CN107916905A

CN107916905A - 用于岩层取样的往复式取芯方法及装置

Info

Publication number: CN107916905A
Application number: CN201810001331.5A
Authority: CN
Inventors: 李辉; 魏建平; 程磊
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2018-01-02
Filing date: 2018-01-02
Publication date: 2018-04-17

Abstract

本发明涉及一种用于岩层取样的往复式取芯方法，包括以下步骤：1）将前端固定有取芯仓的空心钻杆按预定钻孔路径进行钻孔，当钻孔深度达到取芯长度时，停止钻孔，岩芯进入取芯仓内；2）空心钻杆固定不动，将取芯仓沿空心钻杆的内孔取出后，再将岩芯从取芯仓中取出；3）将取芯仓沿空心钻杆的内孔推入至空心钻杆的前端并进行固定，再次按预定钻孔路径进行钻孔和取芯；4）重复步骤1）至步骤3），直至钻孔总深度达到预定深度。本发明可以大幅提高岩层取芯效率，降低工作强度，并提高取芯精度和质量。

Description

用于岩层取样的往复式取芯方法及装置

技术领域

本发明具体涉及一种用于岩层取样的往复式取芯方法及装置，属于地质钻探技术领域。

背景技术

在采矿等地质工程作业时，需要进行地质勘探工作，以获得岩层构造、物理、力学性质等指标。对岩层进行取芯是最直接的勘探手段，具体方法是用空心钻杆从地表向下钻进，在岩层中形成圆柱形钻孔，从钻孔中不同深度处取得岩芯、矿样、土样进行分析研究，以鉴别和划分岩层。由于取芯深度较大，一般可达上百米，传统的取芯方法是在单次钻孔达到一定深度时，将空心钻杆完全退出，从钻杆内取出岩芯后，再次将钻杆探入钻孔中，进行下一次钻孔取芯，如此不断重复进行钻孔和退杆，直至取芯总深度达到预定值。上述方法存在的问题有：空心钻杆重量较大，整个取芯作业的过程需要多次退杆，工作强度极大，而且由于钻杆与钻孔之间存在摩擦阻力，退杆和进杆难度大，速度慢，导致取芯效率极低；由于重复的退杆和进杆，容易造成钻孔路径偏离预定路径，导致取芯精度降低；另外，重复的退杆和进杆操作容易造成下一层岩芯样品的污染和损坏，破坏其原始的岩层构造、物理、力学性质等指标，导致取芯质量降低。

发明内容

为解决上述问题，降低取芯作业的劳动强度，提高取芯精度和质量，本发明提供了一种用于岩层取样的往复式取芯方法，具体包括以下步骤：

1）将前端固定有取芯仓的空心钻杆按预定钻孔路径进行钻孔，当钻孔深度达到取芯长度时，停止钻孔，岩芯进入取芯仓内；

2）空心钻杆固定不动，将取芯仓沿空心钻杆的内孔取出后，再将岩芯从取芯仓中取出；

3）将取芯仓沿空心钻杆的内孔推入至空心钻杆的前端并进行固定，再次按预定钻孔路径进行钻孔和取芯；

4）重复步骤1）至步骤3），直至钻孔总深度达到预定深度。

本发明的方法与传统取芯方法相比较，是在空心钻杆的设置取芯仓，在取芯作业时，通过对取芯仓的推入和取出操作实现取芯，不用对空心钻杆进行重复的退杆和进杆。可以大幅降低工作强度，并提高取芯效率；由于本方法不用在整个钻孔过程中进行退杆和进杆，因此可以保证空心钻杆始终按预定路径进行钻孔，提高取芯精度；而且，本发明还可以避免重复退杆和进杆时对待取岩芯样品的破坏，取芯时岩芯处于取芯仓中，可以有效保证其完好性，从而提高取芯质量。

为实现本发明的取芯方法，本发明还提供了一种用于岩层取样的往复式取芯装置，包括空心钻杆、取芯仓和取芯杆；所述取芯仓为一端开口的筒体，筒体外径与空心钻杆的内径匹配；所述空心钻杆内侧壁的前端处设有用于固定取芯仓的取芯仓前限位和取芯仓后限位，取芯仓前限位为固定限位，取芯仓后限位为沿后向设置的单向限位；所述取芯杆为硬质钻杆，取芯杆的前端设有可拆卸的连接头，连接头用于驱动取芯仓后限位并与取芯仓连接。

进一步的，所述取芯仓的内侧壁的前端处设有岩芯限位，岩芯限位为沿前向设置的单向限位。岩芯限位用于对进入取芯仓内的岩芯进行固定，可以防止在取芯时，岩芯从取芯仓中脱落。

进一步的，所述单向限位为与空心钻杆或取芯仓的内侧壁弹性连接的限位块，限位块的一端为倾斜面，另一端为垂直面。垂直面朝向限位向设置，沿垂直面推动限位块时，限位块可以有效起到限位作用；而沿倾斜面推动限位块时，可以将限位块压入空心钻杆或取芯仓的内侧壁，从而失去限位作用。

进一步的，所述取芯仓前限位为沿空心钻杆内侧壁设置的环形限位台。

进一步的，所述取芯仓的后端设有卡接头；所述连接头为与空心钻杆的内孔相匹配的柱形体，柱形体的前端设有用于与所述卡接头连接的快速卡扣。当快速卡扣与卡接头连接后，连接头与取芯仓的后端连接成一体。

该取芯装置用于实现本发明公开的取芯方法，其工作原理为：在需要取芯时，利用取芯杆将取芯仓沿空心钻杆的内孔推入至空心钻杆的前端，取芯仓的前端首先触动取芯仓后限位，并驱动取芯仓后限位动作失去限位作用，取芯仓继续推入直至后端处于取芯仓后限位之前，取芯仓后限位复位，对取芯仓起到固定作用。此时，空心钻杆进行钻孔，岩芯完全进入取芯仓后，停止钻孔，将连接头连接至取芯杆顶端，将带有连接头的取芯杆沿空心钻杆内孔推入，连接头首先驱动取芯仓后限位动作，并与取芯仓后端的卡接头连接；最后将取芯杆连通取芯仓一同取出，完成单次取芯作业。

附图说明

图1为本发明中取芯装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种用于岩层取样的往复式取芯方法，具体包括以下步骤：

4）重复步骤1）至步骤3），直至钻孔总深度达到预定深度。

实施例2

如图1所示，一种用于岩层取样的往复式取芯装置，包括空心钻杆1、取芯仓2和取芯杆4；所述取芯仓2为一端开口的筒体，筒体外径与空心钻杆1的内径匹配；所述空心钻杆1内侧壁的前端处设有用于固定取芯仓2的取芯仓前限位7和取芯仓后限位6，取芯仓前限位7为固定限位，取芯仓后限位6为沿后向设置的单向限位；所述取芯杆4为硬质钻杆，取芯杆4的前端设有可拆卸的连接头3，连接头3用于驱动取芯仓后限位6并与取芯仓2连接。

所述取芯仓2的内侧壁的前端处设有岩芯限位5，岩芯限位5为沿前向设置的单向限位。岩芯限位5用于对进入取芯仓2内的岩芯进行固定，可以防止在取芯时，岩芯从取芯仓2中脱落。

所述单向限位为与空心钻杆或取芯仓的内侧壁弹性连接的限位块，限位块的一端为倾斜面，另一端为垂直面。垂直面朝向限位向设置，沿垂直面推动限位块时，限位块可以有效起到限位作用；而沿倾斜面推动限位块时，可以将限位块压入空心钻杆或取芯仓的内侧壁，从而失去限位作用。

所述取芯仓前限位7为沿空心钻杆1内侧壁设置的环形限位台。

所述取芯仓2的后端设有卡接头8；所述连接头3为与空心钻杆1的内孔相匹配的柱形体，柱形体的前端设有用于与所述卡接头8连接的快速卡扣9。当快速卡扣9与卡接头8连接后，连接头与取芯仓的后端连接成一体。

本实施例中连接头3与取芯杆4可通过螺纹连接；快速卡扣9的具体结构可采用现有技术中惯用的快速接头形式，只要能实现连接头3在推动时能与取芯仓后端的卡接头8快速连接，并且在取芯仓取出后能够快速拆分即可。连接头3与取芯仓2的连接形式也可采用其它惯用手段进行替换，如螺纹连接或磁吸附连接。

Claims

1.一种用于岩层取样的往复式取芯方法，其特征在于，包括以下步骤：

4）重复步骤1）至步骤3），直至钻孔总深度达到预定深度。

2.一种用于岩层取样的往复式取芯装置，其特征在于：包括空心钻杆、取芯仓和取芯杆；所述取芯仓为一端开口的筒体，筒体外径与空心钻杆的内径匹配；所述空心钻杆内侧壁的前端处设有用于固定取芯仓的取芯仓前限位和取芯仓后限位，取芯仓前限位为固定限位，取芯仓后限位为沿后向设置的单向限位；所述取芯杆为硬质钻杆，取芯杆的前端设有可拆卸的连接头，连接头用于驱动取芯仓后限位并与取芯仓连接。

3.根据权利要求1所述的用于岩层取样的往复式取芯装置，其特征在于：所述取芯仓的内侧壁的前端处设有岩芯限位，岩芯限位为沿前向设置的单向限位。

4.根据权利要求2或3所述的用于岩层取样的往复式取芯装置，其特征在于：所述单向限位为与空心钻杆或取芯仓的内侧壁弹性连接的限位块，限位块的一端为倾斜面，另一端为垂直面。

5.根据权利要求4所述的用于岩层取样的往复式取芯装置，其特征在于：所述取芯仓前限位为沿空心钻杆内侧壁设置的环形限位台。

6.根据权利要求4所述的用于岩层取样的往复式取芯装置，其特征在于：所述取芯仓的后端设有卡接头；所述连接头为与空心钻杆的内孔相匹配的柱形体，柱形体的前端设有用于与所述卡接头连接的快速卡扣。