CN108106879A - 一种取芯装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种取芯装置，包括：取芯管，一端封闭，另一端敞开，具有套设设置的内壁和外壁，内壁围合形成容纳空间，内壁和外壁之间形成夹层空间；钻杆，设置在取芯管外部，与取芯管的封闭一端连接；钻头，设置在取芯管外部，与取芯管的敞开一端连接，具有与容纳空间匹配的中部通腔；岩芯检测装置，固定设置在夹层空间内部；中央处理器，设置在取芯管外部，与岩芯检测装置电连接，用于接收处理岩芯检测装置发来的信号，输出检测结果。本发明的取芯装置，无需将岩芯从地下取出即可对岩芯进行检测，岩芯周围的环境未发生大的变化，岩芯本身的性质变化很小，因而检测结果更加准确；岩芯各部分的位置稳定，对相应深度位置岩芯性质的检测也更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及岩石取芯检测用工具技术领域，具体涉及一种取芯装置。
背景技术
取岩芯是在钻井过程中使用特殊的取芯工具把地下的岩石成块地取到地面上来，这种成块的岩石叫做岩芯，通过它可以检测岩石的各种性质，直观地研究地下构造和岩石沉积环境，了解其中的流体性质等。在矿产勘探和开发过程中，需要按地质设计的地层层位和深度，开展钻进工作，向井内下入取芯工具，钻取出的岩石样品。岩芯是了解地下地层和含矿特征最直观、最实际的资料。
现有技术中，常用的检测程序是，使用取芯工具钻取岩石获取岩芯，将取芯工具拔出地面后，将岩芯从取芯工具中取出，对取出的岩芯进行检测。这种检测方法测定的岩芯性质，虽然能够在一定程度上反应岩石的性质，然而由于将岩芯拔出地面后，岩芯周围的环境发生了改变，受环境影响后岩芯本身的性质也可能发生改变，导致测定不准确；另外，将岩芯从取芯工具中取出后，某些容易松动的岩芯的位置可能发生变化(从其原本位于的深度位置移动到其他深度位置)，导致对相应深度位置岩芯性质的检测不准确。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的取芯装置需要将岩芯拔出地面，并将岩芯取出后再对岩芯进行检测，导致检测不准确的技术缺陷，从而提供一种无需将岩芯拔出地面，即可对岩芯进行检测的取芯装置。
为此，本发明提供一种取芯装置，包括：
取芯管，一端封闭，另一端敞开，具有套设设置的内壁和外壁，所述内壁围合形成容纳空间，所述内壁和所述外壁之间形成夹层空间；
钻杆，设置在所述取芯管外部，与所述取芯管的封闭一端连接；
钻头，设置在所述取芯管外部，与所述取芯管的敞开一端连接，具有与所述容纳空间匹配的中部通腔；
岩芯检测装置，固定设置在所述夹层空间内部；
中央处理器，设置在所述取芯管外部，与所述岩芯检测装置电连接，用于接收处理所述岩芯检测装置发来的信号，输出检测结果。
作为一种优选方案，所述岩芯检测装置包括：
γ射线发射装置，固定设置在所述夹层空间内部，沿所述取芯管长度方向设置，用于向位于所述容纳空间内部的岩芯发射γ射线，岩芯受到所述γ射线的作用后放出X射线；
X射线检测装置，固定设置在所述夹层空间内部，接收岩芯放出的X射线，并将X射线的波长、强度信息传递至所述中央处理器，由所述中央处理器判断岩芯所含元素的种类、含量。
作为一种优选方案，所述γ射线发射装置包括沿所述取芯管长度方向均匀分布的若干γ射线管，所述γ射线管通过导线与所述中央处理器连接，所述中央处理器能够控制若干个所述γ射线管同时对岩芯发射γ射线，也能够控制单个所述γ射线管对岩芯发射γ射线。
作为一种优选方案，所述X射线检测装置平行设置在所述γ射线发射装置的至少一侧。
作为一种优选方案，所述岩芯检测装置还包括：
X射线发射器，固定设置在所述夹层空间内部，沿所述取芯管长度方向设置，用于向位于所述容纳空间内部的岩芯发射X射线，并将发射X射线的参数传递给所述中央处理器；
X射线接收器，与所述X射线发射器相对，固定设置在所述夹层空间内部，同样沿所述取芯管长度方向设置，用于接收由所述X射线发射器发射、且穿透岩芯后的X射线，并将接收到的X射线的参数传递给所述中央处理器，所述中央处理器根据参数差异进行成像处理，得到岩芯的结构。
作为一种优选方案，所述岩芯检测装置包括：
X射线发射器，固定设置在所述夹层空间内部，沿所述取芯管长度方向设置，用于向位于所述容纳空间内部的岩芯发射设定参数的X射线；
X射线接收器，与所述X射线发射器相对，固定设置在所述夹层空间内部，同样沿所述取芯管长度方向设置，用于接收由所述X射线发射器发射、且穿透岩芯后的X射线，将接收到的X射线的参数与设定参数相比较，并将差异传递给所述中央处理器，所述中央处理器根据参数差异进行成像处理，得到岩芯的结构。
作为一种优选方案，所述X射线发射器在所述夹层空间内部成弧面形设置，所述X射线接收器与所述X射线发射器相对的在所述夹层空间内部成弧面形设置。
作为一种优选方案，所述岩芯检测装置还包括：
位置检测单元，具有多个，沿所述取芯管长度方向均匀布置在所述夹层空间内部，与所述中央处理器连接；
当岩芯填充到与某一高度的位置检测单元基本平齐时，该位置检测单元检测到信号，发送给所述中央处理器，所述中央处理器指示出岩芯在所述容纳空间内的填充高度。
作为一种优选方案，所述位置检测单元包括：
红外发射器，用于沿斜向上方向发射红外光线；所述红外光线穿过设在所述内壁上的透明窗，进入所述容纳空间内部；
红外检测器，设置在所述红外发射器上方，用于检测位于其下方的红外发射器发射到所述容纳空间内的红外光线的有无；
当某一位置的所述红外检测器检测到红外光线时，证明岩芯未填充到该位置的容纳空间，所述红外检测器向所述中央处理器发射未填充信号；
当某一位置的所述红外检测器检测不到红外光线时，说明岩芯已填充到该位置的容纳空间，所述红外检测器向所述中央处理器发射填充信号；
所述中央处理器根据不同位置的所述红外检测器的检测信号，输出岩芯的填充高度。
作为一种优选方案，在靠近封闭一端的所述取芯管上设有连通所述容纳空间和外界空间的注水孔，所述注水孔位置安装有密封盖。
作为一种优选方案，还包括打捞结构。
作为一种优选方案，所述打捞结构包括设在所述取芯管封闭一端外部的打捞环。
作为一种优选方案，还包括设置在所述打捞环位置的位置信号发射器。
本发明提供的取芯装置，具有以下优点：
1.本发明的取芯装置，岩芯检测装置固定设置在夹层空间内部，当对岩芯进行检测时，通过钻杆带动取芯管，进而带动钻头钻动岩石，岩芯通过钻头的中部通腔后进入到取芯管的容纳空间中，钻取完毕后，无需将取芯管拔出，直接启动岩芯检测装置对钻取到容纳空间内部的岩芯进行检测，检测效率高。本发明的取芯装置，无需将岩芯从地下取出即可对岩芯进行检测，岩芯周围的环境未发生大的变化，岩芯本身的性质变化很小，因而检测结果更加准确；对岩芯进行测定时，岩芯各部分的位置比较稳定，对相应深度位置岩芯性质的检测也更加准确。
2.本发明的取芯装置，岩芯检测装置包括γ射线发射装置和X射线检测装置，γ射线发射装置向位于容纳空间内部的岩芯发射γ光线，岩芯受到γ射线的作用后放出X射线，X射线检测装置接收岩芯放出的X射线后，将X射线的波长、强度信息发送给中央处理器，由于X射线的波长只与元素的类型有关，中央处理器可根据X射线的波长判断岩芯含有的元素类型，并可根据X射线的强度信息判断所含有某种类型元素的含量。
3.本发明的取芯装置，γ射线发射装置包括沿取芯管长度方向均匀分布的若干γ射线管，γ射线管通过导线与中央处理器连接，中央处理器能够控制所有的γ射线管同时发射γ射线，对整个岩芯做全面照射，也可以控制单个γ射线管对某个特定位置的岩芯做照射，还可以控制某一段γ射线管对某段长度的岩芯做照射，从而检测所需深度位置岩芯的元素种类和含量。
4.本发明的取芯装置，X射线检测装置平行设置在γ射线发射装置的至少一侧，可以更好地接受岩芯放出的X射线，从而判断岩芯所含元素的类型及含量。
5.本发明的取芯装置，岩芯检测装置还包括X射线发射器和X射线接收器，用于对位于容纳空间内部的岩芯进行X射线扫描，最终由中央处理器成像，从而可以判断岩芯的完整性程度，便于快速计算岩石的岩石质量指标或体积采取率。
岩石质量指标一般是指长度在10厘米以上岩石的长度之和与岩芯整体长度的比率(岩石质量指标＝长度大于10厘米的岩石长度之和/岩芯的长度)；体积采取率是指体积大于岩芯总体积5％的岩石的体积之和与岩芯总体积的比率(体积采取率＝体积大于5％的岩芯体积之和/岩芯总体积)，相较于岩石质量指标更能反映岩石破碎程度，更能反映岩石取芯效率。
6.本发明的取芯装置，岩芯检测装置还包括位置检测单元，当岩芯进入到容纳空间内部一定深度时，相应位置的位置检测单元即可检测到，从而传递信号给中央处理器输出位置信息，操作人员可根据中央处理器的输出位置信息，控制岩芯的进入深度，并可避免过度钻取导致的取芯管损坏。
7.本发明的取芯装置，在靠近取芯管封闭一端的取芯管上设有连通容纳空间和外界空间的注水孔，注水孔位置安装有密封盖。当需要将岩芯从取芯管内部取出时，可从注水孔位置向取芯管内部注水，将岩芯压出。
附图说明
为了更清楚地说明现有技术或本发明具体实施方式中的技术方案，下面对现有技术或具体实施方式描述中所使用的附图作简单介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是取芯装置的原理结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是γ射线发射装置和X射线检测装置位置的原理示意图。
图4是X射线发射器和X射线接收器位置的原理示意图。
图5是位置检测单元位置的原理示意图。
附图标记：1、取芯管；10、容纳空间；11、内壁；12、外壁；13、夹层空间；2、钻杆连接螺纹；3、钻头连接螺纹；4、中央处理器；51、γ射线发射装置；52、X射线检测装置；53、γ射线管；61、X射线发射器；62、X射线接收器；7、位置检测单元；71、红外发射器；72、红外检测器；8、注水孔；81、密封盖；9、打捞环；91、位置信号发射器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案进行描述，显然，下述的实施例不是本发明全部的实施例。基于本发明所描述的实施例，本领域普通技术人员在没有做出其他创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例
本实施例提供一种取芯装置，如图1-2所示，包括：取芯管1，一端封闭，另一端敞开，具有套设设置的内壁11和外壁12，所述内壁11围合形成容纳空间10，所述内壁11和所述外壁12之间形成夹层空间13；钻杆，设置在所述取芯管1外部，通过钻杆连接螺纹2与所述取芯管1的封闭一端连接；钻头，设置在所述取芯管1外部，通过钻头连接螺纹3与所述取芯管1的敞开一端连接，具有与所述容纳空间10匹配的中部通腔；岩芯检测装置，固定设置在所述夹层空间13内部；中央处理器4，设置在所述取芯管1外部，与所述岩芯检测装置电连接，用于接收处理所述岩芯检测装置发来的信号，输出检测结果。
本实施例的取芯装置，岩芯检测装置固定设置在夹层空间13内部，当对岩芯进行检测时，通过钻杆带动取芯管1，进而带动钻头钻动岩石，岩芯通过钻头的中部通腔后进入到取芯管1的容纳空间10中，钻取完毕后，无需将取芯管1拔出，直接启动岩芯检测装置对钻取到容纳空间10内部的岩芯进行检测，检测效率高。本实施例的取芯装置，无需将岩芯从地下取出即可对岩芯进行检测，岩芯周围的环境未发生大的变化，岩芯本身的性质变化很小，因而检测结果更加准确；对岩芯进行测定时，岩芯各部分的位置比较稳定，对相应深度位置岩芯性质的检测也更加准确。
如图1和图3所示，所述岩芯检测装置包括：γ射线发射装置51，固定设置在所述夹层空间13内部，沿所述取芯管1长度方向设置，用于向位于所述容纳空间10内部的岩芯发射γ射线，岩芯受到所述γ射线的作用后放出X射线；X射线检测装置52，固定设置在所述夹层空间13内部，接收岩芯放出的X射线，并将X射线的波长、强度信息传递至所述中央处理器4，由所述中央处理器4判断岩芯所含元素的种类、含量。
所述γ射线发射装置51包括沿所述取芯管1长度方向均匀分布的若干γ射线管53，所述γ射线管53通过导线与所述中央处理器4连接，所述中央处理器4能够控制若干个所述γ射线管53同时对岩芯发射γ射线，也能够控制单个所述γ射线管53对岩芯发射γ射线。
所述X射线检测装置52平行设置在所述γ射线发射装置51的至少一侧。
如图4所示，所述岩芯检测装置还包括：X射线发射器61，固定设置在所述夹层空间13内部，沿所述取芯管1长度方向设置，用于向位于所述容纳空间10内部的岩芯发射X射线，并将发射X射线的参数传递给所述中央处理器4；X射线接收器62，与所述X射线发射器61相对，固定设置在所述夹层空间13内部，同样沿所述取芯管1长度方向设置，用于接收由所述X射线发射器61发射、且穿透岩芯后的X射线，并将接收到的X射线的参数传递给所述中央处理器4，所述中央处理器4根据参数差异进行成像处理，得到岩芯的结构。
作为一种变形设计方案，所述岩芯检测装置包括：X射线发射器61，固定设置在所述夹层空间13内部，沿所述取芯管1长度方向设置，用于向位于所述容纳空间10内部的岩芯发射设定参数的X射线；X射线接收器62，与所述X射线发射器61相对，固定设置在所述夹层空间13内部，同样沿所述取芯管1长度方向设置，用于接收由所述X射线发射器61发射、且穿透岩芯后的X射线，将接收到的X射线的参数与设定参数相比较，并将差异传递给所述中央处理器4，所述中央处理器4根据参数差异进行成像处理，得到岩芯的结构。
所述X射线发射器61在所述夹层空间13内部成弧面形设置，所述X射线接收器62与所述X射线发射器61相对的在所述夹层空间13内部成弧面形设置，可以实现更大范围的扫描成像。X射线发射器61和X射线接收器62未成弧面形设置时，可通过旋转取芯管1，实现不同角度位置的扫描成像。
如图5所示，所述岩芯检测装置还包括：位置检测单元7，具有多个，沿所述取芯管1长度方向均匀布置在所述夹层空间13内部，与所述中央处理器4连接；当岩芯填充到与某一高度的位置检测单元基本平齐时，该位置检测单元7检测到信号，发送给所述中央处理器4，所述中央处理器4指示出岩芯在所述容纳空间10内的填充高度。
所述位置检测单元7包括：红外发射器71，用于沿斜向上方向发射红外光线；所述红外光线穿过设在所述内壁11上的透明窗，进入所述容纳空间10内部；红外检测器72，设置在所述红外发射器71上方，用于检测位于其下方的红外发射器71发射到所述容纳空间10内的红外光线的有无。
当某一位置的所述红外检测器72检测到红外光线时，证明岩芯未填充到该位置的容纳空间10，所述红外检测器72向所述中央处理器4发射未填充信号；
当某一位置的所述红外检测器72检测不到红外光线时，说明岩芯已填充到该位置的容纳空间10，所述红外检测器72向所述中央处理器4发射填充信号；
所述中央处理器4根据不同位置的所述红外检测器72的检测信号，输出岩芯的填充高度。
如图1所示，在靠近封闭一端的所述取芯管1上设有连通所述容纳空间10和外界空间的注水孔8，所述注水孔8位置安装有密封盖81。
还包括打捞结构，所述打捞结构包括设在所述取芯管1封闭一端外部的打捞环9，还包括设置在所述打捞环9位置的位置信号发射器91。当钻芯过程中遇到卡钻、钻杆折断等需要打捞钻具的情况出现时，可根据位置信号发射器91所发信号确定打捞环9的位置，通过打捞工具卡入打捞环9进行打捞。
综合岩芯检测装置测得的数据，可准确判断岩芯岩性、各岩性段长度、完整程度等，快速准确地计算岩芯采取率、岩石质量指标(RQD)、砂地比等参数，提出新参数体积采取率，根据岩芯内部结构可以计算体积采取率，提高录井人员的工作效率，最后打开注水孔密封盖，注水孔接入高压水管，将岩芯从取芯管外壳内部快速冲出，即可进行下一回次的钻进，检测效率高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种取芯装置，其特征在于：包括：
取芯管(1)，一端封闭，另一端敞开，具有套设设置的内壁(11)和外壁(12)，所述内壁(11)围合形成容纳空间(10)，所述内壁(11)和所述外壁(12)之间形成夹层空间(13)；
钻杆，设置在所述取芯管(1)外部，与所述取芯管(1)的封闭一端连接；
钻头，设置在所述取芯管(1)外部，与所述取芯管(1)的敞开一端连接，具有与所述容纳空间(10)匹配的中部通腔；
岩芯检测装置，固定设置在所述夹层空间(13)内部；
中央处理器(4)，设置在所述取芯管(1)外部，与所述岩芯检测装置电连接，用于接收处理所述岩芯检测装置发来的信号，输出检测结果。
2.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于：所述岩芯检测装置包括：
γ射线发射装置(51)，固定设置在所述夹层空间(13)内部，沿所述取芯管(1)长度方向设置，用于向位于所述容纳空间(10)内部的岩芯发射γ射线，岩芯受到所述γ射线的作用后放出X射线；
X射线检测装置(52)，固定设置在所述夹层空间(13)内部，接收岩芯放出的X射线，并将X射线的波长、强度信息传递至所述中央处理器(4)，由所述中央处理器(4)判断岩芯所含元素的种类、含量。
3.根据权利要求2所述的取芯装置，其特征在于：
所述γ射线发射装置(51)包括沿所述取芯管(1)长度方向均匀分布的若干γ射线管(53)，所述γ射线管(53)通过导线与所述中央处理器(4)连接，所述中央处理器(4)能够控制若干个所述γ射线管(53)同时对岩芯发射γ射线，也能够控制单个所述γ射线管(53)对岩芯发射γ射线。
4.根据权利要求2所述的取芯装置，其特征在于：所述X射线检测装置(52)平行设置在所述γ射线发射装置(51)的至少一侧。
5.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于：所述岩芯检测装置还包括：
X射线发射器(61)，固定设置在所述夹层空间(13)内部，沿所述取芯管(1)长度方向设置，用于向位于所述容纳空间(10)内部的岩芯发射X射线，并将发射X射线的参数传递给所述中央处理器(4)；
X射线接收器(62)，与所述X射线发射器(61)相对，固定设置在所述夹层空间(13)内部，同样沿所述取芯管(1)长度方向设置，用于接收由所述X射线发射器(61)发射、且穿透岩芯后的X射线，并将接收到的X射线的参数传递给所述中央处理器(4)，所述中央处理器(4)根据参数差异进行成像处理，得到岩芯的结构。
6.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于：所述岩芯检测装置包括：
X射线发射器(61)，固定设置在所述夹层空间(13)内部，沿所述取芯管(1)长度方向设置，用于向位于所述容纳空间(10)内部的岩芯发射设定参数的X射线；
X射线接收器(62)，与所述X射线发射器(61)相对，固定设置在所述夹层空间(13)内部，同样沿所述取芯管(1)长度方向设置，用于接收由所述X射线发射器(61)发射、且穿透岩芯后的X射线，将接收到的X射线的参数与设定参数相比较，并将差异传递给所述中央处理器(4)，所述中央处理器(4)根据参数差异进行成像处理，得到岩芯的结构。
7.根据权利要求5或6所述的取芯装置，其特征在于：所述X射线发射器(61)在所述夹层空间(13)内部成弧面形设置，所述X射线接收器(62)与所述X射线发射器(61)相对的在所述夹层空间(13)内部成弧面形设置。
8.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于：所述岩芯检测装置还包括：
位置检测单元(7)，具有多个，沿所述取芯管(1)长度方向均匀布置在所述夹层空间(13)内部，与所述中央处理器(4)连接；
当岩芯填充到与某一高度的位置检测单元基本平齐时，该位置检测单元(7)检测到信号，发送给所述中央处理器(4)，所述中央处理器(4)指示出岩芯在所述容纳空间(10)内的填充高度。
9.根据权利要求8所述的取芯装置，其特征在于：所述位置检测单元(7)包括：
红外发射器(71)，用于沿斜向上方向发射红外光线；所述红外光线穿过设在所述内壁(11)上的透明窗，进入所述容纳空间(10)内部；
红外检测器(72)，设置在所述红外发射器(71)上方，用于检测位于其下方的红外发射器(71)发射到所述容纳空间(10)内的红外光线的有无；
当某一位置的所述红外检测器(72)检测到红外光线时，证明岩芯未填充到该位置的容纳空间(10)，所述红外检测器(72)向所述中央处理器(4)发射未填充信号；
当某一位置的所述红外检测器(72)检测不到红外光线时，说明岩芯已填充到该位置的容纳空间(10)，所述红外检测器(72)向所述中央处理器(4)发射填充信号；
所述中央处理器(4)根据不同位置的所述红外检测器(72)的检测信号，输出岩芯的填充高度。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的取芯装置，其特征在于：在靠近封闭一端的所述取芯管(1)上设有连通所述容纳空间(10)和外界空间的注水孔(8)，所述注水孔(8)位置安装有密封盖(81)。
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