專(zhuān)利名稱(chēng)：鎖水型松散地層取樣鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及取樣鉆具領(lǐng)域，特別涉及一種適應(yīng)松散地層的取樣鉆具。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)土壤進(jìn)行取樣時(shí)往往采用半合管、多層管、活塞鉆具等取樣鉆具，如專(zhuān)利號(hào)為“CN201120048021.2”、專(zhuān)利名稱(chēng)為“水平定向無(wú)粘性土取樣鉆具”提供一種取樣鉆具，包括在外力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)掘進(jìn)的外層管，以及作為土樣封裝管的內(nèi)層管，還包括固定土樣的卡簧，所述卡簧一端與內(nèi)層管前端相連，另一自由端設(shè)有若干片狀齒，所述片狀齒隨卡簧和內(nèi)層管相對(duì)外層管向前移動(dòng)封裝土樣時(shí)，在外層管的內(nèi)臺(tái)階斜面作用下向軸心處收縮并固定所采集土樣。這種取樣鉆具在進(jìn)行水平取樣時(shí)固然能起到保持所取樣品的原有形態(tài)，然而，當(dāng)在松散地層中進(jìn)行豎直取樣時(shí)，由于樣品自重及提心過(guò)程的晃動(dòng)，卡簧往往難以抓住心管中樣品，造成丟心現(xiàn)象，使得取樣率低下、難以達(dá)到鉆探取樣的質(zhì)量要求，丟失了重要的地層信息。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一中能適應(yīng)松散地層的高效取樣鉆具，可實(shí)現(xiàn)對(duì)砂土層、土層、含礫石層等松散、破碎地層的高效、高質(zhì)量取樣，并且取得的樣品保真度好，特別是能使地層層序狀態(tài)保存良好。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的鎖水型松散地層取樣鉆具，包括鉆頭、外筒體和取芯管，所述鉆頭連接在所述外筒體的下端，所述取芯管設(shè)置在所述外筒體的內(nèi)部，還包括活塞、倉(cāng)座和封堵開(kāi)關(guān)，所述活塞設(shè)置在所述取芯管的內(nèi)部，取芯管的上部連接有一個(gè)倉(cāng)座，所述倉(cāng)座與所述取芯管密封連接，所述倉(cāng)座底面具有與所述取芯管連接的通孔，所述通孔處設(shè)置有封堵開(kāi)關(guān)，在所述倉(cāng)座的壁上開(kāi)有水孔。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，所述封堵開(kāi)關(guān)為封堵閥，所述封堵閥具有閥蓋、 連接部和封堵部，所述閥蓋通過(guò)壓縮彈簧支撐在所述倉(cāng)座的底面上，所述連接部穿過(guò)所述倉(cāng)座底面的通孔連接所述閥蓋和所述封堵部，所述連接部的直徑小于所述倉(cāng)座上通孔的內(nèi)徑，所述封堵部為圓錐形，所述倉(cāng)座的底面下端具有與所述封堵部相應(yīng)的面域。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，還包括管狀鉆具上接頭，所述鉆具上接頭安裝在所述倉(cāng)座的上部。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，還包括管狀鉆桿接頭以及管狀鉆桿接頭內(nèi)孔中的固定環(huán)、定位塊和彈簧座，所述管狀鉆桿接頭插入所述鉆具上接頭內(nèi)并與所述鉆具上接頭密封配合，所述彈簧座和所述定位塊與所述管狀鉆桿接頭間隙配合，所述彈簧座與所述定位塊之間設(shè)置有壓縮彈簧。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，所述定位塊分為上下兩部分，所述上下兩部分均為圓柱形，所述上部分的直徑比所述下部分的直徑小，所述上部分和所述下部分的過(guò)渡面為圓錐面，在相對(duì)所述過(guò)渡面下邊緣的管狀鉆桿接頭的壁上開(kāi)有多個(gè)懸掛孔，在所述鉆具上接頭內(nèi)壁相對(duì)所述懸掛孔的位置上開(kāi)有環(huán)形的懸掛槽，在所述懸掛孔與所述懸掛槽形成的空間內(nèi)設(shè)置懸掛鋼球。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，所述固定環(huán)通過(guò)螺釘固定在所述定位塊上方的所述管狀鉆桿接頭上，所述固定環(huán)的內(nèi)徑大于所述定位塊上部分的直徑，在所述管狀鉆桿接頭的外壁上設(shè)置有臺(tái)肩，所述臺(tái)肩與所述鉆具上接頭的間距小于所述定位塊上部高度。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，所述彈簧座下底面為錐形結(jié)構(gòu)且位于所述倉(cāng)座內(nèi)，所述彈簧座的下底面與所述閥蓋不接觸，距離< 1mm。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，所述懸掛鋼球的外層鍍有黃銅層。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，所述鉆頭與所述外筒體通過(guò)螺紋連接，所述鉆頭在與所述外筒體連接處的下方具有內(nèi)凸緣。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，所述取芯筒和所述鉆具上接頭之間設(shè)置有密封圈，所述活塞與所述取芯筒之間也設(shè)置有密封圈。本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)對(duì)砂土層、土層、含礫石層等松散、破碎地層的高效、高質(zhì)量取樣，并且取得的樣品無(wú)擾動(dòng)、保真度好，取樣率高樣品，特別是能使地層層序狀態(tài)保存良好，適用于松散、破碎等地層的環(huán)境取樣、工勘取樣等


圖1為本發(fā)明鎖水型松散地層取樣鉆具主視結(jié)構(gòu)示意中1-臺(tái)肩，2-管狀鉆桿接頭，3-固定環(huán)，4-定位塊，5-鉆具上接頭，6_倉(cāng)座， 7-取芯管，8-鉆頭，9-彈簧座，10-閥蓋，11-連接部，12-外筒體，13-活塞，14-封堵部， 15-懸掛鋼球，16-脫卡器。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明如圖1所示，本發(fā)明鎖水型松散地層取樣鉆具，包括鉆頭8、外筒體12和取芯管7， 外筒體12下方螺紋連接有鉆頭8，鉆頭8的外徑大于外筒體12的外徑，這樣可以保證倉(cāng)座 6上的水孔與周?chē)寥乐g有一定的空隙，所述取芯管7設(shè)置在所述外筒體12的內(nèi)部，還包括活塞13、倉(cāng)座6和封堵開(kāi)關(guān)，所述活塞13為圓筒形密封活塞，在所述圓筒形密封活塞的外側(cè)設(shè)置有凹槽，在凹槽內(nèi)設(shè)置有密封圈，所述鉆頭8與所述外筒體12螺紋連接，所述鉆頭 8在與所述外筒體12連接處的下方具有內(nèi)凸緣，以防止取心管從外筒體12中滑出，所述密封活塞13外徑比鉆頭8內(nèi)徑略大，以防止密封活塞13從取芯管7中滑出，所述活塞13設(shè)置在所述取芯管7的內(nèi)部，所述活塞13可在取芯管7的內(nèi)部自由滑動(dòng)，取芯管7的上部連接有一個(gè)倉(cāng)座6，所述倉(cāng)座6下方為圓柱形，大小與取芯管7內(nèi)徑大小相匹配，倉(cāng)座6和取芯管7為過(guò)盈配合，所述倉(cāng)座6上方帶有螺紋，與鉆具上接頭5通過(guò)螺紋連接，倉(cāng)座6為內(nèi)空結(jié)構(gòu)，所述倉(cāng)座6底面具有與所述取芯管7連接的通孔，所述通孔處設(shè)置有封堵開(kāi)關(guān)，所述封堵開(kāi)關(guān)為一個(gè)封堵閥，所述封堵閥具有閥蓋10、連接部11、封堵部14，在連接部11上套有一個(gè)壓縮彈簧，壓縮彈簧下端固定在倉(cāng)座6的底面上，所以所述封堵部14能夠?qū)}(cāng)座 6底面的通孔密封，所述閥蓋10通過(guò)壓縮彈簧支撐在所述倉(cāng)座6的底面上，由于壓縮彈簧所述連接部11穿過(guò)所述倉(cāng)座6底面的通孔連接所述閥蓋10和所述封堵部14，所述連接部 11的直徑小于所述倉(cāng)座6上通孔的直徑，所述封堵部14為圓錐形，所述倉(cāng)座6的底面具有與所述封堵部14相應(yīng)的面域，圓錐形結(jié)構(gòu)具有良好的密封和回中的效果，所以不需要對(duì)所述封堵閥進(jìn)行限位。在所述倉(cāng)座6的壁上開(kāi)有水孔，準(zhǔn)備下鉆具前，在地表通過(guò)倉(cāng)座6上的水孔向倉(cāng)座內(nèi)注水，封堵閥由于受水的壓力的作用打開(kāi)，使得倉(cāng)座內(nèi)的水能進(jìn)入到取芯管7 中，取芯管7內(nèi)部灌滿(mǎn)水后，由封堵部14將取芯管7密封，由于受到水的重力作用，密封活塞13初始處在取芯管7最下方。本發(fā)明鎖水型松散地層取樣鉆具還包括管狀鉆桿接頭2、固定環(huán)3、定位塊4和彈簧座9，所述管狀鉆桿接頭2與所述鉆具上接頭5間隙配合，在鉆具上接頭5上開(kāi)有凹槽，在凹槽內(nèi)設(shè)置有密封圈，設(shè)置密封圈的作用是增大管狀鉆桿接頭2和鉆具上接頭5之間的密封效果，使得在高壓注水時(shí)不能從管狀鉆桿接頭2和鉆具上接頭5之間間隙泄壓可以迅速有效使活塞復(fù)位，所述彈簧座9與所述管狀鉆桿接頭2螺紋連接，所述定位塊4與所述管狀鉆桿接頭2間隙配合，所述彈簧座9與所述定位塊4之間設(shè)置有壓縮彈簧，所述定位塊4分為上下兩部分，所述上下兩部分均為圓柱形，所述上部分的直徑比所述下部分的直徑小，所述上部分和所述下部分的過(guò)渡面為圓錐面，定位塊4的這種結(jié)構(gòu)是為了能被懸掛鋼球15卡住，在相對(duì)所述過(guò)渡面下邊緣的管狀鉆桿接頭上開(kāi)有多個(gè)懸掛孔，在所述鉆具上接頭5內(nèi)壁相對(duì)所述懸掛孔的位置上開(kāi)有環(huán)行的懸掛槽，在所述懸掛孔與所述懸掛槽形成的空間內(nèi)設(shè)置懸掛鋼球15，懸掛鋼球15的外層鍍有黃銅層，這樣可以充分的減緩懸掛鋼球15由于摩擦和碰撞的損耗而對(duì)其進(jìn)行更換的周期，所述固定環(huán)3通過(guò)螺釘固定在所述定位塊4上方的管狀鉆桿接頭2上，所述固定環(huán)3的內(nèi)徑小于所述定位塊4上部分的直徑，以保證定位塊4能夠限定在固定環(huán)3的下方，在所述管狀鉆桿接頭2的外壁上設(shè)置有臺(tái)肩1，所述臺(tái)肩 1與所述鉆具上接頭5的間距小于所述管狀鉆桿接頭2上開(kāi)有的孔的直徑，設(shè)置臺(tái)肩1的目的就在于限制管狀鉆桿接頭2的移動(dòng)距離，使得其不能無(wú)限制的移動(dòng)，所述彈簧座9下底面為圓錐形結(jié)構(gòu)，所述彈簧座9的下底面與所述閥蓋10不接觸，彈簧座9下底面為圓錐形結(jié)構(gòu)的好處在于減少下落時(shí)倉(cāng)座6內(nèi)水的阻力，使與管狀鉆桿接頭2下行時(shí)準(zhǔn)確、及時(shí)打開(kāi)封堵閥。當(dāng)鉆具下放到預(yù)定深度時(shí)，投入桿狀的脫卡器16，定位塊4在脫卡器16的沖擊下， 彈簧被壓縮，定位塊4下行，使懸掛鋼球15脫開(kāi)；管狀鉆桿接頭2下行帶動(dòng)錐閥11下行，定位塊并且被懸掛鋼球15卡住，無(wú)法復(fù)位，要求脫卡器16下降時(shí)的動(dòng)能大于彈簧的勢(shì)能，下放管狀鉆桿接頭2上部的鉆柱，定位塊4、管狀鉆桿接頭2，以及整個(gè)鉆桿整體下行，使管狀鉆桿接頭2的臺(tái)肩1與鉆具上接頭5上部端面接觸，運(yùn)動(dòng)到位；彈簧座9、閥蓋10 —起下行推開(kāi)封堵部14，開(kāi)始鉆進(jìn)取樣，活塞13在樣品的推動(dòng)下上行，使取芯管7中水可以從高壓倉(cāng)座6壁面的水孔中自由流出，鉆頭8朝下鉆進(jìn)時(shí)，所取的樣品由鉆頭8的圓環(huán)空間進(jìn)入取芯管7中，同時(shí)，推動(dòng)密封活塞13向上運(yùn)動(dòng)，繼續(xù)鉆進(jìn)至取芯管7中的水全部排出，或者鉆進(jìn)取樣到指定要求時(shí)，上提鉆具，管狀鉆桿接頭2上行，彈簧座9與閥蓋8脫離，封堵部14在彈簧的恢復(fù)力的作用下關(guān)閉，同時(shí)，樣品在重力的作用下略微下行，形成上部負(fù)壓，避免樣品從下部脫落，提鉆直到將鉆具提到地表面，擰開(kāi)鉆頭8，將取芯管7整體拉出，則樣品可完整取出。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)對(duì)砂土層、土層、含礫石層等松散、破碎地層的高效、高質(zhì)量取樣，并且取得的樣品無(wú)擾動(dòng)、保真度好，取樣率高樣品，特別是能使地層層序狀態(tài)保存良好，適用于松散、破碎等地層的環(huán)境取樣、工勘取樣等。
權(quán)利要求
1.鎖水型松散地層取樣鉆具，包括鉆頭(8)、外筒體(1 和取芯管(7)，所述鉆頭(8) 連接在所述外筒體(1 的下端，所述取芯管(7)設(shè)置在所述外筒體(1 的內(nèi)部，其特征在于，還包括活塞(13)、倉(cāng)座(6)和封堵開(kāi)關(guān)，所述活塞(13)設(shè)置在所述取芯管(7)的內(nèi)部， 取芯管(7)的上部連接有一個(gè)倉(cāng)座(6)，所述倉(cāng)座(6)與所述取芯管(7)密封連接，所述倉(cāng)座(6)底面具有與所述取芯管(7)連接的通孔，所述通孔處設(shè)置有封堵開(kāi)關(guān)，在所述倉(cāng)座 (6)的壁上開(kāi)有水孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，所述封堵開(kāi)關(guān)為封堵閥，所述封堵閥通過(guò)壓縮彈簧設(shè)置在所述倉(cāng)座(6)的底面上，所述封堵閥具有閥蓋(10)、 連接部(11)和封堵部(14)，所述閥蓋(10)通過(guò)壓縮彈簧支撐在所述倉(cāng)座(6)的底面上，所述連接部(11)穿過(guò)所述倉(cāng)座(6)底面的通孔連接所述閥蓋(10)和所述封堵部(14)，所述連接部(11)的直徑小于所述倉(cāng)座(6)上通孔的內(nèi)徑，所述封堵部(14)為圓錐形，所述倉(cāng)座(6)的底面具有與所述封堵部(14)相應(yīng)的面域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，還包括管狀鉆具上接頭(5)，所述鉆具上接頭( 安裝在所述倉(cāng)座(6)的上部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3任一所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，還包括管狀鉆桿接頭O)以及管狀鉆桿接頭O)內(nèi)孔中的固定環(huán)(3)、定位塊(4)和彈簧座(9)，所述管狀鉆桿接頭( 插入所述鉆具上接頭(5)內(nèi)并與所述鉆具上接頭( 密封配合，所述彈簧座(9)和所述定位塊(4)與所述管狀鉆桿接頭O)間隙配合，所述彈簧座(9)與所述定位塊(4)之間設(shè)置有壓縮彈簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，所述定位塊(4)分為上下兩部分，所述上下兩部分均為圓柱形，所述上部分的直徑比所述下部分的直徑小，所述上部分和所述下部分的過(guò)渡面為圓錐面，在相對(duì)所述過(guò)渡面下邊緣的管狀鉆桿接頭O)的壁上開(kāi)有多個(gè)懸掛孔，在所述鉆具上接頭(5)內(nèi)壁相對(duì)所述懸掛孔的位置上開(kāi)有環(huán)形的懸掛槽，在所述懸掛孔與所述懸掛槽形成的空間內(nèi)設(shè)置懸掛鋼球(15)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，所述固定環(huán)C3)通過(guò)螺釘固定在所述定位塊(4)上方的所述管狀鉆桿接頭( 上，所述固定環(huán)(3)的內(nèi)徑大于所述定位塊(4)上部分的直徑，在所述管狀鉆桿接頭O)的外壁上設(shè)置有臺(tái)肩(1)，所述臺(tái)肩(1)與所述鉆具上接頭(5)的間距小于所述定位塊(4)上部高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，所述彈簧座(9)下底面為錐形結(jié)構(gòu)且位于所述倉(cāng)座(6)內(nèi)，所述彈簧座的下底面與所述閥蓋(10)不接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，所述懸掛鋼球(15) 的外層鍍有黃銅層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，所述鉆頭(8)與所述外筒體(1 通過(guò)螺紋連接，所述鉆頭(8)在與所述外筒體(1 連接處的下方具有內(nèi)凸緣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，所述取芯筒(7)和所述鉆具上接頭( 之間設(shè)置有密封圈，所述活塞(1 與所述取芯筒(7)之間也設(shè)置有密封圈。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)鎖水型松散地層取樣鉆具，包括鉆頭、外筒體和取芯管，所述鉆頭連接在所述外筒體的下端，所述取芯管設(shè)置在所述外筒體的內(nèi)部，還包括活塞、倉(cāng)座和封堵開(kāi)關(guān)，所述活塞設(shè)置在所述取芯管的內(nèi)部，取芯管的上部連接有一個(gè)倉(cāng)座，所述倉(cāng)座與所述取芯管密封連接，所述倉(cāng)座底面具有與所述取芯管連接的通孔，所述通孔處設(shè)置有封堵開(kāi)關(guān)，在所述倉(cāng)座的壁上開(kāi)有水孔。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)對(duì)砂土層、土層、含礫石層等松散、破碎地層的高效、高質(zhì)量取樣，并且取得的樣品無(wú)擾動(dòng)、保真度好，取樣率高樣品，特別是能使地層層序狀態(tài)保存良好，適用于松散、破碎等地層的環(huán)境取樣、工勘取樣等。
文檔編號(hào)E21B49/02GK102418520SQ201110455820
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者劉寶林, 王瑜 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)