本实用新型涉及一种绳索取心钻具，尤其是涉及一种适用于海底钻机的海底工程勘察绳索取心钻具。

背景技术：

海底油气资源的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。在海底油气井场及钻井平台等海洋基础工程建设的前期勘察过程中，通过钻探手段是获取工程地质样品最直接的方法。目前使用的绳索取心钻具主要是针对陆域岩心钻机和位于海面钻探船甲板上的海上钻机使用，其结构形式通常采用内管超前形式，由2副单向推力球轴承实现内管总成的单动，并配合带弹簧片的卡簧实现样品的卡取。而海底钻机是将所需的内管总成通过位于钻机本体上的钻杆库全部带入水下后再进行海底取心作业，待全部取心作业工作完毕后，再将全部内管总成随钻机一起提升至配套母船甲板，其在水下工作时间长。现有的常规钻具主要存在以下问题：钻具内管总成单动性能差且无定心功能、现有结构欠考虑海水腐蚀效应，对上部轴承的防护性能差、钻进时由于上部轴承持续承压容易造成轴承失效、钻具内管与外管悬挂定位组件容易卡死造成打捞困难、卡心机构对样品扰动程度大、塑料岩心衬管无法定心，在硬质土样压入取心时，土样挤压进衬管和内管的环状间隙之间，使衬管产生塑性变形导致抽取困难等实际问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种内管总成单动性能好、卡心机构对样品扰动程度小，且能够防止内管与外管悬挂定位机构组件卡死的适用于海底钻机使用工况的工程勘探用绳索取心钻具。

本实用新型采用的技术方案是：一种适用于海底钻机的工程勘探绳索取心钻具，包括外管总成和内管总成，所述的外管总成包括依次连接的弹卡档头、弹卡室、外管、扩孔器和钻头；所述的内管总成包括捞矛头、弹卡定位机构、弹卡支架、单动机构、内管接头、回水球阀、内管及岩心衬管；捞矛头与弹卡定位机构连接，弹卡定位机构置于弹卡室内，弹卡定位机构与弹卡支架连接；弹卡支架侧壁上设有悬挂环，悬挂环置于外管内壁上的座环上；弹卡支架与单动机构连接，单动机构与内管接头连接，内管接头的下端与内管的上端连接，岩心衬管设置在内管中；

所述的单动机构包括心轴、套管端盖、上传力卡套及下传力卡套；心轴的上端与弹卡支架连接，心轴的下端穿过套管端盖，心轴的下端设有锁紧螺母；套管端盖中心孔为阶梯孔，两端直径大于中部直径；套管端盖上部内孔内芯轴上套装有上传力卡套，上传力卡套与套管端盖内孔台阶面之间设有双向推力轴承，套管端盖内孔上端处设有骨架油封；套管端盖下部内孔内芯轴上套装有下传力卡套，下传力卡套与套管端盖内孔台阶面之间设有推力轴承，下传力卡套与锁紧螺母之间设有深沟球轴承；所述的内管接头两端分别设有内孔，上端的内孔与套管端盖螺接，该内孔侧壁上设有连通该内孔与内管接头与外管之间腔隙的通孔；内管接头下端的内孔与岩心衬管的内孔连通，该内孔中设有回水球阀，该内孔侧壁上设有连通该内孔和外管与内管接头之间腔隙的通孔。

上述的适用于海底钻机的工程勘探绳索取心钻具中，所述的上传力卡套为T型结构，上端与心轴凸缘底部接触，下部与双向推力轴承的上圈过盈配合；所述心轴与双向推力轴承的下圈之间设有定位套。

上述的适用于海底钻机的工程勘探绳索取心钻具中，内管的下端与超前朱咀连接，所述超前朱咀的内孔的下部设有用于岩心衬管定心的定心柱面及定位台阶，岩心衬管的下端置于超前朱咀的限位台阶上；定位台阶下方的超前朱咀内孔的内侧面上设有环形内凹式倒钩燕尾槽。

上述的适用于海底钻机的工程勘探绳索取心钻具中，所述的座环内孔的上下端部设有台阶面；两台阶面之间的内孔设有倒角。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的轴承均设置在密闭的腔体结构内，能够防止海水腐蚀，提高了轴承的使用寿命；单动机构上部采用双向推力轴承，能够在持续受压的实际钻进工况下，提高钻具的工作可靠性，单动机构下部设置深沟球轴承，提高了定心性能；本实用新型的超前朱咀内设有内凹式的倒钩燕尾槽结构，在钻进过程中对土样扰动程度小，在拔心过程中利用土样的膨胀自锁效应进行卡心，减小岩心样品的表面刮痕，降低样品的扰动程度，且无需额外配置卡簧，提高样品质量的同时减少现场作业工作量；本实用新型的座环具有防卡功能，能够避免在投放过程中内管总成中的悬挂环由于投放冲击力过大造成与座环卡死，导致内管总成打捞困难的风险；本实用新型的超前朱咀能够实现对岩心衬管进行定心，防止在压入式取心时由于土样挤压进入衬管和内管之间的环状间隙，解决了由于衬管产生塑性变形而导致的抽取困难的问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的单动机构的结构示意图。

图3是本实用新型的超前朱咀的结构示意图。

图4是本实用新型的座环的结构示意图。

图中：1-捞矛头；2-弹卡挡头；3-收卡筒；4-压簧；5-弹卡板；6-弹卡室；7-弹卡支架；8-悬挂环；9-座环；10-心轴；11-骨架油封；12-上传力卡套；13-双向推力轴承；14-套管端盖；15-定位套；16-推力轴承；17-下传力卡套；18-深沟球轴承；19-垫圈；20-锁紧螺母；21-内管接头；22-回水球阀；23-外管；24-内管；25-岩心衬管；26-扩孔器；27-钻头；28-超前朱咀；281-定心柱面；282-定心台阶；283-内凹式倒钩燕尾槽。

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，本实用新型包括外管总成和内管总成，内管总成置于外管总成内。所述外管总成包括弹卡档头2、弹卡室6、座环9、外管23、扩孔器26和钻头27；弹卡档头2、弹卡室6、外管23、扩孔器26和钻头27依次连接；座环9安装在外管23上端的内壁上。如图4所示，所述的座环9内孔的上下端部设有台阶面91；两台阶面91之间的内孔设有倒角92，该种结构的座环9具有防卡功能，能够避免在投放过程中内管总成中的悬挂环8由于投放冲击力过大造成与座环9卡死，导致内管总成打捞困难的风险。

所述的内管总成包括捞矛头1、弹卡定位机构、弹卡支架7、悬挂环8、单动机构、内管接头21、回水球阀22、内管24、岩心衬管25及超前朱咀28。捞矛头1的下端与弹卡定位机构连接，弹卡定位机构位于弹卡室6内，其下端与弹卡支架7连接。弹卡支架7的侧壁的下部设有悬挂环8，悬挂环8置于外管23内侧壁上的座环9上。弹卡支架7的下端与单动机构的上端连接，单动机构的下端与内管接头21的上端连接，内管接头21的内孔内设有回水球阀22。内管接头21的下端与内管24的上端连接，岩心衬管25设置在内管24中；内管24的下端与超前朱咀28的上端连接，岩心衬管25的下端坐落在超前朱咀28的内台阶上。所述的弹卡定位机构包括收卡筒3、压簧4及弹卡板5。

如图2所示，所述的单动机构包括心轴10、套管端盖14、骨架油封11、上传力卡套12、双向推力轴承13、定位套15、推力轴承16、下传力卡套17、深沟球轴承18、垫圈19及锁紧螺母20。心轴10的上端与弹卡支架7连接，心轴10的下端穿过套管端盖14，心轴10的下端设有锁紧螺母20。套管端盖14中心孔为阶梯孔，两端直径大于中部直径。套管端盖14上部内孔内芯轴10上套装有上传力卡套12，上传力卡套12与套管端盖14内孔台阶面之间设有双向推力轴承13。所述的上传力卡套12为T型结构，上端与心轴10的凸缘底部接触，下部与双向推力轴承13的上圈过盈配合。所述心轴10与双向推力轴承13的下圈之间设有定位套15，双向推力轴承13能够在持续受压的实际钻进工况下，提高钻具的工作可靠性。套管端盖14内孔上端处设有骨架油封11。

套管端盖14下部内孔内芯轴10上套装有下传力卡套17，下传力卡套17与套管端盖14内孔台阶面之间设有推力轴承16，下传力卡套17与锁紧螺母20之间设有深沟球轴承18及垫圈19，垫圈19位于锁紧螺母20和深沟球轴承18之间。所述的内管接头21两端分别设有内孔211和内孔212，上端的内孔211与套管端盖14螺接；内孔211侧壁上设有连通内孔211与内管接头21与外管23之间腔隙的通孔213。内管接头21下端的内孔212与岩心衬管25的内孔连通，内孔212中设有回水球阀22，内孔212侧壁上设有连通内孔213和外管23与内管接头21之间腔隙的通孔214。骨架油封11和内管接头21使得双向推力轴承13、推力轴承16、深沟球轴承18位于密闭的腔体结构内，防止了海水的腐蚀，提高了使用寿命。

如图3所示，所述的超前朱咀28内孔的下部设有用于岩心衬管定心的定心柱面281和定位台阶282，定位台阶282下方的超前朱咀内孔的内侧面上设有环形内凹式倒钩燕尾槽283，倒钩燕尾槽283的数量可根据地层特性增减。凹式倒钩燕尾槽283使得本实用新型在钻进过程中对土样扰动程度小，在拔心过程中利用土样的膨胀自锁效应进行卡心，减小岩心样品的表面刮痕，降低样品的扰动程度，且无需额外配置卡簧，提高样品质量的同时减少现场作业工作量

本实用新型的具体使用方法如下：钻进开始前，机械手抓取内管总成移至钻机孔口位置，利用钻机上的绳索打捞机构将内管总成下放至孔底外管总成中的预定位置，使悬挂环与座环台阶下部的倒角面相接触以实现内管总成定位，进行钻进作业。作业时可采用纯压入取心方式取土样，如果纯压入方式受压过大也可采用回转钻进模式。取样结束后，钻具总成上移一定距离进行卡心操作，利用超前朱咀端部的多道倒钩型燕尾槽机构使土样在卡心过程中产生膨胀自锁效应，在减小土样扰动的同时避免提钻过程中的土体样品掉落丢失。