本发明专利技术公开一种预置封堵球式密闭取心装置及方法，装置包括依次连通设置的上接头、取样外筒和取样钻头，外筒内腔体中同轴连接设置有连接套筒、取样内筒和取样内筒接长段，上接头包括连接设置的第一连接部和第二连接部，连接套筒的一端与设置在第二连接部上的活塞相连，另一端与取样内筒相连；连接套筒内设置有球座本体，且球座本体内设置有顶部开放的球座内腔体，球座内腔体中设置有环状限位台和预置封堵机构；进入球座内腔体的高压流体首先推动预置封堵机构轴向移动，使预置封堵机构与环状限位台抵接，然后高压流体通过开设在上接头台肩的上接头过流孔推动活塞轴向移动关闭密封球阀，将完成取样的取样装置封闭。将完成取样的取样装置封闭。将完成取样的取样装置封闭。
【技术实现步骤摘要】
一种预置封堵球式密闭取心装置及方法
[0001]本专利技术属于地质勘探及煤矿安全
，涉及一种预置封堵球式密闭取心装置及方法。
技术介绍
[0002]瓦斯含量是矿井瓦斯灾害预测与防治、煤层气开发利用的重要参数，通常采用解吸法进行直接测定，包括损失气量、解吸气量和残余气量三部分。解吸气量和残余气量采用解吸仪器实测获得，损失气量通过煤心初期解吸规律推算获得，煤心暴露时间越长，损失气量估算越不准确。井下密闭取心瓦斯含量测定可避免煤心钻取后退钻时的瓦斯逸散损失，提高井下直接测定瓦斯含量结果准确度。现有的密闭取心装置主要包括取心外筒总成、取心内筒总成和液压推动总成，其中液压推动总成又包括推动头、连接套筒和打压球座等组件，打压球座水路的改变是实现钻取煤心和密闭煤心的关键步骤。
[0003]常规的做法包括：在钻孔钻探施工至设计取心点时，退出钻杆，安装密闭取心装置后送入孔底，在煤心钻取完成后，在孔外由钻杆内投入封堵球，然后开启高压泵或压风系统将封堵球压入打压球座，实现对打压球座水路的封堵。但是由于长钻孔定向钻机多配套使用钻杆内部设置有电缆的通缆钻杆，封堵球无法在此类通缆钻杆内部通过，因此，在进行密闭取心作业时还需要专门配备一套中空钻杆，由此增加了定向长钻孔密闭取心所需准备的设备和材料。在密闭取心过程中，在煤心钻取后需要卸掉水便，将封堵球投入钻杆内部，并泵注或压风吹送至孔底密闭取心装置，增加取心所需时间；此外，密闭取心装置内部为三层管结构，结构较为复杂，组装与拆卸不便；装置内部间隙小，过流通道容易被煤岩泥所堵塞，影响密闭取心效果。
技术实现思路
[0004]针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种预置封堵球式密闭取心装置及方法，以解决现有技术中的上述不足。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
[0006]一种预置封堵球式密闭取心装置，包括依次连通设置的上接头、取样外筒和取样钻头，且所述上接头的下端伸至所述取样外筒内，所述上接头、取样外筒和取样钻头形成的外筒内腔体中同轴连接设置有连接套筒、取样内筒和取样内筒接长段，所述上接头包括连接设置的第一连接部和第二连接部，所述连接套筒的一端与设置在第二连接部上的活塞相连，另一端与取样内筒相连；
[0007]所述连接套筒内设置有球座本体，且球座本体内设置有顶部开放的球座内腔体，球座内腔体中设置有环状限位台和预置封堵机构；
[0008]所述取样内筒靠近球座本体的一端设置有解吸阀，所述取样内筒内靠近取样钻头的一端还设置有密封球阀；
[0009]进入球座内腔体的高压流体首先推动预置封堵机构轴向移动，使预置封堵机构与
环状限位台抵接，然后高压流体通过开设在上接头台肩的上接头过流孔推动活塞轴向移动关闭密封球阀，将完成取样的取样装置封闭。
[0010]本专利技术还具有以下技术特征：
[0011]具体的，所述第一连接部底面、活塞顶面、第二连接部外壁和取样外筒内壁之间形成容纳腔体，所述容纳腔体与所述上接头过流孔连通。
[0012]更进一步的，所述球座本体的底板上开设有与球座内腔体连通的球座本体过流孔，球座本体的侧壁上开设有泄压孔，所述球座内腔体包括由上至下连通设置的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体与第二腔体的连接处形成环状限位台。
[0013]更进一步的，所述预置封堵机构包括穿设在所述球座本体过流孔内的连杆，所述连杆穿出球座本体的一端连接挡块，连杆穿设在球座本体内的一端与半球式封堵球的球面相连，所述连杆上绕装有弹簧线圈，所述弹簧线圈的一端与半球式封堵球的球面相连，所述半球式封堵球能够轴向移动与所述环状限位台抵接形成环形密封带。
[0014]更进一步的，所述连接套筒、活塞和第二连接部通过剪切销钉相连；所述连接套筒与所述取样内筒通过紧固销钉相连。
[0015]更进一步的，所述密封球阀上设置有密封球阀旋钮，密封球阀与取样钻头之间的取样内筒外壁上设置有密封球阀旋钮触板，所述密封球阀旋钮触板能够在取样内筒轴向移动时推动密封球阀旋钮转动，以关闭密封球阀。
[0016]更进一步的，所述活塞外壁与取样外筒内壁之间还设置有密封圈。
[0017]更进一步的，所述连接套筒的筒壁上还开设有多个通水孔。
[0018]更进一步的，所述取样钻头包括两端开放的中空式钻头本体；所述中空式钻头本体内部沿轴向设置过流孔通道。
[0019]本专利技术还公开了一种预置封堵球式密闭取心方法，所述方法通过如上所述的预置封堵球式密闭取心装置实现，包括以下步骤：
[0020]步骤1、输送取心装置
[0021]将上接头与钻杆相连，将预置封堵球式密闭取心装置由钻孔输送至预设的取心点，在输送过程中，解吸阀保持关闭且密封球阀保持开启；
[0022]步骤2、启动取心钻进
[0023]将用于输送循环介质的泥浆泵或压风系统置于最低档位，开启钻机回转钻进取煤，煤心被挤压后进入取心内筒；
[0024]步骤3、打压密闭煤心
[0025]向钻杆内注入高压流体进行打压，高压流体推动预置封堵机构轴向移动与环状限位台抵接，高压流体通过上接头过流孔进入容纳腔体，在压力作用下，剪切销钉被剪断，活塞在高压流体的推动下下行，进而驱动连接套筒、取样内筒和取样内筒接长段下行，取样内筒接长段进入取样钻头内，取样内筒与设置在取样钻头内的内孔通道连通，密封球阀旋钮与密封球阀旋钮触板接触后旋转关闭，将煤心封闭于取样内筒内；
[0026]步骤4、结束取心
[0027]将泵注系统和钻杆泄压，依次退出孔内所有钻具，取出取样内筒。
[0028]本专利技术与现有技术相比，有益的技术效果是：
[0029](1)本专利技术装置设置事先将半球式封堵球安置于球座本体内，利用流体的节流效
应以达到改变水路的目的。可同时满足通孔钻杆和通缆钻杆的配套需要，在使用通缆钻杆进行定向钻探的应用场景下，无需再配套通孔钻杆，由此减少了定向长钻孔密闭取心所需准备的设备和材料，从而极大地减少取心设备调配、运输等的工作量和时间，节约取心成本。
[0030](2)本专利技术装置设计为双层管结构，与现有的三层套管结构相比，取消了推动筒和轴承组，结构更为简单，在装置总尺寸和总体积不变的情况下，取心内筒直径增大，有效容积增加45％以上，同等条件下可以获得更多煤芯样品。预置封堵球式密闭取心装置中取消轴承组的设计，减少装置的故障发生概率，装置组装和拆卸更便利。
[0031](3)采用本专利技术方法，在密闭取心过程中，取心钻进至设计取心长度后无需卸掉钻杆水便和投送封堵球，而是直接通过改变泵注流量大小和压力来改变孔底密闭取心装置水路，简化了取样工作程序，减少取心工作量，缩短了钻孔定点密闭取样时间，提高了井下长距离密闭取样工作效率30％以上。
[0032]图1为本专利技术装置的整体结构示意图；
[0033]图2为本专利技术装置的俯视图；
[0034]图3为取心钻进时本专利技术装置内的流体线路示意图，其中，箭头方向为液流方向；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种预置封堵球式密闭取心装置，包括依次连通设置的上接头(1)、取样外筒(2)和取样钻头(3)，且所述上接头(1)的下端伸至所述取样外筒(2)内，其特征在于，所述上接头(1)、取样外筒(2)和取样钻头(3)形成的外筒内腔体中同轴连接设置有连接套筒(4)、取样内筒(5)和取样内筒接长段(6)，所述上接头(1)包括连接设置的第一连接部(101)和第二连接部(102)，所述连接套筒(4)的一端与设置在第二连接部(102)上的活塞(7)相连，另一端与取样内筒(5)相连；所述连接套筒(4)内设置有球座本体(8)，且球座本体(8)内设置有顶部开放的球座内腔体，球座内腔体中设置有环状限位台(81)和预置封堵机构(82)；所述取样内筒(5)靠近球座本体(8)的一端设置有解吸阀(9)，所述取样内筒(5)内靠近取样钻头(3)的一端还设置有密封球阀(10)；进入球座内腔体的高压流体首先推动预置封堵机构(82)轴向移动，使预置封堵机构(82)与环状限位台(81)抵接，然后高压流体通过开设在第二连接部(102)的上接头过流孔(1021)推动活塞(7)轴向移动关闭密封球阀(10)，将完成取样的取样装置封闭。2.如权利要求1所述的预置封堵球式密闭取心装置，其特征在于，所述第一连接部(101)底面、活塞(7)顶面、第二连接部(102)外壁和取样外筒(2)内壁之间形成容纳腔体，所述容纳腔体与所述上接头过流孔(1021)连通。3.如权利要求1所述的预置封堵球式密闭取心装置，其特征在于，所述球座本体(8)的底板上开设有与球座内腔体连通的球座本体过流孔(83)，球座本体(8)的侧壁上开设有泄压孔(84)；所述球座内腔体包括由上至下连通设置的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体与第二腔体的连接处形成环状限位台(81)。4.如权利要求1所述的预置封堵球式密闭取心装置，其特征在于，所述预置封堵机构(82)包括穿设在所述球座本体过流孔(83)内的连杆(821)，所述连杆(821)穿出球座本体(8)的一端连接挡块(822)，连杆(821)穿设在球座本体(8)内的一端与半球式封堵球(823)的球面相连，所述连杆(821)上绕装有弹簧线圈(824)，所述弹簧线圈(824)的一端与半球式封堵球(823)的球面相...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙威成，赵继展，郑凯歌，孙四清，董敏涛，董昌乐，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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