CN108412483A - 一种地质数据采集钻具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地质数据采集钻具及其使用方法，地质数据采集钻具外管总成、第一内管总成及第二内管总成，第一内管总成包括第一捞矛头、第一回收管、第一弹卡钳、第一弹卡架、第一悬挂环、第一内管、第一卡簧及第一卡簧座；对应第一弹卡架的下部设置有水压调节装置，以适用于不同地质条件的钻孔作业；第二内管总成设置在外管总成的内部并配置三组第二弹卡片，第二内管总成随外管总成一起转动，其上的下部连接头与外管配合设置，以保证钻孔的精度。通过使用本申请所述的地质数据采集钻具进行数据采集，仅使用一套外管总成及两套内管总成，减少了钻具的数量，降低了钻具运输的难度，减少了人力及财力的投入，提高了施工效率，降低了数据采集成本。

Description

一种地质数据采集钻具及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种地质数据采集钻具及其使用方法。

背景技术

绳索取芯钻进是一种不提钻而能直接取得岩芯的先进钻进方法。与普通的钻进方法相比，其具有地质效果好，生产效率高，钻进成本低的优点；同时因其结构简单，性能齐全，坚固耐用，维修便捷，而被广泛使用。

目前常使用绳索取芯钻进方法进行地质数据采集，在地质数据采集过程中，需要在一定的深度(例如1500米至2000米)中，将实验探测仪器放入探测洞内，进行数日的不间断探测，取得相关的实验数据，实验仪器存放的勘探洞一般小于常规绳索取芯钻具的勘探洞外径，这样以来在操作中常常要使用数套钻具，这样，无形中增加了钻具的运输难度，增加了人力及物力的投入，提高了地质数据采集的成本。

因此，亟需设计一种地质数据采集钻具，减少钻具更换的次数，优化钻具使用方法，降低地质数据采集的成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种能优化钻具使用方法，减少钻具更换的次数，降低数据采集的成本的地质数据采集钻具及其使用方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种地质数据采集钻具，包括外管总成、第一内管总成和第二内管总成，所述第二内管总成与第一内管总成可相互替换连接于外管总成内。

通过这样的设计，在勘探过程中，如果需要实验数据采集，将第二内管总成替换第一内管总成，取得容纳实验仪器的小勘探洞后，将实验仪器放入，实验结束后，再通过第一内管总成替换第二内管总成，将实验仪器打捞出，这样，钻具只使用一套外管总成，两套内管总成，刚换方便，部件较少，维护方便，实用性强，在现有的常规钻具中改造就可以实现，生产成本较低。

作为优选的，所述外管总成包括弹卡挡头、弹卡室、座环、外管及下部钻头，弹卡挡头设置在外管总成的端部，其下部依次设置有弹卡室、座环、外管及下部钻头，相邻部件之间通过锥螺纹连接；所述弹卡室设置为一段或者连续的两段或者连续的多段；

所述第一内管总成包括第一捞矛头、第一弹卡架及其第一弹卡架上设置的第一弹卡机构、第一悬挂环、第一内管、第一卡簧及第一卡簧座；所述第一捞矛头通过第一捞矛头钳轴与第一弹卡架连接；所述第一悬挂环设置在第一弹卡架上，与外管上的座环配合设置悬挂；所述第一弹卡架底部与第一内管连接，所述第一卡簧及第一卡簧座设置在第一内管底部；

所述第二内管总成包括第二捞矛头、第二弹卡架及其第二弹卡架上连接的第二弹卡机构、第二悬挂环、第二内管、第二上部连接头、第二下部连接头、第二细钻杆及第二细钻头；所述第二捞矛头通过第二捞矛头钳轴与第二弹卡架连接；所述第二悬挂环设置在第二弹卡架上，其与外管上的座环配合悬挂；所述第二弹卡架底部通过第二上部连接头与第二内管连接，所述第二内管底部通过第二下部连接头与第二细钻杆连接，所述第二细钻头连接于在第二细钻杆的底部。

通过具体的结构设计，使得第一内管总成和第二内管总成可以方便的在同一套外管总成内更换，外管总成中根据需要变换弹卡室的套管数量，使得钻进较为便利。

作为优选的，所述第一弹卡机构包括第一回收管、第一弹卡架、第一弹卡钳、第一弹卡钳压簧；第一回收管中下部滑动套接在第一弹卡架外，所述第一弹卡架上设置有第一弹卡钳轴，所述第一弹卡钳由两个第一弹卡片组成，所述两个第一弹卡片底部转动连接于第一弹卡钳轴上，所述第一弹卡架上设置有第一弹卡销轴滑槽，所述第一弹卡销轴滑槽位于第一弹卡钳轴上方，第一弹卡销轴上下滑动连接在第一弹卡销轴滑槽内，所述第一弹卡销轴上转动连接有两片第一弹卡驱动片，所述第一弹卡驱动片外端与临近的第一弹卡片铰接，两片第一弹卡驱动片和两片第一弹卡片在两个铰接点以及与第一弹卡销轴和第一弹卡钳轴的转动连接配合下形成平行四边形铰接结构；第一弹卡销轴两端向外延伸与第一回收管固定，第一回收管固定带动第一弹卡销轴沿第一弹卡销轴滑槽上下滑动；

第一弹卡钳压簧套设在第一弹卡架的上部，第一弹卡钳压簧的下部与第一弹卡驱动片相抵接，其上部由第一弹卡钳压簧压板限位；第一回收管侧壁上开设有容纳第一弹卡片回缩和张开的第一弹卡槽体，所述第一弹卡槽体位置与第一弹卡钳安装位置适配。

这样的设计，可以通过弹卡机构与弹卡室配合，防止钻进时，内管向上窜动。

作为优选的，所述第一弹卡架的下部设置有水压调节装置，第一出水口设置在第一弹卡架的外壁并位于第一悬挂环下部；

所述水压调节装置设置在第一弹卡架下部的第一调节阀腔体内，其包括第一上螺栓、第一下螺柱及第一水压调节弹簧，第一上螺栓与第一下螺柱螺纹连接，第一上螺栓的外部套设有第一水压调节弹簧，第一水压调节弹簧压板固定在第一弹卡架上，所述第一水压调节弹簧压缩于第一水压调节弹簧压板下表面和第一下螺柱上缘之间；所述第一下螺柱的下部设置有第一调节阀堵头，第一调节阀堵头与第一调节阀腔体的外壁形成调节阀通道。

这样的设计，当座环与第一悬挂杯配合后，水流通过第一调节阀腔体进入下方，由于水压调节装置可以调节第一调节阀腔体内水流的大小，进而可以控制第一调节阀腔体上部和下部的水压力差，同时可以调节到位报信的水压值，提高了水流的控制和钻具的适用范围。

作为优选的，所述第二弹卡机构包括第二回收管、第二弹卡架、第二弹卡钳、第二弹卡钳压簧；所述第二弹卡钳包括一组上弹卡钳和两组以上的下弹卡钳；

第二回收管滑动套接在第二弹卡架外，所述第二弹卡架上设置有上弹卡钳，所述上弹卡钳由两个第二弹卡片组成，所述两个第二弹卡片底部转动连接于第二弹卡钳轴上，所述第二弹卡架上设置有第二弹卡销轴滑槽，所述第二弹卡销轴滑槽位于第二弹卡钳轴上方，第二弹卡销轴上下滑动连接在第二弹卡销轴滑槽内，所述第二弹卡销轴上转动连接有两片第二弹卡驱动片，所述第二弹卡驱动片外端与相邻的第二弹卡片铰接，两片第二弹卡驱动片与两片第二弹卡片在两个铰接点以及与第二弹卡销轴和第二弹卡钳轴的转的那个连接配合下形成平行四边形铰接结构；

第二弹卡销轴两端向外延伸与第二回收管固定，第二回收管固定带动第二弹卡销轴沿第二弹卡销轴滑槽上下滑动；

第二弹卡钳压簧套设在第二弹卡架的上部，第二弹卡钳压簧的下部与第二弹卡驱动片相抵接，其上部由第二弹卡钳压簧压板限位；第二回收管侧壁上开设有容纳第二弹卡片会回缩和张开的第二弹卡槽体，所述第二弹卡槽体位置与第二弹卡钳安装位置适配；

下弹卡钳设置在第二弹卡架上且位于上弹卡钳下方，所述下弹卡钳包括两组第二下弹卡片，转动连接于固定在第二弹卡架的第二下销轴上，所述第二下销轴上设置有弹卡钳扭簧并与第二下弹卡片相抵接；所述第二回收管上设置有与第二下弹卡片外缘配合驱动的弹卡钳斜推面；所述第二弹卡架上和第二回收管上均设置有容纳第二下弹卡片伸出的下槽体；

所述弹卡室连续的设置有三段，最上部的一段弹卡室与上弹卡钳配合，下部的两段弹卡室分别与两组下弹卡钳配合。

这样的设计，可以在第二内管总成下放于外管内部时，三个弹卡钳可以顺利打开，与三个弹卡室配合，并防止内管上窜，同时，在提起时，可以在回收管的滑动下，带动三个弹卡钳同时收缩；

设计三个弹卡钳除了可以提高防止内管上窜的效果外，主要还在于通过三个弹卡钳与回收管的配合，将外管的转动扭矩通过弹卡室传递给弹卡片，进而传递给内管和底部的第二细钻头，保证了钻进时的扭力。

作为优选的，所述弹卡室的下部设置有弹卡钳拨片，所述弹卡钳拨片与第二弹卡片和/或第二下弹卡片配合设置并拨动第二弹卡钳随外管总成转动。这样的设计可以通过弹卡钳拨片将扭力传递给第二弹卡片和/或第二下弹卡片。

作为优选的，所述第二下部连接头的外径与外管的内径配合设置，间隙小于2mm。这样的设计，使得第二下部连接头与外管贴合较为紧密，而连接于第二下部连接头底部的第二细钻杆(第二细钻杆与第二下部连接头同轴设置)可以更好的与外管保持同轴状态，在钻进中使得第二勘探洞位于第一勘探洞中部，保证实验探测仪器下放时较为方便，步骤S4中，实验探测仪器不会应为位置偏差而损伤。

同时本申请还公开了一种地质数据采集钻具的使用方法，其具体包括以下步骤：

S1，组装第一内管总成并将其设置在外管总成的内部形成第一钻具，启动第一钻具钻出预定深度的第一勘探洞，使用打捞器将第一钻具及岩芯上提；

S2，组装第二内管总成并将其设置在外管总成的内部形成第二钻具，启动第二钻具，在第一勘探洞上钻出第二勘探洞，使用打捞器将第二钻具上提；

S3，使用绳索将实验探测仪器送至第二勘探洞的内部，启动实验探测仪器进行数据采集；

S4，使用第一钻具继续对第一勘探洞施工，实验探测仪器被包裹在岩芯内，使用打捞器将第一钻具及岩芯上提。

这样的钻进方式，较为简单，高效。

作为优选的，所述第二勘探洞的内径小于第一勘探洞的内径，这样的设计，便于实验探测仪器尽可能的与地质岩层距离贴近，便于信息的采集。

作为优选的，所述实验探测仪器获取地质内的温度、磁场及地应力相关数据。这样设计，便于获取地质中较多的信息。

本发明的优点和有益效果在于：通过使用本申请所述的地质数据采集钻具进行数据采集，有效提高了施工效率；地质数据采集过程中，仅使用一套外管总成及两套内管总成，减少了钻具的数量，降低了钻具运输的难度，减少了人力及财力的投入，降低了数据采集成本。

附图说明

图1为本申请所述地质数据采集钻具之外管总成与第一内管总成的装配示意图；

图2为本申请所述地质数据采集钻具之第一内管总成的上部示意图；

图3为图2的局部放大图；

图4为本申请所述地质数据采集钻具之第一内管总成的下部示意图；

图5为本申请所述地质数据采集钻具之外管总成与第二内管总成的装配示意图；

图6是图5中外管总成与第二内管总成装配图的上部示意图；

图7是图5中外管总成与第二内管总成装配图的下部示意图；

图8为本申请第二内管总成对应回收管与弹卡架的装配示意图；

图9为本申请所述地质数据采集钻具之弹卡钳拨片的结构示意图；

图10为本申请所述地质数据采集钻具使用方法的流程图；

图11为本申请所述地质数据采集钻具使用方法之步骤S1对应的示意图；

图12为本申请所述地质数据采集钻具使用方法之步骤S2对应的示意图；

图13为本申请所述地质数据采集钻具使用方法之步骤S3对应的示意图；

图14为本申请所述地质数据采集钻具使用方法之步骤S4对应的示意图。

图中：1.第一捞矛头；2.弹卡挡头；3.第一回收管；4.第一弹卡钳；5.第一弹卡室；6.第一出水口；7.座环；8.第一悬挂环；9.第一弹卡架；10.第一水压调节弹簧；11.锁紧螺母；12.芯轴；13.轴承座；14.大弹簧；15.弹簧套；16.钢球；17.第一内管；18.扶正环；19.卡簧挡圈；20.卡簧；21.卡簧座；22.下部钻头；23.外管；24’.第二下部连接头；25’.第二细钻杆；26’.第二细钻头；27.第一勘探洞；28.第二勘探洞；29.第一弹卡片；30.第一弹卡驱动片；31.第一弹卡钳轴；32.第一弹卡销轴；33.第一弹卡钳轴滑槽；34.第一弹卡钳压簧；35.第一弹卡钳压簧压板；36.第一捞矛头钳轴；37.第一捞矛头销轴滑槽；38.第一弹卡槽体；39.第一上螺栓；40.第一下螺柱；41.第一调节阀堵头；42.第一水压调节弹簧压板；43.第一调节阀腔体；44.第一弹卡钳扭簧；45’.第二上部连接头；46’.第二弹卡钳拨片；47.上卡钳安装孔；48.下卡钳安装孔；49’.第二下弹卡片；50.下弹卡钳斜推面；51.弹性橡胶圈；52.下销轴；53.弹性橡胶圈限位螺钉；1’.第二捞矛头；3’.第二回收管；4’.第二弹卡钳；5’.第二弹卡室；8’.第二悬挂环；9’.第二弹卡架；10’.第二水压调节弹簧；17’.第二内管；29’.第二弹卡片；30’.第二弹卡驱动片；31’.第二弹卡钳轴；32’.第二弹卡销轴；33’.第二弹卡钳轴滑槽；34’.第二弹卡钳压簧；35’.第二弹卡钳压簧压板；36’.第二捞矛头钳轴；37’.第二捞矛头销轴滑槽；38’.第二弹卡槽体；39’.第二上螺栓；40’.第二下螺柱；41’.第二调节阀堵头；42’.第二水压调节弹簧压板；43’.第二调节阀腔体；44’.第二弹卡钳扭簧；100.外管总成；200.第一内管总成；300.第二内管总成；400.实验探测仪器。

具体实施方式

图1至图14为本申请的相关示意图，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种地质数据采集钻具，包括外管总成100、第一内管总成200和第二内管总成300，所述第二内管总成300与第一内管总成200可相互替换连接于外管总成100内。

所述外管总成100包括弹卡挡头2、弹卡室5、座环7、外管23及下部钻头22，弹卡挡头2设置在外管总成100的端部，其下部依次设置有弹卡室5、座环7、外管23及下部钻头22，相邻部件之间通过锥螺纹连接；所述弹卡室5设置为一段或者连续的两段或者连续的多段；

所述第一内管总成200包括第一捞矛头1、第一弹卡架9及其第一弹卡架9上设置的第一弹卡机构、第一悬挂环8、第一内管17、第一卡簧20及第一卡簧座21；所述第一捞矛头1通过第一捞矛头钳轴36与第一弹卡架9连接；所述第一悬挂环8设置在第一弹卡架9上，与外管23上的座环7配合悬挂；所述第一弹卡架9底部与第一内管17连接，所述第一卡簧20及第一卡簧座21设置在第一内管17底部；

所述第二内管总成300包括第二捞矛头1’、第二弹卡架9’及其第二弹卡架9’上连接的第二弹卡机构、第二悬挂环8’、第二内管17’、第二上部连接头45’、第二下部连接头24’、第二细钻杆25’及第二细钻头26’；所述第二捞矛头1’通过第二捞矛头钳轴36’与第二弹卡架9’连接；所述第二悬挂环8’设置在第二弹卡架9’上，其与外管23上的座环7配合悬挂；所述第二弹卡架9’底部通过第二上部连接头45’与第二内管17’连接，所述第二内管17’底部通过第二下部连接头24’与第二细钻杆25’连接，所述第二细钻头26’连接于在第二细钻杆25’的底部。

所述第一弹卡机构包括第一回收管3、第一弹卡架9、第一弹卡钳4、第一弹卡钳压簧34；第一回收管3中下部滑动套接在第一弹卡架9外，所述第一弹卡架9上设置有第一弹卡钳轴31，所述第一弹卡钳4由两个第一弹卡片29组成，所述两个第一弹卡片29底部转动连接于第一弹卡钳轴31上，所述第一弹卡架9上设置有第一弹卡销轴滑槽33，所述第一弹卡销轴滑槽33位于第一弹卡钳轴31上方，第一弹卡销轴32上下滑动连接在第一弹卡销轴滑槽33内，所述第一弹卡销轴32上转动连接有两片第一弹卡驱动片30，所述第一弹卡驱动片30外端与临近的第一弹卡片29铰接，两片第一弹卡驱动片30和两片第一弹卡片29在两个铰接点以及与第一弹卡销轴32和第一弹卡钳轴31的转动连接配合下形成平行四边形铰接结构；第一弹卡销轴32两端向外延伸与第一回收管3固定，第一回收管3固定带动第一弹卡销轴32沿第一弹卡销轴滑槽33上下滑动；

第一弹卡钳压簧34套设在第一弹卡架9的上部，第一弹卡钳压簧34的下部与第一弹卡驱动片30相抵接，其上部由第一弹卡钳压簧压板35限位；第一回收管3侧壁上开设有容纳第一弹卡片29回缩和张开的第一弹卡槽体38，所述第一弹卡槽体38位置与第一弹卡钳4安装位置适配。

所述第一弹卡架9的下部设置有水压调节装置，第一出水口6设置在第一弹卡架9的外壁并位于第一悬挂环8下部；

所述水压调节装置设置在第一弹卡架9下部的第一调节阀腔体43内，其包括第一上螺栓39、第一下螺柱40及第一水压调节弹簧10，第一上螺栓39与第一下螺柱40螺纹连接，第一上螺栓39的外部套设有第一水压调节弹簧10，第一水压调节弹簧压板42固定在第一弹卡架9上，所述第一水压调节弹簧10压缩于第一水压调节弹簧压板42下表面和第一下螺柱40上缘之间；所述第一下螺柱40的下部设置有第一调节阀堵头41，第一调节阀堵头41与第一调节阀腔体43的外壁形成调节阀通道。

所述第二弹卡机构包括第二回收管3’、第二弹卡架9’、第二弹卡钳、第二弹卡钳压簧34’；所述第二弹卡钳包括一组上弹卡钳和两组以上的下弹卡钳；

第二回收管3’滑动套接在第二弹卡架9’外，所述第二弹卡架9’上设置有上弹卡钳，所述上弹卡钳由两个第二弹卡片29’组成，所述两个第二弹卡片29’底部转动连接于第二弹卡钳轴31’上，所述第二弹卡架9’上设置有第二弹卡销轴滑槽33’，所述第二弹卡销轴滑槽33’位于第二弹卡钳轴31’上方，第二弹卡销轴32’上下滑动连接在第二弹卡销轴滑槽33’内，所述第二弹卡销轴32’上转动连接有两片第二弹卡驱动片30’，所述第二弹卡驱动片30’外端与相邻的第二弹卡片29’铰接，两片第二弹卡驱动片30’与两片第二弹卡片29’在两个铰接点以及与第二弹卡销轴32’和第二弹卡钳轴31’的转的那个连接配合下形成平行四边形铰接结构；

第二弹卡销轴32’两端向外延伸与第二回收管3’固定，第二回收管3’固定带动第二弹卡销轴32’沿第二弹卡销轴滑槽33’上下滑动；

第二弹卡钳压簧34’套设在第二弹卡架9’的上部，第二弹卡钳压簧34’的下部与第二弹卡驱动片30’相抵接，其上部由第二弹卡钳压簧压板35’限位；第二回收管3’侧壁上开设有容纳第二弹卡片29’回缩和张开的第二弹卡槽体38’，所述第二弹卡槽体38’位置与第二弹卡钳安装位置适配；

下弹卡钳设置在第二弹卡架9’上且位于上弹卡钳下方，所述下弹卡钳包括两组第二下弹卡片49’，转动连接于固定在第二弹卡架9’的第二下销轴52’上，所述第二下销轴52’上设置有弹卡钳扭簧44’并与第二下弹卡片49’相抵接；所述第二回收管3’上设置有与第二下弹卡片49’外缘配合驱动的弹卡钳斜推面；所述第二弹卡架9’上和第二回收管3’上均设置有容纳第二下弹卡片49’伸出的下槽体；

所述弹卡室5连续的设置有三段，最上部的一段弹卡室5与上弹卡钳配合，下部的两段弹卡室5分别与两组下弹卡钳配合。

所述弹卡室5’的下部设置有弹卡钳拨片46’，所述弹卡钳拨片46’与第二弹卡片29’和/或第二下弹卡片49’配合设置并拨动第二弹卡钳随外管总成100转动。

所述第二下部连接头24’的外径与外管23的内径配合设置，间隙小于2mm。

一种地质数据采集钻具的使用方法，包括以下步骤：

S1，组装第一内管总成200并将其设置在外管总成100的内部形成第一钻具，启动第一钻具钻出预定深度的第一勘探洞27，使用打捞器将第一钻具及岩芯上提；

S2，组装第二内管总成300并将其设置在外管总成100的内部形成第二钻具，启动第二钻具，在第一勘探洞27上钻出第二勘探洞28，使用打捞器将第二钻具上提；

S3，使用绳索将实验探测仪器400送至第二勘探洞28的内部，启动实验探测仪器400进行数据采集；

S4，使用第一钻具继续对第一勘探洞27施工，实验探测仪器400被包裹在岩芯内，使用打捞器将第一钻具及岩芯上提。

所述第二勘探洞28的内径小于第一勘探洞27的内径。

所述实验探测仪器400获取地质内的温度、磁场及地应力相关数据。

实施例1

一种地质数据采集钻具，包括外管总成100、第一内管总成200和第二内管总成300，所述第二内管总成300与第一内管总成200可相互替换连接于外管总成100内。图1为本申请所述地质数据采集钻具之外管总成与第一内管总成的装配示意图。

所述外管总成100包括弹卡挡头2、弹卡室5、座环7、外管23及下部钻头22，弹卡挡头2设置在外管总成100的上端部，其下部依次设置有弹卡室5、座环7、外管23及下部钻头22，相邻部件之间通过锥螺纹连接；所述弹卡室5设置为一段或者连续的两段或者连续的多段；

所述第一内管总成200包括第一捞矛头1、第一弹卡架9及其第一弹卡架9上设置的第一弹卡机构、第一悬挂环8、第一内管17、第一卡簧20及第一卡簧座21，如图2至图4所示；所述第一捞矛头1通过第一捞矛头钳轴36与第一弹卡架9连接(图3示出)；所述第一悬挂环8设置在第一弹卡架9上，与外管23上的座环7配合设置悬挂；所述第一弹卡架9底部通过芯轴12与第一内管17连接，所述第一卡簧20及第一卡簧座21设置在第一内管17底部；

具体地，所述座环7与第一悬挂环8形成悬挂机构，所述第一悬挂环8的外径尺寸稍大于座环7的内径，第一内管总成200下放到外管总成100之第一弹卡室5位置时，第一悬挂环8落在座环7上，从而使得内管总成下端的第一卡簧座21与第一下部钻头22之间保持2-4mm的间隙，以防止损伤第一卡簧座21与第一下部钻头22，并保证内管总成的单动性能。

所述第一弹卡机构包括第一回收管3、第一弹卡架9、第一弹卡钳4、第一弹卡钳压簧34；第一回收管3中下部上下滑动套接在第一弹卡架9外，所述第一弹卡架9上设置有第一弹卡钳轴31，所述第一弹卡钳4有两个第一弹卡片29组成，所述两个第一弹卡片29底部转动连接于第一弹卡钳轴31上，所述第一弹卡架9上设置有第一弹卡销轴滑槽33，所述第一弹卡销轴滑槽33位于第一弹卡钳轴31上方，第一弹卡销轴32上下滑动连接在第一弹卡销轴滑槽33内，所述第一弹卡销轴32上转动连接有两片第一弹卡驱动片30，所述第一弹卡驱动片30外端与第一弹卡片29铰接，两片第一弹卡驱动片30与两片第一弹卡片29在两个铰接点和第一弹卡销轴32、第一弹卡钳轴31转动连接机构的作用下形成平行四边形铰接结构；第一弹卡销轴32两端向外延伸与第一回收管3固定，第一回收管3固定带动第一弹卡销轴32沿第一弹卡销轴滑槽33上下滑动，如图3所示；

第一弹卡钳压簧34套设在第一弹卡架9的上部，第一弹卡钳压簧34的下部与第一弹卡驱动片30相抵接，其上部由第一弹卡钳压簧压板35限位；第一回收管3侧壁和开设有容纳第一弹卡片29会回缩和张开的第一弹卡槽体38，第一弹卡架9侧壁上也相应开设有通槽，所述第一弹卡槽体38位置与第一弹卡钳4适配。

具体地，将第一内管总成200取出外管总成100内部时(拔断岩芯时)，第一捞矛头1提起，并驱动第一捞矛头钳轴36上行，第一捞矛头钳轴36与第一回收管3固定，第一回收管3沿着第一弹卡架9外部向上滑动，并带动第一弹卡销轴32沿第一弹卡滑槽33向上运动，在平行四边形铰接结构的作用下，在第一弹卡驱动片30向上提起，第一弹卡片29向内收缩，解除了与弹卡室的卡接限位关系，收缩到第一弹卡槽体38内，此时，设置在第一弹卡钳压簧压板35与第一弹卡驱动片30之间的第一弹卡钳压簧34压缩变短；第一悬挂环8与座环7分离，第一卡簧20将岩心拔断，第一内管总成200沿着外管向上被打捞起来；

将第一内管总成200放入外管总成100内部时，第一悬挂环8与座环7接触时，第一弹卡钳压簧34储存的弹力与第一弹卡驱动片30抵接，使得两片第一弹卡片29向外张开与第一弹卡室5相抵接。

所述第一弹卡架9的下部设置有水压调节装置，第一出水口6设置在第一弹卡架9的外壁并位于第一悬挂环8下部；第一进水口位于第一悬挂环8上部；

所述水压调节装置设置在第一弹卡架9下部的第一调节阀腔体43内，其包括第一上螺栓39、第一下螺柱40及第一水压调节弹簧10，第一上螺栓39与第一下螺柱40螺纹连接，第一上螺栓39的外部套设有第一水压调节弹簧10，第一水压调节弹簧压板42固定在第一弹卡架9上，所述第一水压调节弹簧10压缩于第一水压调节弹簧压板42下表面和第一下螺柱40上缘之间；如图3所示；所述第一下螺柱40的下部设置有第一调节阀堵头41，第一调节阀堵头41与第一调节阀腔体43的外壁形成调节阀通道；第一上螺栓39与第一下螺柱40螺纹连接位置调整，可以调整第一调节阀堵头41在调节阀通道43内的位置，调节阀通道43的内腔中部设置有内径小于其上下位置的窄部，第一调节阀堵头41上下运行与窄部额距离决定了水流量的大小，与窄部越近流量越小，与窄部越远流量越大。

水流从弹卡挡头2、弹卡室5、水压调节装置、内外管间隙到达部钻头22，对钻头22冷却和冲洗，并从钻孔与外管之间的间隙返回地面，将泥浆带出。

具体地，可以通过第一上螺栓39实现水压阈值的调节。旋转第一上螺栓39，可以缩短或延长第一上螺栓39与第一下螺柱40的总长度，在第一水压调节弹簧10的作用下，设置在第一下螺柱40上的第一调节阀堵头41上下移动，实现调节阀通道的调节，以改变水压阈值的大小，以适用于不同地质环境的作业。

在图1中，所述芯轴12通过锁紧螺母11固定在第一弹卡架9的下端，芯轴12的外部设置有轴承座13，一对推力轴承设置在轴承座13的内部，轴承座13的下部设置有弹簧套15，弹簧套15的内部设置有大弹簧14，大弹簧14套设在芯轴12上且底部通过螺母固定于芯轴12底部；轴承座13承重于大弹簧14上，且轴承座13通过连接件与内管连接，内管重量也承重于大弹簧14上；轴承座13的上部的芯轴12上还套设有弹性橡胶圈51和弹性橡胶圈限位螺钉53，所述弹性橡胶圈限位螺钉53与芯轴12固定，弹性橡胶圈51和轴承座13可沿芯轴12上下滑动；

这样，在推力轴承的作用下，芯轴12与第一弹卡架9为一个整体，外管总成100带动芯轴12及轴承上部的部件运动，而第一内管17在钻进时不旋转。

当第一内管17中存满岩芯时，在内管的上顶的作用下，岩芯产生向上的压力，轴承座13上滑动，挤压上部的弹性橡胶圈51压缩变形，弹性橡胶圈51的外缘与外管总成100的内壁接触，将第一内管总成200与外管总成100之间的腔室分来，水流被截断，上部水压增大，此时地质数据采集钻具发出堵塞信号，以指导操作人员起拔。

当第一内管17中的岩芯充满时，打捞器与第一捞矛头1连接，向上运行，第一内管17底部的第一卡簧座21上的第一卡簧20在第一卡簧挡圈19的束缚下收缩，将岩芯抱紧并将其拔断。

在图1的示意图中，第一内管17腔室的顶部还设置有钢球16，当腔室中的岩芯含有液体时，第一内管17中的液体可以通过钢球16排至第一内管总成200与外管总成100之间的腔室内。

所述第二内管总成300包括第二捞矛头1’、第二弹卡架9’及其第二弹卡架9’上连接的第二弹卡机构、第二悬挂环8’、第二内管17’、第二上部连接头45’、第二下部连接头24’、第二细钻杆25’及第二细钻头26’，如图5至图7所示；所述第二捞矛头1’通过第二捞矛头钳轴36’与第二弹卡架9’连接；所述第二悬挂环8’设置在第二弹卡架9’上，其与外管23上的座环7配合悬挂；所述第二弹卡架9’底部通过第二上部连接头45’与第二内管17’连接，所述第二内管17’底部通过第二下部连接头24’与第二细钻杆25’连接，所述第二细钻头26’设置在第二细钻杆25’的下部。

所述第二弹卡机构包括第二回收管3’、第二弹卡架9’、第二弹卡钳4’、第二弹卡钳压簧34’；所述第二弹卡钳4’包括一组上弹卡钳和两组以上的下弹卡钳，如图6所示；

第二回收管3’上下滑动套接在第二弹卡架9’外，所述第二弹卡架9’上设置有上弹卡钳，所述上弹卡钳由两个第二弹卡片29’组成，如图6所示，所述两个第二弹卡片底部转动连接于第二弹卡钳轴31’上，所述第二弹卡架9’上设置有第二弹卡销轴滑槽33’，所述第二弹卡销轴滑槽33’位于第二弹卡钳轴31’上方，第二弹卡销轴32’上下滑动连接在第二弹卡销轴滑槽33’内，所述第二弹卡销轴32’上转动连接有两片第二弹卡驱动片30’，所述第二弹卡驱动片30’外端与第二弹卡片29’铰接，两片第二弹卡驱动片30’与两片第二弹卡片29’通过两个铰接点与第二弹卡销轴32’、第二弹卡钳轴31’的转动连接形成平行四边形铰接结构；第二弹卡销轴32’两端向外延伸与第二回收管3’固定，第二回收管3’固定带动第二弹卡销轴32’沿第二弹卡销轴滑槽33’上下滑动；

第二弹卡钳压簧34’套设在第二弹卡架9’的上部，第二弹卡钳压簧34’的下部与第二弹卡驱动片30’相抵接，其上部由第二弹卡钳压簧压板35’限位；第二回收管3’侧壁上开设有容纳第二弹卡片29’会回缩和张开的第二弹卡槽体38’，所述第二弹卡槽体38’位置与第二弹卡钳4’适配；

下弹卡钳设置在上弹卡钳下方的第二弹卡架9’上，所述下弹卡钳包括两组第二下弹卡片49’，转动连接于固定在第二弹卡架9’的第二下销轴52’上，所述第二下销轴52’上设置有弹卡钳扭簧44’并与第二下弹卡片49’相抵接，弹卡钳扭簧44’压缩于两片第二下弹卡片49’之间，驱动第二下弹卡片49’保持张开的趋势；所述第二回收管3’上设置有与第二下弹卡片49’外缘配合驱动的弹卡钳斜推面；所述第二弹卡架9’上和第二回收管3’上均设置有容纳第二下弹卡片49’伸出的下槽体。

图8为本申请第二内管总成对应回收管与弹卡架的装配示意图，第二弹卡架9’的中部依次设置有上弹卡钳安装孔47及两件下弹卡钳安装孔48；在第二回收管3’的下部设置有两件下弹卡钳斜推面50，以与下部的两组第二下弹卡片49’配合使用。

在使用时，第二内管总成300放入外管总产内时，第二悬挂环8’与座环7配合悬挂，上弹卡钳在第二弹卡钳压簧34’的弹力作用下，第二弹卡驱动片30’张开，在平行四边形铰接结构的作用下，第二弹卡片29’向外张开，伸出第二弹卡槽体38’外，与弹卡室5配合卡接；

于此同时，两组第二下弹卡片49’在弹卡钳扭簧44’的作用下向外弹开，与相应位置的弹卡室5配合卡接；在第二下弹卡片49’弹开的同时，第二回收管3’也在第二弹卡架9’外部向下滑动，解除了弹卡钳斜推面与第二下弹卡片49’外缘之间的限位接触，使得第二下弹卡片49’可以顺利打开；

在第二细钻头26’钻进完成时，第二捞矛头1’上提，并驱动第二捞矛头钳轴36’上行，第二捞矛头钳轴36’与第二回收管3’固定，并带动第二回收管3’沿着第二弹卡架9’向上滑动，第二回收管3’带动二弹卡销轴32’沿着第二弹卡销轴滑槽33’向上滑动，第二弹卡驱动片30’克服第二弹卡钳压簧34’弹力回缩，在平行四边形铰接结构的作用下，第二弹卡片29’向内回缩，缩回第二弹卡槽体38’内，与弹卡室5配合解除；

于此同时，设置在第二回收管3’上的弹卡钳斜推面也上行，弹卡钳斜推面与第二下弹卡片49’外缘之间配合接触，并在弹卡钳斜推面的不断上行中对第二下弹卡片49’压迫，第二下弹卡片49’克服弹卡钳扭簧44’的作用回缩，到第二回收管3’内部，解除了与弹卡室5配合；第二悬挂环8’与座环7分离，第二内管总成300从外管内被提出。

所述第二弹卡钳4’上的第二弹卡片29’和两组第二下弹卡片49’与弹卡室5’的位置相对应，弹卡室5’连续设置有三段，每段弹卡室5’的下部均设置有第二弹卡钳拨片46’，如图9所示，其与弹第二卡片29’配合设置并拨动第二弹卡钳4’随外管总成100转动。弹卡室5’连续设置有三段与一组第二弹卡片29’和两组第二下弹卡片49’配合，是为了给下部钻进提供足够大的扭力。

在第二细钻头26’钻进时，水流经过弹卡挡头2、弹卡室5、第二弹卡架9’上的水路、第二内管17’、第二上部连接头45’、第二下部连接头24’、第二细钻杆25’到达第二细钻头26’，并通过第二细钻头26’的钻头排水通道从外管与钻孔之间的间隙排出。

所述第二下部连接头24’的外径与外管23的内径配合设置，间隙小于2mm。这样可以防止第二下部连接头24’下部连接的第二细钻杆25’及第二细钻头26’的摆动，起到导向的作用，以提高第二细钻头26’的作业精度。

实施例2

基于实施例1中所述的钻具，本申请还公开了一种地质数据采集钻具的使用方法，其流程图，如图10所示，其具体包括以下步骤：

S1，组装第一内管总成200并将其设置在外管总成100的内部形成第一钻具，启动第一钻具钻出预定深度的第一勘探洞27，使用打捞器将第一钻具及岩芯上提；

具体地，首先分别组装外管总成100及第一内管总成200，将第一内管总成200安装在外管总成100的内部形成第一钻具；启动钻具施工第一勘探洞27，如图11所示，施工完成后，使用打捞器将第一钻具及岩芯上提。

在钻孔施工过程中，外管总成100下端的下部钻头22与地面相接触，第一捞矛头1与旋转装置连接，带动外管总成100旋转；外管总成100与第一内管总成100的内部空腔内设置有流体，下部钻头22旋转产生的粉末随着流体从钻孔与外管总成100的外壁之间向上输出。

S2，组装第二内管总成300并将其设置在外管总成100的内部形成第二钻具，启动第二钻具，在第一勘探洞27上钻出第二勘探洞28，使用打捞器将第二钻具上提；

如图12所示是相应的施工示意图，由于第二内管总成300较第一内管总成200多两件弹卡钳机构，因此，需要在步骤S1中使用的外管总成100的上部增加两件第二弹卡室5’，将第二内管总成300安装在外管总成100的内部形成第二钻具；启动钻具，在第一勘探洞27上钻出第二勘探洞28，使用打捞器将第二钻具上提，由于第二勘探洞28通过水流清洗获得，因此只需要将第二钻具提起。本申请中，所述第二勘探洞28的内径小于第一勘探洞27的内径。

本申请中，第二内管总成300随着外管总成100一起转动，所述第二下部连接头24’的外径与外管23的内径配合设置，间隙较小，这样可以防止第二下部连接头24’下部连接的第二细钻杆25’及第二细钻头26’的摆动，而影响第二细钻头26’的作业精度。

S3，使用绳索将实验探测仪器400送至第二勘探洞28的内部，启动实验探测仪器400进行数据采集；

图13是相应的施工示意图，通过绳索将实验探测仪器400送至第二勘探洞28的内部，启动实验探测仪器400进行数据采集，实验探测仪器400具体采集数据包括地质内的温度、磁场及地应力，其也可以包括其他地质相关参数。

S4，使用第一钻具继续对第一勘探洞27施工，实验探测仪器400被包裹在岩芯内，使用打捞器将第一钻具及岩芯上提。

步骤S4中，使用第一钻具对第一勘探洞27钻孔施工深度大于实验探测仪器的长度，其具体施工示意图，如图14所示，使用第一钻具继续对第一勘探洞27施工，由于实验探测仪器400被包裹在岩芯内，可以使用打捞器将第一钻具、实验探测仪器400及岩芯一并上提。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种地质数据采集钻具，其特征在于：包括外管总成(100)、第一内管总成(200)和第二内管总成(300)，所述第二内管总成(300)与第一内管总成(200)可相互替换连接于外管总成(100)内。

2.如权利要求1所述的地质数据采集钻具，其特征在于：所述外管总成(100)包括弹卡挡头(2)、弹卡室(5)、座环(7)、外管(23)及下部钻头(22)，弹卡挡头(2)设置在外管总成(100)的端部，其下部依次设置有弹卡室(5)、座环(7)、外管(23)及下部钻头(22)，相邻部件之间通过锥螺纹连接；所述弹卡室(5)设置为一段或者连续的两段或者连续的多段；

所述第一内管总成(200)包括第一捞矛头(1)、第一弹卡架(9)及其第一弹卡架(9)上设置的第一弹卡机构、第一悬挂环(8)、第一内管(17)、第一卡簧(20)及第一卡簧座(21)；所述第一捞矛头(1)通过第一捞矛头钳轴(36)与第一弹卡架(9)连接；所述第一悬挂环(8)设置在第一弹卡架(9)上，与外管(23)上的座环(7)配合悬挂；所述第一弹卡架(9)底部与第一内管(17)连接，所述第一卡簧(20)及第一卡簧座(21)设置在第一内管(17)底部；

所述第二内管总成(300)包括第二捞矛头(1’)、第二弹卡架(9’)及其第二弹卡架(9’)上连接的第二弹卡机构、第二悬挂环(8’)、第二内管(17’)、第二上部连接头(45’)、第二下部连接头(24’)、第二细钻杆(25’)及第二细钻头(26’)；所述第二捞矛头(1’)通过第二捞矛头钳轴(36’)与第二弹卡架(9’)连接；所述第二悬挂环(8’)设置在第二弹卡架(9’)上，其与外管(23)上的座环(7)配合悬挂；所述第二弹卡架(9’)底部通过第二上部连接头(45’)与第二内管(17’)连接，所述第二内管(17’)底部通过第二下部连接头(24’)与第二细钻杆(25’)连接，所述第二细钻头(26’)连接于在第二细钻杆(25’)的底部。

3.如权利要求2所述的地质数据采集钻具，其特征在于：所述第一弹卡机构包括第一回收管(3)、第一弹卡架(9)、第一弹卡钳(4)、第一弹卡钳压簧(34)；第一回收管(3)中下部滑动套接在第一弹卡架(9)外，所述第一弹卡架(9)上设置有第一弹卡钳轴(31)，所述第一弹卡钳(4)由两个第一弹卡片(29)组成，所述两个第一弹卡片(29)底部转动连接于第一弹卡钳轴(31)上，所述第一弹卡架(9)上设置有第一弹卡销轴滑槽(33)，所述第一弹卡销轴滑槽(33)位于第一弹卡钳轴(31)上方，第一弹卡销轴(32)上下滑动连接在第一弹卡销轴滑槽(33)内，所述第一弹卡销轴(32)上转动连接有两片第一弹卡驱动片(30)，所述第一弹卡驱动片(30)外端与临近的第一弹卡片(29)铰接，两片第一弹卡驱动片(30)和两片第一弹卡片(29)在两个铰接点以及与第一弹卡销轴(32)和第一弹卡钳轴(31)的转动连接配合下形成平行四边形铰接结构；第一弹卡销轴(32)两端向外延伸与第一回收管(3)固定，第一回收管(3)固定带动第一弹卡销轴(32)沿第一弹卡销轴滑槽(33)上下滑动；

第一弹卡钳压簧(34)套设在第一弹卡架(9)的上部，第一弹卡钳压簧(34)的下部与第一弹卡驱动片(30)相抵接，其上部由第一弹卡钳压簧压板(35)限位；第一回收管(3)侧壁上开设有容纳第一弹卡片(29)回缩和张开的第一弹卡槽体(38)，所述第一弹卡槽体(38)位置与第一弹卡钳(4)安装位置适配。

4.如权利要求3所述的地质数据采集钻具，其特征在于：所述第一弹卡架(9)的下部设置有水压调节装置，第一出水口(6)设置在第一弹卡架(9)的外壁并位于第一悬挂环(8)下部；

所述水压调节装置设置在第一弹卡架(9)下部的第一调节阀腔体(43)内，其包括第一上螺栓(39)、第一下螺柱(40)及第一水压调节弹簧(10)，第一上螺栓(39)与第一下螺柱(40)螺纹连接，第一上螺栓(39)的外部套设有第一水压调节弹簧(10)，第一水压调节弹簧压板(42)固定在第一弹卡架(9)上，所述第一水压调节弹簧(10)压缩于第一水压调节弹簧压板(42)下表面和第一下螺柱(40)上缘之间；所述第一下螺柱(40)的下部设置有第一调节阀堵头(41)，第一调节阀堵头(41)与第一调节阀腔体(43)的外壁形成调节阀通道。

5.如权利要求4所述的地质数据采集钻具，其特征在于：所述第二弹卡机构包括第二回收管(3’)、第二弹卡架(9’)、第二弹卡钳、第二弹卡钳压簧(34’)；所述第二弹卡钳包括一组上弹卡钳和两组以上的下弹卡钳；

第二回收管(3’)滑动套接在第二弹卡架(9’)外，所述第二弹卡架(9’)上设置有上弹卡钳，所述上弹卡钳由两个第二弹卡片(29’)组成，所述两个第二弹卡片(29’)底部转动连接于第二弹卡钳轴(31’)上，所述第二弹卡架(9’)上设置有第二弹卡销轴滑槽(33’)，所述第二弹卡销轴滑槽(33’)位于第二弹卡钳轴(31’)上方，第二弹卡销轴(32’)上下滑动连接在第二弹卡销轴滑槽(33’)内，所述第二弹卡销轴(32’)上转动连接有两片第二弹卡驱动片(30’)，所述第二弹卡驱动片(30’)外端与相邻的第二弹卡片(29’)铰接，两片第二弹卡驱动片(30’)与两片第二弹卡片(29’)在两个铰接点以及与第二弹卡销轴(32’)和第二弹卡钳轴(31’)的转的那个连接配合下形成平行四边形铰接结构；

第二弹卡销轴(32’)两端向外延伸与第二回收管(3’)固定，第二回收管(3’)固定带动第二弹卡销轴(32’)沿第二弹卡销轴滑槽(33’)上下滑动；

第二弹卡钳压簧(34’)套设在第二弹卡架(9’)的上部，第二弹卡钳压簧(34’)的下部与第二弹卡驱动片(30’)相抵接，其上部由第二弹卡钳压簧压板(35’)限位；第二回收管(3’)侧壁上开设有容纳第二弹卡片(29’)回缩和张开的第二弹卡槽体(38’)，所述第二弹卡槽体(38’)位置与第二弹卡钳安装位置适配；

下弹卡钳设置在第二弹卡架(9’)上且位于上弹卡钳下方，所述下弹卡钳包括两组第二下弹卡片(49’)，转动连接于固定在第二弹卡架(9’)的第二下销轴(52’)上，所述第二下销轴(52’)上设置有弹卡钳扭簧(44’)并与第二下弹卡片(49’)相抵接；所述第二回收管(3’)上设置有与第二下弹卡片(49’)外缘配合驱动的弹卡钳斜推面；所述第二弹卡架(9’)上和第二回收管(3’)上均设置有容纳第二下弹卡片(49’)伸出的下槽体；

所述弹卡室(5)连续的设置有三段，最上部的一段弹卡室(5)与上弹卡钳配合，下部的两段弹卡室(5)分别与两组下弹卡钳配合。

6.如权利要求5所述的地质数据采集钻具，其特征在于：所述弹卡室(5’)的下部设置有弹卡钳拨片(46’)，所述弹卡钳拨片(46’)与第二弹卡片(29’)和/或第二下弹卡片(49’)配合设置并拨动第二弹卡钳随外管总成(100)转动。

7.如权利要求6所述的地质数据采集钻具，其特征在于：所述第二下部连接头(24’)的外径与外管(23)的内径配合设置，间隙小于2mm。

8.一种地质数据采集钻具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，组装第一内管总成(200)并将其设置在外管总成(100)的内部形成第一钻具，启动第一钻具钻出预定深度的第一勘探洞(27)，使用打捞器将第一钻具及岩芯上提；

S2，组装第二内管总成(300)并将其设置在外管总成(100)的内部形成第二钻具，启动第二钻具，在第一勘探洞(27)上钻出第二勘探洞(28)，使用打捞器将第二钻具上提；

S3，使用绳索将实验探测仪器(400)送至第二勘探洞(28)的内部，启动实验探测仪器(400)进行数据采集；

S4，使用第一钻具继续对第一勘探洞(27)施工，实验探测仪器(400)被包裹在岩芯内，使用打捞器将第一钻具及岩芯上提。

9.如权利要求8所述的地质数据采集钻具的使用方法，其特征在于：所述第二勘探洞(28)的内径小于第一勘探洞(27)的内径。

10.如权利要求9所述的地质数据采集钻具的使用方法，其特征在于：所述实验探测仪器(400)获取地质内的温度、磁场及地应力相关数据。