CN102102498B - 软岩层钻探专用的绳索取芯系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软岩层钻探专用的绳索取芯系统及其使用方法。它包括绳索、井下驱动系统、金属空心钻杆、取样管、井口电机和绞车、凹槽金属板、取样管锁定簧片。金属空心钻杆内依次设有绳索、井下驱动系统、取样管,绳索与井口电机和绞车相连,取样管顶部设有凹槽金属板,金属空心钻杆的最下一节内侧设有取样管锁定簧片。本发明与螺纹式工程钻、沉积物专用钻机配套使用,能在不提钻的情形下完成对土壤、沉积物的取芯。本发明适合于各类软岩层的钻探取芯,如沉积物、土壤、冻土、冰,尤其适合于沉积物的钻探取芯。
Description
技术领域
本发明涉及一种软岩层钻探专用的绳索取芯系统及其使用方法。
背景技术
绳索取芯技术可以在不提钻的情形下完成取芯作业,从而大大提高了钻探取芯的效率,但现有的绳索取芯方案基本上都是服务于硬岩层钻机,基本不适合于针对软岩层的工程钻机。工程钻机的岩土取芯不仅是大型工程勘探的需要,也是对沉积层中赋存资源进行勘探的需要,如浅层天然气和天然气水合物的勘探,通常需要对数十米到上百米的沉积物进行取芯。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种软岩层钻探专用的绳索取芯系统及其使用方法。
软岩层钻探专用的绳索取芯系统包括绳索、井下驱动系统、金属空心钻杆、取样管、井口电机和绞车、凹槽金属板、取样管锁定簧片,井下驱动系统包括驱动涡轮、驱动链轮、传动链轮、驱动链条、传动链条、平行四边形支撑架、驱动轮、调节支撑杆、导向柱、吊钩、吊钩支撑杆、吊钩丝杆螺母、吊钩轴套、吊钩丝杆、吊钩电机及导向板、调节丝杆螺母、调节轴套、调节丝杆、调节电机、驱动电机、驱动蜗杆、连接座,其中、驱动涡轮、驱动链轮、传动链轮、驱动链条、传动链条、平行四边形支撑架、驱动轮、调节支撑杆、导向柱、吊钩、吊钩支撑杆呈120度对称布置三组;金属空心钻杆内从上到下依次设有绳索、井下驱动系统、取样管、呈90度对称布置的四组取样管锁定簧片,绳索与井口电机和绞车相连,取样管顶部设有凹槽金属板,调节丝杆旁设有导向柱,调节丝杆上端设有连接座,调节丝杆和导向柱上从上到下依次设有驱动电机、调节电机、调节轴套、吊钩电机及导向板、吊钩丝杆、吊钩轴套,调节轴套设有调节丝杆螺母,吊钩轴套设有吊钩丝杆螺母,连接座设有平行四边形支撑架,在连接座与平行四边形支撑架第一节点的连接点上设有驱动涡轮,驱动涡轮设有驱动链轮,平行四边形支撑架的第二节点上设有传动链轮,平行四边形支撑架的第三节点上设有驱动轮,平行四边形支撑架的第四节点与驱动电机相连,驱动链轮、驱动链条、传动链轮、传动链条、驱动轮顺次连接,平行四边形支撑架第三节点与第四节点之间的支撑杆与调节轴套连接,吊钩电机及导向板经吊钩、吊钩支撑杆与吊钩轴套相连。
所述的绳索是直径4~8毫米的铠装钢缆,内有2~8路的电力和信号传输铜芯。
所述的金属空心钻杆的内径为40~200毫米,壁厚5~20毫米,单节长度20~50米,外壁有外螺纹,除最下一节外,内壁有水平纹,其最下一节内侧设有取样管锁定簧片,其最下一节底端向内有凸起,防止取样管继续向下运动。 所述的取样管为薄壁管材,其外径、长度与金属空心钻杆(3)的内径匹配,壁厚不超过5毫米。所述的吊钩电机及导向板、调节电机、驱动电机为直流电机,电压10~100V,功率20~100W。所述的吊钩电机及导向板外形为一凹槽状金属架,其外径与金属空心钻杆的内径匹配。所述的取样管锁定簧片在金属空心钻杆最下一节内侧呈90度对称布置四组。
软岩层钻探专用的绳索取芯系统的使用方法的步骤如下:
1)软岩层专用钻机进行钻探,金属空心钻杆向下旋转运动,取样管锁定簧片约束取样管,使之在金属空心钻杆内的位置被固定,样品进入取样管内,直至其达到取样管的凹槽金属板;
2)开动井口电机和绞车,在金属空心钻杆中下放绳索和井下驱动系统;
3)启动调节电机,调节丝杆转动,调节丝杆螺母与调节轴套沿导向柱向上滑动,撑开平行四边形支撑架,驱动轮与金属空心钻杆内壁接触;
4)启动驱动电机,带动与之相连接的驱动蜗杆转动,并由驱动蜗杆并联驱动3个驱动涡轮,驱动涡轮又通过各自的驱动链轮、传动链轮、驱动链条、传动链条驱动所有驱动轮运动,井下驱动系统向下运动,直至与取样管接触,关闭井口电机和驱动电机,此时,吊钩电机及导向板顶开取样管锁定簧片;
5)调节电机反转,调节丝杆反转,调节丝杆螺母与调节轴套沿导向柱向下滑动,收拢平行四边形支撑架,驱动轮与金属空心钻杆内壁脱离;
6)启动吊钩电机及导向板,吊钩丝杆转动,吊钩丝杆螺母与吊钩轴套沿着导向柱向上滑动,撑开吊钩,井下驱动系统的吊钩进入取样管的凹槽金属板,实现井下驱动系统和取样管的连接;
7)开启井口电机和绞车,绳索将井下驱动系统和充满了沉积物样品的取样管回收到井口;
8)吊钩电机反转,吊钩丝杆反转,吊钩丝杆螺母与吊钩轴套沿着导向柱向下滑动,收拢吊钩,井下驱动系统和取样管脱离,换上新的取样管,取样作业完成,取芯系统下一次作业的待命状态;
9)重复步骤6),吊钩撑开,井下驱动系统和取样管连接;
10)开动井口电机和绞车,在金属空心钻杆中下放绳索,井下驱动系统和取样管;
11)重复步骤3)、步骤4),在井下驱动系统的驱动下,取样管顶开金属空心钻杆最下一节内侧的取样管锁定簧片,直至取样管接触到最下一节钻杆的底端凸起,关闭井口电机和驱动电机;
12)重复步骤5),驱动轮与金属空心钻杆内壁脱离;
13)重复步骤8),收拢吊钩,井下驱动系统和取样管脱离;
14)开启井口电机和绞车,绳索将井下驱动系统回收到井口;当吊钩电机及导向板与取样管锁定簧片脱离接触时,取样管锁定簧片回弹,固定取样管在金属空心钻杆内中的位置,取芯系统进入下一个工作循环。
本发明与螺纹式工程钻、沉积物专用钻机配套使用,能在不提钻的情形下完成对土壤、沉积物的取芯。本发明适合于各类软岩层的钻探取芯,如沉积物、土壤、冻土、冰,尤其适合于沉积物的钻探取芯。
附图说明
图1为软岩层钻探专用的绳索取芯系统结构示意图;
图2为本发明的井下驱动系统结构示意图;
图3为本发明的取样管锁定簧片结构放大示意图;
图4为本发明的取样过程示意图;
图中:绳索1,井下驱动系统2、金属空心钻杆3、取样管4、井口电机和绞车5、驱动涡轮6、驱动链轮7、传动链轮8、驱动链条9、传动链条10、平行四边形支撑架11、驱动轮12、调节支撑杆13、导向柱14、吊钩15、吊钩支撑杆16、吊钩丝杆螺母17、吊钩轴套18、吊钩丝杆19、吊钩电机20、调节丝杆螺母21、调节轴套22、调节丝杆23、调节电机24、驱动电机25、驱动蜗杆26、连接座27、凹槽金属板28、取样管锁定簧片29。
具体实施方式
如图1、2、3所示,软岩层钻探专用的绳索取芯系统包括绳索1、井下驱动系统2、金属空心钻杆3、取样管4、井口电机和绞车5、凹槽金属板28、取样管锁定簧片29,井下驱动系统2包括驱动涡轮6、驱动链轮7、传动链轮8、驱动链条9、传动链条10、平行四边形支撑架11、驱动轮12、调节支撑杆13、导向柱14、吊钩15、吊钩支撑杆16、吊钩丝杆螺母17、吊钩轴套18、吊钩丝杆19、吊钩电机及导向板20、调节丝杆螺母21、调节轴套22、调节丝杆23、调节电机24、驱动电机25、驱动蜗杆26、连接座27,其中、驱动涡轮6、驱动链轮7、传动链轮8、驱动链条9、传动链条10、平行四边形支撑架11、驱动轮12、调节支撑杆13、导向柱14、吊钩15、吊钩支撑杆16呈120度对称布置三组;金属空心钻杆3内从上到下依次设有绳索1、井下驱动系统2、取样管4、呈90度对称布置的四组取样管锁定簧片 29,绳索1与井口电机和绞车相连,取样管4顶部设有凹槽金属板28,调节丝杆23旁设有导向柱14,调节丝杆23上端设有连接座27,调节丝杆23和导向柱14上从上到下依次设有驱动电机25、调节电机24、调节轴套22、吊钩电机及导向板20、吊钩丝杆19、吊钩轴套18,调节轴套22设有调节丝杆螺母21,吊钩轴套18设有吊钩丝杆螺母17,连接座27设有平行四边形支撑架11,在连接座27与平行四边形支撑架11第一节点的连接点上设有驱动涡轮6,驱动涡轮6设有驱动链轮7,平行四边形支撑架11的第二节点上设有传动链轮8,平行四边形支撑架11的第三节点上设有驱动轮12,平行四边形支撑架11的第四节点与驱动电机25相连,驱动链轮7、驱动链条9、传动链轮8、传动链条10、驱动轮12顺次连接,平行四边形支撑架11第三节点与第四节点之间的支撑杆与调节轴套22连接,吊钩电机及导向板20经吊钩15、吊钩支撑杆16与吊钩轴套18相连。
所述的绳索1是直径4~8毫米的铠装钢缆,内有2~8路的电力和信号传输铜芯。所述的金属空心钻杆3的内径为40~200毫米,壁厚5~20毫米,单节长度20~50米,外壁有外螺纹,除最下一节外,内壁有水平纹,其最下一节内侧设有取样管锁定簧片29,其最下一节底端向内有凸起,防止取样管4继续向下运动。所述的取样管4为薄壁管材,其外径、长度与金属空心钻杆3的内径匹配,壁厚不超过5毫米。所述的吊钩电机及导向板20、调节电机24、驱动电机25为直流电机,电压10~100V,功率20~100W。所述的吊钩电机及导向板20外形为一凹槽状金属架,其外径与金属空心钻杆3的内径匹配。所述的取样管锁定簧片29在金属空心钻杆3 最下一节内侧呈90度对称布置四组。
软岩层钻探专用的绳索取芯系统的使用方法的步骤如下:
1)软岩层专用钻机进行钻探,金属空心钻杆3向下旋转运动,取样管锁定簧片29约束取样管4,使之在金属空心钻杆3内的位置被固定,样品进入取样管4内,直至其达到取样管4的凹槽金属板2,如图4a所示;
2)开动井口电机和绞车5,在金属空心钻杆3中下放绳索1和井下驱动系统2;
3)启动调节电机24,调节丝杆23转动,调节丝杆螺母21与调节轴套22沿导向柱14向上滑动,撑开平行四边形支撑架11,驱动轮12与金属空心钻杆3内壁接触,如图4b所示;
4)启动驱动电机25,带动与之相连接的驱动蜗杆26转动,并由驱动蜗杆26并联驱动3个驱动涡轮6,驱动涡轮6又通过各自的驱动链轮7、传动链轮8、驱动链条9、传动链条10驱动所有驱动轮12运动,井下驱动系统2向下运动,直至与取样管4接触,关闭井口电机和驱动电机25,此时,吊钩电机及导向板20顶开取样管锁定簧片2),如图4b所示;
5)调节电机24反转,调节丝杆23反转,调节丝杆螺母21与调节轴套22沿导向柱14向下滑动,收拢平行四边形支撑架(11),驱动轮(12)与金属空心钻杆3内壁脱离,如图4c所示;
6)启动吊钩电机及导向板20,吊钩丝杆19转动,吊钩丝杆螺母17与吊钩轴套18沿着导向柱14向上滑动,撑开吊钩15,井下驱动系统2的吊钩15进入取样管4的凹槽金属板28,实现井下驱动系统2和取样管4的连接,如图4c所示;
7)开启井口电机和绞车5,绳索1将井下驱动系统2和充满了沉积物样品的取样管4回收到井口,如图4d所示;
8)吊钩电机反转,吊钩丝杆19反转,吊钩丝杆螺母17与吊钩轴套18沿着导向柱14向下滑动,收拢吊钩15,井下驱动系统2和取样管4脱离,换上新的取样管,取样作业完成,取芯系统下一次作业的待命状态;
9)重复步骤6),吊钩15撑开,井下驱动系统2和取样管4连接,如图4e所示;
10)开动井口电机和绞车,在金属空心钻杆3中下放绳索1,井下驱动系统2和取样管4,如图4e所示;
11)重复步骤3)、步骤4),在井下驱动系统2的驱动下,取样管4顶开金属空心钻杆3最下一节内侧的取样管锁定簧片29,直至取样管4接触到最下一节钻杆的底端凸起,关闭井口电机和驱动电机25,如图4f所示;
12)重复步骤5),驱动轮12与金属空心钻杆3内壁脱离,如图4g所示;
13)重复步骤8),收拢吊钩15,井下驱动系统2和取样管4脱离,如图4g所示;
14)开启井口电机和绞车5,绳索1将井下驱动系统2回收到井口;当吊钩电机及导向板20与取样管锁定簧片29脱离接触时,取样管锁定簧片29回弹,固定取样管4在金属空心钻杆3内中的位置,如图4h所示,取芯系统进入下一个工作循环。
Claims (8)
1.一种软岩层钻探专用的绳索取芯系统,其特征在于包括绳索(1)、井下驱动系统(2)、金属空心钻杆(3)、取样管(4)、井口电机和绞车(5)、凹槽金属板(28)、取样管锁定簧片(29),井下驱动系统(2)包括驱动涡轮(6)、驱动链轮(7)、传动链轮(8)、驱动链条(9)、传动链条(10)、平行四边形支撑架(11)、驱动轮(12)、调节支撑杆(13)、导向柱(14)、吊钩(15)、吊钩支撑杆(16)、吊钩丝杆螺母(17)、吊钩轴套(18)、吊钩丝杆(19)、吊钩电机及导向板(20)、调节丝杆螺母(21)、调节轴套(22)、调节丝杆(23)、调节电机(24)、驱动电机(25)、驱动蜗杆(26)、连接座(27),其中驱动涡轮(6)、驱动链轮(7)、传动链轮(8)、驱动链条(9)、传动链条(10)、平行四边形支撑架(11)、驱动轮(12)、调节支撑杆(13)、导向柱(14)、吊钩(15)、吊钩支撑杆(16)呈120度对称布置三组;金属空心钻杆(3)内从上到下依次设有绳索(1)、井下驱动系统(2)、取样管(4)、呈90度对称布置的四组取样管锁定簧片 (29),绳索(1)与井口电机和绞车相连,取样管(4)顶部设有凹槽金属板(28),调节丝杆(23)旁设有导向柱(14),调节丝杆(23)上端设有连接座(27),调节丝杆(23)和导向柱(14)上从上到下依次设有驱动电机(25)、调节电机(24)、调节轴套(22)、吊钩电机及导向板(20)、吊钩丝杆(19)、吊钩轴套(18),调节轴套(22)设有调节丝杆螺母(21),吊钩轴套(18)设有吊钩丝杆螺母(17),连接座(27)设有平行四边形支撑架(11),在连接座(27)与平行四边形支撑架(11)第一节点的连接点上设有驱动涡轮(6),驱动涡轮(6)设有驱动链轮(7),平行四边形支撑架(11)的第二节点上设有传动链轮(8),平行四边形支撑架(11)的第三节点上设有驱动轮(12),平行四边形支撑架(11)的第四节点与驱动电机(25)相连,驱动链轮(7)、驱动链条(9)、传动链轮(8)、传动链条(10)、驱动轮(12)顺次连接,平行四边形支撑架(11)第三节点与第四节点之间的调节支撑杆(13)与调节轴套(22)连接,吊钩电机及导向板(20)经吊钩(15)、吊钩支撑杆(16)与吊钩轴套(18)相连。
2.如权利要求1所述的一种软岩层钻探专用的绳索取芯系统,其特征在于所述的绳索(1)是直径4~8毫米的铠装钢缆,内有2~8路的电力和信号传输铜芯。
3.如权利要求1所述的一种软岩层钻探专用的绳索取芯系统,其特征在于所述的金属空心钻杆(3)的内径为40~200毫米,壁厚5~20毫米,单节长度20~50米,外壁有外螺纹,除最下一节外,内壁有水平纹,其最下一节内侧设有取样管锁定簧片(29),其最下一节底端向内有凸起,防止取样管(4)继续向下运动。
4.如权利要求1所述的一种软岩层钻探专用的绳索取芯系统,其特征在于所述的取样管(4)为薄壁管材,其外径、长度与金属空心钻杆(3)的内径匹配,壁厚不超过5毫米。
5.如权利要求1所述的一种软岩层钻探专用的绳索取芯系统,其特征在于所述的吊钩电机及导向板(20)、调节电机(24)、驱动电机(25)为直流电机,电压10~100V,功率20~100W。
6.如权利要求1所述的一种软岩层钻探专用的绳索取芯系统,其特征在于所述的吊钩电机及导向板(20)外形为一凹槽状金属架,其外径与金属空心钻杆(3)的内径匹配。
7.如权利要求1所述的一种软岩层钻探专用的绳索取芯系统,其特征在于所述的取样管锁定簧片(29)在金属空心钻杆(3) 最下一节内侧呈90度对称布置四组。
8.一种如权利要求1所述软岩层钻探专用的绳索取芯系统的使用方法,其特征在于它的步骤如下:
1)软岩层专用钻机进行钻探,金属空心钻杆(3)向下旋转运动,取样管锁定簧片(29)约束取样管(4),使之在金属空心钻杆(3)内的位置被固定,样品进入取样管(4)内,直至其达到取样管(4)的凹槽金属板(28);
2)开动井口电机和绞车(5),在金属空心钻杆(3)中下放绳索(1)和井下驱动系统(2);
3)启动调节电机(24),调节丝杆(23)转动,调节丝杆螺母(21)与调节轴套(22)沿导向柱(14)向上滑动,撑开平行四边形支撑架(11),驱动轮(12)与金属空心钻杆(3)内壁接触;
4)启动驱动电机(25),带动与之相连接的驱动蜗杆(26)转动,并由驱动蜗杆(26)并联驱动3个驱动涡轮(6),驱动涡轮(6)又通过各自的驱动链轮(7)、传动链轮(8)、驱动链条(9)、传动链条(10)驱动所有驱动轮(12)运动,井下驱动系统(2)向下运动,直至与取样管(4)接触,关闭井口电机和驱动电机(25),此时,吊钩电机及导向板(20)顶开取样管锁定簧片(29);
5)调节电机(24)反转,调节丝杆(23)反转,调节丝杆螺母(21)与调节轴套(22)沿导向柱(14)向下滑动,收拢平行四边形支撑架(11),驱动轮(12)与金属空心钻杆(3)内壁脱离;
6)启动吊钩电机及导向板(20),吊钩丝杆(19)转动,吊钩丝杆螺母(17)与吊钩轴套(18)沿着导向柱(14)向上滑动,撑开吊钩(15),井下驱动系统(2)的吊钩(15)进入取样管(4)的凹槽金属板(28),实现井下驱动系统(2)和取样管(4)的连接;
7)开启井口电机和绞车(5),绳索(1)将井下驱动系统(2)和充满了沉积物样品的取样管(4)回收到井口;
8)吊钩电机反转,吊钩丝杆(19)反转,吊钩丝杆螺母(17)与吊钩轴套(18)沿着导向柱(14)向下滑动,收拢吊钩(15),井下驱动系统(2)和取样管(4)脱离,换上新的取样管,取样作业完成,取芯系统进入下一次作业的待命状态;
9)重复步骤6),吊钩(15)撑开,井下驱动系统(2)和取样管(4)连接;
10)开动井口电机和绞车,在金属空心钻杆(3)中下放绳索(1)、井下驱动系统(2)和取样管(4);
11)重复步骤3)、步骤4),在井下驱动系统(2)的驱动下,取样管(4)顶开金属空心钻杆(3)最下一节内侧的取样管锁定簧片(29),直至取样管(4)接触到最下一节钻杆的底端凸起,关闭井口电机和驱动电机(25);
12)重复步骤5),驱动轮(12)与金属空心钻杆(3)内壁脱离;
13)重复步骤8),收拢吊钩(15),井下驱动系统(2)和取样管(4)脱离;
14)开启井口电机和绞车(5),绳索(1)将井下驱动系统(2)回收到井口;当吊钩电机及导向板(20)与取样管锁定簧片(29)脱离接触时,取样管锁定簧片(29)回弹,固定取样管(4)在金属空心钻杆(3)中的位置,取芯系统进入下一个工作循环。
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