CN115266199B - 一种石油地质勘探采样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种石油地质勘探采样装置及方法，包括：延伸杆、辅助机构和取样机构，辅助机构包括过渡筒，延伸杆的另一端与过渡筒顶面固定连接，过渡筒内腔顶端滑动连接有伸缩单元，过渡筒底端螺接有底塞；取样机构包括取样筒，取样筒顶端与过渡筒底端转动连接，取样筒底面固接有合金齿条，取样筒内腔顶端设置有驱动单元，驱动单元顶面与底塞底面固定连接，驱动单元底面固接有固定板，固定板侧面与取样筒内壁固定连接，固定板底面固接有气泵，取样筒侧壁设置有两组与气泵固接并连通的膨胀单元，利用上述部件通过5步勘探采样的方法，实现了将驱动装置下探并集成到取样筒内，从底部保持了采样装置的稳定性，提高了工作效率。

Description

一种石油地质勘探采样装置及方法

技术领域

本发明涉及钻孔勘探技术领域，特别是涉及一种石油地质勘探采样装置及方法。

背景技术

地质勘探即是通过各种手段、方法对地质进行勘查、探测，确定合适的持力层，根据持力层的地基承载力，确定基础类型，计算基础参数的调查研究活动，是在对矿产普查中发现有工业意义的矿床，为查明矿产的质和量，以及开采利用的技术条件，提供矿山建设设计所需要的矿产储量和地质资料，对一定地区内的岩石、地层、构造、矿产、水文、地貌等地质情况进行调查研究工作。而对石油的勘探则需要更加深入地底进行取样分析。

在中国专利地质钻探取样器(专利号CN111636867A)中公开了一种用于地质钻探取样的取样器，能够实现通过拆分取样内筒体取出土样，不会打散土层的原始顺序，能够保持土样的完整性，能够提高后续检测的精准度。但是，该装置仍旧需要外部吊装设备进行动力供给和运行稳定的保持，并且无法对坚硬的岩柱进行挤裂提取，所以，有必要设计一种石油地质勘探采样装置及方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种石油地质勘探采样装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现将驱动装置下探并集成到取样筒内，从底部保持了采样装置的稳定性，提高了工作效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种石油地质勘探采样装置，包括：延伸杆、辅助机构和取样机构，所述延伸杆一端与外部的吊装设备相适配并可拆卸连接，所述辅助机构用于辅助所述取样机构稳固运行，所述辅助机构包括过渡筒，所述延伸杆的另一端与所述过渡筒顶面固定连接，所述过渡筒内腔顶端滑动连接有伸缩单元，所述过渡筒底端螺接有底塞；

所述取样机构包括取样筒，所述取样筒顶端与所述过渡筒底端转动连接，所述取样筒底面固接有用于挖掘岩层的合金齿条，所述合金齿条的厚度大于所述取样筒筒壁的厚度；所述取样筒内腔顶端设置有驱动所述取样筒转动的驱动单元，所述驱动单元顶面与所述底塞底面固定连接，所述驱动单元底面固接有固定板，所述固定板侧面与所述取样筒内壁固定连接，所述固定板底面固接有气泵，所述取样筒侧壁设置有两组用于挤裂岩柱的膨胀单元，所述膨胀单元与所述气泵固接并连通。

优选的，所述取样筒内腔侧壁关于其轴线对称开设有两个凹槽，所述膨胀单元设置于所述凹槽内腔底面，所述膨胀单元包括辅磨组件，所述辅磨组件顶面设置有第一气囊，所述第一气囊靠近所述取样筒内腔的一侧面固接有橡胶条，所述橡胶条靠近所述取样筒内腔的一侧面与所述取样筒内壁相平齐，所述橡胶条两相对侧面分别与所述凹槽的相对侧面相抵触设置，所述辅磨组件和所述第一气囊分别与所述气泵固接并连通。

优选的，所述辅磨组件包括弧形的磨削板，所述磨削板靠近所述取样筒的一侧面分别固接有第二气囊和若干滑杆，所述滑杆贯穿所述取样筒侧壁并与所述取样筒滑动连接，所述第二气囊设置于所述凹槽内腔底面，所述第二气囊顶面分别与所述第一气囊底面、所述橡胶条底面相抵触设置，所述第二气囊与所述磨削板侧面固定连接；所述磨削板远离所述磨削板的一侧面固接有磨削层，所述第二气囊分别与所述气泵固接并连通。

优选的，所述驱动单元包括用于驱动所述取样筒旋转的驱动组件和支撑柱，所述驱动组件顶端与所述底塞固定连接，所述驱动组件底端与所述取样筒传动连接，所述支撑柱顶面和底面分别与所述底塞、所述固定板转动连接，所述支撑柱远离所述驱动组件设置。

优选的，所述过渡筒内腔顶端对称开设有两个滑槽，所述伸缩单元包括动力部和两组伸缩部，所述动力部包括限位杆，所述限位杆的两端分别与两个所述滑槽滑动连接，所述限位杆中部固定连接有电机，所述电机输出轴固接有锥形的螺杆，所述螺杆分别与两组所述伸缩部螺接，所述伸缩部与所述过渡筒滑动连接。

优选的，所述伸缩部包括弧形的抵接板，所述抵接板的内侧面固接有滑块，所述滑块贯穿所述过渡筒底端并与所述过渡筒滑动连接，所述滑块的一侧面通过连接块与所述螺杆螺接。

优选的，所述取样筒内腔顶端固接有密封环，所述底塞底面固接有法兰，所述密封环内侧面与所述过渡筒侧面滑动连接，所述法兰顶面与所述密封环底面滑动接触，所述法兰的侧面与所述取样筒内腔侧壁滑动连接。

优选的，所述延伸杆和所述底塞中心分别开设有供管线贯穿用的通孔。

一种石油地质勘探采样方法，包括如下步骤：

S1、一次钻孔：利用打孔装置，在目标位置钻一定深度的勘测孔；

S2、下机：利用所述吊装设备将采样装置送入勘测孔底面；

S3、二次钻孔：利用所述驱动单元驱动采样筒挖掘环形孔；

S4、胀断：开启所述膨胀单元将所述环形孔内的岩柱挤裂；

S5、取样：利用所述吊装设备将采样装置拉出。

一种石油地质勘探采样方法，在步骤S3实施过程中，所述采样筒的外侧面与所述勘测孔设置有间隙，并通过所述间隙由所述勘测孔顶端灌注冷却水。

本发明具有如下技术效果：

本发明能够通过将驱动单元和伸缩单元下移至勘测孔底部，降低了采样装置的重心，也降低了传统的钻孔过程中外部吊装设备既需要维持延伸杆的转动，也需要维持钻头的稳定的要求，提高了工作的效率，降低了能源的消耗。

本发明能够通过膨胀单元将待取样的岩柱进行挤裂，并能够通过挤压将岩柱从勘测孔内提出，降低了挖取岩柱的难度，提高了工作的效率。

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为本发明侧视结构示意图；

图2为本发明俯视结构示意图；

图3为图2中A-A剖视结构示意图；

图4为取样机构侧视结构示意图；

其中，1、延伸杆；2、过渡筒；3、底塞；4、滑槽；5、限位杆；6、电机；7、螺杆；8、抵接板；9、滑块；10、连接块；11、取样筒；12、合金齿条；13、固定板；14、气泵；15、第一气囊；16、橡胶条；17、磨削板；18、第二气囊；19、滑杆；20、驱动组件；21、支撑柱；22,、冷却槽；23、密封环；24、法兰。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

由图1-4所示的一种石油地质勘探采样装置，包括延伸杆1、辅助机构和取样机构，延伸杆1一端与外部的吊装设备相适配并可拆卸连接，辅助机构用于辅助取样机构稳固运行，辅助机构包括过渡筒2，延伸杆1的另一端与过渡筒2顶面固定连接，过渡筒2内腔顶端滑动连接有伸缩单元，过渡筒2底端螺接有底塞3；

取样机构包括取样筒11，取样筒11顶端与过渡筒2底端转动连接，取样筒11底面固接有用于挖掘岩层的合金齿条12，合金齿条12的厚度大于取样筒11筒壁的厚度，避免了当合金齿条12钻取环形孔时，勘测孔侧壁不会对取样筒11侧壁造成干涉划伤；取样筒11内腔顶端设置有驱动取样筒11转动的驱动单元，驱动单元顶面与底塞3底面固定连接，驱动单元底面固接有固定板13，固定板13侧面与取样筒11内壁固定连接，固定板13底面固接有气泵14，取样筒11侧壁设置有两组用于挤裂岩柱的膨胀单元，膨胀单元与气泵14固接并连通。取样筒11内腔顶端固接有密封环23，底塞3底面固接有法兰24，密封环23内侧面与过渡筒2侧面滑动连接，法兰24顶面与密封环23底面滑动接触，法兰24的侧面与取样筒11内腔侧壁滑动连接，通过法兰24与密封环23的滑动连接，实现了取样筒11与过渡筒2的转动连接，进一步实现了将采样装置的中心下移，既能够利用自身的重量完成环形孔加工过程中的合金齿条12的压力需求，也能够与伸缩单元配合降低外部吊装设备的起吊压力，缩减能耗。延伸杆1和底塞3中心分别开设有供管线贯穿用的通孔，便于后期使用的辅助设备的管线能够方便的进出勘测孔。

进一步的，取样筒11底面开设有若干冷却槽22，冷却槽22能够存蓄一定量的冷却水，便于合金齿条12在工作过程中的热量散失，提高工作效率。

进一步的，过渡筒2是为了给予驱动单元和伸缩单元提供安装支撑用，所以，为了避免过渡筒2与勘测孔侧壁发生干涉，过渡筒2直径小于取样筒11直径。

进一步的，延伸杆1为现有的钻杆，其为多节拼接而成，其为现有技术，在此不再赘述。

进一步优化方案，取样筒11内腔侧壁关于其轴线对称开设有两个凹槽，膨胀单元设置于凹槽内腔底面，膨胀单元包括辅磨组件，辅磨组件顶面设置有第一气囊15，第一气囊15靠近取样筒11内腔的一侧面固接有橡胶条16，橡胶条16靠近取样筒11内腔的一侧面与取样筒11内壁相平齐，橡胶条16两相对侧面分别与凹槽的相对侧面相抵触设置，辅磨组件和第一气囊15分别与气泵14固接并连通，当取样筒11带动合金齿条12转动时，第一气囊15能够在离心力和橡胶条16与凹槽侧壁相抵触产生的阻尼力下稳固的设置在凹槽内。

进一步的，第一气囊15、第二气囊18为常用的顶出气囊，其为现有技术，在此不再赘述。

进一步优化方案，辅磨组件包括弧形的磨削板17，磨削板17靠近取样筒11的一侧面分别固接有第二气囊18和若干滑杆19，滑杆19贯穿取样筒11侧壁并与取样筒11滑动连接，第二气囊18设置于凹槽内腔底面，第二气囊18顶面分别与第一气囊15底面、橡胶条16底面相抵触设置，第二气囊18与磨削板17侧面固定连接；磨削板17远离磨削板17的一侧面固接有磨削层，第二气囊18分别与气泵14固接并连通。通过对第二气囊18进行充气，第二气囊18挤压磨削板17，磨削板17的磨削层在取样筒11不断转动下，实现对岩柱外侧面底端的不断磨削，直至磨削出一个台阶槽，便于后期岩柱的挤裂。

进一步的，第一气囊15和第二气囊18与气泵14均通过管道固接并连通，并且管道上应该设置有阀门便于对充放气进行控制，其均为现有技术，在此不再赘述。

进一步的，磨削层远离第二气囊18的一侧面低于合金齿条12的内侧面，避免取样筒11取样过程中，磨削板17与岩层发生干涉，磨削板17为金刚砂层或磨削齿层，用于对岩柱侧面的底端的磨削，降低岩柱的底端的侧向力的抗力，便于取下岩柱。磨削层为现有技术，在此不再赘述。

进一步优化方案，驱动单元包括用于驱动取样筒11旋转的驱动组件20和支撑柱21，驱动组件20顶端与底塞3固定连接，驱动组件20底端与取样筒11传动连接，支撑柱21顶面和底面分别与底塞3、固定板13转动连接，支撑柱21远离驱动组件20设置，支撑柱21能够避免驱动组件20运行过程中，因为偏置导致驱动力不均而发生取样筒11旋转不稳定的情况。

进一步的，驱动组件20包括动力部、变速箱和齿轮，动力部优选使用电动机，电动机为变速箱提供动力输入，变速箱为齿轮提供扭力输出，齿轮与取样筒11内壁传动连接，取样筒11内壁顶端开设有齿条(附图未表示)，齿条与齿轮相啮合，上述部件及连接关系均为现有技术，在此不再赘述。

进一步优化方案，过渡筒2内腔顶端对称开设有两个滑槽4，伸缩单元包括动力部和两组伸缩部，动力部包括限位杆5，限位杆5的两端分别与两个滑槽4滑动连接，限位杆5中部固定连接有电机6，电机6输出轴固接有锥形的螺杆7，螺杆7分别与两组伸缩部螺接，伸缩部与过渡筒2滑动连接。伸缩部包括弧形的抵接板8，抵接板8的内侧面固接有滑块9，滑块9贯穿过渡筒2底端并与过渡筒2滑动连接，滑块9的一侧面通过连接块10与螺杆7螺接。通过抵接板8与勘测孔孔壁抵触，实现了取样筒11取样过程中的稳定，并且无需外部吊装设备的牵拉，降低了牵拉长距离延伸杆1的能源消耗。

进一步的，为了便于抵接板8与勘测孔孔壁抵接，抵接板8靠近勘测孔的一侧面固接有若干橡胶材质的锥形的凸起块(附图未表示)。

一种石油地质勘探采样方法，包括如下步骤：

S1、一次钻孔：利用打孔装置，在目标位置钻一定深度的勘测孔；

进一步的，利用外部的钻孔设备先在预定的目标位置钻探预设深度的勘测孔，勘测孔能够为后期采样装置的下放提供放置的空间。

S2、下机：利用吊装设备将采样装置送入勘测孔底面，采样装置能够通过延伸杆1与吊装设备的固接实现保持过渡筒2与采样筒11的转动连接。

S3、二次钻孔：利用驱动单元驱动采样筒挖掘环形孔；采样装置放置到勘测孔底部后，先启动电机6，电机6驱动螺杆7，螺杆7旋转将两个连接块10向两侧推出，进而实现了将抵接板8与勘测孔的孔壁紧密抵触，稳固了取样筒11，进而使得合金齿条12能够平稳的工作。并且凸起块为橡胶材质，在取样筒11工作过程中，不会随着驱动组件20的驱动而发生旋转，并且还能够在采样装置的自重下发生竖向的轻微变形，实现合金齿条12的逐步掘进，过程中伸缩单元会不断伸缩实现采样装置的逐步下移，并重复上述动作，直到完成至预定深度。

S4、胀断：开启膨胀单元将环形孔内的岩柱挤裂，当合金齿条12掘进至预设深度，形成了一个完成的岩柱，此时岩柱与地底岩层仍未一体，无法取出，需要通过气泵14对第二气囊18进行充气，随着第二气囊18横向的不断膨胀，会推挤磨削板17向岩柱一侧移动，并随着取样筒11的转动，实现对岩柱的底端的磨削，当岩柱底端磨削至出现台阶后，放掉第二气囊18内的气体，使磨削板17回退，并对任意一个第一气囊15进行充气，第一气囊15挤压橡胶条16推挤岩柱向另一侧的第一气囊15移动，并且进一步的，第一气囊15的膨胀速度由上至下依次递减，实现了对岩柱的高效的推挤，直至岩柱在台阶处发生断裂，此时，再给另一个第一气囊15进行充气，两个第一气囊15充气挤压住岩柱，避免了岩柱的掉落。

S5、取样：利用吊装设备将采样装置拉出，通过吊装设备逐步将采样装置拉出，再通过气泵14完成对第一气囊15的放气，实现了岩柱从取样筒11底端的掉出，即完成对地质勘探的采样工作。

进一步优化方案，在步骤S3实施过程中，采样筒的外侧面与勘测孔设置有间隙，并通过间隙由勘测孔顶端灌注冷却水，并设置有排水设备通过延伸杆1内的中空孔利用排水管排出多余的冷却水。并且本发明并不限于此一种灌注冷却水的方式，还能够通过延伸杆1内的中空孔增加疏水管和排水管，实现冷却水的加注和排出。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，而不是指示或暗示所指的装置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。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种石油地质勘探采样装置，其特征在于，包括：延伸杆(1)、辅助机构和取样机构，所述延伸杆(1)一端与外部的吊装设备相适配并可拆卸连接，所述辅助机构用于辅助所述取样机构稳固运行，所述辅助机构包括过渡筒(2)，所述延伸杆(1)的另一端与所述过渡筒(2)顶面固定连接，所述过渡筒(2)内腔顶端滑动连接有伸缩单元，所述过渡筒(2)底端螺接有底塞(3)；

所述取样机构包括取样筒(11)，所述取样筒(11)顶端与所述过渡筒(2)底端转动连接，所述取样筒(11)底面固接有用于挖掘岩层的合金齿条(12)，所述合金齿条(12)的厚度大于所述取样筒(11)筒壁的厚度；所述取样筒(11)内腔顶端设置有驱动所述取样筒(11)转动的驱动单元，所述驱动单元顶面与所述底塞(3)底面固定连接，所述驱动单元底面固接有固定板(13)，所述固定板(13)侧面与所述取样筒(11)内壁固定连接，所述固定板(13)底面固接有气泵(14)，所述取样筒(11)侧壁设置有两组用于挤裂岩柱的膨胀单元，所述膨胀单元与所述气泵(14)固接并连通；

所述取样筒(11)内腔侧壁关于其轴线对称开设有两个凹槽，所述膨胀单元设置于所述凹槽内腔底面，所述膨胀单元包括辅磨组件，所述辅磨组件顶面设置有第一气囊(15)，所述第一气囊(15)靠近所述取样筒(11)内腔的一侧面固接有橡胶条(16)，所述橡胶条(16)靠近所述取样筒(11)内腔的一侧面与所述取样筒(11)内壁相平齐，所述橡胶条(16)两相对侧面分别与所述凹槽的相对侧面相抵触设置，所述辅磨组件和所述第一气囊(15)分别与所述气泵(14)固接并连通；

所述辅磨组件包括弧形的磨削板(17)，所述磨削板(17)靠近所述取样筒(11)的一侧面分别固接有第二气囊(18)和若干滑杆(19)，所述滑杆(19)贯穿所述取样筒(11)侧壁并与所述取样筒(11)滑动连接，所述第二气囊(18)设置于所述凹槽内腔底面，所述第二气囊(18)顶面分别与所述第一气囊(15)底面、所述橡胶条(16)底面相抵触设置，所述第二气囊(18)与所述磨削板(17)侧面固定连接；所述磨削板(17)远离所述磨削板(17)的一侧面固接有磨削层，所述第二气囊(18)分别与所述气泵(14)固接并连通。

2.根据权利要求1所述的一种石油地质勘探采样装置，其特征在于：所述驱动单元包括用于驱动所述取样筒(11)旋转的驱动组件(20)和支撑柱(21)，所述驱动组件(20)顶端与所述底塞(3)固定连接，所述驱动组件(20)底端与所述取样筒(11)传动连接，所述支撑柱(21)顶面和底面分别与所述底塞(3)、所述固定板(13)转动连接，所述支撑柱(21)远离所述驱动组件(20)设置。

3.根据权利要求1所述的一种石油地质勘探采样装置，其特征在于：所述过渡筒(2)内腔顶端对称开设有两个滑槽(4)，所述伸缩单元包括动力部和两组伸缩部，所述动力部包括限位杆(5)，所述限位杆(5)的两端分别与两个所述滑槽(4)滑动连接，所述限位杆(5)中部固定连接有电机(6)，所述电机(6)输出轴固接有锥形的螺杆(7)，所述螺杆(7)分别与两组所述伸缩部螺接，所述伸缩部与所述过渡筒(2)滑动连接。

4.根据权利要求3所述的一种石油地质勘探采样装置，其特征在于：所述伸缩部包括弧形的抵接板(8)，所述抵接板(8)的内侧面固接有滑块(9)，所述滑块(9)贯穿所述过渡筒(2)底端并与所述过渡筒(2)滑动连接，所述滑块(9)的一侧面通过连接块(10)与所述螺杆(7)螺接。

5.根据权利要求1所述的一种石油地质勘探采样装置，其特征在于：所述取样筒(11)内腔顶端固接有密封环(23)，所述底塞(3)底面固接有法兰(24)，所述密封环(23)内侧面与所述过渡筒(2)侧面滑动连接，所述法兰(24)顶面与所述密封环(23)底面滑动接触，所述法兰(24)的侧面与所述取样筒(11)内腔侧壁滑动连接。

6.根据权利要求1所述的一种石油地质勘探采样装置，其特征在于：所述延伸杆(1)和所述底塞(3)中心分别开设有供管线贯穿用的通孔。

7.根据权利要求1所述的一种石油地质勘探采样方法，基于权利要求1-6任意一项所述的一种石油地质勘探采样装置，其特征在于：包括如下步骤：

S1、一次钻孔：利用打孔装置，在目标位置钻一定深度的勘测孔；

S2、下机：利用所述吊装设备将采样装置送入勘测孔底面；

S3、二次钻孔：利用所述驱动单元驱动采样筒挖掘环形孔；

S4、胀断：开启所述膨胀单元将所述环形孔内的岩柱挤裂；

S5、取样：利用所述吊装设备将采样装置拉出。

8.根据权利要求7所述的一种石油地质勘探采样方法，其特征在于：在步骤S3实施过程中，所述采样筒的外侧面与所述勘测孔设置有间隙，并通过所述间隙由所述勘测孔顶端灌注冷却水。

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