CN113187411A - 一种用于沉积取样的半开放式钻杆及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于沉积取样的半开放式钻杆，包括：钻杆主体，所述钻杆主体为一圆柱形体，所述圆柱形体的侧壁上沿着钻杆的长度方向开设有一个缺口；封闭板，所述封闭板为一半圆柱壳体，所述半圆柱壳体与所述钻杆主体上的所述缺口配合，且二者可拆卸式拼接形成闭合的圆柱形钻杆，所述封闭板的底部两侧之间连接有分隔刀板，所述分隔刀板位于所述中心平面内。所述半开放式钻杆能够更好地提高取样效率，降低取样难度与危险性，提高沉积物断面美观性，增加取样量，并节约成本，避免浪费。

Description

一种用于沉积取样的半开放式钻杆及其使用方法

技术领域

本发明涉及沉积相钻探取样技术领域，尤其涉及一种用于沉积取样的半开放式钻杆及其使用方法。

背景技术

沉积相是沉积环境及在该环境中形成的沉积岩(物)特征的综合。现代沉积研究是通过分析现代沉积物的物质组成、形成过程及平面分布规律等，重点分布沉积相的宏观分布及内部特征。国内外学者对现代河流(如黄河、密西西比河、亚马逊河)、三角洲(如密西西比河三角洲、长江三角洲、赣江三角洲)、湖泊(如鄱阳湖、青海湖)、海洋(如墨西哥湾)等沉积相进行了大量研究，这些现代沉积不仅关系到现今的人类活动及生态系统，也是地下油气储层的重要类型。因此，现代沉积研究将对土地规划、生态保护具有重要的意义，现代沉积模式也会对地下油气预测具有重要的指导作用。对于现代沉积研究，需要及时描述钻孔的沉积物垂向序列，以便及时调整钻孔深度与位置，并仅需要对重点研究的沉积物进行取样。

现代沉积研究早期主要是通过人工挖取探坑与探槽取样，确定沉积相的空间展布。这种方式费时费力，且挖取深度浅。到70年代初期，我国开始使用浅层取样钻探(简称浅钻)技术来代替人工挖取，这种方式钻进效率高，钻进深度可达数十米，且可以减少对植被的破坏。浅层取样钻机常见便携式、轻便式、履带式与车载式等；钻进方式有直推静压钻进、螺旋钻进、声频振动钻进、冲击钻进等。对于现代沉积，往往是第四纪的松散沉积物，要求浅钻扰动小、取芯率低；地面交通条件较差，要求浅钻便携、效率高，因此，便携式的冲击钻进设备比较适用于现代沉积的浅钻。

现有的浅层取样钻机所配套的取样钻杆采用通用的约1m长、内径约50mm的空心钢制钻杆，将现代沉积物取样于内塞的PVC样品管中。这种取样方式有利于保护样品，可将样品完整地带回实验室进行分析，适用于土壤土质的研究。

但是，采用内塞PVC管的取样方式的不足之处在于：1)取样效率较低，为了防止PVC管变形，每次仅能连续钻进1～2m(1～2根钻杆)深度，有时PVC管从钻杆中取出难度大，遇到粘性沉积物，沉积物难以直接从PVC管中倒出，需要直接刀具剖开，因PVC管硬度较高，剖开难度较大；2)不能连续钻进情况下，如果遇到含水沙层，容易塌孔，再次钻进时需要考虑塌孔对沉积物垂向序列的影响；3)用刀具剖开PVC 管的操作具有一定的危险性，且PVC的断面较为锋利，野外取样时容易划伤；4)用刀具剖开的沉积物断面不够其中不够平直美观；5)PVC管单管成本数十元，剖开后不能再次利用，经济成本较高；6)钻杆内径仅为50mm左右，内塞PVC管后，取样直径进一步变小，取样直径越小，取样量越小，且越难以识别沉积构造。

发明内容

针对上述问题，本发明的其中一个目的是提供一种用于沉积取样的半开放式钻杆，该半开放式取样钻杆避免使用内塞的PVC管，能够更好地提高取样效率，降低取样难度与危险性，提高沉积物断面美观性，增加取样量，并节约成本，避免浪费；本发明的另一个目的是提供一种该半开放式钻杆的使用方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的技术方案的一方面提供一种用于沉积取样的半开放式钻杆，包括：

钻杆主体，所述钻杆主体为一圆柱形管体，所述圆柱形管体的侧壁上沿着钻杆的长度方向开设有一个缺口；

封闭板，所述封闭板为一半圆柱壳体，所述半圆柱壳体与所述钻杆主体上的所述缺口配合，二者可拆卸式拼接形成闭合的圆柱形钻杆，所述封闭板的底部两侧之间连接有分隔刀板，所述分隔刀板位于所述钻杆主体的中心平面内。

优选地，所述缺口沿长度方向开设在所述钻杆侧壁的中部，所述钻杆主体的两端均形成为封闭柱体，两个所述封闭柱体分别位于所述缺口的两端。

优选地，位于所述缺口一端的封闭柱体上设有公螺纹，位于所述缺口另一端端的封闭柱体上设有母螺纹。

优选地，所述缺口的底端所对应的侧壁上开设有第一卡槽，所述封闭板的底部开设有与所述第一卡槽相配合的第一卡舌，所述卡舌插入至所述第一卡槽内形成可拆卸式连接。

优选地，所述缺口的顶端所对应的侧壁上形成有第二卡舌，所述封闭板的顶部开设有与所述第二卡舌相配合的第二卡槽，所述第二卡舌插入至所述第二卡槽内形成可拆卸式连接。

优选地，所述缺口两侧所对应的钻杆主体的侧壁上沿着长度方向间隔开设有若干个第三卡槽，所述封闭板的两侧的底部沿着长度方向间隔设有若干弹簧卡扣，若干个所述弹簧卡扣与若干个所述第三卡槽一一对应，对应的所述弹簧卡扣插入至所述第三卡槽内形成可拆卸式连接。

优选地，所述封闭板的至少一侧沿着长度方向设有至少一个凹槽，所述凹槽用于工具插入。

优选地，所述分隔刀板与所述封闭板之间可拆卸式连接。

优选地，所述缺口的顶端和底端与所述封闭板相抵接的端面上还设有弹性垫片。

本发明的技术方案的另一方面还提供了一种所述半开放式钻杆的使用方法，包括以下步骤：

S1.通过顶底卡槽、侧向弹簧卡扣将闭合板安装到钻杆主体上；

S2.钻杆底部利用所述公螺纹与钻头相连，顶部利用所述母螺纹与钻杆打头相连；

S3.钻杆打头连接钻机，将钻杆钻入现代沉积物中；

S4.现代沉积物进入中空的钻杆主体中，沉积岩被分隔刀板分隔形成两个半圆柱体，其中的一个半圆柱体位于分隔刀板的上方，且位于封闭板内；另一个半圆柱体位于分隔刀板的下方，且位于钻杆主体内；

S5.一根钻杆钻入地下后，取下钻杆打头，并连接另外一根钻杆，顶部再连接钻杆打头，继续钻进；

S6.重复上述过程，直至钻穿目的深度；

S7.钻进结束后，取出钻杆，分离为多个单根钻杆；

S8.将闭合板与钻杆主体分离，拍照、记录、描述、取样；

S9.清洗钻杆内侧，并将钻杆主体与闭合板连接好，以备下次使用。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1)本发明中提供的半开放式钻杆可以直接用于取样，不需要内塞PVC管，解决了PVC取出困难、剖开难度大且存在一定危险性的问题；

2)本发明提供的钻杆相比现有的PVC内管取样，该钻杆内径更大，取样直径增加，易于观察沉积构造，取样量更充足；

3)本发明提供的钻杆可以连续钻进，提高了钻进效率并解决了含水沙层坍塌的问题；

4)本发明提供的钻杆取样操作简单，易于拼接、清洗，提高了取样效率；该钻杆还可以重复取样，节约了成本；

5)该钻杆保留为通用钻杆的整体外观和螺纹丝扣设计，能够很好地契合钻机设备。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的用于沉积取样的半开放式钻杆的结构示意图；

图2为图1中的半开放式钻杆的爆炸示意图；

图3为图1中的半开放式钻杆的截面视图；

附图标记说明：

1-钻杆主体、2-封闭板、3-凹槽、4-公螺纹、5-母螺纹、6-第一卡舌、7-第一卡槽、8-弹簧卡扣、9-第三卡槽、10-分隔刀板、11-第二卡槽、12-第二卡舌、13-缺口、14- 上封闭柱体、15-下封闭柱体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

结合图1至图3所示，本发明的实施例提供了一种用于沉积取样的半开放式钻杆，包括钻杆主体1和封闭板2两个部分。所述钻杆主体1为一圆柱形管体，所述圆柱形管体1的侧壁上沿着长度方向开设有一个缺口13，所述缺口13通过所述钻杆主体1 的中心平面。

所述封闭板2为一半圆柱壳体，所述半圆柱壳体与所述缺口13相配合，二者可拆卸式拼接形成一闭合的圆柱形钻杆，所述封闭板2的两侧之间还连接有分隔刀板10，所述分隔刀板10位于所述钻杆主体1的中心平面内。

在使用时，所述钻杆主体2的顶端连接钻杆打头(图中未示出)，所述钻杆打头与钻机连接，所述钻杆主体2的底部与钻头(图中未示出)连接。连接好以后，在钻机的驱动作用下，将钻杆钻入沉积相中沿着轴向方向进行冲击钻进，与此同时，沉积物进入所述钻杆中，在钻进的过程中，所述分隔刀板10将沉积相沿着纵截面进行剖切，将沉积岩分隔成两个半圆柱体，钻进结束后，取出钻杆，将闭合板2与钻杆主体1进行拆卸分离，其中位于所述钻杆主体1内的半圆柱体沉积物露出沉积物的纵剖面，对沉积物的纵剖面进行拍照、记录、描述和取样。

相比现有技术中的沉积物取样于内塞的PVC样品管中，本发明提供的用于沉积取样的半开放式钻杆通过将钻杆的侧壁设计为相互之间可拆卸的两部分，在钻进结束后，将封闭板2进行拆卸，就可以直接观测内部取样的剖面情况，不需要将沉积物从PVC 内管中倒出，也不需要将PVC内管进行剖开，因此能够提高取样的效率。此外本发明提供的半开放式钻杆，在一根钻杆钻入地下后，还能够与下一根钻杆进行连接，进行连续钻进，提高了钻进效率，并解决了含水沙层坍塌的问题。取消了内塞PVC套管的设置，降低了成本，且增大了取样的直径，提高了取样量，方便观测，增加了研究价值和意义。

如图2所示，更进一步地，为了提高钻杆在钻进过程中能够抵消钻机的垂向冲击力，也能使得钻杆的顶部和底部方便连接其他钻杆、钻头、打头等配套，所述缺口13 开设在所述钻杆主体1侧壁的中部，所述钻杆主体1的两端均形成为封闭柱体。其中，位于所述缺口一端的为上封闭柱体14上，所述上封闭柱体14上设有公螺纹4，位于所述缺口另一端的为下封闭柱体15，所述下封闭柱体15上设有母螺纹5。在使时，通过所述公螺纹4与钻头连接，母螺纹5与钻杆打头进行连。在连接好以后，进行连续钻进时，为了增加钻进的深度，需要依次连接多根所述钻杆，相邻的两根所述钻杆之间也可以通过所述公螺纹4与母螺纹5进行连接，从而方便使用。

作为其他可以实施的方式，所述缺口13也可以设置为贯穿所述钻杆主体1的一端或者两端全部贯通。当所述缺口13全部贯通时，两端的公螺纹4和母螺纹5直接开设在所述封闭板2与所述钻杆主体1相连接的封闭端的两端；当所述缺口13的一端贯通时，所述钻杆主体1的一端为封闭柱体，另一端与所述封闭板2配合封闭，一端的所述封闭柱体上开设有公螺纹，另一端与所述封闭板形成的闭合端上开设有母螺纹。

作为优选地，本发明中的所述封闭板2与所述钻杆本体1之间可拆卸式拼接连接形成为一个封闭的圆柱形钻杆，具体的可拆卸式连接方式为：

所述缺口13的底端所对应的侧壁上开设有第一卡槽7，所述封闭板2的底部开设有与所述第一卡槽7相配合的第一卡舌6，所述第一卡舌6插入至所述第一卡槽7内形成可拆卸式连接。

作为另一种实施方式，所述第一卡槽7也可以设置在所述封闭板2的底部，与所述第一卡槽7相配合的所述第一卡舌6也可以设置在所述缺口13的底端所对应的侧壁上。

所述缺口13的顶部所对应的侧壁上形成有第二卡舌12，所述封闭板2的顶部开设有与所述第二卡舌12相配合的第二卡槽11，所述第二卡舌12插入至所述第二卡槽 11内形成可拆卸式连接。

作为另一种实施方式，所述第二卡槽11也可以开设在所述缺口13的顶部所对应的侧壁上，与所述第二卡槽11配合的第二卡舌12设置在所述缺口13的顶部。

但是需要说明的是，为了方便拆卸，所述第一卡舌6和第二卡舌12不能同时设置在所述封闭板的2两端，或者是所述缺口13的两端。

如图3所示，所述缺口13的两侧所对应的钻杆主体1的侧壁上沿着长度方向间隔开设有若干个第三卡槽9，所述封闭板2的两侧的底部沿着长度方向间隔设有若干弹簧卡扣8，若干个所述弹簧卡扣8与若干个所述第三卡槽9一一对应，对应的所述弹簧卡扣8插入至所述第三卡槽9内形成可拆卸式连接。具体的弹簧卡口的结构属于本领域现有技术，不做赘述。

可以理解，本发明中的封闭板2与钻杆主体1之间的也可以采用本领域所公知的其它的可拆卸式连接方式，例如螺栓连接。但是优选采用本发明提供的上述的卡接的方式。

本发明提供的半开放式钻杆在使用时，通过位于两端的卡槽和卡舌以及两侧的弹簧卡扣8与第三卡槽9之间形成可拆卸式的连接。取样完成后，将所述封闭板2从所述钻杆主体1拆除，与此同时，位于所述钻杆内的圆柱形的沉积岩被分隔形成为两个半圆柱体，其中位于所述钻杆主体1内的半圆柱体的剖面露出，从而方便拍照和观测。

为了方便将封闭板2从钻杆主体1上进行拆卸，所述封闭板2的至少一侧沿着长度方向间隔设有至少一个凹槽3，所述凹槽3用于工具插入。当需要将封闭板2进行拆卸时，手指工具所述凹槽3内，将封闭板2拔出，从而实现二者的分离。

为了方便使用，所述分隔刀板10与所述封闭板2之间可拆卸式连接。如果钻取沉积物为大于1mm的砾石时，将所述分隔刀板10拆卸，从而避免刀具损坏。所述分隔刀板10具有一定的弹性，切割刀较粗粒、硬质沉积物时可以避开，减小损坏。为了防止沉积岩在被刀具进行分隔后，由于本身具备粘粘性又重新粘黏至一起，所述分隔刀板10优选设置有多个，多个所述分隔刀板10沿着水平方向间隔设置。作为另一种方式，多个所述分隔刀板10也可以设为连接成为一个整体形成为一个整体刀片，所述整体刀片贯穿所述封闭板2的整个长度。

为了提高封闭板2与所述钻杆主体1之间的密封性能，所述缺口13的顶部和底部与所述封闭板2相抵接的端面上还设有弹性垫片(图中未示出)。同样地，所述封闭板2的两侧与所述缺口13的两侧所对应的侧壁进行相抵接的端面上也设置有弹性垫片，所述弹性垫片的设置不仅能够提高连接的密封性能，同时还能够进一步起到缓冲和减震的作用，从而提高钻杆的使用寿命。

作为优选的方式，所述弹性垫片采用橡胶材料制成。

此外，由于钻杆连续钻进时，沉积物会不断向钻杆上端滑动，因沉积物与钻杆内部存在一定的摩擦力，沉积物垂向受到压实变短，上部沉积物受压实作用比下部沉积物更强，为了更好地恢复原有沉积物垂向厚度，钻进前在钻杆底部加入片状标志物，这样能够标定好单根钻取沉积物的顶底位置。所述片状标志物，例如为纸片，或者是纱布等。片状物将相邻的两根所述钻杆之间进行分隔标志，相邻的下一段钻杆中的沉积物在进入至相邻的上一段的钻杆中时，由于摩擦力的作用压实缩短一定距离，例如 10cm，可以通过所述标志物与上一段钻杆的顶端的距离差进行标识，从而提高观测数据的可靠性。

本发明提供的用于沉积取样的半开放式钻杆的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、通过顶底卡槽、侧向弹簧卡扣将闭合板2安装到钻杆主体1上，卡槽与闭合板侧面的弹性垫片可以起到密封与缓震的作用，钻杆主体1顶底的封闭柱体能抵消钻机的垂向冲击力，也能使得顶底连接其他钻杆、钻头、打头等配套；

步骤2、钻杆1底部利用所述公螺纹与钻头相连，顶部利用所述母螺纹与钻杆打头相连；

步骤3、钻杆打头连接钻机，将钻杆钻入现代沉积物中，钻杆沿着轴向方向冲击钻进；

步骤4、此时，现代沉积物将进入中空的钻杆中，被底部分隔板一次切割，被中部分隔板二次切割，沉积岩被分隔形成两个半圆柱体，其中的一个半圆柱体位于分隔刀板10的上方，且位于封闭板2内，另一个半圆柱体位于分隔刀板10的下方，且位于钻杆主体1内；

步骤5、一根钻杆钻入地下后，取下钻杆打头，可连接另外一根钻杆，顶部再连接钻杆打头，继续钻进；

步骤6、重复上述过程，直至钻穿目的深度；

步骤7、钻进结束后，取出钻杆，分离为多个单根钻杆；

步骤8、利用凹槽3将闭合板2与钻杆主体1分离，拍照、记录、描述、取样；

步骤9、清洗钻杆内侧，并将钻杆主体1与闭合板2连接好，以备下次使用。

需要注意的是，钻杆中的顶底卡槽、侧向弹簧卡扣8能够在一定程度上将闭合板 2固定到钻杆主体1上，不可随意晃动钻杆，尤其在钻取沉积物后钻杆重量增加的情况下，防止闭合板掉落。钻杆为重物，拿取钻杆时，应尽量双手握住，不可扔、摔，防止闭合板2与钻杆主体1脱离，也能保证顶底卡槽与侧向弹簧卡扣，增加钻杆寿命。

本发明提供的所述用于沉积取样的半开放式钻杆可以直接用于取样，不需要内塞PVC管，解决了PVC取出困难、剖开难度大且存在一定危险性的问题；该钻杆可以重复取样，节约了成本；相比现有的PVC内管取样，该钻杆内径更大，取样直径增加，易于观察沉积构造，取样量更充足；本发明提供的钻杆可以连续钻进，提高了钻进效率并解决了含水沙层坍塌的问题；取样操作简单，易于拼接、清洗，提高了取样效率；该钻杆保留为通用钻杆的整体外观和螺纹丝扣设计，能够很好地契合钻机设备。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于沉积取样的半开放式钻杆，其特征在于，包括：

钻杆主体，所述钻杆主体为一圆柱形管体，所述圆柱形管体的侧壁上沿着钻杆的长度方向开设有一个缺口；

封闭板，所述封闭板为一半圆柱壳体，所述半圆柱壳体与所述钻杆主体上的所述缺口配合，二者可拆卸式拼接形成闭合的圆柱形钻杆，所述封闭板的底部两侧之间连接有分隔刀板，所述分隔刀板位于所述钻杆主体的中心平面内。

2.根据权利要求1所述的半开放式钻杆，其特征在于，所述缺口沿长度方向开设在所述钻杆侧壁的中部，所述钻杆主体的两端均形成为封闭柱体，两个所述封闭柱体分别位于所述缺口的两端。

3.根据权利要求2所述的半开放式钻杆，其特征在于，位于所述缺口一端的封闭柱体上设有公螺纹，位于所述缺口另一端的封闭柱体上设有母螺纹。

4.根据权利要求3所述的半开放式钻杆，其特征在于，所述缺口的底端所对应的侧壁上开设有第一卡槽，所述封闭板的底部开设有与所述第一卡槽相配合的第一卡舌，所述卡舌插入至所述第一卡槽内形成可拆卸式连接。

5.根据权利要求4所述的半开放式钻杆，其特征在于，所述缺口的顶端所对应的侧壁上形成有第二卡舌，所述封闭板的顶部开设有与所述第二卡舌相配合的第二卡槽，所述第二卡舌插入至所述第二卡槽内形成可拆卸式连接。

6.根据权利要求5所述的半开放式钻杆，其特征在于，所述缺口两侧所对应的钻杆主体的侧壁上沿着长度方向间隔开设有若干个第三卡槽，所述封闭板的两侧的底部沿着长度方向间隔设有若干弹簧卡扣，若干个所述弹簧卡扣与若干个所述第三卡槽一一对应，对应的所述弹簧卡扣插入至所述第三卡槽内形成可拆卸式连接。

7.根据权利要求1所述的半开放式钻杆，其特征在于，所述封闭板的至少一侧沿着长度方向设有至少一个凹槽，所述凹槽用于工具插入。

8.根据权利要求1所述的半开放式钻杆，其特征在于，所述分隔刀板与所述封闭板之间可拆卸式连接。

9.根据权利要求1所述的半开放式钻杆，其特征在于，所述缺口的顶端和底端与所述封闭板相抵接的端面上还设有弹性垫片。

10.一种如权利要求6所述半开放式钻杆的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.通过顶底卡槽、侧向弹簧卡扣将闭合板安装到钻杆主体上；

S2.钻杆底部利用所述公螺纹与钻头相连，顶部利用所述母螺纹与钻杆打头相连；

S3.钻杆打头连接钻机，将钻杆钻入现代沉积物中；

S4.现代沉积物进入中空的钻杆主体中，沉积岩被分隔刀板分隔形成两个半圆柱体，其中的一个半圆柱体位于分隔刀板的上方，且位于封闭板内；另一个半圆柱体位于分隔刀板的下方，且位于钻杆主体内；

S5.一根钻杆钻入地下后，取下钻杆打头，并连接另外一根钻杆，顶部再连接钻杆打头，继续钻进；

S6.重复上述过程，直至钻穿目的深度；

S7.钻进结束后，取出钻杆，分离为多个单根钻杆；

S8.将闭合板与钻杆主体分离，拍照、记录、描述、取样；

S9.清洗钻杆内侧，并将钻杆主体与闭合板连接好，以备下次使用。

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