能源安全是我国国家安全的重要组成部分,但由于我国浅表层资源勘探存量越来越少,所以资源勘探逐渐向深层勘探发展。“十四五”规划中,将“深空深地深海和极地探测”列为科技前沿领域攻关的项目之一,是强化国家战略科技力量的重要组成部分。由于我国地域辽阔,因此遇到的地层具有相当的复杂性和多样性,给深部资源勘查工作带来较大困难。绳索取心钻进因其“四高、三低、两好”的优点成为目前深部资源勘查工作常用的取心方法之一,但依然存在复杂地层岩心采取率低、内管打捞失败等缺点。为了解决这些问题,此次研究在S75型钻具基础上针对性设计了一种新型单动三管全封闭式割心机构和一种径向回收的双摇杆定位机构,与已有的S75型钻具适配,形成一套新的全封闭自适应绳索取心钻具。割心机构设计中,首先针对基础设计进行了壁厚、螺纹受力、转轴受力以及岩心爪楔入力验算,然后采用ABAQUS进行动态模拟仿真,模拟了岩心内容纳管无轴压和有轴压的区别,在此基础上模拟探讨了薄壁岩心爪与普通岩心爪楔入岩心的能力,并模拟得出了提高薄壁岩心爪弹性模量的优点。通过计算和仿真结果,针对基础设计存在的缺点对割心机构进行了优化设计。定位机构设计中,首先针对基础设计进行了危险截面受力分析,并用ABAQUS进行动态模拟仿真,模拟了定位机构工作过程和定位机构安装拆卸过程。计算与模拟结果表明,定位机构的尺寸设计和结构受力是合理的,但也有一些缺点,针对这些缺点对定位机构进行了优化设计。将设计的割心机构、定位机构与已有的S75型钻具适配,形成一套新的全封闭自适应绳索取心钻具。钻具加工装配后发现,定位机构能够较好实现预期目标,但割心机构加工精度不足,有必要通过增大割心机构设计尺寸解决该问题。设计的全封闭自适应绳索取心钻具拥有钻遇复杂地层不用更换钻具、有效避免内管打捞失败、空筒原因快速识别等功能及优点。对于深部资源勘查以及大陆科学钻探等需要用金刚石绳索取心钻进的场景具有积极意义。