CN103226070A - 新型液压活塞取样机具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水域新型液压活塞取样机具，活塞钻头与中空心杆下端以丝扣连接，中空心杆上端与上活塞下端丝扣连接，上活塞上端与主轴下端丝扣连接，主轴为六方柱状或扁状的主动钻杆结构，相对于主轴并可以沿主轴轴向运动的传扭接头套在主轴上，传扭接头和主轴一起同步转动，传扭接头下端与液压缸体上端丝扣连接，传扭接头的内径大于与液压缸体的内径，缸体内腔与上活塞滑动密封配合，缸体下端与动活塞上端丝扣连接，动活塞下端与锥套上端花键配合并通过螺钉连接限位，锥套下端与外管上端花键配合并通过螺钉连接限位，外管下端与外钻头丝扣连接。本发明实现了静压取样、静压+回转取样和冲击取样，消除了提钻时孔底抽吸作用，消除了提钻时样品脱落的隐患，具有取样可靠性高和对地层条件适应性强的特点。

Description

新型液压活塞取样机具

技术领域

本发明涉及一种在江、河、湖、泊地区进行地质取样、化探取样、环境取样的水域取样钻具，特别涉及一种可靠性高的新型液压活塞取样机具。

背景技术

活塞钻是获取水域淤泥质沉积物的有效方法，但传统的活塞钻存在如下缺点：

1、钻进功能单一，主要靠静压力灌入地层，当遇到地层条件变化，使用就会受到限制；

2、提钻受到孔内抽吸，起拔力过大；

3、没有护心机构，容易造成样品脱落。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种取样功能多样化、提钻时起拔力小并且样品不容易从取样管脱落的新型液压活塞取样机具。

本发明的技术方案是这样实现的：新型液压活塞取样机具，活塞钻头与中空心杆下端丝扣连接，中空心杆上端与上活塞下端丝扣连接，上活塞上端与主轴下端以丝扣连接，主轴为六方柱状或扁状的主动钻杆结构，相对于主轴并可以沿主轴轴向运动的传扭接头套在主轴上，传扭接头和主轴一起同步转动，传扭接头下端与缸体上端丝扣连接，传扭接头的内径大于与缸体的内径，缸体内腔与上活塞滑动密封配合，缸体下端与动活塞上端丝扣连接，动活塞下端与锥套上端花键配合并通过螺钉连接限位，动活塞套在中空心杆上并与中空心杆滑动密封配合，锥套下端与外管上端花键配合并通过螺钉连接限位，外管下端与外钻头丝扣连接，锥形球卡架位于锥套内，并且位于动活塞之下的弹簧之上，弹簧位于球卡座上，球卡座与锥套下端丝扣连接，套在中空心杆上的单动轴与球卡座丝扣连接，单动轴上自上而下顺次装推力轴承、内管头和向心滚子轴承，内管接头与样品管固定连接，样品管内腔与活塞钻头滑动密封配合，上活塞的轴向台阶通孔中安装有滑阀和弹簧，弹簧的上端抵在滑阀下端面上，弹簧的下端抵在上活塞的轴向台阶通孔的台阶面上，轴向台阶通孔的上部、中部和下部的孔径依次减小，主轴的轴向中孔、轴向台阶通孔和中空心杆的轴向中孔依次流体导通，上活塞外壁、缸体内壁和动活塞上端面三者之间形成向动活塞施加压力的密闭液压腔，与滑阀接触的上活塞内壁上开设有与密闭液压腔流体导通的a孔，滑阀上开设有用于导通轴向台阶通孔和主轴的轴向中孔的液压封堵孔。

上述新型液压活塞取样机具，活塞钻头上开设有与中空心杆的轴向中孔流体导通的C孔，中空心杆上开设有与样品管内腔流体导通的b孔，外钻头上开设有与外管内壁和样品管外壁之间的环状间隙流体导通的e孔。

上述新型液压活塞取样机具，传扭接头上端连接有冲击头。

上述新型液压活塞取样机具，冲击头上端与移除式绳取钻杆连接。

上述新型液压活塞取样机具，主动轴上端与钻杆接箍丝扣连接，主动轴上端和钻杆接箍均位于冲击头或移除式绳取的钻杆内。

上述新型液压活塞取样机具，与样品管内壁接触的活塞钻头外表面上设置有两道O形密封圈。

上述新型液压活塞取样机具，与外管内壁接触的锥套外表面上设置有O形密封圈。

上述新型液压活塞取样机具，与中空心杆外表面接触的动活塞上设置有两道O形密封圈。

上述新型液压活塞取样机具，与滑阀外表面接触的轴向台阶通孔内壁上设置有两道O形密封圈。

上述新型液压活塞取样机具，与缸体内壁接触的上活塞外表面上设置有两道O形密封圈。

本发明的有益效果是：

（1）发明人原液压活塞钻钻具为三层管结构，钻头壁厚，对动力和钻杆刚度要求高。本发明将液压活塞缸上移，即将原来液压活塞钻具外管上移，变三层管为二层管结构，有效的减小了钻头壁厚。

（2）取样前采用全面钻进原理扫孔至取样点，取代了静压推挤灌入的方式，省时省力，提高了取样速度。

（3）取样钻进时，当遇到较硬夹层时，可边液压给进边辅助无给进回转钻具，使钻头处于斜切入钻进方式，可有效克服硬质夹层的阻碍，也可下入带有冲击接头的外层钻杆，变内层钻杆为中空心杆，辅助施以静压或冲击压力的方式取样，提高活塞钻对地层的适应性。

（4）提钻时外层岩心管相对样品管自动下滑，使钻头底部与上部通气，消除孔底抽吸力，同时使拦簧滑出收拢，防止样品脱落。

因此，本新型液压活塞取样机具的取样功能多样化，实现了静压取样、回转取样和冲击取样，消除了提钻时孔底抽吸作用，消除了提钻时样品脱落的隐患，具有取样可靠性高和对地层条件适应性强的特点。可根据取样条件和地层条件，变换取样工艺，可实现静压钻进、冲击钻进或回转钻进等不同取样方式，同时消除了提钻抽吸和样品脱落的隐患。

附图说明

图1是本发明多功能取样钻具的结构原理图。

图1中：1.活塞钻头，2.拦簧，3.外钻头，4.外管，5.中空心杆，6.单动轴，7.内管头，8.球卡座，9.锥套，10.球卡架，11.动活塞，12.滑阀，13.上活塞，14.缸体，15.主动轴，16.传扭接头，17.冲击头，①、-钢球，②、⑧、

-O型密封圈，③-样品管，④-向心滚子轴承，⑥-推力轴承，⑤、⑦、⑨、

-螺钉，⑩、

-弹簧，

-钻杆接箍，

-移除式绳取钻杆。

具体实施方式

如图1所示，在本实施例新型液压活塞取样机具中：活塞钻头1与中空心杆5下端以丝扣连接，中空心杆5上端与上活塞13下端丝扣连接，上活塞13上端与主轴15下端丝扣连接，主轴15为六方柱状或扁状的主动钻杆结构，相对于主轴15并可以沿主轴15轴向运动的传扭接头16套在主轴15上，传扭接头16和主轴15一起同步转动，传扭接头16下端与缸体14上端丝扣连接，传扭接头16的内径大于与缸体14的内径，缸体14内腔与上活塞13滑动密封配合，缸体14下端与动活塞11上端丝扣连接，动活塞11下端与锥套9上端花键配合并通过螺钉

连接限位，动活塞11套在中空心杆5上并与中空心杆5滑动密封配合，锥套9下端与外管4上端花键配合并通过螺钉⑨连接限位，外管4下端与外钻头3丝扣连接，锥形球卡架10位于锥套9内，并且位于动活塞11之下的弹簧⑩之上，弹簧⑩位于球卡座8上，球卡座8与锥套9下端丝扣连接，套在中空心杆5上的单动轴6与球卡座8丝扣连接，单动轴6上自上而下顺次装推力轴承⑥、内管头7和向心滚子轴承④，内管接头7与样品管③固定连接，样品管③内腔与活塞钻头1滑动密封配合，上活塞13的轴向台阶通孔中安装有滑阀12和弹簧

弹簧

的上端抵在滑阀12下端面上，弹簧

的下端抵在上活塞13的轴向台阶通孔的台阶面上，轴向台阶通孔的上部、中部和下部的孔径依次减小，主轴15的轴向中孔、轴向台阶通孔和中空心杆5的轴向中孔依次流体导通，上活塞13外壁、缸体14内壁和动活塞11上端面三者之间形成向动活塞11施加压力的密闭液压腔，与滑阀12接触的上活塞13内壁上开设有与密闭液压腔流体导通的a孔，滑阀12上开设有用于导通轴向台阶通孔和主轴15的轴向中孔的液压封堵孔。

另外，在本实施例新型液压活塞取样机具中：活塞钻头1上开设有与中空心杆5的轴向中孔流体导通的C孔，中空心杆5上开设有与样品管③内腔流体导通的b孔，外钻头2上开设有与外管4内壁和样品管③外壁之间的环状间隙流体导通的e孔。传扭接头16上端连接有冲击头17，冲击头17上端与移除式绳取钻杆

连接，主动轴15上端与钻杆接箍丝扣连接，主动轴15上端和钻杆接箍

均位于冲击头17或移除式绳取钻杆

的轴向中孔内。与样品管③内壁接触的活塞钻头1外表面上设置有两道O形密封圈②，与外管4内壁接触的锥套9外表面上设置有O形密封圈⑧，与中空心杆5外表面接触的动活塞11上设置有两道O形密封圈

与滑阀12外表面接触的轴向台阶通孔内壁上设置有两道O形密封圈

与缸体14内壁接触的上活塞13外表面上设置有两道O形密封圈

主轴15回转扭矩可通过上活塞13和中空心杆5传到活塞钻头1，冲洗液依次经主轴15的轴向中孔、滑阀12上的液压封堵孔、上活塞13上的轴向台阶通孔和中空心杆5的轴向中孔输送到底部。主轴15为非圆柱形，可为四方轴、六方轴或花键轴；主轴15与传扭接头16相配合，使得传扭接头16和主轴15一起同步转动；主轴15的回转扭矩，通过传扭接头16传到外钻头3，实现液压加压同时，辅助回转钻进；提钻时外管4相对锥套9下滑。

内管接头7与样品管③插接并同时用螺钉将二者固定。加压时，动活塞11向下加压，带动球卡架10下行，此时球卡松开，外钻头2和样品管③在动活塞11推动下行灌入地层；提钻时，动活塞11相对上移，在弹簧力作用下，球卡锁紧，保持活塞钻头1在样品管③内相对静止，防止样品被拉长，同时，外管4带动外钻头2相对下滑，拦簧2收拢护心，此时，孔底与钻头上部通气，防止抽吸，减小起拔力和防止样品脱落；回转时，在轴承配合下，内管不回转，减小样品磨损。

本实施例的新型液压活塞取样机具在具体操作过程中可实现多种施力方式取样：液压活塞钻取样、心杆式活塞钻取样、回转辅助液压活塞钻取样或液压与机械组合压力活塞取样。

一、液压活塞钻取样

如图1所示安装好之后，开始钻进时钢球①和钢球

不投放，开泵送水，回转扫孔钻进，冲洗液经过滑阀12、中空心杆5中心孔下行至活塞钻头1分成两路，一路直接经C孔冲洗孔底；一路经b孔、向心滚子轴承④和推力轴承⑥的轴承间隙、外管4与样品管③之间的环状间隙、外钻头2的e孔，冲洗外钻头，直到钻到预定孔深,停泵、停机，停止扫孔钻进。之后顺次投入钢球①和钢球

不回转钻具开泵送水，在水压作用下，滑阀12压缩弹簧

使上活塞a孔露出，高压水进入动活塞11顶部，推动动活塞11下行，迫使钢球

松开，使钻具下行压入取样，此时中空心杆5不动，只起定位活塞钻头1的作用；

钻进时缸体14同步跟进，当上活塞13相对运动到传扭接头16内时，因传扭接头16内壁直径大于缸体14内壁直径，液压缸内水泄压，地表泵压表压力降低，起到钻进终了报信作用，即当水泵压力突然降低时，表明钻具已经压到位，然后停泵提钻、取心。

泄压后，钢球

在弹簧⑩压迫下，卡在中空心杆5上，使钻具固定，提钻时，外管4相对样品管③向下滑动，使拦簧2出露收拢护心，同时使钻具上下通气，防止钻具底部抽吸。

二、回转辅助液压活塞钻

在液压灌入钻进过程中，当钻到较硬夹层时，可保持钻具不给进，只做原地回转，此时，钻具在液压力和回转力作用下，容易钻穿硬夹层，回转过程中，样品管③在单动接头（单动轴6、推力轴承⑥、内管头7和向心滚子轴承④的总称）保护下，不做回转，防止磨损样品。其余过程同一。

三、心杆活塞取样钻

在没有水泵、水泵故障、或因天气严寒使用水泵不便时，可利用事先配套的移除式外钻杆

实施心杆式活塞钻取样。具体操作是将内钻杆做心杆悬挂，利用外钻杆加压。

四、组合压力活塞钻

在水泵泵压能力有限，或故障原因加不上压力时，可采用液压活塞加压+外钻杆机械加压组合，提高钻进能力。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。

Claims (10)

1.新型液压活塞取样机具，其特征在于，活塞钻头（1）与中空心杆（5）下端丝扣连接，中空心杆（5）上端与上活塞（13）下端丝扣连接，上活塞（13）上端与主轴（15）下端以丝扣连接，主轴（15）为六方柱状或扁状的主动钻杆结构，相对于主轴（15）并可以沿主轴（15）轴向运动的传扭接头（16）套在主轴（15）上，传扭接头（16）和主轴（15）一起同步转动，传扭接头（16）下端与缸体（14）上端丝扣连接，传扭接头（16）的内径大于与缸体（14）的内径，缸体（14）内腔与上活塞（13）滑动密封配合，缸体（14）下端与动活塞（11）上端丝扣连接，动活塞（11）下端与锥套（9）上端花键配合并通过螺钉

连接限位，动活塞（11）套在中空心杆（5）上并与中空心杆（5）滑动密封配合，锥套（9）下端与外管（4）上端花键配合并通过螺钉（⑨）连接限位，外管（4）下端与外钻头（3）丝扣连接，锥形球卡架（10）位于锥套（9）内，并且位于动活塞（11）之下的弹簧（⑩）之上，弹簧（⑩）位于球卡座（8）上，球卡座（8）与锥套（9）下端丝扣连接，套在中空心杆（5）上的单动轴（6）与球卡座（8）丝扣连接，单动轴（6）上自上而下顺次装推力轴承（⑥）、内管头（7）和向心滚子轴承（④），内管接头（7）与样品管（③）固定连接，样品管（③）内腔与活塞钻头（1）滑动密封配合，上活塞（13）的轴向台阶通孔中安装有滑阀（12）和弹簧

弹簧的上端抵在滑阀（12）下端面上，弹簧

的下端抵在上活塞（13）的轴向台阶通孔的台阶面上，轴向台阶通孔的上部、中部和下部的孔径依次减小，主轴（15）的轴向中孔、轴向台阶通孔和中空心杆（5）的轴向中孔依次流体导通，上活塞（13）外壁、缸体（14）内壁和动活塞（11）上端面三者之间形成向动活塞（11）施加压力的密闭液压腔，与滑阀（12）接触的上活塞（13）内壁上开设有与密闭液压腔流体导通的a孔，滑阀（12）上开设有用于导通轴向台阶通孔和主轴（15）的轴向中孔的液压封堵孔。

2.根据权利要求1所述的新型液压活塞取样机具，其特征在于，活塞钻头（1）上开设有与中空心杆（5）的轴向中孔流体导通的C孔，中空心杆（5）上开设有与样品管（③）内腔流体导通的b孔，外钻头（2）上开设有与外管（4）内壁和样品管（③）外壁之间的环状间隙流体导通的e孔。

3.根据权利要求2所述的新型液压活塞取样机具，其特征在于，传扭接头（16）上端连接有冲击头（17）。

4.根据权利要求3所述的新型液压活塞取样机具，其特征在于，冲击头（17）上端与移除式绳取钻杆

连接。

5.根据权利要求4所述的新型液压活塞取样机具，其特征在于，主动轴（15）上端与钻杆接箍

丝扣连接，主动轴（15）上端和钻杆接箍均位于冲击头（17）或移除式绳取钻杆

的轴向中孔内。

6.根据权利要求1-5任一项所述的新型液压活塞取样机具，其特征在于，与样品管（③）内壁接触的活塞钻头（1）外表面上设置有两道O形密封圈（②）。

7.根据权利要求1-5任一项所述的新型液压活塞取样机具，其特征在于，与外管（4）内壁接触的锥套（9）外表面上设置有O形密封圈（⑧）。

8.根据权利要求1-5任一项所述的新型液压活塞取样机具，其特征在于，与中空心杆（5）外表面接触的动活塞（11）上设置有两道O形密封圈

9.根据权利要求1-5任一项所述的新型液压活塞取样机具，其特征在于，与滑阀（12）外表面接触的轴向台阶通孔内壁上设置有两道O形密封圈

10.根据权利要求1-5任一项所述的新型液压活塞取样机具，其特征在于，与缸体（14）内壁接触的上活塞（13）外表面上设置有两道O形密封圈

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