CN111122238A - 一种随钻定点密闭取样装置及取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随钻定点密闭取样装置以及取样方法，包括取芯外筒、PDC开闭钻头，所述取芯外筒内依次套设有下密封装置、取芯内筒和取芯中筒，所述下密封装置一端套设在取芯内筒内，所述下密封装置中间设有解吸口，所述解吸口内设有中空内六角螺栓，所述中空内六角螺栓一侧设有橡胶垫，所述下密封装置上还一体成型有止行腔，所述取芯中筒内设置有球阀和球阀开关，所述球阀和取芯内筒之间设置有球阀密封垫，所述下密封套设在取芯内筒内，所述球阀开关边缘设置有齿盘，取样步骤为：1、安装取芯外筒；2、煤样取芯；3、煤样密闭；发明便于拆卸和维护，与各种钻机、钻具、乳化液泵、瓦斯解吸仪等设备的配套和衔接十分方便，取芯过程操作简单。

Description

一种随钻定点密闭取样装置及取样方法

技术领域

本发明涉及煤矿井取样技术领域，特别是涉及一种随钻定点密闭取样装置及取样方法。

背景技术

瓦斯灾害是高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井最主要的灾害之一，也是制约其生产的主要瓶颈之一。煤层瓦斯含量是矿井瓦斯灾害防治、煤层瓦斯预抽效果评估、煤层气资源评价和开发等相关领域的重要基础参数。尤其是突出煤层预抽煤层瓦斯后的效果检验，相对准确、可靠地测定煤层瓦斯含量，是工作面实现安全采掘的重要依据。随着“两个四位一体”综合防突措施的深入落实，以及千米定向钻机施工装备和技术日益成熟，定向长钻孔大面积预抽煤层瓦斯成为有效的区域瓦斯治理技术途径。然而，与之相适应的深孔取样装备和技术研究，成为该区域治理技术措施推广应用的主要技术瓶颈。

目前，煤层井下瓦斯含量直接测定常用方法有钻屑取样法、套管取样法、压风取样法和密封取样法等技术，以上方法均存在一定的弊端：①钻屑取样法操作简单、取样迅速，但其最大的缺陷在于所取得的煤样纯度不高，“混样”现象严重，且煤样破碎；②套管取样法可以真正做到定点取样，但取样耗时远大于(GB/T 23250－2009)《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》中对取样用时不超过5 min 的规定，且退钻过程煤样瓦斯长时间持续逸散，损失量很难准确推算；③压风取样法只适用于短孔（100m以内）快速定点取样，钻孔较深时由于压风引射产生的负压较低，不足以取出煤样，且由于取样过程中煤样解吸环境压力变化，瓦斯损失量推算方法复杂；④密封取样法能够实现煤样的定点密封采集，但由于现有的密封取芯装置操作工艺复杂、受适用条件影响较大，同时缺乏合理的瓦斯损失量推算方法。因此，研发一种可以随钻定点密闭取样装置，该装置适合穿层钻孔、煤层钻孔取样，可边钻进边取样，避免二次起钻煤样长时间暴露的情况，对提高瓦斯含量测定准确性有重要意义。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种随钻定点密闭取样装置，可有效提高钻孔煤层瓦斯含量测定准确性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种随钻定点密闭取样装置，包括取芯外筒、与取芯外筒末端通过螺纹连接的PDC开闭钻头，所述取芯外筒外壁上设若干限位机构，所述限位机构包括限位孔，所述限位孔内设有限位销钉，所述取芯外筒内依次套设有下密封装置、取芯内筒和取芯中筒，所述下密封装置一端套设在取芯内筒内，所述下密封装置中间设有解吸口，所述解吸口内设有中空内六角螺栓，所述中空内六角螺栓一侧设有橡胶垫，所述橡胶垫位于解析口内，所述下密封装置上还一体成型有止行腔，所述止行腔内设有逆止装置； 所述取芯中筒内设置有球阀和球阀开关，所述球阀和取芯内筒之间设置有球阀密封垫，所述下密封套设在取芯内筒内，所述球阀开关边缘设置有齿盘。

进一步的，所述下密封装置外圈与取芯内筒内圈之间设有密封圈。

进一步的，所述取芯外筒和取芯中筒之间设有若干组固定螺栓。

进一步的，所述球阀开关部位设置有长圆形齿槽，所述长圆形齿槽与球阀开关的齿盘啮合，所述取芯中筒的外侧筒壁上沿轴向设置有若干导流槽。

进一步的，所述限位机构至少有两组。

一种随钻定点密闭取样装置的取样方法，按照如下步骤进行:

S1：安装取芯外筒，将权利要求1所述的取芯外筒与钻杆连接，送入钻孔。

S2：取芯过程：使用高压水截断取芯内筒的第一道限位销钉，取芯内筒整体向PDC钻头方向移动，顶开PDC钻头的“横梁”，取芯钻头伸到PDC钻头外，取芯内筒移动的过程中，带动齿轮在取芯中筒的齿盘上旋转，从而打开球阀，逆止装置固定取芯筒后，取芯内筒随钻机钻杆推进，带动取芯钻头钻取煤芯，煤芯挤压隔水球，通过密封球阀后进入取芯筒内，直至取芯筒填满。

S3：煤样密闭：更换高压水，使用高压水截断取芯筒的第二道限位销钉，高压水推动取芯内筒向前移动，取芯内筒带动齿轮在取芯中筒上的齿盘旋转，球阀由打开状态变成关闭状态，将所取煤芯封闭在取芯内筒中，完成煤样采集、密闭。

采用上述技术方案，本发明的有益效果：

本发明便于拆卸和维护，与各种钻机、钻具、乳化液泵、瓦斯解吸仪等设备的配套和衔接十分方便，取芯过程操作简单，不仅具备岩芯管定点取样准确、完整、快速地提取高质量煤芯样品的特点；同时能够在孔底通过取芯内筒前端球阀旋转割断煤芯，保证取芯后煤芯及时完全封闭在取芯内筒中，并实现解吸仪与取样装置直接相连完成井下解吸，最大限度避免瓦斯逸散损失，提高了深孔瓦斯含量直接测定的准确性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中：PDC开闭钻头1、取芯外筒2、取芯中筒3、固定螺栓4、隔水球5、取芯钻头6、上密封圈7、球阀8、球阀开关9、球阀密封垫10、取芯内筒11、限位机构12、限位孔121、限位销钉122、下密封装置13、橡胶垫14、中空内六角螺栓15、逆止装置16、横梁17。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明：

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

结合图1所示：一种随钻定点密闭取样装置，包括取芯外筒2、与取芯外筒2末端通过螺纹连接的PDC开闭钻头1，所述取芯外筒2外壁上设若干限位机构12，所述限位机构包括限位孔121，所述限位孔内设有限位销钉122，所述取芯外筒2内依次套设有下密封装置13、取芯内筒11和取芯中筒3，所述下密封装置13一端套设在取芯内筒11内，所述下密封装置13中间设有解吸口，所述解吸口内设有中空内六角螺栓15，所述中空内六角螺栓15一侧设有橡胶垫14，所述橡胶垫14位于解析口内，所述下密封装置13上还一体成型有止行腔，所述止行腔内设有逆止装置16； 所述取芯中筒3内设置有球阀8和球阀开关9，所述球阀8和取芯中筒3之间设置有球阀密封垫10，上密封圈7，所述上密封圈7设在取芯中筒3内，所述球阀开关9边缘设置有齿盘。

本实施例中，所述下密封装置13外圈与取芯内筒11内圈之间设有密封圈。

本实施例中，所述取芯外筒2和取芯中筒3之间设有若干组固定螺栓4。

本实施例中，所述球阀开关9部位设置有长圆形齿槽，所述长圆形齿槽与球阀开关9的齿盘啮合，所述取芯中筒3的外侧筒壁上沿轴向设置有若干导流槽。

本实施例中，所述限位机构12至少有两组。

一种随钻定点密闭取样装置的取样方法，按照如下步骤进行:

S1：安装取芯外筒2，将权利要求1所述的取芯外筒2与钻杆连接，送入钻孔。

S2：取芯过程：使用高压水截断取芯内筒11的第一道限位销钉，取芯内筒11整体向PDC钻头方向移动，顶开PDC钻头的横梁17，取芯钻头6伸到PDC钻头外，取芯内筒11移动的过程中，带动齿轮在取芯中筒3的齿盘上旋转，从而打开球阀8，逆止装置16固定取芯筒后，取芯内筒11随钻机钻杆推进，带动取芯钻头6钻取煤芯，煤芯挤压隔水球5，通过密封球阀8后进入取芯筒内，直至取芯筒填满。

S3：煤样密闭：更换高压水，使用高压水截断取芯筒的第二道限位销钉，高压水推动取芯内筒11向前移动，取芯内筒11带动齿轮在取芯中筒3上的齿盘旋转，球阀8由打开状态变成关闭状态，将所取煤芯封闭在取芯内筒11中，完成煤样采集、密闭。

本发明便于拆卸和维护，与各种钻机、钻具、乳化液泵、瓦斯解吸仪等设备的配套和衔接十分方便，取芯过程操作简单，不仅具备岩芯管定点取样准确、完整、快速地提取高质量煤芯样品的特点；同时能够在孔底通过取芯内筒前端球阀旋转割断煤芯，保证取芯后煤芯及时完全封闭在取芯内筒中，并实现解吸仪与取样装置直接相连完成井下解吸，最大限度避免瓦斯逸散损失，提高了深孔瓦斯含量直接测定的准确性。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种随钻定点密闭取样装置，包括取芯外筒、与取芯外筒末端通过螺纹连接的PDC开闭钻头，其特征在于，所述取芯外筒外壁上设若干限位机构，所述限位机构包括限位孔，所述限位孔内设有限位销钉，所述取芯外筒内依次套设有下密封装置、取芯内筒和取芯中筒，所述下密封装置一端套设在取芯内筒内，所述下密封装置中间设有解吸口，所述解吸口内设有中空内六角螺栓，所述中空内六角螺栓一侧设有橡胶垫，所述橡胶垫位于解析口内，所述下密封装置上还一体成型有止行腔，所述止行腔内设有逆止装置；

所述取芯中筒内设置有球阀和球阀开关，所述球阀和取芯中筒之间设置有球阀密封垫，上密封圈，所述上密封圈设在取芯中筒内，所述球阀开关边缘设置有齿盘。

2.根据权利要求1所述的随钻定点密闭取样装置，其特征在于，所根据权利要求1所述的随钻定点密封取样装置，其特征在于，所述下密封装置外圈与取芯内筒内圈之间设有密封圈。

3.根据权利要求1所述的随钻定点密封取样装置，其特征在于，根据权利要求1所述的随钻定点密封取样装置，其特征在于，所述取芯外筒和取芯中筒之间设有若干组固定螺栓。

4.根据权利要求1所述的随钻定点密封取样装置，其特征在于，所述球阀开关部位设置有长圆形齿槽，所述长圆形齿槽与球阀开关的齿盘啮合，所述取芯中筒的外侧筒壁上沿轴向设置有若干导流槽。

5.根据权利要求1所述的随钻定点密封取样装置，其特征在于，所述限位机构至少有两组。

6.一种随钻定点密闭取样装置的取样方法，其特征在于按照如下步骤进行：

S1：安装取芯外筒，将权利要求1所述的取芯外筒与钻杆连接，送入钻孔；

S2：取芯过程：使用高压水截断取芯内筒的第一道限位销钉，取芯内筒整体向PDC钻头方向移动，取芯钻头伸到PDC钻头外，取芯内筒移动的过程中，带动齿轮在取芯中筒的齿盘上旋转，从而打开球阀，逆止装置固定取芯筒后，取芯内筒随钻机钻杆推进，带动取芯钻头钻取煤芯，煤芯挤压隔水球，通过密封球阀后进入取芯筒内，直至取芯筒填满；

S3：煤样密闭：更换高压水，使用高压水截断取芯筒的第二道限位销钉，高压水推动取芯内筒向前移动，取芯内筒带动齿轮在取芯中筒上的齿盘旋转，球阀由打开状态变成关闭状态，将所取煤芯封闭在取芯内筒中，完成煤样采集、密闭。

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