一种海洋多种地层低扰动取样器具的制作方法

本实用新型涉取样技术领域，特别涉及一种海洋多种地层低扰动取样器具。

背景技术：

海洋面积占据了地球表面积的70％左右，其中蕴藏了丰富的油气及矿产资源，同时伴随着跨海大桥、海洋风能利用及填海造陆等工程项目的大面积铺开，海底地层的物理、化学性质成为资源勘探开发、工程实施的必备条件之一，而钻井取样又是获取海底地层物化性质最直接、最准确的技术手段。目前近海钻探取样主要采用无隔水管钻井的方式，采用绳索取样或者提钻取样，取样技术比较单一，然而海底地层比较多样，导致岩心采取率普遍不高，尤其是松散的砂层或是特别坚硬的透镜状夹层，进而影响相关海域地层评价的准确性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决海底地层多变，而取样技术单一而导致取样率不高的难题，而提供一种海洋多种地层低扰动取样器具。

一种海洋多种地层低扰动取样器具，包括冲击剪切取样器具、超前取样器具、大直径取样器具，冲击剪切取样器具设置在外管总成中，超前取样器具设置在外管总成中，大直径取样器具设置在外管总成中；

具体的，根据对不同的海底地层结构取样，选取冲击剪切取样器具、超前取样器具、大直径取样器具分别安装于外管总成中，对地层结构进行取样；

所述冲击剪切取样器具包括第一打捞机构、第一弹卡定位、进水管、第一悬挂环、滑动轴、滑动管、止推接头、调节接头、第一取样筒、爪簧、切入刀头和铜销，第一打捞机构设置在第一弹卡定位上，进水管前端螺接在第一弹卡定位尾部，滑动管前端螺接在进水管尾部，第一悬挂环设置在滑动管前端与进水管尾部的连接处，止推接头螺接于滑动管尾部，滑动轴套装在滑动管和止推接头内，调节接头螺接在滑动轴尾部，滑动轴尾部与止推接头通过铜销固定，滑动轴头部设置有密封环，第一取样筒前部螺接在调节接头尾部，切入刀头螺接于第一取样筒尾部，爪簧设置在切入刀头与第一取样筒连接处的内壁上；

所述超前取样器具包括第二打捞机构、第二弹卡定位、第二悬挂环、第一单动机构、第二取样筒、传扭短节、第二爪簧和超前内钻头；第二打捞机构设置在第二弹卡定位上，第一单动机构螺接于第二弹卡定位尾部，第二悬挂环设置在第一单动机构与第二弹卡定位的连接处，第二取样筒螺接于第一单动机构尾部，传扭短节螺接于第二取样筒尾部，超前内钻头螺接于传扭短节尾部，第二爪簧设置在超前内钻头与传扭短节连接处的内壁上；

所述大直径取样器具包括第三打捞机构、第三弹卡定位、第三悬挂环、第二单动机构、第三取样筒及第三爪簧组成，第三打捞机构设置在第三弹卡定位上，第二单动机构螺接于第三弹卡定位尾部，第三悬挂环设置在第二单动机构与第三弹卡定位的连接处，第三取样筒螺接于第三悬挂环尾部，第三爪簧螺接于第三取样筒尾部；

所述外管总成包括弹卡挡头、弹卡室、座环、连接管、扶正环、扩孔器和钻头，弹卡室螺接于弹卡挡头尾部，连接管螺接于弹卡室尾部，座环设置在连接管与弹卡室连接处的内壁上，扩孔器螺接于连接管尾部，扶正环设置在扩孔器与连接管连接处的内壁上，钻头螺接于扩孔器尾部；

具体的，所述冲击剪切取样器具的滑动轴套装于滑动管和止推接头中，且在滑动轴的上部安装有密封圈，滑动轴的下端与调节接头螺纹连接，且与止推接头通过铜销连接起来，第一取样筒穿过钻头的内孔，并伸出一段距离；

具体的，所述的超前取样器具的第二取样筒尾部与传扭短节连接，传扭短节上设置有外花键，能够与钻头的内花键相配合实现传扭，并带动超前内钻头回转；

具体的，所述的外管总成的弹卡挡头、弹卡室、连接管、扩孔器和钻头依次通过螺纹连接起来，座环嵌入弹卡室和连接管的连接螺纹处，同理扶正环嵌入连接管和扩孔器的螺纹连接处，钻头设计有内花键，便于与超前取样器具的传扭短节实现传扭；

具体的，所述的冲击剪切取样器具套装于外管总成的中心孔内，并通过第一弹卡定位与弹卡室、第一悬挂环与座环实现冲击剪切取样器具的轴向定位，并通过第一悬挂环与座环端面贴合实现两者之间的流体通道密封，当泥浆通过进水管进入到滑动管内孔时，形成一定的压力，当压力足够大时，将滑动轴和止推接头之间连接的铜销剪断，推动滑动轴、调节接头、取样筒、第一爪簧和切入刀头压入地层，获取原位低扰动岩心，滑动轴运动到止推接头的内台阶后停止运动。

本实用新型的工作原理和过程：

使用时，本实用新型采用同一规格的钻杆，配套三种不同的取样器具，针对地层软硬多变的情况，采用不同的取样器具和取样策略，且在钻井过程中不提钻，通过绳索打捞技术进行三种取样器具的快速更换。

当针对地层特别软且取心质量要求较高时，岩样很松散，易被泥浆冲散，此时采用冲击剪切取样器具，将绳索固定在第一打捞机构上，然后将冲击剪切取样器具沿外管总成内径下放至第一悬挂环与座环相接触的位置，此时通过第一弹卡定位与弹卡室、第一悬挂环与座环实现冲击剪切取样器具的轴向定位，然后当泥浆通过进水管进入到滑动管内孔时，形成一定的压力，当压力足够大时，将滑动轴和止推接头之间连接的铜销剪断，推动滑动轴、调节接头、取样筒、第一爪簧和切入刀头压入地层，获取原位低扰动岩心，滑动轴运动到止推接头的内台阶后停止运动，通过绳索打捞技术将冲击剪切取样器具提出外管总成直至钻探船上，在整个取样过程中，外管总成不进行回转，且不进行泥浆循环，避免了泥浆对岩心的冲蚀。当冲击剪切取样器具提至钻探船上后，此时回转外管总成，并开始泥浆循环，将钻头钻进至取样深度处，然后接着下入冲击剪切取样器具进行取样，如此循环往复。

当钻遇较硬的地层时，岩样的成岩性较好，抗扰动能力较强，此时采用大直径取样器具，获取更多的岩样。将绳索固定在第三打捞机构上，将大直径取样器具沿外管总成内径下放至第三悬挂环与座环相接触的位置，此时通过第三弹卡定位与弹卡室、第三悬挂环与座环实现大直径取样器具的轴向定位，转动外管总成，样本通过钻头进入到第三取样筒中，通过绳索将大直径取样器具提出外管总成，整个取样过程中，外管总成回转，并进行泥浆循环，岩样受泥浆的冲蚀很小，取样和钻井同时进行。

当针对地层较软的区域进行采样时，岩样有一定的强度，但抗扰动能力不是很强，此时采用超前取样器具，将绳索固定在第二打捞机构上，将超前取样器具沿外管总成内径下放至第二悬挂环与座环相接触的位置，此时通过第二弹卡定位与弹卡室、第二悬挂环与座环实现超前取样器具的轴向定位，传扭短节上设置有外花键，能够与钻头的内花键相配合实现传扭，并带动超前内钻头回转，可以传输较大扭矩，转动外管总成，外管总成带动超前取样器具旋转，样本通过超前内钻头、第二爪簧和传扭短节进入第二取样筒中，通过绳索将超前取样器具提出外管总成直至钻探船上，在整个取样过程中，超前取样器具与外管总成一起回转，循环的泥浆从传扭短节与钻头之间的间隙流走，避免了对超前内钻头内岩样的冲刷，有效保证了取样质量。

本实用新型的有益效果：

本实用新型采用同一规格的钻杆，配套三种不同的取样器具，针对地层软硬多变的情况，采用不同的取样器具和取样策略，且不用提钻更换钻具，仅用绳索打捞的方式即可完成，能够有效解决取样器具与地层的匹配性难题，在钻井过程中，可根据海底地层软硬程度的不同，在同一规格的钻杆内通过绳索打捞技术快速更换成更具有针对性的取样器具，提高岩心采取率和钻井效率的同时，保证了更优的岩心质量，本实用新型采用127规格和146规格的绳索钻杆，取心直径较普通绳索取心直径更大，能够满足工程勘查、地质填图、环境地质等多方面的需求。

附图说明

图1是本实用新型冲击剪切取样器具的结构示意图；

图2是本实用新型图1中a区域的放大视图；

图3是本实用新型图1中b区域的放大视图；

图4是本实用新型图1中c区域的放大视图；

图5是本实用新型超前取样器具的结构示意图；

图6是本实用新型图5中d区域的放大视图；

图7是本实用新型图5中e区域的放大视图；

图8是本实用新型大直径取样器具的结构示意图；

图9是本实用新型图8中f区域的放大视图；

图10是本实用新型图8中g区域的放大视图；

图11是本实用新型外管总成的结构示意图；

图12是本实用新型图11中h区域的放大视图；

图13是本实用新型图11中i区域的放大视图.

具体实施方式

请参阅图1至图13所示，一种海洋多种地层低扰动取样器具，包括冲击剪切取样器具1、超前取样器具2、大直径取样器具3，冲击剪切取样器具1设置在外管总成4中，超前取样器具2设置在外管总成4中，大直径取样器具3设置在外管总成4中；

具体的，根据对不同的海底地层结构取样，选取冲击剪切取样器具1、超前取样器具2、大直径取样器具3分别安装于外管总成4中，对地层结构进行取样；

所述冲击剪切取样器具1包括第一打捞机构1-1、第一弹卡定位1-2、进水管1-3、第一悬挂环1-4、滑动轴1-5、滑动管1-6、止推接头1-7、调节接头1-8、第一取样筒1-9、爪簧1-10、切入刀头1-11和铜销1-12，第一打捞机构1-1设置在第一弹卡定位1-2上，进水管1-3前端螺接在第一弹卡定位1-2尾部，滑动管1-6前端螺接在进水管1-3尾部，第一悬挂环1-4设置在滑动管1-6前端与进水管1-3尾部的连接处，止推接头1-7螺接于滑动管1-6尾部，滑动轴1-5套装在滑动管1-6和止推接头1-7内，调节接头1-8螺接在滑动轴1-5尾部，滑动轴1-5尾部与止推接头1-7通过铜销1-12固定，滑动轴1-5头部设置有密封环，第一取样筒1-9前部螺接在调节接头1-8尾部，切入刀头1-11螺接于第一取样筒1-9尾部，爪簧1-10设置在切入刀头1-11与第一取样筒1-9连接处的内壁上；

所述超前取样器具2包括第二打捞机构2-1、第二弹卡定位2-2、第二悬挂环2-3、第一单动机构2-4、第二取样筒2-5、传扭短节2-6、第二爪簧2-7和超前内钻头2-8；第二打捞机构2-1设置在第二弹卡定位2-2上，第一单动机构2-4螺接于第二弹卡定位2-2尾部，第二悬挂环2-3设置在第一单动机构2-4与第二弹卡定位2-2的连接处，第二取样筒2-5螺接于第一单动机构2-4尾部，传扭短节2-6螺接于第二取样筒2-5尾部，超前内钻头2-8螺接于传扭短节2-6尾部，第二爪簧2-7设置在超前内钻头2-8与传扭短节2-6连接处的内壁上；

所述大直径取样器具3包括第三打捞机构3-1、第三弹卡定位3-2、第三悬挂环3-3、第二单动机构3-4、第三取样筒3-5及第三爪簧3-6组成，第三打捞机构3-1设置在第三弹卡定位3-2上，第二单动机构3-4螺接于第三弹卡定位3-2尾部，第三悬挂环3-3设置在第二单动机构3-4与第三弹卡定位3-2的连接处，第三取样筒3-5螺接于第三悬挂环3-3尾部，第三爪簧3-6螺接于第三取样筒3-5尾部；

所述外管总成4包括弹卡挡头4-1、弹卡室4-2、座环4-3、连接管4-4、扶正环4-5、扩孔器4-6和钻头4-7，弹卡室4-2螺接于弹卡挡头4-1尾部，连接管4-4螺接于弹卡室4-2尾部，座环4-3设置在连接管4-4与弹卡室4-2连接处的内壁上，扩孔器4-6螺接于连接管4-4尾部，扶正环4-5设置在扩孔器4-6与连接管4-4连接处的内壁上，钻头4-7螺接于扩孔器4-6尾部；

具体的，所述冲击剪切取样器具1的滑动轴1-5套装于滑动管1-6和止推接头1-7中，且在滑动轴1-5的上部安装有密封圈，滑动轴5的下端与调节接头1-8螺纹连接，且与止推接头1-7通过铜销1-12连接起来，第一取样筒1-9穿过钻头4-7的内孔，并伸出一段距离；

具体的，所述的超前取样器具2的第二取样筒2-5尾部与传扭短节2-6连接，传扭短节2-6上设置有外花键，能够与钻头4-7的内花键相配合实现传扭，并带动超前内钻头2-8回转；

具体的，所述的外管总成4的弹卡挡头4-1、弹卡室4-2、连接管4-3、扩孔器4-6和钻头4-7依次通过螺纹连接起来，座环4-3嵌入弹卡室4-2和连接管4-4的连接螺纹处，同理扶正环4-5嵌入连接管4-4和扩孔器4-6的螺纹连接处，钻头4-7设计有内花键，便于与超前取样器具的传扭短节2-6实现传扭；

具体的，所述的冲击剪切取样器具1套装于外管总成4的中心孔内，并通过第一弹卡定位1-2与弹卡室4-2、第一悬挂环1-4与座环4-3实现冲击剪切取样器具1的轴向定位，并通过第一悬挂环1-4与座环4-3端面贴合实现两者之间的流体通道密封，当泥浆通过进水管1-3进入到滑动管1-6内孔时，形成一定的压力，当压力足够大时，将滑动轴1-5和止推接头1-7之间连接的铜销1-12剪断，推动滑动轴1-5、调节接头1-8、取样筒1-9、第一爪簧1-10和切入刀头1-11压入地层，获取原位低扰动岩心，滑动轴1-15运动到止推接头1-7的内台阶后停止运动。

本实用新型的工作原理和过程：

请参阅图1至图13所示，使用时，本实用新型采用同一规格的钻杆，配套三种不同的取样器具，针对地层软硬多变的情况，采用不同的取样器具和取样策略，且在钻井过程中不提钻，通过绳索打捞技术进行三种取样器具的快速更换。

当针对地层特别软且取心质量要求较高时，岩样55很松散，易被泥浆冲散，此时采用冲击剪切取样器具1，将绳索固定在第一打捞机构1-1上，然后将冲击剪切取样器具1沿外管总成4内径下放至第一悬挂环1-4与座环4-3相接触的位置，此时通过第一弹卡定位1-2与弹卡室4-2、第一悬挂环1-4与座环4-3实现冲击剪切取样器具1的轴向定位，然后当泥浆通过进水管1-3进入到滑动管1-6内孔时，形成一定的压力，当压力足够大时，将滑动轴1-5和止推接头1-7之间连接的铜销1-12剪断，推动滑动轴1-5、调节接头1-8、取样筒1-9、第一爪簧1-10和切入刀头1-11压入地层，获取原位低扰动岩心，滑动轴1-15运动到止推接头1-7的内台阶后停止运动，通过绳索打捞技术将冲击剪切取样器具1提出外管总成4直至钻探船上。在整个取样过程中，外管总成4不进行回转，且不进行泥浆循环，避免了泥浆对岩心的冲蚀。当冲击剪切取样器具1提至钻探船上后，此时回转外管总成4，并开始泥浆循环，将钻头4-7钻进至取样深度处，然后接着下入冲击剪切取样器具1进行取样，如此循环往复。

当钻遇较硬的地层时，岩样5的成岩性较好，抗扰动能力较强，此时采用大直径取样器具3，获取更多的岩样5。将绳索固定在第三打捞机构3-1上，将大直径取样器具3沿外管总成4内径下放至第三悬挂环3-3与座环4-3相接触的位置，此时通过第三弹卡定位3-2与弹卡室4-2、第三悬挂环3-3与座环4-3实现大直径取样器具3的轴向定位，转动外管总成4，样本通过钻头4-7进入到第三取样筒3-5中，通过绳索将大直径取样器具3提出外管总成4。整个取样过程中，外管总成4回转，并进行泥浆循环，岩样5受泥浆的冲蚀很小，取样和钻井同时进行。

当针对地层较软的区域进行采样时，岩样5有一定的强度，但抗扰动能力不是很强，此时采用超前取样器具2，将绳索固定在第二打捞机构2-1上，将超前取样器具2沿外管总成4内径下放至第二悬挂环2-3与座环4-3相接触的位置，此时通过第二弹卡定位2-2与弹卡室4-2、第二悬挂环2-3与座环4-3实现超前取样器具2的轴向定位，传扭短节2-6上设置有外花键，能够与钻头4-7的内花键相配合实现传扭，并带动超前内钻头2-8回转，可以传输较大扭矩，转动外管总成4，外管总成4带动超前取样器具2旋转，样本通过超前内钻头2-8、第二爪簧2-7和传扭短节2-6进入第二取样筒2-5中，通过绳索将超前取样器具2提出外管总成4直至钻探船上。在整个取样过程中，超前取样器具2与外管总成4一起回转，循环的泥浆从传扭短节2-6与钻头4-7之间的间隙流走，避免了对超前内钻头2-8内岩样5的冲刷，有效保证了取样质量。