CN202220601U - 压力可调式液压取样钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种压力可调式液压取样钻具。该钻具包括：由外岩心筒、中心导向轴和内取样筒构成的取样组件，密封机构及压力调节接头，压力调节接头中设有带弹簧的顶针。密封机构将钻杆中流动的液体密封住，当达到一定压力时，顶开顶在内取样管的带弹簧顶针，内取样管以极高的速度沿中心导向轴射入海底，压入土层，可取出海底原状不挠动的土样。本实用新型克服了销钉剪切式取样钻具的更换繁琐，压力不易精确调整的问题，大幅度提高样品的回收率和原状结构。

Description

压力可调式液压取样钻具

技术领域

本实用新型涉及一种海洋工程地质深水钻探取样机具，适用于深海砂土层的取样，特别涉及一种压力可调式液压取样钻具。 

背景技术

目前，压力可调式液压取样钻具在国内尚未有人研究，现用的常规方法为回转式、冲击式取样或振动式取样。这些取样方式通常需要几分钟至几十分钟，在此时间内由于船的摆动和升沉，将使钻具提离孔底，使已取得的样品重新落入孔底，导致取样工作失败。 

美国曾研究一种液压活塞式取样器，设计用液力推动内取样管压入松散软土层，提高了样品回收率和保持了原状结构，但其工作过程为液体压力增加到一定数值后，剪断销钉，内取样筒被推动沿中心导向轴压入土层进行取样，其销钉被剪断后，断口变形形成一个不平整的断面，常发生阻挡内取样管向下推进的速度，影响压入软层的深度；销钉的抗剪强度是固定的，当软土层的密度不同时，推动内取样管的压力不能随之调节，即松散的软土层在充满内取样管后继续被压缩，使样品失去了原有的结构，密实的软土层在不足的液压推动下，内取样筒压入密实的软土层较浅或压不进土层，导致取样效果不好甚至失败。 

图5是已有技术的不可调式液压取样钻具的结构示意图，其中的内取样筒8与中心导向轴2相连，密封机构7与中心导向轴2接合，剪切销11穿过外岩心筒1再穿过中心导向轴2，其抗剪强度是固定值，无法进行调节，只能进行更换，因此更换过程繁琐，既耽误海上作业时间又影响取样效果。 

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术中存在的缺陷，提供一种压力可调式液压取样钻具，该钻具可以解决现有深海海洋地质工程钻探取样受固定销钉限制不能调节液体压力、影响砂土层取样的收获率和保持原生结构的问题。

为实现上述目的本实用新型采取的技术方案是：一种可调式液压取样钻具，该钻具包括：外岩心筒，置于所述外岩心筒内且与其同轴布置的中心导向轴、内取样筒和密封机构，所述中心导向轴与内取样筒同轴地螺纹连接，密封机构与中心导向轴接合，该钻具还包括至少二个沿所述外岩心筒周向均布的压力调节接头，所述压力调节接头具有呈筒状的接头外壳、由头部、凸台部和尾部柱体一体地构成的顶针、弹簧、压盖，其中，所述接头外壳固定在所述外岩心筒中且二者的轴心线相互垂直，所述接头外壳的筒底部有一孔且开放端设有螺纹，所述压盖通过所述螺纹与所述接头外壳相连，弹簧套装在所述顶针的柱体上且布置在所述接头外壳的筒状体内，所述弹簧一端由压盖压紧另一端靠压在顶针上，所述顶针的头部通过所述孔伸出。所述压力调节接头的数量为三个。所述压力调节接头的数量为四个。所述弹簧的内径为φ6～φ14mm，长度为8-16mm，所述弹簧钢丝直径为φ1～φ3mm。所述顶针柱体直径为φ5～φ13mm，长度为6-14mm。所述顶针头部形状为球形其直径为φ5～φ13mm。 

所述的压力可调式液压取样钻具，通过采用压力可调式结构，用弹簧的压紧力来调节中心导向轴的射出速度，被压紧的顶针顶住中心导向轴的压力越大，中心导向轴冲出的压力越大，与中心导向轴一体的内取样筒射出的速度越高，内取样筒压入砂土层的深度就越大。可以针对砂土层的不同硬度来选择压力可调式结构，即两个压力可调式接头周向均布，使顶针呈180°对称分布；或者是三个压力可调式接头周向均布，使顶针呈120°间隔分布；或者是四个压力可调式接头周向均布，使顶针呈90°间隔分布。 

使用带弹簧结构的顶针，对于不同密实度的软土层，采用的弹簧弹力不同。通过压盖压紧或松开弹簧可以增加和减少弹力，弹力大的弹簧用于密实度为密实和极密实的砂土层，弹簧弹力中等的用于密实度中密的砂土层，弹簧弹力小的用于密实度为松散的砂土层。 

利用本实用新型的压力可调式液压取样钻具，在地表泥浆的作用下，冲洗液通过钻杆进入压力可调式液力取样钻具，由密封机构将冲洗液封住，冲洗液的压力不断增高，达到一定压力值时，中心导向轴冲开顶针，使内取样筒快速射入海底砂土层中。然后通过常规打捞机构将内取样筒提升至船上，取出内取样筒中的样品。 

可以提高或减小流动液体的压力，在压力达到一定值时，中心导向轴脱开顶针4，带动内取样筒快速向下冲击，以高速度4-6m/s射入海底，压入砂土层取出海底样品。取样工作可以在船摆动的一瞬间（1～2秒）完成。完全克服了船在海上的摆动和升沉带来的影响。 

本实用新型与现有技术相比，能方便有效地调节内取样管的冲击压力，以最佳的冲击速度压入砂土层，提高海底样品的收获率。 

附图说明

图1是本实用新型压力可调式液压取样钻具的结构示意图； 

图2是表示压力调节接头中的顶针呈两等分结构的示意图；

图3是表示压力调节接头中的顶针呈三等分结构的示意图；

图4是表示压力调节接头中的顶针呈四等分结构的示意图；

图5是已有技术液压剪切式接头结构示意图。

其中：1--外岩心筒、2--中心导向轴、3--接头外壳、4--顶针、5--弹簧、6--压盖、7--密封机构、8--内取样筒。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。 

如图1所示，本实用新型的压力可调式液压取样钻具包括：外岩心筒1，置于所述外岩心筒1内且与其同轴布置的中心导向轴2、内取样筒8和密封机构7，中心导向轴2与内取样筒8同轴地螺纹连接，密封机构7与中心导向轴2接合；该钻具还包括沿着外岩心筒1周向均布的二个压力调节接头。该压力调节接头由呈筒状的接头外壳3、顶针4、弹簧5、压盖6组成。接头外壳3固定在外岩心筒1的周壁上且二者的轴心线相互垂直，接头外壳3的筒底部有一孔且筒的开放端设有螺纹，压盖6通过该螺纹与接头外壳3相连。顶针4由球形头部、圆形凸台与尾部柱体构成为一体，弹簧5套装在顶针4的柱体上且布置在所述接头外壳3的筒状体内，弹簧5的一端由压盖6压紧另一端靠在顶针4的凸台上，顶针4的头部可以通过设于接头外壳3筒底部的孔伸出，顶住中心导向轴2。通过旋转压盖1来压缩弹簧5，使顶针4的球形头部顶住中心导向轴2。当液体进入外岩心筒1和内取样筒之间时密封机构7将液体封住，直至压力升至一定数值时，顶针4从中心导向轴2脱开，使内取样筒8快速下滑，直至压入海底砂土层中，将样品取上。优选顶针4柱体的直径为φ5～φ13mm，长度为6-14mm，球形头部直径为φ5～φ13mm。弹簧5为压缩弹簧，优选其内径为φ6～φ14mm，长度为8-16mm，弹簧钢丝直径为φ1～φ3mm。图2、图3、图4示出了顶针组件，即压力调节接头的三种结构示意图，图2为有二个压力调节接头且均布的两等分结构、顶针4呈180°对称分布，图3为有三个压力调节接头且均布的三等分结构，顶针4呈120°间隔布置，图4为有四个压力调节接头且均布的四等分结构，顶针4呈90°间隔布置。由此，可以制成三种不同类型的压力可调式液压取样钻具。每一类型的压力可调式液压取样钻具的调节压盖6皆可左旋或右旋使弹簧5松驰或压紧，顶针4随之减小或增加对中心导向轴2的压力，从而达到调节压力的目的。 

使用本实用新型，当压力调节接头中的顶针、弹簧受压，致使内取样管推力从10Mpa增加到20Mpa时，压入土层的深度从1m增加至5m，即液力推动内取样管的压力可随顶针、弹簧的压缩力调节，可实现按地质工程设计取样深度要求而设定的液体推力的数值，极大地提高样品的原状结构和样品回收率。通过调整压力使中心导向轴2脱开顶针4带动内取样筒快速向下冲击，其可以最高为4-6m/s的速度射入海底、压入砂土层取出海底样品。 

以上描述是本实用新型对现有技术液压式取样钻具的结构的改进，其压力可调式液压取样钻具的强度和原已有技术液压取样钻具一样，不会在钻进取样中发生钻具折断现象，因此，不但可以筒化压力调节过程，还可以大幅度提高取样效果。 

Claims (6)

1.一种压力可调式液压取样钻具，该钻具包括：外岩心筒（1），置于所述外岩心筒（1）内且与其同轴布置的中心导向轴（2）、内取样筒（8）和密封机构（7），所述中心导向轴（2）与所述内取样筒（8）同轴且螺纹连接，所述密封机构（7）与所述中心导向轴（2）接合，其特征在于，还包括至少二个沿所述外岩心筒（1）周向均布的压力调节接头，所述压力调节接头具有呈筒状的接头外壳（3）、由头部、凸台部和尾部柱体构成为一体的顶针（4）、弹簧（5）、压盖（6），其中，所述接头外壳（3）固定在所述外岩心筒（1）中且二者的轴心线相互垂直，所述接头外壳（3）的筒底部有一孔且筒的开放端设有螺纹，所述压盖（6）通过所述螺纹与所述接头外壳（3）相连，所述弹簧（5）套装在所述顶针（4）的所述柱体上且布置在所述接头外壳（3）的筒状体内，所述弹簧（5）一端由所述压盖（6）压紧另一端靠在所述顶针（4）的凸台上，所述顶针（4）的头部通过所述孔伸出。

2.按照权利要求1所述的压力可调式液压取样钻具，其特征在于，所述压力调节接头的数量为三个。

3.按照权利要求1所述的压力可调式液压取样钻具，其特征在于，所述压力调节接头的数量为四个。

4.按照权利要求1-3之一所述的压力可调式液压取样钻具，其特征在于，所述弹簧的内径为φ6～φ14mm，长度为8-16mm，所述弹簧钢丝直径为φ1～φ3mm。

5.如权利要求4所述的压力可调式液压取样钻具，其特征在于，所述顶针（4）柱体直径为φ5～φ13mm，长度为6-14mm。

6.如权利要求5所述的压力可调式液压取样钻具，其特征在于，所述顶针（4）头部形状为球形其直径为φ5～φ13mm。

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