CN110644983B - 一种用于松散破碎地层的锁水型随钻取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于松散破碎地层的锁水型随钻取样装置，包括筒体和位于筒体内的内管，筒体为底端开口的空腔结构，筒体的底端设有钻头，内管内的顶端设有电磁铁一，电磁铁一的下方且位于内管内设有电磁铁二，电磁铁二的底端设有横板，横板的底端设有阀块，内管内且位于阀块的下方设有密封块，密封块为圆形结构，密封块的中部设有与密封块相匹配的开口，筒体的一侧且位于密封块的上方设有真空泵。有益效果为：使得取得的样品取样率高样品，特别是能使地层，且能避免样品在重力的作用下略微下降，提高了样品的完整性，将内管内的样品取出，则样品可完整取出，使地层层序状态保存良好，适用于松散、破碎等地层的环境取样、工勘取样等。

Description

一种用于松散破碎地层的锁水型随钻取样装置

技术领域

本发明涉及资源钻探领域，具体来说，涉及一种用于松散破碎地层的锁水型随钻取样装置。

背景技术

目前，世界各国矿产资源日渐枯竭，这就需要钻井公司更经济、更有效地进行矿产资源开发，要了解地层中矿产资源的结构，走向等情况，在现有技术中，对土壤进行取样时往往采用半合管、多层管、活塞钻具等取样钻具。

随着对矿产资源勘查要求的不断提高，勘查地层越来越复杂，勘查深度也不断增加，取芯要求也不断提高。在取芯钻进中，不可避免的会遇到松散破碎复杂地层，然而在垂直或水平钻进取样的过程中，由于样品自重向下滑落，往往难以控制管芯中的样品，造成丢心现象，从而造成岩芯采取率不高、岩芯采取质量偏低等情况，使得取样率低下，难以达到钻探取样的质量要求，丢失了重要的地层信息。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种用于松散破碎地层的锁水型随钻取样装置，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

一种用于松散破碎地层的锁水型随钻取样装置，包括筒体和位于所述筒体内的内管，所述筒体为底端开口的空腔结构，所述筒体的底端设有钻头，所述内管内的顶端设有电磁铁一，所述电磁铁一的下方且位于所述内管内设有电磁铁二，所述电磁铁二的底端设有横板，所述横板的底端设有阀块，所述内管内且位于所述阀块的下方设有密封块，所述密封块为圆形结构，所述密封块的中部设有与所述密封块相匹配的开口，所述筒体的一侧且位于所述密封块的上方设有真空泵，所述真空泵的上方且位于所述阀块的下方设有进气管，所述内管内设有活塞。

进一步，所述阀块的两侧中部对称设有齿板，所述密封块为空腔结构，所述密封块靠近所述开口的两侧对称设有与所述齿板相匹配的孔洞，所述密封块内对称设有与所述齿板相匹配的齿轮，所述齿轮远离所述阀块的一侧设有与其相啮合的齿条，所述齿条的底端设有通过转轴相连接的蜗杆，所述蜗杆的一侧且位于所述筒体和所述内管之间设有闭合机构。

进一步，所述闭合机构包括位于所述筒体内壁的环形齿轮，所述环形齿轮内依次排布设有若干个滑槽，所述滑槽为弧形结构，若干所述滑槽之间均设有固定卡环，所述固定卡环的另一端均与位于所述滑槽一侧的闭合片相连接，且各所述闭合片相互啮合，所述闭合片套设有位于所述环形齿轮中心位置的固定盘内，且所述固定盘位于所述内管的内壁，所述固定盘内设有与所述闭合片相匹配的通槽，且所述固定盘外侧设有与所述固定卡环相匹配的凹槽，所述凹槽的一侧均设有螺栓，所述螺栓的一端均穿插于所述固定盘与所述闭合片一侧相固定连接，所述环形齿轮的外壁套设有与所述蜗杆相啮合的蜗板。

进一步，环形齿轮靠近所述蜗杆的其中所述滑槽的一侧两端均设有限位块。

进一步，所述阀块的底端两侧均设有凹槽，所述凹槽内均设有与所述密封块顶端相连接的复位弹簧。

进一步，所述齿板的长度大于等于蜗板的长度，所述密封块的底端设有斜切面，所述活塞的顶端设有与所述斜切面相匹配的凸块。

进一步，所述活塞通过螺纹与所述筒体相连接，所述钻头与所述内管的连接处设有密封圈一，且所述内管与所述活塞之间设有密封圈二。

进一步，所述内管与所述活塞之间形成压力腔体。

本发明的有益效果为：将筒体放置在预留的深度，钻头与土壤接触，将气体经进气管进入到内管内后，将筒体向土壤挤压，将筒体内的气体从真空泵中排出，所取的样品由钻头的圆环空间进入内管中，形成上部负压，进而使钻头负吸效应，避免样品从下部脱落，减少对土样的扰动。

阀块在向下位移的同时，使各个闭合片向固定盘的中间闭合，对内管的底端进行密封，使得取得的样品无扰动、保真度好，取样率高样品，特别是能使地层，且能避免样品在重力的作用下略微下降，提高了样品的完整性。

取样完成后，将筒体提到工作面，打开钻头，阀块两侧的齿板穿插孔洞带动齿轮的顺时针旋转，反之，使各个闭合片向固定盘的外壁分散，将内管内的样品取出，则样品可完整取出，使地层层序状态保存良好，适用于松散、破碎等地层的环境取样、工勘取样等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是根据本发明实施例的一种用于松散破碎地层的锁水型随钻取样装置的结构示意图之一；

图2是根据本发明实施例的一种用于松散破碎地层的锁水型随钻取样装置的结构示意图之二；

图3是根据本发明实施例的一种用于松散破碎地层的锁水型随钻取样装置的筒体和内管之间的局部结构示意图；

图4是根据本发明实施例的一种用于松散破碎地层的锁水型随钻取样装置的闭合机构的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的一种用于松散破碎地层的锁水型随钻取样装置的密封块的侧视图。

图中：

1、筒体；2、内管；3、钻头；4、电磁铁一；5、电磁铁二；6、横板； 7、阀块；8、密封块；9、开口；10、真空泵；11、进气管；12、闭合机构； 13、活塞；14、齿板；15、孔洞；16、齿轮；17、齿条；18、转轴；19、蜗杆；20、环形齿轮；21、滑槽；22、固定卡环；23、闭合片；24、固定盘； 25、通槽；26、凹槽；27、螺栓；28、蜗板；29、凹槽；30、复位弹簧；31、凸块；32、密封圈一；33、密封圈二；34、限位块。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种用于松散破碎地层的锁水型随钻取样装置。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-5所示，根据本发明实施例的用于松散破碎地层的锁水型随钻取样装置，包括筒体1和位于所述筒体1内的内管2，所述筒体1为底端开口的空腔结构，所述筒体1的底端设有钻头3，所述内管2内的顶端设有电磁铁一4，所述电磁铁一4的下方且位于所述内管2内设有电磁铁二5，所述电磁铁二5的底端设有横板6，所述横板6的底端设有阀块7，所述内管2内且位于所述阀块 7的下方设有密封块8，所述密封块8为圆形结构，所述密封块8的中部设有与所述密封块8相匹配的开口9，所述筒体1的一侧且位于所述密封块8 的上方设有真空泵10，所述真空泵10的上方且位于所述阀块7的下方设有进气管11，所述内管2内设有活塞13。

另外，在一个实施中，对于上述阀块7的两侧中部对称设有齿板14，所述密封块8为空腔结构，所述密封块8靠近所述开口9的两侧对称设有与所述齿板14相匹配的孔洞15，所述密封块8内对称设有与所述齿板14 相匹配的齿轮16，所述齿轮16远离所述阀块7的一侧设有与其相啮合的齿条17，所述齿条17的底端设有通过转轴18相连接的蜗杆19，所述蜗杆19的一侧且位于所述筒体1和所述内管2之间设有闭合机构12。阀块7 向下运动时，带动齿板14下降穿过孔洞15与齿轮16相啮合抵触，下降的同时带动齿轮16的旋转，齿轮16带动齿条17的上升，蜗杆19在与蜗板 28啮合的情况下，带动蜗杆19的上升，蜗杆19上升的同时拉动蜗板28 的旋转，使得环形齿轮20对闭合片23的闭合，提高了效率。在实际应用时，上述阀块7的内壁设有密封圈，且所述密封圈为橡胶材质。

另外，在一个实施中，对于上述闭合机构12包括位于所述筒体1 内壁的环形齿轮20，所述环形齿轮20内依次排布设有若干个滑槽21，所述滑槽21为弧形结构，若干所述滑槽21之间均设有固定卡环22，所述固定卡环22的另一端均与位于所述滑槽21一侧的闭合片23相连接，且各所述闭合片23相互啮合，所述闭合片23套设有位于所述环形齿轮20中心位置的固定盘24内，且所述固定盘24位于所述内管2的内壁，所述固定盘24内设有与所述闭合片23相匹配的通槽25，且所述固定盘24外侧设有与所述固定卡环22相匹配的凹槽26，所述凹槽26的一侧均设有螺栓27，所述螺栓27的一端均穿插于所述固定盘24与所述闭合片23一侧相固定连接，所述环形齿轮20的外壁套设有与所述蜗杆19相啮合的蜗板28，通过闭合机构12的设置，使得使用者便于控制内管2底端的闭合，提高了对土壤提取的质量。在实际应用时，上述蜗杆19通过卡块与蜗板28固定连接，且蜗杆19与蜗板28之间涂有润滑油。

另外，在一个实施中，对于上述环形齿轮20靠近所述蜗杆19的其中所述滑槽21的一侧两端均设有限位块34，通过限位块34的设置，保障了闭合片23的最大闭合度，避免了闭合片23的损坏。

另外，在一个实施中，对于上述阀块7的底端两侧均设有凹槽29，所述凹槽29内均设有与所述密封块8顶端相连接的复位弹簧30，通过凹槽 29和复位弹簧30的设置，阀块7在受到电磁铁二5的挤压抵触时，复位弹簧30在凹槽29内，降低了阀块7与密封块8之间的间距，提高了密封效果，在实际应用时，上述复位弹簧30可以为矩形弹簧。

另外，在一个实施中，对于上述齿板14的长度大于等于蜗板28的长度，所述密封块8的底端设有斜切面，所述活塞13的顶端设有与所述斜切面相匹配的凸块31。通过齿板14的长度大于等于蜗板28的长度的设置，避免了旋转距离过长，损坏了各个闭合片23，造成不必要的损失，而凸块31和斜切面的设置，则提高了活塞13与密封块8的连接密封性。

另外，在一个实施中，对于上述活塞13通过螺纹与所述筒体1相连接，所述钻头3与所述内管2的连接处设有密封圈一32，且所述内管2与所述活塞13之间设有密封圈二33，通过密封圈一32和密封圈二33的设置，提高了内管2内的密封，避免漏气，形成上部无法负压吸住样品。在实际应用时，上述密封圈一32和密封圈二33可以为橡胶材质。

另外，在一个实施中，对于上述内管2与所述活塞13之间形成压力腔体。

工作原理；

一、将筒体1放置在预留的深度，钻头3与土壤接触，将气体经进气管11进入到内管2内后，将筒体1向土壤挤压，土壤进入到内管2内挤压活塞13，使得活塞13向上位移，将筒体1内的气体从真空泵10中排出，钻头3朝下钻进时，所取的样品由钻头3的圆环空间进入内管2中，同时推动密封活塞13向上运动，直至将内管2内的气体排出或达到取样的指定的距离时，启动电磁铁一4形成与电磁铁二5相同的磁性，通过磁铁的同性相斥异性相吸的原理，电磁铁二5与电磁铁一4相斥在内管2内向下位移，电磁铁二5推动横板6，横板6推动阀块7与密封块8密封连接，形成上部负压，进而使钻头3负吸效应。

二、阀块7在向下位移的同时，阀块7两侧的齿板14穿插孔洞15带动齿轮16的逆时针旋转，所述齿轮16旋转的同时带动齿条17的上升，齿条17上升的过程中带动蜗杆19的上升，使蜗杆19在上升的同时带动蜗板28，使蜗板28带动环形齿轮20顺时针旋转，环形齿轮20的转动带动固定卡环22在固定盘24的外壁运动推动闭合片23，进而使闭合片 23在固定盘24上的螺栓27进行固定轨道的转动，使各个闭合片23向固定盘24的中间闭合，对内管2的底端进行密封。

三、取样完成后，将筒体1提到工作面，打开钻头3，启动电磁铁一4 改变其属性与电磁铁二5产生不同的属性，达到相吸的效果，使电磁铁二 5向上位移，阀块7在没有电磁铁二5的抵触下，复位弹簧30压力的恢复，将阀块7与密封块8分离，使内管2的负压效果消失，阀块7两侧的齿板 14穿插孔洞15带动齿轮16的顺时针旋转，反之，使各个闭合片23向固定盘24的外壁分散，将内管2内的样品取出。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，将筒体1放置在预留的深度，钻头3与土壤接触，将气体经进气管11进入到内管2内后，将筒体1向土壤挤压，将筒体1内的气体从真空泵10中排出，所取的样品由钻头3的圆环空间进入内管2中，形成上部负压，进而使钻头3负吸效应，避免样品从下部脱落，减少对土样的扰动。

阀块7在向下位移的同时，使各个闭合片23向固定盘24的中间闭合，对内管2的底端进行密封，使得取得的样品无扰动、保真度好，取样率高样品，特别是能使地层，且能避免样品在重力的作用下略微下降，提高了样品的完整性。

取样完成后，将筒体1提到工作面，打开钻头3，阀块7两侧的齿板 14穿插孔洞15带动齿轮16的顺时针旋转，反之，使各个闭合片23向固定盘24的外壁分散，将内管2内的样品取出，则样品可完整取出，使地层层序状态保存良好，适用于松散、破碎等地层的环境取样、工勘取样等。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于松散破碎地层的锁水型随钻取样装置，其特征在于，包括筒体（1）和位于所述筒体（1）内的内管（2），所述筒体（1）为底端开口的空腔结构，所述筒体（1）的底端设有钻头（3），所述内管（2）内的顶端设有电磁铁一（4），所述电磁铁一（4）的下方且位于所述内管（2）内设有电磁铁二（5），所述电磁铁二（5）的底端设有横板（6），所述横板（6）的底端设有阀块（7），所述内管（2）内且位于所述阀块（7）的下方设有密封块（8），所述密封块（8）为圆形结构，所述密封块（8）的中部设有与所述密封块（8）相匹配的开口（9），所述筒体（1）的一侧且位于所述密封块（8）的上方设有真空泵（10），所述真空泵（10）的上方且位于所述阀块（7）的下方设有进气管（11），所述内管（2）内设有活塞（13）；

所述阀块（7）的两侧中部对称设有齿板（14），所述密封块（8）为空腔结构，所述密封块（8）靠近所述开口（9）的两侧对称设有与所述齿板（14）相匹配的孔洞（15），所述密封块（8）内对称设有与所述齿板（14）相匹配的齿轮（16），所述齿轮（16）远离所述阀块（7）的一侧设有与其相啮合的齿条（17），所述齿条（17）的底端设有通过转轴（18）相连接的蜗杆（19），所述蜗杆（19）的一侧且位于所述筒体（1）和所述内管（2）之间设有闭合机构（12）；

所述闭合机构（12）包括位于所述筒体（1）内壁的环形齿轮（20），所述环形齿轮（20）内依次排布设有若干个滑槽（21），所述滑槽（21）为弧形结构，若干所述滑槽（21）之间均设有固定卡环（22），所述固定卡环（22）的另一端均与位于所述滑槽（21）一侧的闭合片（23）相连接，且各所述闭合片（23）相互啮合，所述闭合片（23）套设有位于所述环形齿轮（20）中心位置的固定盘（24）内，且所述固定盘（24）位于所述内管（2）的内壁，所述固定盘（24）内设有与所述闭合片（23）相匹配的通槽（25），且所述固定盘（24）外侧设有与所述固定卡环（22）相匹配的凹槽（26），所述凹槽（26）的一侧均设有螺栓（27），所述螺栓（27）的一端均穿插于所述固定盘（24）与所述闭合片（23）一侧相固定连接，所述环形齿轮（20）的外壁套设有与所述蜗杆（19）相啮合的蜗板（28）；

所述环形齿轮（20）靠近所述蜗杆（19）的其中所述滑槽（21）的一侧两端均设有限位块（34）；

所述阀块（7）的底端两侧均设有凹槽（29），所述凹槽（29）内均设有与所述密封块（8）顶端相连接的复位弹簧（30）；

所述齿板（14）的长度大于等于蜗板（28）的长度，所述密封块（8）的底端设有斜切面，所述活塞（13）的顶端设有与所述斜切面相匹配的凸块（31）；

所述活塞（13）通过螺纹与所述筒体（1）相连接，所述钻头（3）与所述内管（2）的连接处设有密封圈一（32），且所述内管（2）与所述活塞（13）之间设有密封圈二（33）；

所述内管（2）与所述活塞（13）之间形成压力腔体；

使用时，将筒体（1）放置在预留的深度，钻头（3）与土壤接触，将气体经进气管（11）进入到内管（2）内后，将筒体（1）向土壤挤压，土壤进入到内管（2）内挤压活塞（13），使得活塞（13）向上位移，将筒体（1）内的气体从真空泵（10）中排出，钻头（3）朝下钻进时，所取的样品由钻头（3）的圆环空间进入内管（2）中，同时推动密封活塞（13）向上运动，直至将内管（2）内的气体排出或达到取样的指定的距离时，启动电磁铁一（4）形成与电磁铁二（5）相同的磁性，通过磁铁的同性相斥异性相吸的原理，电磁铁二（5）与电磁铁一（4）相斥在内管（2）内向下位移，电磁铁二（5）推动横板（6），横板（6）推动阀块（7）与密封块（8）密封连接，形成上部负压，进而使钻头（3）负吸效应；

阀块（7）在向下位移的同时，阀块（7）两侧的齿板（14）穿插孔洞（15）带动齿轮（16）的逆时针旋转，所述齿轮（16）旋转的同时带动齿条（17）的上升，齿条（17）上升的过程中带动蜗杆（19）的上升，使蜗杆（19）在上升的同时带动蜗板（28），使蜗板（28）带动环形齿轮（20）顺时针旋转，环形齿轮（20）的转动带动固定卡环（22）在固定盘（24）的外壁运动推动闭合片（23），进而使闭合片（23）在固定盘（24）上的螺栓（27）进行固定轨道的转动，使各个闭合片（23）向固定盘（24）的中间闭合，对内管（2）的底端进行密封；

取样完成后，将筒体（1）提到工作面，打开钻头（3），启动电磁铁一（4）改变其属性与电磁铁二（5）产生不同的属性，达到相吸的效果，使电磁铁二（5）向上位移，阀块（7）在没有电磁铁二（5）的抵触下，复位弹簧（30）压力的恢复，将阀块（7）与密封块（8）分离，使内管（2）的负压效果消失，阀块（7）两侧的齿板（14） 穿插孔洞（15）带动齿轮（16）的顺时针旋转，反之，使各个闭合片（23） 向固定盘（24）的外壁分散，将内管（2）内的样品取出。

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