CN109406204B - 易碎岩层样品采集钻杆结构 - Google Patents
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Abstract
本发明易碎岩层样品采集钻杆结构公开了一种采用多层结构组合形成环形中空区，配合外部冷冻剂在中空区内低温，使得样本外侧凝固形成保护壳，并通过取样管对芯部位置的土样进行分离采集的钻杆结构。先取样，后冷却，不会对对样本外边缘造成挤压。其特征在于内托环置于外钻套一端内壁上，所述内托环的内径从下向上逐渐减小，所述外钻套外壁上等距置有多组钻杆刃，且同组内的钻杆刃呈环形分布，所述钻杆刃的宽度从一端向另一端逐渐减小，所述外钻套内侧壁上开有内环形槽，所述内环形槽一端延伸至内托环位置，下分隔管置于外钻套内，所述下分隔管一端通过外螺纹和外钻套另一端相螺接，所述下分隔管另一端端面上置有密封垫，且和内托环相贴合。
Description
技术领域
本发明易碎岩层样品采集钻杆结构，涉及一种在地质勘探过程中，通过多层结构对易碎岩土进行样品采集的钻杆，属于地质勘探领域。特别涉及一种采用多层结构组合形成环形中空区，配合外部冷冻剂在中空区内低温，使得样本外侧凝固形成保护壳，并通过取样管对芯部位置的土样进行分离采集的钻杆结构。
背景技术
目前，土木施工、路桥铺设、煤矿挖掘、油气开采等作业前期，都需要对地质地貌岩土结构进行采样分析，在进行采样时，经常会遇到土层疏松，例如滩涂地区或岩石破碎层，因此需要针对疏松沉积物和破碎岩层的原始组织、渗透率和孔隙度进行分析，由于该类样本结构松散易碎，获取样本质量较差，不能够用于分析检测，由于动力和设备结构的限制，现有的采样钻杆都是中空结构，采用套筒旋转进行样本的采集，但由于结构疏松，在进行采样时容易脱落，常不易获取形状规则的高质量岩心样品，针对松散易碎岩层不仅岩心收获率低，而且岩心出筒过程中常伴随岩心二次破坏，现有的一些采用结合冷却液将疏松易碎岩层进行冷冻凝固，而后再取样的方式，导致采取样本的外边缘受到切削挤压，影响样本的成分，最终影响检测的准确性。
公开号 CN206583629U公开了一种土壤取样器及土壤取样装置，包括钻头、钻杆以及电动机，所述钻头与所述钻杆连接，所述钻杆远离所述钻头的一端与所述电动机连接，所述电动机用于驱动所述钻杆，所述钻头的侧壁靠近所述钻杆的预设距离处沿所述钻头的周向设置有预设厚度的第二开口作为第一分层插口，所述钻头的侧壁上距离所述第一分层插口的预设距离处沿所述钻头的周向设置有预设厚度的第三开口作为第二分层插口，该装置结构复杂，且针对松散岩土的采样同样不能够形成块状结构。
发明内容
为了改善上述情况，本发明易碎岩层样品采集钻杆结构提供了一种采用多层结构组合形成环形中空区，配合外部冷冻剂在中空区内低温，使得样本外侧凝固形成保护壳，并通过取样管对芯部位置的土样进行分离采集的钻杆结构。先取样，后冷却，不会对对样本外边缘造成挤压。
本发明易碎岩层样品采集钻杆结构是这样实现的：本发明易碎岩层样品采集钻杆结构由钻杆夹头、连接套、采样管、钻杆刃、下分隔管、外钻套、内衬套、上固定套、取样卡盘、内限位台、外限位台、连通槽、内螺纹、密封垫、外螺纹、密封环、锥形连通孔、内环形槽、内托环、外环形槽、限位环和导流槽组成，内托环置于外钻套一端内壁上，所述内托环的内径从下向上逐渐减小，所述外钻套外壁上等距置有多组钻杆刃，且同组内的钻杆刃呈环形分布，所述钻杆刃的宽度从一端向另一端逐渐减小，所述外钻套内侧壁上开有内环形槽，所述内环形槽一端延伸至内托环位置，下分隔管置于外钻套内，所述下分隔管一端通过外螺纹和外钻套另一端相螺接，所述下分隔管另一端端面上置有密封垫，且和内托环相贴合，所述下分隔管上开有多个连通槽，且分别和内环形槽另一端相对应连通，所述连通槽的直径从内向外逐渐减小，所述下分隔管内侧壁上置有内螺纹，上固定套置于下分隔管一端上，且位于外钻套的上方，所述上固定套一端置有外限位台，所述外钻套另一端置有限位斜面，且和外限位台相对应，所述外钻套外径和上固定套外径相等，内限位台置于上固定套内壁上，连接套套置于上固定套另一端上，且和上固定套相螺接，钻杆夹头置于连接套上侧面上，所述钻杆夹头为中空结构，且和上固定套相连通，所述连接套上侧面开有锥形连通孔，内衬套一端和下分隔管内壁上的内螺纹相螺接，内衬套另一端向上延伸至和钻杆夹头相贴合，所述内衬套另一端和钻杆夹头之间置有密封环，所述内衬套一端的外径大于内衬套另一端的外径，所述内衬套和上固定套之间置有上容置腔，所述内衬套和下分隔管之间置有下容置腔，且和连通槽相连通，限位环置于内衬套外壁上，且和内限位台相对应，所述限位环外侧开有导流槽，且连通上容置腔和下容置腔，所述导流槽的宽度从外向内逐渐减小，取样卡盘可拆卸的置于内衬套内，采样管一端和取样卡盘相连接，另一端向下延伸至下分隔管内，所述采样管的另一端置有钻刃，所述采样管和下分隔管之间置有分隔腔，进一步，所述内衬套外壁上置有导流板，且位于下容置腔内，所述导流板为螺旋板，所述导流板上开有多个贯穿孔，且呈螺线分布。
有益效果。
一、能够提高对易碎岩土位置的采样效果。
二、钻屑和取样分离，能够避免样本的分离破碎。
三、周向环形低温，提高易碎岩层的凝固效率。
四、对土样外层凝固进行分离，采取芯部位置，取样效果更好。
五、先取样，后冷却，不会对对样本外边缘造成挤压。
附图说明
图1为本发明易碎岩层样品采集钻杆结构的结构示意图；
图2为本发明易碎岩层样品采集钻杆结构上固定套的立体拆分图，其仅仅显示了上固定套的结构及和连接套之间的位置关系；
图3为本发明易碎岩层样品采集钻杆结构外钻套的立体结构图；
图4为本发明易碎岩层样品采集钻杆结构内衬套的立体结构图；
图5为本发明易碎岩层样品采集钻杆结构具体实施例2中内衬套的立体结构图；
附图中
其中零件为：钻杆夹头（1），连接套（2），采样管（3），钻杆刃（4），下分隔管（5），外钻套（6），内衬套（7），上固定套（8），取样卡盘（9），内限位台（10），外限位台（11），连通槽（12），内螺纹（13），密封垫（14），外螺纹（15），密封环（16），贯穿孔（17），锥形连通孔（18），内环形槽（19），内托环（20），外环形槽（21），限位环（22），导流槽（23），导流板（24）。
具体实施方式：
实施例1：
本发明易碎岩层样品采集钻杆结构是这样实现的，由钻杆夹头（1）、连接套（2）、采样管（3）、钻杆刃（4）、下分隔管（5）、外钻套（6）、内衬套（7）、上固定套（8）、取样卡盘（9）、内限位台（10）、外限位台（11）、连通槽（12）、内螺纹（13）、密封垫（14）、外螺纹（15）、密封环（16）、锥形连通孔（18）、内环形槽（19）、内托环（20）、外环形槽（21）、限位环（22）和导流槽（23）组成，内托环（20）置于外钻套（6）一端内壁上，所述内托环（20）的内径从下向上逐渐减小，所述外钻套（6）外壁上等距置有多组钻杆刃（4），且同组内的钻杆刃（4）呈环形分布，所述钻杆刃（4）的宽度从一端向另一端逐渐减小，所述外钻套（6）内侧壁上开有内环形槽（19），所述内环形槽（19）一端延伸至内托环（20）位置，下分隔管（5）置于外钻套（6）内，所述下分隔管（5）一端通过外螺纹（15）和外钻套（6）另一端相螺接，所述下分隔管（5）另一端端面上置有密封垫（14），且和内托环（20）相贴合，所述下分隔管（5）上开有多个连通槽（12），且分别和内环形槽（19）另一端相对应连通，所述连通槽（12）的直径从内向外逐渐减小，所述下分隔管（5）内侧壁上置有内螺纹（13），上固定套（8）置于下分隔管（5）一端上，且位于外钻套（6）的上方，所述上固定套（8）一端置有外限位台（11），所述外钻套（6）另一端置有限位斜面，且和外限位台（11）相对应，所述外钻套（6）外径和上固定套（8）外径相等，内限位台（10）置于上固定套（8）内壁上，连接套（2）套置于上固定套（8）另一端上，且和上固定套（8）相螺接，钻杆夹头（1）置于连接套（2）上侧面上，所述钻杆夹头（1）为中空结构，且和上固定套（8）相连通，所述连接套（2）上侧面开有锥形连通孔（18），内衬套（7）一端和下分隔管（5）内壁上的内螺纹（13）相螺接，内衬套（7）另一端向上延伸至和钻杆夹头（1）相贴合，所述内衬套（7）另一端和钻杆夹头（1）之间置有密封环（16），所述内衬套（7）一端的外径大于内衬套（7）另一端的外径，所述内衬套（7）和上固定套（8）之间置有上容置腔，所述内衬套（7）和下分隔管（5）之间置有下容置腔，且和连通槽（12）相连通，限位环（22）置于内衬套（7）外壁上，且和内限位台（10）相对应，所述限位环（22）外侧开有导流槽（23），且连通上容置腔和下容置腔，所述导流槽（23）的宽度从外向内逐渐减小，取样卡盘（9）可拆卸的置于内衬套（7）内，采样管（3）一端和取样卡盘（9）相连接，另一端向下延伸至下分隔管（5）内，所述采样管（3）的另一端置有钻刃，所述采样管（3）和下分隔管（5）之间置有分隔腔，所述下分隔管（5）和上固定套（8）为一体成型。
使用时，当对易碎岩层进行采样时，首先通过钻杆夹头（1）将本发明和外部钻杆相连接，然后向锥形连通孔（18）内注入冷却液，冷却液通过锥形连通孔（18）进入到上容置腔内，然后通过导流槽（23）进入到下容置腔内，下容置腔内的冷却液通过下分隔管（5）上的多个连通槽（12）流进内环形槽（19）内，进而向内环形槽（19）内注满冷却液，然后使外部钻机工作，钻杆通过钻杆夹头（1）带动本发明转动，外钻套（6）通过钻杆刃（4）对岩层进行下钻，采样管（3）跟随本发明向易碎岩层内下钻，在下钻过程中，土样逐渐进入到分隔腔和采样管（3）内，内环形槽（19）内的冷却液对分隔腔内的土样进行冷却凝固，进而使分隔腔内的土样形成保护壳，避免采样管（3）采样口位置的土样掉落，采样管（3）对芯部位置的土样进行分离采集，且在采样过程中，先进行采样，后对外侧的土样进行冷却，在采样管（3）取样时不会对样本外边缘造成挤压，取样完成后，通过取样卡盘（9）将采样管（3）从本发明内部整体取出；
实施例2：
本实施例和实施例1的区别为：所述内衬套（7）外壁上置有导流板（24），且位于下容置腔内，所述导流板（24）为螺旋板，所述导流板（24）上开有多个贯穿孔（17），且呈螺线分布。使用时，在注入冷却液时，通过导流槽（23）流进下容置腔内的冷却液，会沿着导流板（24）进行螺旋流动，进而使冷却液在下容置腔内分布更加均匀；
所述内托环（20）的内径从下向上逐渐减小的设计，能够使内托环（20）的内侧面为斜面，进而土样沿着斜面逐渐入到下分隔管（5）内，进行采样；
所述下分隔管（5）另一端端面上置有密封垫（14），且和内托环（20）相贴合的设计，能够对内环形槽（19）内的冷却液进行密封；
所述连通槽（12）的直径从内向外逐渐减小的设计，便于下容置腔内的冷却也进入到连通槽（12）内；
所述内衬套（7）一端的外径大于内衬套（7）另一端的外径的设计，能够使内衬套（7）和下分隔管（5）之间形成下容置腔，内衬套（7）和上固定套（8）之间形成上容置腔；
所述导流槽（23）的宽度从外向内逐渐减小的设计，增加导流槽（23）内部面积，进而便于上容置腔内的冷却液通过导流槽（23）进入到下容置腔内；
所述采样管（3）的另一端置有钻刃的设计，能够对采样管（3）内外的土样进行分离采样，进而对芯部土样进行分离采样，采样效果更好；
所述下分隔管（5）和上固定套（8）为一体成型的设计，能够提高下分隔管（5）和上固定套（8）的连接强度，整体稳定性更好；
所述外钻套（6）和下分隔管（5）、上固定套（8）、内衬套（7）配合，形成中空区，配合冷却液能够对样本外侧凝固形成保护壳，避免样本松散掉落；
所述采样管（3）和下分隔管（5）、外钻套（6）配合，能够对土样芯部位置进行分离采集，采集土样更好；
取样时，向内环形槽（19）内注入冷却液的设计，能够对土样外层进行冷冻，对芯部土样形成保护壳，避免芯部土样松散掉落；
取样完成后，通过取样卡盘（9）将采样管（3）整体取出的设计，只采用采样管（3）内的土样，对于外层的土样不采用；
取样时，先进行采样，后对土样外层进行冷冻的设计，在采样管（3）取样时不会对样本外边缘造成挤压，不会对土样造成挤压破坏；
达到采用多层结构组合形成环形中空区，配合外部冷冻剂在中空区内低温，使得样本外侧凝固形成保护壳，并通过取样管对芯部位置的土样进行分离采集的目的。
上述实施例为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。
Claims (9)
1.一种易碎岩层样品采集钻杆结构，其特征是：内托环置于外钻套一端内壁上，外钻套外壁上等距置有多组钻杆刃，且同组内的钻杆刃呈环形分布，钻杆刃的宽度从一端向另一端逐渐减小，外钻套内侧壁上开有内环形槽，内环形槽一端延伸至内托环位置，下分隔管置于外钻套内，下分隔管一端通过外螺纹和外钻套另一端相螺接，下分隔管上开有多个连通槽，且分别和内环形槽另一端相对应连通，下分隔管内侧壁上置有内螺纹，上固定套置于下分隔管一端上，且位于外钻套的上方，上固定套一端置有外限位台，外钻套另一端置有限位斜面，且和外限位台相对应，外钻套外径和上固定套外径相等，内限位台置于上固定套内壁上，连接套套置于上固定套另一端上，且和上固定套相螺接，钻杆夹头置于连接套上侧面上，钻杆夹头为中空结构，且和上固定套相连通，连接套上侧面开有锥形连通孔，内衬套一端和下分隔管内壁上的内螺纹相螺接，内衬套另一端向上延伸至和钻杆夹头相贴合，内衬套另一端和钻杆夹头之间置有密封环，内衬套和上固定套之间置有上容置腔，内衬套和下分隔管之间置有下容置腔，且和连通槽相连通，限位环置于内衬套外壁上，且和内限位台相对应，限位环外侧开有导流槽，且连通上容置腔和下容置腔，取样卡盘可拆卸的置于内衬套内，采样管一端和取样卡盘相连接，另一端向下延伸至下分隔管内，采样管和下分隔管之间置有分隔腔，下分隔管和上固定套为一体成型，所述下分隔管另一端端面上置有密封垫，且和内托环相贴合。
2.根据权利要求1所述的一种易碎岩层样品采集钻杆结构，其特征在于所述内衬套外壁上置有导流板，且位于下容置腔内。
3.根据权利要求2所述的一种易碎岩层样品采集钻杆结构，其特征在于所述导流板为螺旋板，所述导流板上开有多个贯穿孔，且呈螺线分布。
4.根据权利要求1所述的一种易碎岩层样品采集钻杆结构，其特征在于所述内托环的内径从下向上逐渐减小。
5.根据权利要求1所述的一种易碎岩层样品采集钻杆结构，其特征在于所述连通槽的直径从内向外逐渐减小。
6.根据权利要求1所述的一种易碎岩层样品采集钻杆结构，其特征在于所述内衬套一端的外径大于内衬套另一端的外径。
7.根据权利要求5所述的一种易碎岩层样品采集钻杆结构，其特征在于所述导流槽的宽度从外向内逐渐减小，增加导流槽内部面积，进而便于上容置腔内的冷却液通过导流槽进入到下容置腔内。
8.根据权利要求1所述的一种易碎岩层样品采集钻杆结构，其特征在于所述采样管的另一端置有钻刃，能够对采样管内外的土样进行分离采样，进而对芯部土样进行分离采样。
9.根据权利要求1所述的一种易碎岩层样品采集钻杆结构，其特征在于所述外钻套和下分隔管、上固定套、内衬套配合，形成中空区，配合冷却液能够对样本外侧凝固形成保护壳，避免样本松散掉落。
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