[发明专利]软岩层钻探专用的绳索取芯系统及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种软岩层钻探专用的绳索取芯系统及其使用方法。

背景技术

绳索取芯技术可以在不提钻的情形下完成取芯作业，从而大大提高了钻探取芯的效率，但现有的绳索取芯方案基本上都是服务于硬岩层钻机，基本不适合于针对软岩层的工程钻机。工程钻机的岩土取芯不仅是大型工程勘探的需要，也是对沉积层中赋存资源进行勘探的需要，如浅层天然气和天然气水合物的勘探，通常需要对数十米到上百米的沉积物进行取芯。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种软岩层钻探专用的绳索取芯系统及其使用方法。

软岩层钻探专用的绳索取芯系统包括绳索、井下驱动系统、金属空心钻杆、取样管、井口电机和绞车、凹槽金属板、取样管锁定簧片，井下驱动系统包括驱动涡轮、驱动链轮、传动链轮、驱动链条、传动链条、平行四边形支撑架、驱动轮、调节支撑杆、导向柱、吊钩、吊钩支撑杆、吊钩丝杆螺母、吊钩轴套、吊钩丝杆、吊钩电机及导向板、调节丝杆螺母、调节轴套、调节丝杆、调节电机、驱动电机、驱动蜗杆、连接座，其中、驱动涡轮、驱动链轮、传动链轮、驱动链条、传动链条、平行四边形支撑架、驱动轮、调节支撑杆、导向柱、吊钩、吊钩支撑杆呈120度对称布置三组；金属空心钻杆内从上到下依次设有绳索、井下驱动系统、取样管、呈90度对称布置的四组取样管锁定簧片，绳索与井口电机和绞车相连，取样管顶部设有凹槽金属板，调节丝杆旁设有导向柱，调节丝杆上端设有连接座，调节丝杆和导向柱上从上到下依次设有驱动电机、调节电机、调节轴套、吊钩电机及导向板、吊钩丝杆、吊钩轴套，调节轴套设有调节丝杆螺母，吊钩轴套设有吊钩丝杆螺母，连接座设有平行四边形支撑架，在连接座与平行四边形支撑架第一节点的连接点上设有驱动涡轮，驱动涡轮设有驱动链轮，平行四边形支撑架的第二节点上设有传动链轮，平行四边形支撑架的第三节点上设有驱动轮，平行四边形支撑架的第四节点与驱动电机相连，驱动链轮、驱动链条、传动链轮、传动链条、驱动轮顺次连接，平行四边形支撑架第三节点与第四节点之间的支撑杆与调节轴套连接，吊钩电机及导向板经吊钩、吊钩支撑杆与吊钩轴套相连。

所述的绳索是直径4～8毫米的铠装钢缆，内有2～8路的电力和信号传输铜芯。

所述的金属空心钻杆的内径为40～200毫米，壁厚5～20毫米，单节长度20～50米，外壁有外螺纹，除最下一节外，内壁有水平纹，其最下一节内侧设有取样管锁定簧片，其最下一节底端向内有凸起，防止取样管继续向下运动。  所述的取样管为薄壁管材，其外径、长度与金属空心钻杆(3)的内径匹配，壁厚不超过5毫米。所述的吊钩电机及导向板、调节电机、驱动电机为直流电机，电压10～100V，功率20～100W。所述的吊钩电机及导向板外形为一凹槽状金属架，其外径与金属空心钻杆的内径匹配。所述的取样管锁定簧片在金属空心钻杆最下一节内侧呈90度对称布置四组。

软岩层钻探专用的绳索取芯系统的使用方法的步骤如下：

1）软岩层专用钻机进行钻探，金属空心钻杆向下旋转运动，取样管锁定簧片约束取样管，使之在金属空心钻杆内的位置被固定，样品进入取样管内，直至其达到取样管的凹槽金属板；

2）开动井口电机和绞车，在金属空心钻杆中下放绳索和井下驱动系统；

3）启动调节电机，调节丝杆转动，调节丝杆螺母与调节轴套沿导向柱向上滑动，撑开平行四边形支撑架，驱动轮与金属空心钻杆内壁接触；

4）启动驱动电机，带动与之相连接的驱动蜗杆转动，并由驱动蜗杆并联驱动3个驱动涡轮，驱动涡轮又通过各自的驱动链轮、传动链轮、驱动链条、传动链条驱动所有驱动轮运动，井下驱动系统向下运动，直至与取样管接触，关闭井口电机和驱动电机，此时，吊钩电机及导向板顶开取样管锁定簧片；

5）调节电机反转，调节丝杆反转，调节丝杆螺母与调节轴套沿导向柱向下滑动，收拢平行四边形支撑架，驱动轮与金属空心钻杆内壁脱离；

6）启动吊钩电机及导向板，吊钩丝杆转动，吊钩丝杆螺母与吊钩轴套沿着导向柱向上滑动，撑开吊钩，井下驱动系统的吊钩进入取样管的凹槽金属板，实现井下驱动系统和取样管的连接；

7）开启井口电机和绞车，绳索将井下驱动系统和充满了沉积物样品的取样管回收到井口；

8）吊钩电机反转，吊钩丝杆反转，吊钩丝杆螺母与吊钩轴套沿着导向柱向下滑动，收拢吊钩，井下驱动系统和取样管脱离，换上新的取样管，取样作业完成，取芯系统下一次作业的待命状态；

9）重复步骤6），吊钩撑开，井下驱动系统和取样管连接；