專利名稱：鎖水型松散地層取樣鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及取樣鉆具領(lǐng)域，特別涉及一種適應(yīng)松散地層的取樣鉆具。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，對土壤進行取樣時往往采用半合管、多層管、活塞鉆具等取樣鉆具，如專利號為“CN201120048021.2”、專利名稱為“水平定向無粘性土取樣鉆具”提供一種取樣鉆具，包括在外力作用下轉(zhuǎn)動掘進的外層管，以及作為土樣封裝管的內(nèi)層管，還包括固定土樣的卡簧，所述卡簧一端與內(nèi)層管前端相連，另一自由端設(shè)有若干片狀齒，所述片狀齒隨卡簧和內(nèi)層管相對外層管向前移動封裝土樣時，在外層管的內(nèi)臺階斜面作用下向軸心處收縮并固定所采集土樣。這種取樣鉆具在進行水平取樣時固然能起到保持所取樣品的原有形態(tài)，然而，當在松散地層中進行豎直取樣時，由于樣品自重及提心過程的晃動，卡簧往往難以抓住心管中樣品，造成丟心現(xiàn)象，使得取樣率低下、難以達到鉆探取樣的質(zhì)量要求，丟 失了重要的地層信息。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型的目的在于提供一中能適應(yīng)松散地層的高效取樣鉆具，可實現(xiàn)對砂土層、土層、含礫石層等松散、破碎地層的高效、高質(zhì)量取樣，并且取得的樣品保真度好，特別是能使地層層序狀態(tài)保存良好。本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的鎖水型松散地層取樣鉆具，包括鉆頭、外筒體和取芯管，所述鉆頭連接在所述外筒體的下端，所述取芯管設(shè)置在所述外筒體的內(nèi)部，還包括活塞、倉座和封堵開關(guān)，所述活塞設(shè)置在所述取芯管的內(nèi)部，取芯管的上部連接有一個倉座，所述倉座與所述取芯管密封連接，所述倉座底面具有與所述取芯管連接的通孔，所述通孔處設(shè)置有封堵開關(guān)，在所述倉座的壁上開有水孔。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，所述封堵開關(guān)為封堵閥，所述封堵閥具有閥蓋、連接部和封堵部，所述閥蓋通過壓縮彈簧支撐在所述倉座的底面上，所述連接部穿過所述倉座底面的通孔連接所述閥蓋和所述封堵部，所述連接部的直徑小于所述倉座上通孔的內(nèi)徑，所述封堵部為圓錐形，所述倉座的底面下端具有與所述封堵部相應(yīng)的面域。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，還包括管狀鉆具上接頭，所述鉆具上接頭安裝在所述倉座的上部。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，還包括管狀鉆桿接頭以及管狀鉆桿接頭內(nèi)孔中的固定環(huán)、定位塊和彈簧座，所述管狀鉆桿接頭插入所述鉆具上接頭內(nèi)并與所述鉆具上接頭密封配合，所述彈簧座和所述定位塊與所述管狀鉆桿接頭間隙配合，所述彈簧座與所述定位塊之間設(shè)置有壓縮彈簧。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，所述定位塊分為上下兩部分，所述上下兩部分均為圓柱形，所述上部分的直徑比所述下部分的直徑小，所述上部分和所述下部分的過渡面為圓錐面，在相對所述過渡面下邊緣的管狀鉆桿接頭的壁上開有多個懸掛孔，在所述鉆具上接頭內(nèi)壁相對所述懸掛孔的位置上開有環(huán)形的懸掛槽，在所述懸掛孔與所述懸掛槽形成的空間內(nèi)設(shè)置懸掛鋼球。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，所述固定環(huán)通過螺釘固定在所述定位塊上方的所述管狀鉆桿接頭上，所述固定環(huán)的內(nèi)徑大于所述定位塊上部分的直徑，在所述管狀鉆桿接頭的外壁上設(shè)置有臺肩，所述臺肩與所述鉆具上接頭的間距小于所述定位塊上部高度。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，所述彈簧座下底面為錐形結(jié)構(gòu)且位于所述倉座內(nèi)，所述彈簧座的下底面與所述閥蓋不接觸，距離< 1mm。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，所述懸掛鋼球的外層鍍有黃銅層。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，所述鉆頭與所述外筒體通過螺紋連接，所述鉆 頭在與所述外筒體連接處的下方具有內(nèi)凸緣。上述的鎖水型松散地層取樣鉆具，所述取芯筒和所述鉆具上接頭之間設(shè)置有密封圈，所述活塞與所述取芯筒之間也設(shè)置有密封圈。本實用新型的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單、可實現(xiàn)對砂土層、土層、含礫石層等松散、破碎地層的高效、高質(zhì)量取樣，并且取得的樣品無擾動、保真度好，取樣率高樣品，特別是能使地層層序狀態(tài)保存良好，適用于松散、破碎等地層的環(huán)境取樣、工勘取樣等

圖I為本實用新型鎖水型松散地層取樣鉆具主視結(jié)構(gòu)示意圖圖中1-臺肩，2-管狀鉆桿接頭，3-固定環(huán)，4-定位塊，5-鉆具上接頭，6-倉座，7-取芯管，8-鉆頭，9-彈簧座，10-閥蓋，11-連接部，12-外筒體，13-活塞，14-封堵部，15-懸掛鋼球，16-脫卡器。
具體實施方式
結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的說明如圖I所示，本實用新型鎖水型松散地層取樣鉆具，包括鉆頭8、外筒體12和取芯管7，外筒體12下方螺紋連接有鉆頭8，鉆頭8的外徑大于外筒體12的外徑，這樣可以保證倉座6上的水孔與周圍土壤之間有一定的空隙，所述取芯管7設(shè)置在所述外筒體12的內(nèi)部，還包括活塞13、倉座6和封堵開關(guān)，所述活塞13為圓筒形密封活塞，在所述圓筒形密封活塞的外側(cè)設(shè)置有凹槽，在凹槽內(nèi)設(shè)置有密封圈，所述鉆頭8與所述外筒體12螺紋連接，所述鉆頭8在與所述外筒體12連接處的下方具有內(nèi)凸緣，以防止取心管從外筒體12中滑出，所述密封活塞13外徑比鉆頭8內(nèi)徑略大，以防止密封活塞13從取芯管7中滑出，所述活塞13設(shè)置在所述取芯管7的內(nèi)部，所述活塞13可在取芯管7的內(nèi)部自由滑動，取芯管7的上部連接有一個倉座6，所述倉座6下方為圓柱形，大小與取芯管7內(nèi)徑大小相匹配，倉座6和取芯管7為過盈配合，所述倉座6上方帶有螺紋，與鉆具上接頭5通過螺紋連接，倉座6為內(nèi)空結(jié)構(gòu)，所述倉座6底面具有與所述取芯管7連接的通孔，所述通孔處設(shè)置有封堵開關(guān)，所述封堵開關(guān)為一個封堵閥，所述封堵閥具有閥蓋10、連接部11、封堵部14，在連接部11上套有一個壓縮彈簧，壓縮彈簧下端固定在倉座6的底面上，所以所述封堵部14能夠?qū)}座6底面的通孔密封，所述閥蓋10通過壓縮彈簧支撐在所述倉座6的底面上，由于壓縮彈簧所述連接部11穿過所述倉座6底面的通孔連接所述閥蓋10和所述封堵部14，所述連接部11的直徑小于所述倉座6上通孔的直徑，所述封堵部14為圓錐形，所述倉座6的底面具有與所述封堵部14相應(yīng)的面域，圓錐形結(jié)構(gòu)具有良好的密封和回中的效果，所以不需要對所述封堵閥進行限位。在所述倉座6的壁上開有水孔，準備下鉆具前，在地表通過倉座6上的水孔向倉座內(nèi)注水，封堵閥由于受水的壓力的作用打開，使得倉座內(nèi)的水能進入到取芯管7中，取芯管7內(nèi)部灌滿水后，由封堵部14將取芯管7密封，由于受到水的重力作用，密封活塞13初始處在取芯管7最下方。本實用新型鎖水型松散地層取樣鉆具還包括管狀鉆桿接頭2、固定環(huán)3、定位塊4和彈簧座9，所述管狀鉆桿接頭2與所述鉆具上接頭5間隙配合，在鉆具上接頭5上開有凹槽，在凹槽內(nèi)設(shè)置有密封圈，設(shè)置密封圈的作用是增大管狀鉆桿接頭2和鉆具上接頭5之間的密封效果，使得在高壓注水時不能從管狀鉆桿接頭2和鉆具上接頭5之間間隙泄壓可以迅速有效使活塞復(fù)位，所述彈簧座9與所述管狀鉆桿接頭2螺紋連接，所述定位塊4與所述管狀鉆桿接頭2間隙配合，所述彈簧座9與所述定位塊4之間設(shè)置有壓縮彈簧，所述定位塊4分為上下兩部分，所述上下兩部分均為圓柱形，所述上部分的直徑比所述下部分的直徑小，所述上部分和所述下部分的過渡面為圓錐面，定位塊4的這種結(jié)構(gòu)是為了能被懸掛鋼 球15卡住，在相對所述過渡面下邊緣的管狀鉆桿接頭上開有多個懸掛孔，在所述鉆具上接頭5內(nèi)壁相對所述懸掛孔的位置上開有環(huán)行的懸掛槽，在所述懸掛孔與所述懸掛槽形成的空間內(nèi)設(shè)置懸掛鋼球15,懸掛鋼球15的外層鍍有黃銅層,這樣可以充分的減緩懸掛鋼球15由于摩擦和碰撞的損耗而對其進行更換的周期，所述固定環(huán)3通過螺釘固定在所述定位塊4上方的管狀鉆桿接頭2上，所述固定環(huán)3的內(nèi)徑小于所述定位塊4上部分的直徑，以保證定位塊4能夠限定在固定環(huán)3的下方，在所述管狀鉆桿接頭2的外壁上設(shè)置有臺肩1，所述臺肩I與所述鉆具上接頭5的間距小于所述管狀鉆桿接頭2上開有的孔的直徑，設(shè)置臺肩I的目的就在于限制管狀鉆桿接頭2的移動距離，使得其不能無限制的移動，所述彈簧座9下底面為圓錐形結(jié)構(gòu)，所述彈簧座9的下底面與所述閥蓋10不接觸，彈簧座9下底面為圓錐形結(jié)構(gòu)的好處在于減少下落時倉座6內(nèi)水的阻力，使與管狀鉆桿接頭2下行時準確、及時打開封堵閥。當鉆具下放到預(yù)定深度時，投入桿狀的脫卡器16，定位塊4在脫卡器16的沖擊下，彈簧被壓縮，定位塊4下行，使懸掛鋼球15脫開；管狀鉆桿接頭2下行帶動錐閥11下行，定位塊并且被懸掛鋼球15卡住，無法復(fù)位，要求脫卡器16下降時的動能大于彈簧的勢能，下放管狀鉆桿接頭2上部的鉆柱，定位塊4、管狀鉆桿接頭2，以及整個鉆桿整體下行，使管狀鉆桿接頭2的臺肩I與鉆具上接頭5上部端面接觸，運動到位；彈簧座9、閥蓋10 —起下行推開封堵部14，開始鉆進取樣，活塞13在樣品的推動下上行，使取芯管7中水可以從高壓倉座6壁面的水孔中自由流出，鉆頭8朝下鉆進時，所取的樣品由鉆頭8的圓環(huán)空間進入取芯管7中，同時，推動密封活塞13向上運動，繼續(xù)鉆進至取芯管7中的水全部排出，或者鉆進取樣到指定要求時，上提鉆具，管狀鉆桿接頭2上行，彈簧座9與閥蓋8脫離，封堵部14在彈簧的恢復(fù)力的作用下關(guān)閉，同時，樣品在重力的作用下略微下行，形成上部負壓，避免樣品從下部脫落，提鉆直到將鉆具提到地表面，擰開鉆頭8，將取芯管7整體拉出，則樣品可完整取出。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、可實現(xiàn)對砂土層、土層、含礫石層等松散、破碎地層的高效、高質(zhì)量取樣，并且取得的樣品無擾動、保真度 好，取樣率高樣品，特別是能使地層層序狀態(tài)保存良好，適用于松散、破碎等地層的環(huán)境取樣、工勘取樣等。
權(quán)利要求1.鎖水型松散地層取樣鉆具，包括鉆頭(8)、外筒體(12)和取芯管(7)，所述鉆頭(8)連接在所述外筒體(12)的下端，所述取芯管(7)設(shè)置在所述外筒體(12)的內(nèi)部，其特征在于，還包括活塞(13)、倉座(6)和封堵開關(guān)，所述活塞(13)設(shè)置在所述取芯管(7)的內(nèi)部，取芯管(7)的上部連接有一個倉座￠)，所述倉座(6)與所述取芯管(7)密封連接，所述倉座(6)底面具有與所述取芯管(7)連接的通孔，所述通孔處設(shè)置有封堵開關(guān)，在所述倉座(6)的壁上開有水孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，所述封堵開關(guān)為封堵閥，所述封堵閥通過壓縮彈簧設(shè)置在所述倉座出)的底面上，所述封堵閥具有閥蓋(10)、連接部(11)和封堵部(14)，所述閥蓋(10)通過壓縮彈簧支撐在所述倉座(6)的底面上，所述連接部(11)穿過所述倉座(6)底面的通孔連接所述閥蓋(10)和所述封堵部(14)，所述連接部(11)的直徑小于所述倉座(6)上通孔的內(nèi)徑，所述封堵部(14)為圓錐形，所述倉座(6)的底面具有與所述封堵部(14)相應(yīng)的面域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，還包括管狀鉆具上接頭(5)，所述鉆具上接頭(5)安裝在所述倉座￠)的上部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，還包括管狀鉆桿接頭(2)以及管狀鉆桿接頭(2)內(nèi)孔中的固定環(huán)(3)、定位塊(4)和彈簧座(9)，所述管狀鉆桿接頭(2)插入所述鉆具上接頭(5)內(nèi)并與所述鉆具上接頭(5)密封配合，所述彈簧座(9)和所述定位塊(4)與所述管狀鉆桿接頭(2)間隙配合，所述彈簧座(9)與所述定位塊(4)之間設(shè)置有壓縮彈簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，所述定位塊(4)分為上下兩部分，所述上下兩部分均為圓柱形，所述上部分的直徑比所述下部分的直徑小，所述上部分和所述下部分的過渡面為圓錐面，在相對所述過渡面下邊緣的管狀鉆桿接頭(2)的壁上開有多個懸掛孔，在所述鉆具上接頭(5)內(nèi)壁相對所述懸掛孔的位置上開有環(huán)形的懸掛槽，在所述懸掛孔與所述懸掛槽形成的空間內(nèi)設(shè)置懸掛鋼球(15)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，所述固定環(huán)(3)通過螺釘固定在所述定位塊(4)上方的所述管狀鉆桿接頭(2)上，所述固定環(huán)(3)的內(nèi)徑大于所述定位塊(4)上部分的直徑，在所述管狀鉆桿接頭(2)的外壁上設(shè)置有臺肩(1)，所述臺肩(I)與所述鉆具上接頭(5)的間距小于所述定位塊(4)上部高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，所述彈簧座(9)下底面為錐形結(jié)構(gòu)且位于所述倉座(6)內(nèi)，所述彈簧座的下底面與所述閥蓋(10)不接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，所述懸掛鋼球(15)的外層鍍有黃銅層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，所述鉆頭(8)與所述外筒體(12)通過螺紋連接，所述鉆頭(8)在與所述外筒體(12)連接處的下方具有內(nèi)凸緣。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎖水型松散地層取樣鉆具，其特征在于，所述取芯筒(7)和所述鉆具上接頭(5)之間設(shè)置有密封圈，所述活塞(13)與所述取芯筒(7)之間也設(shè)置有密封圈。
專利摘要本實用新型公開鎖水型松散地層取樣鉆具，包括鉆頭、外筒體和取芯管，所述鉆頭連接在所述外筒體的下端，所述取芯管設(shè)置在所述外筒體的內(nèi)部，還包括活塞、倉座和封堵開關(guān)，所述活塞設(shè)置在所述取芯管的內(nèi)部，取芯管的上部連接有一個倉座，所述倉座與所述取芯管密封連接，所述倉座底面具有與所述取芯管連接的通孔，所述通孔處設(shè)置有封堵開關(guān)，在所述倉座的壁上開有水孔。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、可實現(xiàn)對砂土層、土層、含礫石層等松散、破碎地層的高效、高質(zhì)量取樣，并且取得的樣品無擾動、保真度好，取樣率高樣品，特別是能使地層層序狀態(tài)保存良好，適用于松散、破碎等地層的環(huán)境取樣、工勘取樣等。
文檔編號E21B49/02GK202510116SQ20112056943
公開日2012年10月31日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者劉寶林, 王瑜 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)