專利名稱：壓力可調式液壓取樣鉆具的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種海洋工程地質深水鉆探取樣機具，適用于深海砂土層的取樣，特別涉及一種壓力可調式液壓取樣鉆具。
背景技術：
目前，壓力可調式液壓取樣鉆具在國內尚未有人研究，現用的常規(guī)方法為回轉式、 沖擊式取樣或振動式取樣。這些取樣方式通常需要幾分鐘至幾十分鐘，在此時間內由于船的擺動和升沉，將使鉆具提離孔底，使已取得的樣品重新落入孔底，導致取樣工作失敗。美國曾研究一種液壓活塞式取樣器，設計用液力推動內取樣管壓入松散軟土層， 提高了樣品回收率和保持了原狀結構，但其工作過程為液體壓力增加到一定數值后，剪斷銷釘，內取樣筒被推動沿中心導向軸壓入土層進行取樣，其銷釘被剪斷后，斷口變形形成一個不平整的斷面，常發(fā)生阻擋內取樣管向下推進的速度，影響壓入軟層的深度；銷釘的抗剪強度是固定的，當軟土層的密度不同時，推動內取樣管的壓力不能隨之調節(jié)，即松散的軟土層在充滿內取樣管后繼續(xù)被壓縮，使樣品失去了原有的結構，密實的軟土層在不足的液壓推動下，內取樣筒壓入密實的軟土層較淺或壓不進土層，導致取樣效果不好甚至失敗。圖5是已有技術的不可調式液壓取樣鉆具的結構示意圖，其中的內取樣筒8與中心導向軸2相連，密封機構7與中心導向軸2接合，剪切銷11穿過外巖心筒1再穿過中心導向軸2，其抗剪強度是固定值，無法進行調節(jié)，只能進行更換，因此更換過程繁瑣，既耽誤海上作業(yè)時間又影響取樣效果。
發(fā)明內容本實用新型的目的是針對上述現有技術中存在的缺陷，提供一種壓力可調式液壓取樣鉆具，該鉆具可以解決現有深海海洋地質工程鉆探取樣受固定銷釘限制不能調節(jié)液體壓力、影響砂土層取樣的收獲率和保持原生結構的問題。為實現上述目的本實用新型采取的技術方案是一種可調式液壓取樣鉆具，該鉆具包括外巖心筒，置于所述外巖心筒內且與其同軸布置的中心導向軸、內取樣筒和密封機構，所述中心導向軸與內取樣筒同軸地螺紋連接，密封機構與中心導向軸接合，該鉆具還包括至少二個沿所述外巖心筒周向均布的壓力調節(jié)接頭，所述壓力調節(jié)接頭具有呈筒狀的接頭外殼、由頭部、凸臺部和尾部柱體一體地構成的頂針、彈簧、壓蓋，其中，所述接頭外殼固定在所述外巖心筒中且二者的軸心線相互垂直，所述接頭外殼的筒底部有一孔且開放端設有螺紋，所述壓蓋通過所述螺紋與所述接頭外殼相連，彈簧套裝在所述頂針的柱體上且布置在所述接頭外殼的筒狀體內，所述彈簧一端由壓蓋壓緊另一端靠壓在頂針上，所述頂針的頭部通過所述孔伸出。所述壓力調節(jié)接頭的數量為三個。所述壓力調節(jié)接頭的數量為四個。所述彈簧的內徑為Φ6 (^14讓，長度為8-16讓，所述彈簧鋼絲直徑為Φ1 Φ3πιπι。 所述頂針柱體直徑為Φ5 (^13111111，長度為6-14111111。所述頂針頭部形狀為球形其直徑為 Φ 5 ~ Φ 13mm。[0007]所述的壓力可調式液壓取樣鉆具，通過采用壓力可調式結構，用彈簧的壓緊力來調節(jié)中心導向軸的射出速度，被壓緊的頂針頂住中心導向軸的壓力越大，中心導向軸沖出的壓力越大，與中心導向軸一體的內取樣筒射出的速度越高，內取樣筒壓入砂土層的深度就越大?？梢葬槍ι巴翆拥牟煌捕葋磉x擇壓力可調式結構，即兩個壓力可調式接頭周向均布，使頂針呈180°對稱分布；或者是三個壓力可調式接頭周向均布，使頂針呈120°間隔分布；或者是四個壓力可調式接頭周向均布，使頂針呈90°間隔分布。使用帶彈簧結構的頂針，對于不同密實度的軟土層，采用的彈簧彈力不同。通過壓蓋壓緊或松開彈簧可以增加和減少彈力，彈力大的彈簧用于密實度為密實和極密實的砂土層，彈簧彈力中等的用于密實度中密的砂土層，彈簧彈力小的用于密實度為松散的砂土層。利用本實用新型的壓力可調式液壓取樣鉆具，在地表泥漿的作用下，沖洗液通過鉆桿進入壓力可調式液力取樣鉆具，由密封機構將沖洗液封住，沖洗液的壓力不斷增高，達到一定壓力值時，中心導向軸沖開頂針，使內取樣筒快速射入海底砂土層中。然后通過常規(guī)打撈機構將內取樣筒提升至船上，取出內取樣筒中的樣品。可以提高或減小流動液體的壓力，在壓力達到一定值時，中心導向軸脫開頂針4， 帶動內取樣筒快速向下沖擊，以高速度4-6m/s射入海底，壓入砂土層取出海底樣品。取樣工作可以在船擺動的一瞬間(1 2秒)完成。完全克服了船在海上的擺動和升沉帶來的影響。本實用新型與現有技術相比，能方便有效地調節(jié)內取樣管的沖擊壓力，以最佳的沖擊速度壓入砂土層，提高海底樣品的收獲率。

圖1是本實用新型壓力可調式液壓取樣鉆具的結構示意圖；圖2是表示壓力調節(jié)接頭中的頂針呈兩等分結構的示意圖；圖3是表示壓力調節(jié)接頭中的頂針呈三等分結構的示意圖；圖4是表示壓力調節(jié)接頭中的頂針呈四等分結構的示意圖；圖5是已有技術液壓剪切式接頭結構示意圖。其中1一外巖心筒、2—中心導向軸、3—接頭外殼、4一頂針、5—彈簧、6—壓蓋、 7-密封機構、8—內取樣筒。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。如圖1所示，本實用新型的壓力可調式液壓取樣鉆具包括外巖心筒1，置于所述外巖心筒ι內且與其同軸布置的中心導向軸2、內取樣筒8和密封機構7，中心導向軸2與內取樣筒8同軸地螺紋連接，密封機構7與中心導向軸2接合；該鉆具還包括沿著外巖心筒 1周向均布的二個壓力調節(jié)接頭。該壓力調節(jié)接頭由呈筒狀的接頭外殼3、頂針4、彈簧5、 壓蓋6組成。接頭外殼3固定在外巖心筒1的周壁上且二者的軸心線相互垂直，接頭外殼3 的筒底部有一孔且筒的開放端設有螺紋，壓蓋6通過該螺紋與接頭外殼3相連。頂針4由球形頭部、圓形凸臺與尾部柱體構成為一體，彈簧5套裝在頂針4的柱體上且布置在所述接頭外殼3的筒狀體內，彈簧5的一端由壓蓋6壓緊另一端靠在頂針4的凸臺上，頂針4的頭部可以通過設于接頭外殼3筒底部的孔伸出，頂住中心導向軸2。通過旋轉壓蓋1來壓縮彈簧5，使頂針4的球形頭部頂住中心導向軸2。當液體進入外巖心筒1和內取樣筒之間時密封機構7將液體封住，直至壓力升至一定數值時，頂針4從中心導向軸2脫開，使內取樣筒8 快速下滑，直至壓入海底砂土層中，將樣品取上。優(yōu)選頂針4柱體的直徑為Φ5 Φ 13mm， 長度為6-14mm，球形頭部直徑為Φ5 Φ 13mm。彈簧5為壓縮彈簧，優(yōu)選其內徑為Φ6 Φ 14mm,長度為8-16mm，彈簧鋼絲直徑為Φ1 Φ3πιπι。圖2、圖3、圖4示出了頂針組件，即壓力調節(jié)接頭的三種結構示意圖，圖2為有二個壓力調節(jié)接頭且均布的兩等分結構、頂針4 呈180°對稱分布，圖3為有三個壓力調節(jié)接頭且均布的三等分結構，頂針4呈120°間隔布置，圖4為有四個壓力調節(jié)接頭且均布的四等分結構，頂針4呈90°間隔布置。由此，可以制成三種不同類型的壓力可調式液壓取樣鉆具。每一類型的壓力可調式液壓取樣鉆具的調節(jié)壓蓋6皆可左旋或右旋使彈簧5松馳或壓緊，頂針4隨之減小或增加對中心導向軸2 的壓力，從而達到調節(jié)壓力的目的。使用本實用新型，當壓力調節(jié)接頭中的頂針、彈簧受壓，致使內取樣管推力從 IOMpa增加到20Mpa時，壓入土層的深度從Im增加至5m，即液力推動內取樣管的壓力可隨頂針、彈簧的壓縮力調節(jié)，可實現按地質工程設計取樣深度要求而設定的液體推力的數值， 極大地提高樣品的原狀結構和樣品回收率。通過調整壓力使中心導向軸2脫開頂針4帶動內取樣筒快速向下沖擊，其可以最高為4-6m/s的速度射入海底、壓入砂土層取出海底樣以上描述是本實用新型對現有技術液壓式取樣鉆具的結構的改進，其壓力可調式液壓取樣鉆具的強度和原已有技術液壓取樣鉆具一樣，不會在鉆進取樣中發(fā)生鉆具折斷現象，因此，不但可以筒化壓力調節(jié)過程，還可以大幅度提高取樣效果。
權利要求1.一種壓力可調式液壓取樣鉆具，該鉆具包括外巖心筒(1)，置于所述外巖心筒(1) 內且與其同軸布置的中心導向軸(2)、內取樣筒(8)和密封機構(7)，所述中心導向軸(2)與所述內取樣筒(8)同軸且螺紋連接，所述密封機構(7)與所述中心導向軸(2)接合，其特征在于，還包括至少二個沿所述外巖心筒(1)周向均布的壓力調節(jié)接頭，所述壓力調節(jié)接頭具有呈筒狀的接頭外殼(3)、由頭部、凸臺部和尾部柱體構成為一體的頂針(4)、彈簧(5)、壓蓋(6)，其中，所述接頭外殼(3)固定在所述外巖心筒(1)中且二者的軸心線相互垂直，所述接頭外殼(3)的筒底部有一孔且筒的開放端設有螺紋，所述壓蓋(6)通過所述螺紋與所述接頭外殼(3)相連，所述彈簧(5)套裝在所述頂針(4)的所述柱體上且布置在所述接頭外殼 (3 )的筒狀體內，所述彈簧(5 ) —端由所述壓蓋(6 )壓緊另一端靠在所述頂針(4 )的凸臺上， 所述頂針(4)的頭部通過所述孔伸出。
2.按照權利要求1所述的壓力可調式液壓取樣鉆具，其特征在于，所述壓力調節(jié)接頭的數量為三個。
3.按照權利要求1所述的壓力可調式液壓取樣鉆具，其特征在于，所述壓力調節(jié)接頭的數量為四個。
4.按照權利要求1-3之一所述的壓力可調式液壓取樣鉆具，其特征在于，所述彈簧的內徑為Φ6 (35 14讓，長度為8-16讓，所述彈簧鋼絲直徑為Φ1 Φ 3mm。
5.如權利要求4所述的壓力可調式液壓取樣鉆具，其特征在于，所述頂針(4)柱體直徑為Φ5 Φ 13mm，長度為6_14mm。
6.如權利要求5所述的壓力可調式液壓取樣鉆具，其特征在于，所述頂針(4)頭部形狀為球形其直徑為Φ5 Φ 13mm。
專利摘要本實用新型涉及一種壓力可調式液壓取樣鉆具。該鉆具包括由外巖心筒、中心導向軸和內取樣筒構成的取樣組件，密封機構及壓力調節(jié)接頭，壓力調節(jié)接頭中設有帶彈簧的頂針。密封機構將鉆桿中流動的液體密封住，當達到一定壓力時，頂開頂在內取樣管的帶彈簧頂針，內取樣管以極高的速度沿中心導向軸射入海底，壓入土層，可取出海底原狀不撓動的土樣。本實用新型克服了銷釘剪切式取樣鉆具的更換繁瑣，壓力不易精確調整的問題，大幅度提高樣品的回收率和原狀結構。
文檔編號E21B49/02GK202220601SQ20112029507
公開日2012年5月16日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權日2011年8月15日
發(fā)明者馮美貴, 吳秋云, 張建元, 歐陽志勇, 段寶生, 沈立娜, 王明田, 翁偉, 蔣衛(wèi)焱, 蔡家品, 賈美玲, 趙爾信, 阮海龍 申請人:中海油田服務股份有限公司, 北京探礦工程研究所