CN112196483A - 一种钻井用砂样自动收集装置 - Google Patents

Abstract

一种钻井用砂样自动收集装置，包括横移部分、流砂槽、提升部分、支撑部分、清砂部分、接料部分和CPU；所述横移部分、提升部分和流砂槽均设置在支撑部分上；所述清砂部分设置在横移部分上；所述接料部分设置在流砂槽一端的下方；所述支撑部分包括形状相同的第一支撑架和第二支撑架，且其对立设置。本发明提高了砂样收集的效率，降低了工作人员的劳动强度。

Description

一种钻井用砂样自动收集装置

技术领域

本发明涉及一种收集装置，特别是一种适用于岩屑录井的自动收集岩屑的装置，属于岩屑录井技术领域。

背景技术

在地质勘探的过程中，岩屑录井是极为重要的了解地质构造的一种方法；在钻头在地底将路径上的岩石破碎后，破碎岩石随着钻井液来到地表，这些岩石即岩屑，也称之为砂样；在钻井的过程中，地质工作人员根据岩屑的取样间距和迟到时间来分析地质剖面的结构，这个过程被称之为岩屑录井；由于岩屑录井具有成本低、操作简便、及时了解地质结构的优点，在地质勘探领域得到了广泛的应用；但是，在实际的地质勘探作业中，岩屑捞取一般都是采用人工采集的方法来进行采集，地质工作人员在振动筛下摆放一块挡板接取岩屑，每隔一段时间就将挡板内的岩屑倒到料盆里，然后将料盆内的岩屑清洗干净，在洗干净后再将岩屑转移到荧光室进行观察分析；随着科技的进步，钻头的钻进速度越来越快，采集岩屑间隔的时间变得越来越短，人工进行采集岩屑的方法变得不可行，工作人员的劳动强度变得极大，而且效率低下；故需要一种采集装置，它能够根据钻井的深度来进行砂样的采集作业，提高了采集砂样数据的精度，降低了工作人员的劳动强度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钻井用砂样自动收集装置，它不仅能够降低工作人员的劳动强度，还能够提高砂样收集效率和精度。

本发明所述问题是通过以下技术方案解决的：

一种钻井用砂样自动收集装置，包括横移部分、流砂槽、提升部分、支撑部分、清砂部分、接料部分和CPU；所述横移部分、提升部分和流砂槽均设置在支撑部分上；所述清砂部分设置在横移部分上；所述接料部分设置在流砂槽一端的下方；所述支撑部分包括形状相同的第一支撑架和第二支撑架，且其对立设置；所述提升部分包括第一电动机、第一轴承、转杆和齿轮；所述第一电动机的信号控制端连接CPU的信号输出端；所述第一支撑架和第二支撑架的上方在相同位置上设置有第一通孔和第二通孔，且第二通孔位于第一通孔的正下方；所述第一通孔内壁和第一轴承的外圈外壁过盈配合；所述第一轴承之间设置有转杆，且转杆两端的外壁和第一轴承内圈内壁过盈配合；所述第一电动机设置在第一支撑架的外侧；所述第一电动机的输出轴连接转杆的一端；所述齿轮设置在转杆的两端；所述横移部分包括第二电动机、丝杠、丝杠螺母、第二轴承和压力传感器；所述压力传感器设置在第一支撑架和第二支撑架的内侧壁上，且压力传感器和丝杠螺母配合设置；所述压力传感器的信号输出端连接CPU的信号输入端；所述第二电动机的信号控制端连接CPU的信号输出端；所述第二通孔内壁和第二轴承的外圈外壁过盈配合；所述第二轴承之间设置有丝杠，且丝杠的两端的外壁和第二轴承内圈内壁过盈配合；所述第二电动机设置在第二支撑架的外侧；所述第二电动机的输出轴连接丝杠的一端。

上述钻井用砂样自动收集装置，所述清砂部分包括方形杆、齿条、清砂板、磁块、感应开关和限位块；所述磁块镶嵌在方形杆内；所述感应开关设置在限位块上；所述限位块设置在丝杠螺母上，且限位块在垂直方向上设置有方形通孔，方形杆穿设在此方形通孔内；所述方形杆的横截面为正方形，且此正方形的边长由上至下逐渐增大；所述方形杆的上端设置有齿条，方形杆的下端设置有清砂板；所述清砂板设置在流砂槽的正上方，且清砂板与流砂槽配合设置；所述清砂板的宽度和流砂槽内腔的宽度相同。

上述钻井用砂样自动收集装置，所述流砂槽形状为长方体，且其去除上端面板和一个侧面板，接料部分位于流砂槽去除了侧面板的一端的正下方；所述接料部分包括单头气缸、卸料板、接料斗和砂样箱；所述单头气缸的控制端连接CPU的信号输出端；所述砂样箱设置在流砂槽去除了侧面板的一端的正下方；所述砂样箱在垂直方向上设置有贯穿通孔；所述砂样箱两端侧壁在横向方向上设置有长方形的通孔，且此长方形通孔内穿设有卸料板；所述卸料板的一端连接单头气缸；所述接料斗位于砂样箱靠近单头气缸的一端的正下方；所述卸料板的两端在垂直方向上设置有长方形状的通孔。

上述钻井用砂样自动收集装置，增设有冲洗部分；所述冲洗部分包括鸭嘴状喷淋头和水管；所述鸭嘴状喷淋头的出水口设置在接料斗的上方，且鸭嘴状喷淋头的进水口连接水管；所述水管上设置有电磁阀，且此电磁阀的控制端连接CPU的信号输出端；所述接料斗的底端设置有滤网。

本发明通过横移部分、提升部分和清砂部分自动将钻井液中的砂样汇集到接料部分内，大大提高了砂样收集的效率，避免了以往人工取样所带来的劳动强度大的问题；另外，接料部分能够自动收集指定深度的砂样，另一部分不需要的砂样可以自动排放，这提高了灵活性，可以根据勘探人员的需要来选择性的收集砂样。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为本发明主视结构示意图；

图3为本发明接料部分剖视结构示意图。

图中各标号清单为：1.横移部分，1-1.第二电动机，1-2.丝杠，1-3.丝杠螺母，1-4.第二轴承，1-5.压力传感器，2.流砂槽，3.提升部分，3-1.第一电动机，3-2.第一轴承，3-3.转杆，3-4.齿轮，4.支撑部分，4-1.第一支撑架，4-2.第二支撑架，5.清砂部分，5-1.方形杆，5-2.齿条，5-3.清砂板，5-4.限位块，6.接料部分，6-1.单头气缸，6-2.卸料板，6-3.接料斗，6-4.砂样箱，7.冲洗部分。

具体实施方式

参看图1、2和图3，本发明包括包括横移部分1、流砂槽2、提升部分3、支撑部分4、清砂部分5、接料部分6和CPU；CPU用于控制各个零件协同作业；所述横移部分1、提升部分3和流砂槽2均设置在支撑部分4上；所述清砂部分5设置在横移部分1上；横移部分1用于带动清砂部分5实现横向移动的目的；所述接料部分6设置在流砂槽2一端的下方，当流砂槽2内的砂样积累够一定数量时，清砂部分5将流砂槽2内的砂样推到接料部分6内；所述支撑部分4包括形状相同的第一支撑架4-1和第二支撑架4-2，且其对立设置，两块支撑架设置在彼此的对立面；所述提升部分3包括第一电动机3-1、第一轴承3-2、转杆3-3和齿轮3-4；提升部分用于抬升清砂部分5；所述第一电动机3-1的信号控制端连接CPU的信号输出端；所述第一支撑架4-1和第二支撑架4-2的上方在相同位置上设置有第一通孔和第二通孔，且第二通孔位于第一通孔的正下方；所述第一通孔内壁和第一轴承3-2的外圈外壁过盈配合；所述第一轴承3-2之间设置有转杆3-3，且转杆3-3两端的外壁和第一轴承3-2内圈内壁过盈配合；所述第一电动机3-1设置在第一支撑架4-1的外侧；所述第一电动机3-1的输出轴连接转杆3-3的一端，第一电动机3-1为转杆3-3提供转动动力；所述齿轮3-4设置在转杆3-3的两端，齿轮3-4通过和清砂部分5内的齿条5-2齿轮咬合从而实现抬升清砂部分5；所述横移部分1用于带动清砂部分5在水平方向上横向往复移动，从而使得清砂部分5内的清砂板5-3能够将流砂槽2内的砂样推到砂样箱6-4内；所述横移部分1包括第二电动机1-1、丝杠1-2、丝杠螺母1-3、第二轴承1-4和压力传感器1-5；所述压力传感器1-5设置在第一支撑架4-1和第二支撑架4-2的内侧壁上，且压力传感器1-5和丝杠螺母1-3配合设置，丝杠螺母1-3可以触碰并触发压力传感器1-5；压力传感器1-5用于协调齿轮3-4和齿条5-2之间的咬合，当齿条5-2移动到靠近的齿轮3-4的位置时，丝杠螺母1-3触发压力传感器1-5，压力传感器1-5将此信号传递给CPU，CPU再控制第一电动机3-1使转杆3-3上的齿轮3-4旋转，从而带动齿条3-4实现上下移动；所述压力传感器1-5的信号输出端连接CPU的信号输入端；所述第二电动机1-1的信号控制端连接CPU的信号输出端；所述第二通孔内壁和第二轴承1-4的外圈外壁过盈配合；所述第二轴承1-4之间设置有丝杠1-2，且丝杠1-2的两端的外壁和第二轴承1-4内圈内壁过盈配合；所述第二电动机1-1设置在第二支撑架4-2的外侧；所述第二电动机1-1的输出轴连接丝杠1-2的一端；第二电动机1-1带动丝杠1-2旋转，从而带动丝杠1-2上的丝杠螺母1-3横向移动，丝杠螺母1-3上的清砂部分5也随之移动。

为了将流砂槽2内的砂样移动到砂样箱6-4内，设置有清砂部分5；所述清砂部分5包括方形杆5-1、齿条5-2、清砂板5-3、磁块、感应开关和限位块5-4；所述磁块数量为两个，均镶嵌在方形杆5-1内上下位置；所述感应开关设置在限位块5-4上；限位块5-4内的感应开关能够被方形杆5-1上的磁块所激活，当推料板6-3的最下端和卸料板6-2的上端面接触时，磁块所在的位置恰好能够激发感应开关，在推料板6-3的最下端的水平面高度和砂样箱6-4的最上端的水平高度持平时，此时另一个磁块恰好能够激活感应开关，磁块和感应开关配合使用的作用在于确定推料板6-3的位置，当推料板6-3的位置到位后，感应开关给CPU信号，从而使CPU控制第一电动机3-1和第二电动机1-1的正反转，使推料板6-3能够到达指定位置，从而完成协同作业；所述限位块5-4设置在丝杠螺母1-3上，且限位块5-4在垂直方向上设置有方形通孔，方形杆5-1穿设在此方形通孔内；所述方形杆5-1的横截面为正方形，且此正方形的边长由上至下逐渐增大；当齿轮3-4咬合齿条5-2并且转动时，连接在齿条5-2上的方形杆5-1也随之上下移动，限位块5-4用于限制方形杆5-1的移动方向，避免方形杆5-1旋转；方形杆5-1的截面边长越来越长的目的在于，当齿轮3-4将齿条5-2提升后，清砂部分5要返回原位置，这时清砂部分5一旦返回移动，齿轮3-4和齿条5-2不再咬合，为了避免方形杆5-1向下移动，将方形杆5-1的截面边长从上至下变得越来越长，当齿轮3-4将齿条5-2咬合并将其提升时，由于方形杆5-1变粗，所以当齿条5-2提升到合适位置时，过粗的方形杆5-1下端已经和限位块5-4内的方形孔构成了过盈配合，方形杆5-1在返回的路线上不会发生向下脱离的情况；所述方形杆5-1的上端设置有齿条5-2，方形杆5-1的下端设置有清砂板5-3；所述清砂板5-3设置在流砂槽2的正上方，且清砂板5-3与流砂槽2配合设置；在清砂板5-3在将流砂槽2内的砂样推到砂样箱6-4后，这个过程中钻井液是源源不断在往砂样箱6-4内提供砂样，砂样在不断沉淀，为了避免清砂板5-3在归位的时候将砂样反向推动，所以需要在清砂板5-3复位的时候向上抬起，避免返回时反向推动砂样，故设置了提升部分。

所述流砂槽2形状为长方体，且其去除上端面板和一个侧面板，接料部分6位于流砂槽2去除了侧面板的一端的正下方；流砂槽2位于振动筛下侧稍前方用于盛接砂样；清砂板5-3将流砂槽2内的砂样从侧面的通道内推到砂样箱6-4内；所述接料部分6包括单头气缸6-1、卸料板6-2、接料斗6-3和砂样箱6-4；所述单头气缸6-1的控制端连接CPU的信号输出端；所述砂样箱6-4设置在流砂槽2去除了侧面板的一端的正下方，砂样箱6-4用于接收来自流砂槽2内的砂样；所述砂样箱6-4在垂直方向上设置有贯穿通孔；所述砂样箱6-4两端侧壁在横向方向上设置有长方形的通孔，且此长方形通孔内穿设有卸料板6-2，卸料板6-2在这个长方形通孔内穿插移动；所述卸料板6-2的一端连接单头气缸6-1，单头气缸6-1带动卸料板6-2直线往复运动；所述清砂板5-3的宽度和流砂槽2内腔的宽度相同；所述卸料板6-2的两端在垂直方向上设置有长方形状的通孔；卸料板6-2两端的通孔用于卸料，一个用于向接料斗6-3内上料，另一个通孔用于排放废料；当单头气缸6-1伸出活塞杆时，卸料板6-2移动，从而使得砂样箱6-4内的砂样能够从一通孔内进入接料斗6-3；当砂样箱6-4内的砂样需要排放时，单头气缸6-1缩回活塞杆，从而使砂样箱6-4的另一端的下方漏出卸料板6-2的通孔，砂样箱6-4内的砂样通过此通孔将砂样排放出去；所述接料斗6-3位于砂样箱6-4靠近单头气缸6-1的一端的正下方，当单头气缸6-1伸出活塞杆时，卸料板6-2上的上料用的通孔的正下方设置了接料斗6-3，为了避免砂样箱6-4内的砂样有残留，可以在砂样箱6-4上设置一个冲水管，将砂样箱6-4内的砂样冲洗干净，避免残留。

为了进一步减轻工作人员的劳动强度，将冲洗砂样的作业也设置成自动完成的形式，为了实现自动清洗的目的，增设有冲洗部分7；冲洗部分7用于对接料部分6内的砂样进行冲洗，而且水流还能避免砂样堆积在一个位置，将砂样冲洗均匀；所述冲洗部分7包括鸭嘴状喷淋头和水管；所述鸭嘴状喷淋头的出水口设置在接料斗6-3的上方，且鸭嘴状喷淋头的进水口连接水管；所述水管上设置有电磁阀，且此电磁阀的控制端连接CPU的信号输出端，当砂样进入接料斗6-3后，CPU控制开启水管上的电磁阀，所述接料斗6-3的底端设置有滤网，滤网能够有效的将水流导出接料斗6-3。

具体作业步骤如下：开始时，在流砂槽2内的砂样堆积一定时间后，CPU控制第二电动机1-1旋转，从而使得丝杠1-2旋转，设置在丝杠1-2上的丝杠螺母1-3也随之直线移动，从而带动清砂板5-3移动，清砂板5-3将流砂槽2内的砂样推到砂样箱6-4内，当清砂板5-3恰好将砂样推干净时触发第二支撑架4-2上的压力传感器1-5，压力传感器1-5将此信号传递给CPU，CPU控制第一电动机3-1启动，关闭第二电动机1-1，从而带动转杆3-3转动，转杆3-3上的齿轮3-4也随之转动，咬合齿条5-2向上移动，直至方形杆5-1上的磁块激活感应开关，此时清砂板5-3抬起脱离流砂槽2，感应开关被激活时传递信号给CPU，CPU控制停止第一电动机3-1，然后启动第二电动机1-1反转，使得清砂板5-3复位，直至丝杠螺母1-3触发位于第一支撑架4-1上的压力传感器1-5，压力传感器1-5将信号传递给CPU，CPU停止第二电动机1-1，启动第一电动机3-1反转，直至方形杆5-1上的另一个磁环触发感应开关，此感应开关将信号传递给CPU，CPU停止第一电动机3-1的动作，启动第二电动机1-1的动作，上述动作反复重复；砂样在接料部分内的上料和排放的动作都是由CPU控制的，根据录井系统的要求，每隔一段钻井深度就要收集相应深度的砂样和排放无用的砂样；当需要收集砂样时，CPU控制单头气缸6-1的活塞杆伸出，从而将卸料板6-2推进，使得卸料板6-2上料的通孔位于接料斗6-3的正上方，砂样箱6-4内的砂样掉落入接料斗6-3内，一般来说，砂样箱6-4内的砂样并不需要全部采集，所以需要采集一部分，然后将另一部分不需要的直接排放掉，所以当接料斗6-3上料完成后，单头气缸6-1的活塞杆的活塞杆缩回，将剩余的砂样从另一个通孔内排放掉，与此同时，CPU控制水管上的电磁阀开启，使鸭嘴状喷淋头向接料斗6-3内喷水对砂样进行冲洗；上述动作反复动作，在砂样箱6-4内的砂样完成上料和排放后，工作人员可以将接料斗6-3内的砂样转移到砂样盘内转移到实验室内进行化验。

本发明中CPU模块的型号是87C196KC。

Claims (4)

1.一种钻井用砂样自动收集装置，其特征在于：包括横移部分(1)、流砂槽(2)、提升部分(3)、支撑部分(4)、清砂部分(5)、接料部分(6)和CPU；所述横移部分(1)、提升部分(3)和流砂槽(2)均设置在支撑部分(4)上；所述清砂部分(5)设置在横移部分(1)上；所述接料部分(6)设置在流砂槽(2)一端的下方；所述支撑部分(4)包括形状相同的第一支撑架(4-1)和第二支撑架(4-2)，且其对立设置；所述提升部分(3)包括第一电动机(3-1)、第一轴承(3-2)、转杆(3-3)和齿轮(3-4)；所述第一电动机(3-1)的信号控制端连接CPU的信号输出端；所述第一支撑架(4-1)和第二支撑架(4-2)的上方在相同位置上设置有第一通孔和第二通孔，且第二通孔位于第一通孔的正下方；所述第一通孔内壁和第一轴承(3-2)的外圈外壁过盈配合；所述第一轴承(3-2)之间设置有转杆(3-3)，且转杆(3-3)两端的外壁和第一轴承(3-2)内圈内壁过盈配合；所述第一电动机(3-1)设置在第一支撑架(4-1)的外侧；所述第一电动机(3-1)的输出轴连接转杆(3-3)的一端；所述齿轮(3-4)设置在转杆(3-3)的两端；所述横移部分(1)包括第二电动机(1-1)、丝杠(1-2)、丝杠螺母(1-3)、第二轴承(1-4)和压力传感器(1-5)；所述压力传感器(1-5)设置在第一支撑架(4-1)和第二支撑架(4-2)的内侧壁上，且压力传感器(1-5)和丝杠螺母(1-3)配合设置；所述压力传感器(1-5)的信号输出端连接CPU的信号输入端；所述第二电动机(1-1)的信号控制端连接CPU的信号输出端；所述第二通孔内壁和第二轴承(1-4)的外圈外壁过盈配合；所述第二轴承(1-4)之间设置有丝杠(1-2)，且丝杠(1-2)的两端的外壁和第二轴承(1-4)内圈内壁过盈配合；所述第二电动机(1-1)设置在第二支撑架(4-2)的外侧；所述第二电动机(1-1)的输出轴连接丝杠(1-2)的一端。

2.根据权利要求1所述的钻井用砂样自动收集装置，其特征在于：所述清砂部分(5)包括方形杆(5-1)、齿条(5-2)、清砂板(5-3)、磁块、感应开关和限位块(5-4)；所述磁块镶嵌在方形杆(5-1)内；所述感应开关设置在限位块(5-4)上；所述限位块(5-4)设置在丝杠螺母(1-3)上，且限位块(5-4)在垂直方向上设置有方形通孔，方形杆(5-1)穿设在此方形通孔内；所述方形杆(5-1)的横截面为正方形，且此正方形的边长由上至下逐渐增大；所述方形杆(5-1)的上端设置有齿条(5-2)，方形杆(5-1)的下端设置有清砂板(5-3)；所述清砂板(5-3)设置在流砂槽(2)的正上方，且清砂板(5-3)与流砂槽(2)配合设置；所述清砂板(5-3)的宽度和流砂槽(2)内腔的宽度相同。

3.根据权利要求2所述的钻井用砂样自动收集装置，其特征在于：所述流砂槽(2)形状为长方体，且其去除上端面板和一个侧面板，接料部分(6)位于流砂槽(2)去除了侧面板的一端的正下方；所述接料部分(6)包括单头气缸(6-1)、卸料板(6-2)、接料斗(6-3)和砂样箱(6-4)；所述单头气缸(6-1)的控制端连接CPU的信号输出端；所述砂样箱(6-4)设置在流砂槽(2)去除了侧面板的一端的正下方；所述砂样箱(6-4)在垂直方向上设置有贯穿通孔；所述砂样箱(6-4)两端侧壁在横向方向上设置有长方形的通孔，且此长方形通孔内穿设有卸料板(6-2)；所述卸料板(6-2)的一端连接单头气缸(6-1)；所述接料斗(6-3)位于砂样箱(6-4)靠近单头气缸(6-1)的一端的正下方；所述卸料板(6-2)的两端在垂直方向上设置有长方形状的通孔。

4.根据权利要求3所述的钻井用砂样自动收集装置，其特征在于：增设有冲洗部分(7)；所述冲洗部分(7)包括鸭嘴状喷淋头和水管；所述鸭嘴状喷淋头的出水口设置在接料斗(6-3)的上方，且鸭嘴状喷淋头的进水口连接水管；所述水管上设置有电磁阀，且此电磁阀的控制端连接CPU的信号输出端；所述接料斗(6-3)的底端设置有滤网。

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