插入腔底蓋預(yù)留孔洞，并與腔底蓋焊接密封；引壓器端部、注壓器上端均設(shè)有帶針氣閥，帶針氣閥為常閉氣閥，內(nèi)部壓縮彈簧頂推密封墊使氣閥處于閉合狀態(tài)，外端設(shè)有頂針，端部設(shè)置橡膠密封墊，帶針氣閥與引壓器、注壓器螺紋連接；注壓器下段均布的軸向孔分為兩類，一類與注壓器帶針氣閥連通，并貫通于底承臺(tái)預(yù)留的軸向通路，該類軸向孔與底承臺(tái)預(yù)留軸向通路接口處焊接密封，另一類不與注壓器帶針氣閥連通，為獨(dú)立單向孔，用于注壓器與底承臺(tái)固定，連接方式可采用螺紋銷或焊接連接；底彈簧一端固定于底承臺(tái)頂端面，可通過焊接、鉸接或粘結(jié)連接，另一端為自由端，底彈簧、底承臺(tái)二者共軸線。

液壓卡心機(jī)構(gòu)包括底承臺(tái)、液壓膜、巖心內(nèi)管、卡簧座和卡簧；巖心內(nèi)管上端與導(dǎo)流管下端螺紋連接；底承臺(tái)內(nèi)含單向閥，側(cè)壁均布溢水孔，該溢水孔與導(dǎo)流管溢水孔位置重合、水路連通，底承臺(tái)與導(dǎo)流管螺紋銷連接，接口處、溢水孔過渡處采用密封膠密封；底承臺(tái)下端臺(tái)階與液壓膜采用密封膠粘結(jié)密封，液壓膜吸附于巖心內(nèi)管內(nèi)壁并布置于整個(gè)巖心內(nèi)管，卡簧座與巖心內(nèi)管螺紋連接，卡簧座螺紋根部預(yù)留液壓膜收納空間，液壓膜沿巖心內(nèi)管內(nèi)壁布置至內(nèi)管末端，然后經(jīng)卡簧座的液壓膜收納段，再上返至巖心內(nèi)管末端，液壓膜與巖心內(nèi)管末端外壁凹臺(tái)段采用密封膠粘結(jié)密封后繼續(xù)向上延伸固定于卡簧座與巖心內(nèi)管螺紋間；位于卡簧座收納段的液壓膜經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，在液壓作用下可形成鎖扣形式；卡簧與卡簧座楔形接觸，卡簧座無水口，末端為內(nèi)凹臺(tái)階設(shè)計(jì)。

側(cè)噴鉆頭分動(dòng)機(jī)構(gòu)包括環(huán)帽和推力軸承，液壓卡心機(jī)構(gòu)的卡簧座末端的內(nèi)凹臺(tái)階坐落于推力軸承上盤，環(huán)帽、推力軸承下盤與側(cè)噴鉆頭內(nèi)臺(tái)階過盈配合，環(huán)帽下端面與推力軸承上盤端面預(yù)留有間隙，環(huán)帽內(nèi)環(huán)、上端面與卡簧座末端的內(nèi)凹臺(tái)階預(yù)留間隙。

密封系統(tǒng)包含靜態(tài)密封和動(dòng)態(tài)密封；靜態(tài)密封包括螺紋裝配時(shí)涂沫潤滑油，在內(nèi)外螺紋根部加設(shè)橡膠密封圈，螺紋銷連接結(jié)構(gòu)間進(jìn)行密封膠密封，焊接密封；動(dòng)態(tài)密封包括隔水接手與懸掛環(huán)間的橡膠密封環(huán)，密封螺母外圍預(yù)裝的O型密封圈、滑動(dòng)密封環(huán)、水路截?cái)喹h(huán)、帶針氣閥處的橡膠密封墊、活塞。

通過各機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)配合協(xié)作，可實(shí)現(xiàn)以下功能：

1、隔水分動(dòng)

鉆具裝配本液壓巖(礦)心卡取裝置后，重新下鉆，下落過程相關(guān)結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)為懸掛接手位于心軸花鍵末端，彈簧插銷位于彈卡架環(huán)形孔末端；當(dāng)卡簧座坐落于側(cè)噴式鉆頭內(nèi)臺(tái)階的推力軸承上時(shí)，懸掛接手停止下降，心軸沿花鍵帶動(dòng)彈卡架繼續(xù)下降，相對(duì)運(yùn)動(dòng)終止?fàn)顟B(tài)為懸掛接手位于心軸花鍵頂端，彈簧插銷位于彈卡架環(huán)形孔頂端，隔水接手同位于外管與上擴(kuò)孔器之間的懸掛環(huán)處于接觸壓緊密封狀態(tài)，以上三種狀態(tài)同步發(fā)生；至此形成以隔水接手、懸掛環(huán)組成的隔水結(jié)構(gòu)，與隔水接手相連的滑套座、滑套、推力軸承以及鉆頭內(nèi)臺(tái)階處的推力軸承建立巖心內(nèi)管的分動(dòng)性能。

2、導(dǎo)流限位、儲(chǔ)壓

沖洗液經(jīng)內(nèi)外管間隙到達(dá)隔水接手，經(jīng)隔水接手預(yù)留的通水孔進(jìn)入液壓巖(礦)心卡取裝置內(nèi)部，經(jīng)滑套中心孔、心軸中心孔、彈卡架到達(dá)彈卡室內(nèi)的水路截?cái)喹h(huán)上部；水路截?cái)喹h(huán)用于密封預(yù)留于彈卡室的泄水孔，在儲(chǔ)壓腔完成儲(chǔ)壓之前，彈卡室泄水孔是被密封的；沖洗液經(jīng)水路截?cái)喹h(huán)預(yù)留的軸向水路流入導(dǎo)流管與儲(chǔ)壓腔間，經(jīng)導(dǎo)流管內(nèi)壁預(yù)留導(dǎo)流槽到達(dá)腔底蓋儲(chǔ)壓腔入口處，沖洗液推開位于腔底蓋軸線上的彈性單向閥進(jìn)入儲(chǔ)壓腔，沖洗液推動(dòng)活塞拉伸儲(chǔ)壓彈簧，隨著儲(chǔ)壓彈簧的拉伸，沖洗液壓力逐步上升；活塞上移壓縮活塞與儲(chǔ)壓腔之間的密閉空氣產(chǎn)生壓力，待空氣壓力大于彈性排氣閥外部壓力時(shí)排氣閥開始排氣以減弱活塞上行阻力，同時(shí)該排氣閥為單向閥，彈卡室聚集的沖洗液無法通過排氣閥進(jìn)入儲(chǔ)壓腔；由于水路截?cái)喹h(huán)處過水截面改變引起沖洗液憋壓，使水路截?cái)喹h(huán)入口處的沖洗液壓力大于腔底蓋儲(chǔ)壓腔入口處的沖洗液壓力，隨著沖洗液充入，儲(chǔ)壓腔在以微小位移向底承臺(tái)滑移，同時(shí)壓縮底彈簧，底彈簧的彈力又限制儲(chǔ)壓腔下移，以避免由水路截?cái)喹h(huán)滑移泄水孔而引起儲(chǔ)壓失??；當(dāng)儲(chǔ)壓腔被充滿時(shí)，活塞滑至腔頂蓋處，腔頂蓋限制活塞繼續(xù)上移以避免儲(chǔ)壓彈簧超出彈性限度，儲(chǔ)壓彈簧處于彈性限度內(nèi)拉伸狀態(tài)，此時(shí)水路截?cái)喹h(huán)入口處的沖洗液壓力已遠(yuǎn)大于腔底蓋儲(chǔ)壓腔入口處的沖洗液壓力，底彈簧已發(fā)生壓縮，但儲(chǔ)壓腔下滑位移尚未帶動(dòng)水路截?cái)喹h(huán)滑移彈卡室的泄水孔；儲(chǔ)壓完畢后水路被完全截?cái)?，隨著沖洗液不斷在彈卡室聚集，水路截?cái)喹h(huán)入口處沖洗液壓力逐步增大推動(dòng)儲(chǔ)壓腔繼續(xù)壓縮底彈簧，當(dāng)儲(chǔ)壓腔下滑位移達(dá)到設(shè)計(jì)位移時(shí)，水路截?cái)喹h(huán)滑移泄水孔，同時(shí)彈卡鉗扣入彈卡室，限制水路截?cái)喹h(huán)回移，沖洗液從泄水孔重新流入內(nèi)外管間隙并逐步恢復(fù)至設(shè)計(jì)鉆壓；在水路截?cái)喹h(huán)滑移泄水孔之前，腔底蓋儲(chǔ)壓腔入口處一直存在高壓沖洗液，腔底蓋處的彈性單向閥可能在儲(chǔ)壓腔內(nèi)外壓差下處于打開狀態(tài)，當(dāng)水路截?cái)喹h(huán)滑移泄水孔后，水路截?cái)喹h(huán)入口處沖洗液壓力隨著水路重新建立而逐步降低，位于腔底蓋儲(chǔ)壓腔入口處的高壓沖洗液逆流經(jīng)水路截?cái)喹h(huán)軸向水路流出泄水孔進(jìn)行泄壓，儲(chǔ)壓腔入口處壓力減少，彈性單向閥在儲(chǔ)壓腔內(nèi)外壓差下迅速恢復(fù)閉合狀態(tài)，儲(chǔ)壓腔閉合環(huán)境建立；至此，沖洗液儲(chǔ)壓完畢。

3、提引注壓、液壓卡心

鉆進(jìn)過程中，巖(礦)心逐步進(jìn)入內(nèi)管、液壓膜，隨巖心一起進(jìn)入液壓膜的沖洗液經(jīng)底承臺(tái)內(nèi)的單向閥留至內(nèi)外管環(huán)狀間隙；當(dāng)巖心裝滿液壓膜后，停鉆撈取巖心；撈取巖心初始，巖心、內(nèi)管、液壓膜、導(dǎo)流管、彈卡室、懸掛接手暫時(shí)靜止，隔水接手、心軸相對(duì)懸掛接手上移并拉動(dòng)彈卡架使彈卡鉗脫卡，并拉動(dòng)儲(chǔ)壓腔上移，水位截?cái)喹h(huán)重新封閉泄水孔；隔水接手、心軸繼續(xù)帶動(dòng)儲(chǔ)壓腔上移，引壓器逐步靠近注壓器，二者氣閥接觸并逐步壓緊氣閥端面的橡膠密封墊進(jìn)行水路密封，同時(shí)頂針接通二者氣閥，此時(shí)懸掛接手位于心軸花鍵末端并緊貼彈卡架并且在提鉆完畢之前一直處于此位置；儲(chǔ)壓腔的沖洗液經(jīng)引壓器水路、帶針氣閥、注壓器水路、底承臺(tái)水路進(jìn)入內(nèi)管與液壓膜間隙，待高壓沖洗液充滿整個(gè)間隙并使液壓膜末端形成鎖扣形式時(shí)，位于液壓膜內(nèi)的巖礦心處于三維應(yīng)力控制狀態(tài)；至此，完成對(duì)巖(礦)心的液壓卡取。

地層破碎情況下，液壓膜末端的鎖扣可分離被卡緊控制的巖礦心與未進(jìn)入液壓膜的巖礦心，保證順利提鉆；若地層較完整、硬度較大，則常規(guī)卡心割心裝置同時(shí)發(fā)揮作用，在液壓卡心裝置上提過程中卡簧下滑收縮，割斷巖心，打撈內(nèi)管，獲取巖(礦)心。至此，完成對(duì)巖(礦)心的采取。

4、密封系統(tǒng)

本實(shí)用新型采用的密封裝置均為接觸式密封，包含靜態(tài)密封和動(dòng)態(tài)密封；靜態(tài)密封包括螺紋裝配時(shí)涂沫潤滑油形成油封，在內(nèi)外螺紋根部加設(shè)橡膠密封圈通過螺紋緊固擠壓墊圈實(shí)現(xiàn)密封，螺紋銷連接結(jié)構(gòu)間進(jìn)行密封膠密封，焊接密封；動(dòng)態(tài)密封包括隔水接手與懸掛環(huán)間的橡膠密封環(huán)、密封螺母外圍預(yù)裝的O型密封圈、滑動(dòng)密封環(huán)、水路截?cái)喹h(huán)、帶針氣閥處的橡膠密封墊、活塞。隔水接手與懸掛環(huán)間的橡膠密封環(huán)、帶針氣閥處的橡膠密封墊通過所接觸結(jié)構(gòu)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)擠壓實(shí)現(xiàn)密封；隔水接手與懸掛環(huán)間的橡膠密封環(huán)可保證儲(chǔ)壓前期將沖洗液全部導(dǎo)入液壓巖(礦)心卡取裝置內(nèi)部，為儲(chǔ)壓提供先決條件；帶針氣閥處的橡膠密封墊保證提引注壓階段水路的密封，為液壓膜周圍提供足夠壓力、體積的沖洗液。密封螺母外圍預(yù)裝的O型密封圈、滑動(dòng)密封環(huán)具有雙向密封功能，在儲(chǔ)壓階段避免沖洗液經(jīng)推力軸承、滑套、滑套座三者間間隙、心軸與懸掛接手花鍵間間隙泄漏，影響儲(chǔ)壓效果；在正常鉆進(jìn)階段，避免沖洗液從以上結(jié)構(gòu)間間隙回流入本裝置內(nèi)，擾亂沖洗液的循環(huán)水路，為儲(chǔ)壓完完畢后沖洗液正常循環(huán)提供保障環(huán)境。水路截?cái)喹h(huán)僅在儲(chǔ)壓水路轉(zhuǎn)為鉆進(jìn)水路時(shí)滑出泄水孔，而在下鉆和提鉆過程中水路截?cái)喹h(huán)均封閉泄水孔，使水路截?cái)喹h(huán)的軸向水路作為沖洗液進(jìn)入儲(chǔ)壓腔的唯一通路，為進(jìn)入儲(chǔ)壓腔的沖洗液提供物理過濾，避免沖洗液中的大顆粒異物進(jìn)入儲(chǔ)壓機(jī)構(gòu)造成機(jī)構(gòu)堵塞、磨損。儲(chǔ)壓腔中活塞的逐步滑移完成沖洗液儲(chǔ)壓，其密封效果是儲(chǔ)壓密閉環(huán)境實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。密封螺母外圍預(yù)裝的O型密封圈、滑動(dòng)密封環(huán)、水路截?cái)喹h(huán)、活塞與密封面緊密接觸，且相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)各接觸面保證較好的光潔度、合適的表面粗糙度，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)相對(duì)滑動(dòng)的低阻力流暢性及良好的密封效果雙重保障。同時(shí)要求本裝置中所有螺紋連接的螺紋旋向與鉆具回轉(zhuǎn)方向相反，采用左旋，保證鉆進(jìn)過程中鉆具回轉(zhuǎn)方向始終與螺紋緊固方向一致，避免因?yàn)殂@具振動(dòng)、結(jié)構(gòu)間摩擦等原因使螺紋旋松。

本實(shí)用新型的特點(diǎn)如下：

1、在極破碎、軟弱松散等復(fù)雜地層的巖心鉆探中，可以有效地提高取心率，保證取心質(zhì)量，將地層情況真實(shí)準(zhǔn)確地反映到地面。

2、液壓提供全自動(dòng)三維應(yīng)力卡取捆綁控制巖心，利用液體的無確定形態(tài)，配合液壓膜，卡取捆綁形態(tài)可完全貼覆于巖心形狀，克服傳統(tǒng)卡心裝置不宜卡取破碎巖心的弊端，完全避免提鉆過程中巖心掉落，實(shí)現(xiàn)高達(dá)100％的巖心采取率。

3、巧妙設(shè)計(jì)花鍵行程及各機(jī)構(gòu)配合，在鉆進(jìn)前期進(jìn)行沖洗液儲(chǔ)壓，儲(chǔ)壓完畢的同時(shí)同步完成儲(chǔ)壓水路向鉆進(jìn)水路的轉(zhuǎn)變，彈性單向閥、帶針氣閥的配合限流為高壓沖洗液形成密封空間保壓，彈卡鉗滑移限位保證鉆進(jìn)水路穩(wěn)定通暢避免泵壓損失；提鉆時(shí)彈卡鉗自動(dòng)脫卡、水路截?cái)喹h(huán)回位、帶針氣閥接通，高壓沖洗液經(jīng)獨(dú)立水路釋放，充壓液壓膜，完成巖(礦)心包裹卡取。整個(gè)過程全自動(dòng)化，操作流程與常規(guī)鉆具一致，適用性好，同時(shí)利用沖洗液作為液壓傳遞介質(zhì)，循環(huán)利用，綠色環(huán)保。

4、液壓膜的特殊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)巖(礦)心的密封包裹，配合側(cè)噴鉆頭優(yōu)化沖洗液水路，實(shí)現(xiàn)對(duì)孔內(nèi)巖(礦)心的強(qiáng)力隔水保真，極大程度上減弱甚至避免鉆探過程中沖洗液對(duì)巖(礦)心的沖蝕破壞、浸潤破壞，保證巖(礦)心的原生結(jié)構(gòu)、礦物成分等。

5、心軸花鍵與彈卡架環(huán)形孔的行程差設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)只要隔水分動(dòng)機(jī)構(gòu)到位，引壓器與注壓器的帶針氣閥就處于完全分離且閉合狀態(tài)，其他各結(jié)構(gòu)均處于設(shè)計(jì)位置，保證后續(xù)儲(chǔ)壓等功能的順利實(shí)施；同時(shí)水路截?cái)喹h(huán)僅在儲(chǔ)壓水路轉(zhuǎn)為鉆進(jìn)水路時(shí)滑出泄水孔，而在下鉆和提鉆過程中水路截?cái)喹h(huán)均封閉泄水孔，使水路截?cái)喹h(huán)的軸向水路作為沖洗液進(jìn)入儲(chǔ)壓腔的唯一通路，為進(jìn)入儲(chǔ)壓腔的沖洗液提供物理過濾，避免沖洗液中的大顆粒異物進(jìn)入儲(chǔ)壓機(jī)構(gòu)造成機(jī)構(gòu)堵塞、磨損，可靠性高。

6、底彈簧與儲(chǔ)壓彈簧二者彈性系數(shù)的特定比例關(guān)系，協(xié)調(diào)底彈簧、儲(chǔ)壓彈簧形變位移與儲(chǔ)壓進(jìn)程的關(guān)系以及彈簧形變產(chǎn)生的彈力與泵壓之間的關(guān)系；在沖洗液儲(chǔ)壓期間，沖洗液在水路截?cái)喹h(huán)處過水截面變化而憋壓產(chǎn)生的壓力差對(duì)底彈簧的壓縮形變不足以使水路截?cái)喹h(huán)滑移泄水孔；在沖洗液儲(chǔ)壓完畢后，水路截?cái)喹h(huán)處沖洗液水路閉塞完全憋壓產(chǎn)生的壓力差可推動(dòng)水路截?cái)喹h(huán)滑移泄水孔；儲(chǔ)壓腔內(nèi)儲(chǔ)備的高壓沖洗液的壓力可實(shí)現(xiàn)對(duì)巖心內(nèi)管巖(礦)心的三維應(yīng)力捆綁，實(shí)現(xiàn)正常提鉆。

7、隔水分動(dòng)機(jī)構(gòu)、側(cè)噴鉆頭分動(dòng)機(jī)構(gòu)的配合，在本裝置完成自身功能前提的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)裝置的分動(dòng)性能，有效避免鉆進(jìn)過程中鉆具回轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)進(jìn)入巖心管巖心的機(jī)械破壞，保證取心質(zhì)量。

8、側(cè)噴鉆頭分動(dòng)機(jī)構(gòu)的微水路設(shè)計(jì)，使少部分沖洗液流經(jīng)卡簧座與環(huán)帽、環(huán)帽與推力軸承上盤、推力軸承上盤與側(cè)噴鉆頭間隙，完成對(duì)推力軸承的沖洗、潤滑，沖散沉淀于軸承處的巖粉，減少軸承磨損，保證軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

9、液壓巖(礦)心卡取裝置具有獨(dú)立的密封系統(tǒng)，螺紋連接處的潤滑油密封、橡膠密封圈、螺紋銷連接結(jié)構(gòu)間的密封膠密封、焊接密封組成的靜態(tài)密封，隔水接手與懸掛環(huán)間的橡膠密封環(huán)、密封螺母、滑動(dòng)密封環(huán)、水路截?cái)喹h(huán)、帶針氣閥處的橡膠密封墊、活塞組成的動(dòng)態(tài)密封，提供了本實(shí)用新型不同運(yùn)行階段所需的密封環(huán)境。

10、液壓巖(礦)心卡取裝置同樣配備了常規(guī)卡心割心裝置，將本實(shí)用新型的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到整個(gè)可鉆地層卡取巖(礦)心，同時(shí)也可避免液壓巖(礦)心卡取裝置與常規(guī)巖(礦)心卡取裝置間做過多切換，避免頻繁提鉆，減少非鉆進(jìn)時(shí)間對(duì)效率的影響。

本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)與雙管鉆具、繩索取心鉆具直接配合使用，如配合繩索取心鉆具使用，在不需增加鉆探設(shè)備和實(shí)施繩索取心鉆進(jìn)工藝的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)軟弱松散、破碎等復(fù)雜難取心地層高達(dá)100％的取芯率，此外基于液壓提供全自動(dòng)三維應(yīng)力卡取捆綁控制巖心，同時(shí)配合常規(guī)卡心割心裝置，將本液壓巖(礦)心卡取裝置的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到整個(gè)可鉆地層取心，形成具有高可靠度、高取心效率、高取心質(zhì)量、高巖心采取率、適用地層廣、自動(dòng)化性能好等特點(diǎn)的卡取心裝置。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為隔水分動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為儲(chǔ)壓機(jī)構(gòu)、提引注壓機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為液壓卡心機(jī)構(gòu)、側(cè)噴鉆頭分動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為側(cè)噴鉆頭分動(dòng)機(jī)構(gòu)的微水路示意圖；

圖6為儲(chǔ)壓腔、導(dǎo)流管的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為引壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為注壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為底承臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為圖2的局部放大圖；

圖11為圖3的局部放大圖。

圖中，1為隔水接手、2為懸掛環(huán)、3為滑套座、4為滑套、5為推力軸承、6為密封螺母、7為心軸接手、8為心軸、9為懸掛接手、10為限位螺母、11為滑動(dòng)密封環(huán)、12為彈卡架、13為彈簧、14為彈卡鉗、15為彈卡室、16為彈卡座、17為水路截?cái)喹h(huán)、18為彈性單向排氣閥、19為腔頂蓋、20為儲(chǔ)壓腔、21為導(dǎo)流管、22為腔底蓋、23為彈性單向閥、24為儲(chǔ)壓彈簧、25為活塞、26為引壓器、27為注壓器、28為帶針氣閥、29為底彈簧、30為底承臺(tái)、31為液壓膜、32為巖心內(nèi)管、33為卡簧座、34為卡簧、35為環(huán)帽、36為推力軸承、37為側(cè)噴鉆頭、38為扶正環(huán)、39為下擴(kuò)孔器、40為外管、41為上擴(kuò)孔器、a為通水孔、b為卡扣、c為橡膠密封環(huán)、d為O型密封圈、e為環(huán)形孔、f為限位槽、g為泄水孔、h為螺紋銷、i為通氣孔、j為中空支腿、k為橡膠密封墊、L為溢水孔、m為單向閥、n為外花鍵、o為內(nèi)花鍵、p為導(dǎo)流槽、q為預(yù)留螺紋銷口、A為主水路、B為微水路。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例中，所述鉆探用液壓巖心卡取裝置，如圖1和圖4所示，鉆探用液壓巖心卡取裝置，其特征在于：包括隔水分動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅰ、導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)Ⅱ、儲(chǔ)壓機(jī)構(gòu)Ⅲ、提引注壓機(jī)構(gòu)Ⅳ、液壓卡心機(jī)構(gòu)Ⅴ、側(cè)噴鉆頭分動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅵ和密封系統(tǒng)，導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)Ⅱ?qū)痈羲謩?dòng)機(jī)構(gòu)Ⅰ，儲(chǔ)壓機(jī)構(gòu)Ⅲ對(duì)接導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)Ⅱ，提引注壓機(jī)構(gòu)Ⅳ對(duì)接儲(chǔ)壓機(jī)構(gòu)Ⅲ，液壓卡心機(jī)構(gòu)Ⅴ對(duì)接提引注壓機(jī)構(gòu)Ⅳ，側(cè)噴鉆頭分動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅵ對(duì)接液壓卡心機(jī)構(gòu)Ⅴ；

所述液壓卡心機(jī)構(gòu)Ⅴ包括底承臺(tái)30、液壓膜31、巖心內(nèi)管32、卡簧座33和卡簧34；巖心內(nèi)管32上端與儲(chǔ)壓機(jī)構(gòu)Ⅰ的導(dǎo)流管21下端螺紋連接；底承臺(tái)30內(nèi)含單向閥m，側(cè)壁均布溢水孔L，該溢水孔與導(dǎo)流管21溢水孔位置重合、水路連通，底承臺(tái)30與導(dǎo)流管21螺紋銷連接，接口處、溢水孔過渡處采用密封膠密封；底承臺(tái)30下端臺(tái)階與液壓膜31采用密封膠粘結(jié)密封，液壓膜31吸附于巖心內(nèi)管內(nèi)壁并布置于整個(gè)巖心內(nèi)管32，卡簧座33與巖心內(nèi)管32螺紋連接，卡簧座33螺紋根部預(yù)留有液壓膜收納空間，位于卡簧座收納段的液壓膜31在液壓作用下可形成鎖扣形式；卡簧34與卡簧座33楔形接觸。

如圖4所示，所述液壓膜31沿巖心內(nèi)管內(nèi)壁布置至內(nèi)管32末端，然后經(jīng)卡簧座33的液壓膜收納段，再上返至巖心內(nèi)管末端，液壓膜31與巖心內(nèi)管32末端外壁凹臺(tái)段采用密封膠粘結(jié)密封后繼續(xù)向上延伸固定于卡簧座33與巖心內(nèi)管32螺紋間；卡簧座33無水口，末端為內(nèi)凹臺(tái)階結(jié)構(gòu)。

參照?qǐng)D2，所述隔水分動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅰ包括隔水接手1、懸掛環(huán)2、滑套座3、滑套4、推力軸承5、密封螺母6和心軸接手7；隔水接手1外壁的環(huán)狀卡扣b同位于外管40與上擴(kuò)孔器41之間的懸掛環(huán)2處于接觸壓緊狀態(tài)，卡扣b與懸掛環(huán)2之間布置橡膠密封環(huán)c，卡扣b上方均布通水孔a，隔水接手1下端與滑套座3螺紋連接；滑套座3依次貫穿推力軸承5、滑套4、推力軸承5，尾部連接密封螺母6，滑套座3與滑套4間隙配合，滑套座3軸向設(shè)有貫通孔，隔水接手1、密封螺母6配合實(shí)現(xiàn)滑套4及其上下兩個(gè)推力軸承5的軸向限位；密封螺母6的O型密封圈d密封螺母與心軸接手7之間的間隙，滑套4外螺紋連接心軸接手7上端。

參照?qǐng)D2和圖10，導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)Ⅱ包括心軸8、懸掛接手9、限位螺母10、滑動(dòng)密封環(huán)11、彈卡架12、彈簧13、彈卡鉗14、彈卡室15、彈卡座16、水路截?cái)喹h(huán)17和彈性單向排氣閥18；心軸8軸線設(shè)有貫通孔，其上端與心軸接手7螺紋連接，下端與彈卡架12螺紋連接，心軸8軸身布置的外花鍵與懸掛接手9的內(nèi)花鍵相配，懸掛接手9與心軸8可沿花鍵做軸向相對(duì)滑動(dòng)；限位螺母10固定滑動(dòng)密封環(huán)11于彈卡架12上端，滑動(dòng)密封環(huán)11密封懸掛接手9與彈卡架12之間的間隙，彈卡架12下段開有環(huán)形孔e，貫穿彈簧13的插銷可帶動(dòng)彈簧13在環(huán)形孔e中上下滑移，彈簧13支腿插入彈卡鉗14的預(yù)留孔中，彈卡鉗14被插銷固定于彈卡座16上端；彈卡座16下段軸向設(shè)有彈性單向排氣閥18，其外環(huán)與水路截?cái)喹h(huán)17過盈配合；水路截?cái)喹h(huán)17布置于彈卡室15泄水孔g處，并與彈卡室15內(nèi)壁緊密接觸密封泄水孔g截?cái)嗨?，水路截?cái)喹h(huán)17均布互不連通的軸向水路；彈卡室15內(nèi)環(huán)布有對(duì)應(yīng)彈卡鉗14的限位槽f，限位槽f以下均布泄水孔g，彈卡室15上端與懸掛接手9螺紋連接，下端與導(dǎo)流管21螺紋連接。

參照?qǐng)D3、圖6、圖9和圖11，儲(chǔ)壓機(jī)構(gòu)Ⅲ包括腔頂蓋19、儲(chǔ)壓腔20、導(dǎo)流管21、腔底蓋22、彈性單向閥23、儲(chǔ)壓彈簧24、活塞25組成；腔頂蓋19軸向有半深凹槽，頂端開口底端閉合，底端有通氣孔i，腔頂蓋19通過凹槽內(nèi)螺紋連接導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)Ⅱ的彈卡座16并對(duì)水路截?cái)喹h(huán)17做軸向限位，外壁預(yù)留銷口與儲(chǔ)壓腔20螺紋銷h連接，并在接口處涂密封膠密封；導(dǎo)流管21內(nèi)壁除設(shè)置與儲(chǔ)壓腔外花鍵n相配的內(nèi)花鍵o外，還設(shè)有軸向?qū)Я鞑踦；腔底蓋22與儲(chǔ)壓腔20螺紋連接，其軸線位置裝有彈性單向閥23；儲(chǔ)壓彈簧24位于儲(chǔ)壓腔20內(nèi)，其一端連接腔底蓋22，另一端連接活塞25，采用鉸接或粘結(jié)連接；活塞25與儲(chǔ)壓腔20內(nèi)壁光滑緊密接觸；導(dǎo)流管21與底承臺(tái)30連接處均布溢水孔L。

參照?qǐng)D3、圖7、圖8和圖9，提引注壓機(jī)構(gòu)Ⅳ包括引壓器26、注壓器27、帶針氣閥28和底彈簧29；引壓器26的中空支腿j穿過注壓器27端部預(yù)留孔插入腔底蓋22預(yù)留孔洞，并與腔底蓋22焊接密封；引壓器26端部、注壓器27上端均設(shè)有帶針氣閥28，帶針氣閥為常閉氣閥，內(nèi)部壓縮彈簧頂推密封墊使氣閥處于閉合狀態(tài)，外端設(shè)有頂針，端部設(shè)置橡膠密封墊k，氣閥28與引壓器26、注壓器27螺紋連接；注壓器27下段均布的軸向孔分兩類，一類與注壓器帶針氣閥連通，并貫通于底承臺(tái)30預(yù)留的軸向通路，該類軸向孔與底承臺(tái)預(yù)留軸向通路接口處焊接密封，另一類不與注壓器帶針氣閥連通，為獨(dú)立單向孔，用于注壓器27與底承臺(tái)30固定，采用螺紋銷或焊接連接；底彈簧29一端固定于底承臺(tái)30頂端面，通過焊接、鉸接或粘結(jié)連接，另一端為自由端，底彈簧、底承臺(tái)二者共軸線。

參照?qǐng)D4和圖5，側(cè)噴鉆頭分動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅵ包括環(huán)帽35和推力軸承36；卡簧座33末端的內(nèi)凹臺(tái)階坐落于推力軸承36上盤，環(huán)帽35、推力軸承36下盤與側(cè)噴鉆頭37內(nèi)臺(tái)階過盈配合，環(huán)帽35下端面與推力軸承36上盤端面預(yù)留間隙，環(huán)帽35內(nèi)環(huán)、上端面與卡簧座33末端內(nèi)凹臺(tái)階預(yù)留間隙。

參照?qǐng)D2、圖3、圖4、圖10和圖11，密封系統(tǒng)包含靜態(tài)密封和動(dòng)態(tài)密封；靜態(tài)密封包括涂沫潤滑油，在內(nèi)外螺紋根部加設(shè)橡膠密封圈，螺紋銷連接結(jié)構(gòu)間進(jìn)行密封膠密封，焊接密封；動(dòng)態(tài)密封包括隔水接手與懸掛環(huán)間的橡膠密封環(huán)c、密封螺母外圍預(yù)裝的O型密封圈d、滑動(dòng)密封環(huán)11、水路截?cái)喹h(huán)17、帶針氣閥處的橡膠密封墊k、活塞25。

使用方法：

由于兼具常規(guī)卡心功能，可在鉆進(jìn)初始隨雙管鉆具或繩索取心鉆具一起下入鉆孔內(nèi)施工；或當(dāng)鉆進(jìn)過程中遇極破碎、軟弱易沖蝕、松散等采心不牢地層時(shí)，將繩索取心鉆具內(nèi)管總成打撈上來，換裝液壓巖心卡取裝置，配合采用側(cè)噴式鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。

鉆具裝配液壓巖(礦)心卡取裝置，重新下鉆，各機(jī)構(gòu)到位后，開始向孔內(nèi)泵送沖洗液，若為繩索取心鉆具配合液壓卡取心裝置，則地表的泵壓表會(huì)有第一次壓力明顯升高(約升高5～10atm)，表明內(nèi)管總成已到達(dá)指定位置；緊接著會(huì)出現(xiàn)第二次壓力明顯升高(相對(duì)第一次升壓峰值約升高5～10atm)，第二次升壓會(huì)出現(xiàn)升-停-升-停的過程，表明儲(chǔ)壓腔正在充壓；壓力升至第二次升壓峰值后會(huì)有第三次壓力明顯升高(相對(duì)第二次升壓峰值約升高3～5atm)，表明儲(chǔ)壓腔已完成充壓并開始頂推水位截?cái)喹h(huán)滑移泄水孔，隨后出現(xiàn)降壓至設(shè)計(jì)泵壓，說明水路已由儲(chǔ)壓水路轉(zhuǎn)為鉆進(jìn)水路，可以開始掃孔鉆進(jìn)。若為雙管鉆具配合本液壓卡取心裝置，則地表泵壓表依次出現(xiàn)的壓力變化過程為第一次升壓(約升高15～20atm)、第二次升壓(相對(duì)第一次壓峰值約升高3～5atm)、降壓至設(shè)計(jì)泵壓，其中第一次升壓泵壓表會(huì)出現(xiàn)升-停-升-停的過程，表示儲(chǔ)壓腔充壓過程，第二次升壓表示儲(chǔ)壓腔充壓完畢并開始頂推水位截?cái)喹h(huán)滑移泄水孔，降壓至設(shè)計(jì)泵壓表示水路已由儲(chǔ)壓水路轉(zhuǎn)為鉆進(jìn)水路，可以開始掃孔鉆進(jìn)。泵壓表的壓力變化由本液壓卡取心裝置中的各彈簧彈力共同確定，可根據(jù)鉆進(jìn)地層軟硬程度不同，調(diào)節(jié)彈簧的彈力，避免液壓膜圍壓過大擾動(dòng)破壞巖(礦)心，兼顧巖心采取率及取心質(zhì)量。鉆進(jìn)過程中的鉆壓、鉆速等鉆進(jìn)參數(shù)均可采用與雙管鉆具或繩索取心鉆具一致的鉆進(jìn)參數(shù)，但從復(fù)雜地層鉆進(jìn)取心考慮，鉆壓不宜過大，一般為2～4kN，否則可能造成巖心堵塞或糊鉆，鉆速從保護(hù)破碎巖(礦)心考慮，一般在150～250rpm。鉆進(jìn)過程中要嚴(yán)格注意巖(礦)心采取長度，可通過鉆進(jìn)進(jìn)尺控制進(jìn)入液壓膜31中的巖(礦)心長度，若為繩索取心鉆具，可通過地表泵壓表壓力變化確定巖心是否裝滿巖心內(nèi)管；但為保證液壓膜31對(duì)巖心內(nèi)管32中巖礦心有較好的包裹作用，當(dāng)鉆進(jìn)進(jìn)尺相對(duì)巖心內(nèi)管最大取心長度差約0.05～0.1m時(shí)即可停止鉆進(jìn)。提鉆取心過程中本液壓卡取心裝置的三維應(yīng)力卡取捆綁巖心自動(dòng)完成，故操作流程與常規(guī)鉆進(jìn)一致，具體操作為雙管鉆具直接提鉆取巖(礦)心，緩慢提鉆約0.05m后稍作停頓，即可繼續(xù)提鉆；繩索取心鉆具通過打撈器撈取巖(礦)心，打撈器緩慢提升約0.05m后稍作停頓，即可繼續(xù)提升打撈器。提鉆到地面后，可根據(jù)巖(礦)心需要，或在液壓膜泄壓后將巖(礦)心取出，或泄壓后將液壓膜、巖(礦)心同時(shí)取出，由液壓膜包裹的巖(礦)心可有效避免地表環(huán)境對(duì)巖(礦)心的影響，為后續(xù)巖(礦)心實(shí)驗(yàn)研究提供先決條件。

目前復(fù)雜地層難取心問題、取心質(zhì)量差等問題，除了鉆具隔水性能、對(duì)巖(礦)心的保真方面的不足，關(guān)鍵在于現(xiàn)行鉆探機(jī)具的巖(礦)心卡取原理未能適應(yīng)復(fù)雜地層巖(礦)心卡取要求。使用本液壓卡取巖(礦)心裝置，液壓提供全自動(dòng)三維應(yīng)力卡取捆綁巖心，利用液壓膜不透水特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜地層巖(礦)心卡取的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了巖(礦)心強(qiáng)力隔水保真，解決了傳統(tǒng)卡心裝置不宜卡取破碎巖心的弊端，配合常規(guī)卡心割心裝置，將液壓巖(礦)心卡取裝置的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到整個(gè)可鉆地層取心，適用范圍廣，取芯率、取心質(zhì)量、可靠性高。

以上已將本實(shí)用新型做一詳細(xì)說明，以上所述，僅為本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例而已，當(dāng)不能限定本實(shí)用新型實(shí)施范圍，即凡依本申請(qǐng)范圍所作均等變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本實(shí)用新型涵蓋范圍內(nèi)。