一种水域绳索打捞式地质样品匀速取样装置及取样方法与流程

本发明涉及水域地质样品取样装置及取样方法。

背景技术：

1、目前随着资源勘探力度的不断加强，在海洋、湖泊、江河等地域高质量取样工作需求日益上升，样品的质量影响资源勘探准确度。

2、常规的取样方式主要采用回转取样方式，既钻机带动钻杆和取样工具转动，从而切削地层获取样品。这种取样方式适应硬岩地层取样工作，在淤泥、黏土、沉积物等松软地层容易将样品搅动而破坏，取样质量较差，不适合对地层的高精度分析工作。

3、还存在一种靠液压弹射或机械压入的取样方式，这种取样方式为了加强取样管力学强度，取样管壁厚较厚，其压入地层速度不可控，单回次取样长度不确定，适应工作水深较浅，且常会造成样品挤压、抽吸、掉样等现象，破坏样品的原位性。

4、现在的各种取样工具在获取海洋、湖泊、江河等地域淤泥、黏土、沉积物地层样品存在取样质量较差、取样率较低等难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种水域绳索打捞式地质样品匀速取样装置及取样方法，旨在解决海洋、湖泊、江河等地域淤泥、黏土、沉积物地层样品取样质量较差、取样率较低的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种水域绳索打捞式地质样品匀速取样装置，包括甲板控制单元和取样单元两部分，其特征在于甲板供水控制单元包括变频器、变频电机、水池、柱塞泵、压力表、流量计、单向阀、溢流阀，变频电机通过联轴器与柱塞泵连接，柱塞泵进水口通过管路和水池连接；单向阀通过高压软管一端连接柱塞泵出水口，一端连接钻井系统旋转接头，实现水流方向的单向性；

4、取样单元由取样外管总成和取样内管总成组成；

5、所述内管总成包括打捞矛头、上连杆、密封总成、下连杆和上单向接头，打捞矛头、上连杆、密封总成、下连杆和上单向接头依次通过螺纹连接成取样内管总成的内部机构；所述内管总成还包括悬挂套、密封管、扶正管、连接管、密封套和外套管，悬挂套、密封管、扶正管、连接管、密封套和外套管依次通过螺纹连接成内管总成的外部机构，上密封圈和下密封圈分别安装在密封套的两端，通过连接管和外套管压紧；上单向接头位于外套管的下端，取样管与上单向接头通过锁紧螺钉固定；

6、所述外管总成包括转换接头、连接筒、密封段，扶正器和取心钻头，转换接头、连接筒、密封段，扶正器和取心钻头依次通过螺纹扣连接在一起，座环装在连接筒的凹槽内，通过转换接头压紧。

7、在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案，或对这些进一步的技术方案组合使用：

8、通过变频器控制电流输入频率，从而达到控制变频电机转速的目的，实现控制柱塞泵排量；溢流阀出水口通过管路与水池相连，控制系统最大输出压力值，避免系统由于压力太高而损坏；甲板供水控制单元设置流量计，流量计可以查看系统单位时间注入钻杆的液体量。

9、转换接头的上端通过螺纹与钻杆连接，悬挂套上有环形凸台，环形凸台外径大于座环内径，可以坐落在座环上，实现取样外管总成和取样内管总成的配合和定位。

10、上密封圈、下密封圈与密封段内部配合形成密封；密封总成与密封管内部配合形成密封，通过水压或钻井液提供的压力推动密封总成向下移动，带动取样管推出压入地层，获取圆柱状地层样品。

11、通过变频器控制柱塞泵排量，实现单位时间内注入钻杆的水量可控，推动密封总成向下匀速移动，从而实现取样管匀速推出压入地层，减小对样品的扰动破坏。

12、上单向接头内部装有密封钢球，通过弹簧压在密封螺母上，形成密封；外部装有o型密封圈与取样管内部配合形成密封；样品进入取样管时，内部的水可以通过顶开钢球，排出外部；反之，取样管内部形成真空，可防止样品出现滑落现象。

13、取样管材质为不锈钢，内外壁光滑，壁厚为2mm。

14、本发明还提供了一种绳索打捞式地质样品匀速取样方法，包括以下步骤：

15、s1、钻探至目标地层，用钢丝绳将取样内管总成投放到取样外管总成内部；

16、s2、根据取样地层类型，通过变频器调节柱塞泵的排量值；

17、s3、关闭钻井上球阀，打开柱塞泵，开始往钻柱内部注入水，利用系统液体排量值与密封总成面积换算取样时间，达到预期取样长度后停止柱塞泵工作；s4、打开钻井上球阀，释放钻杆内部的压力，利用钢丝绳将取样内管总成提出井口；

18、s5、将取样管拆下，换上新的取样管，重复是s1-s4步骤可实现多回次取样作业。

19、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明结构简单、取样质量高、操作方便，解决了目前在水域开展的针对淤泥、黏土、沉积物等松软地层取样作业样品质量较差、取样率低的难题。

技术特征：

1.一种水域绳索打捞式地质样品匀速取样装置，包括甲板控制单元（10）和取样单元两部分，其特征在于甲板供水控制单元（10）包括变频器（101）、变频电机（102）、水池（103）、柱塞泵（105）、压力表（106）、流量计（107）、单向阀（108）、溢流阀（109），变频电机（102）通过联轴器与柱塞泵（105）连接，柱塞泵（105）进水口通过管路和水池（103）连接；单向阀（108）通过高压软管一端连接柱塞泵出水口，一端连接钻井系统旋转接头，实现水流方向的单向性；

2.根据权利要求1所述一种水域绳索打捞式地质样品匀速取样装置，其特征在于：通过变频器（101）控制电流输入频率，从而达到控制变频电机（102）转速的目的，实现控制柱塞泵（105）排量；溢流阀（109）出水口通过管路与水池相连，控制系统最大输出压力值，避免系统由于压力太高而损坏；甲板供水控制单元（10）设置流量计（107），可以查看系统单位时间注入钻杆的液体量。

3.根据权利要求1所述一种水域绳索打捞式地质样品匀速取样装置，其特征在于：转换接头（201）的上端通过螺纹与钻杆连接，悬挂套（303）上有环形凸台，环形凸台外径大于座环（202）内径，可以坐落在座环（202）上，实现取样外管总成（20）和取样内管总成（30）的配合和定位。

4.根据权利要求1所述一种水域绳索打捞式地质样品匀速取样装置，其特征在于：上密封圈（315）、下密封圈（314）与密封段（204）内部配合形成密封；密封总成（304）与密封管（305）内部配合形成密封，通过水压或钻井液提供的压力推动密封总成（304）向下移动，带动取样管（313）推出压入地层，获取圆柱状地层样品。

5.根据权利要求1所述一种水域绳索打捞式地质样品匀速取样装置，其特征在于：通过变频器（101）控制柱塞泵（105）排量，实现单位时间内注入钻杆的水量可控，推动密封总成（304）向下匀速移动，从而实现取样管（313）匀速推出压入地层，减小对样品的扰动破坏。

6.根据权利要求1所述的一种水域绳索打捞式地质样品匀速取样装置，其特征在于：上单向接头（312）内部装有密封钢球（318），通过弹簧（319）压在密封螺母（317）上，形成密封；外部装有o型密封圈（316）与取样管（313）内部配合形成密封；样品进入取样管（313）时，内部的水可以通过顶开钢球，排出外部；反之，取样管（313）内部形成真空，可防止样品出现滑落现象。

7.根据权利要求1所述一种水域绳索打捞式地质样品匀速取样装置，其特征在于：取样管（313）材质为不锈钢，内外壁光滑，壁厚为2mm。

8.一种权利要求1-7任一项所述的绳索打捞式海洋地质样品匀速取样装置的取样方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供一种水域绳索打捞式地质样品匀速取样装置及取样方法，所述装置包括甲板控制单元和取样装置两部分。甲板控制单元由变频器、柱塞泵、水箱、安全阀、单向阀、高压胶管组成；取样装置由钻杆转接头、密封外筒、取心外筒、取心钻头、打捞头、连接杆、密封杆、推进总成、密封、限压阀、单向阀接头、取样管组成。控制单元可通过调节柱塞泵排量从而控制取样器压入地层速率，减小取样过程中对样品造成的扰动。本发明提供的地质样品匀速取样装置及方法，结构简单可靠，能够有效减小取样过程中对样品的扰动。

技术研发人员：单治钢,叶晓平,赵义,牛美峰,阮海龙,张祖国,梁涛,王坚,梁正峰,刘安,吴有钱,邱德宝
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11