【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种定向土壤取芯和取样的设备和方法。特别地，本专利技术涉及获得地下土壤样品的正向定向钻进(forward directional drilling)。
技术介绍
1、传统的定向取芯钻进(岩芯钻进、取芯钻井，core drilling)方法涉及操纵钻头进入地面，以根据开采矿物或勘探石油和天然气的计划的轨迹创建导钻路径；然后收集土壤的取芯样本(岩芯样本)，例如，在计划的轨迹的端部进行土壤分析。为了使这种方法奏效，土壤必须足够坚硬，以在可操纵钻头处提供不同的反作用力，从而使钻头沿着计划的轨迹操纵；因此，其并不适合于软土。此外，计划的轨迹的曲率半径通常在几公里的范围内；在城市建筑环境中，存在着空间限制，因此这种传统的定向取芯钻进并不适合在城市环境中使用。
2、在城市环境中，另一种称为水平定向钻进(hdd)的传统方法已被使用，例如由承包商铺设管道。这种方法能够在例如道路、河流、建筑物等障碍物下方安装管道和公用设施，而无需拆除或重新定位这些地上障碍物。hdd还需要导钻路径；通常，这种钻孔路径通常由直切线和长半径弧组成，导钻路径从入口点开始到位于地面另一侧的相对出口点。在实践中，导钻路径是通过沿计划的轨迹致动导向钻而形成的，然后通过后向或反向钻进来扩大导钻路径，也就是说，钻孔头被致动以沿着导钻路径从出口点移动到入口点。该方法不允许沿导钻路径提取取芯土壤样本。
3、由此可见，需要提供另一种定向钻进(钻探)设备和方法来进行地下定向土壤取芯和土壤取样。地下土壤可以是相对较软或较硬的。
1、以下给出了简化的概述，以提供对本专利技术的基本理解。本概述不是对本专利技术的广泛概括，也不旨在识别本专利技术的关键特征。相反，其是以概括的形式呈现本专利技术的一些专利技术构思，作为下面详细描述的前奏。
2、本专利技术寻求一种地下土壤钻孔、土壤取芯和土壤取样的设备和方法。优选地，该设备和方法适用于在软土地基和硬底(soft and hard grounds)中获得未扰动的(undisturbed，未受干扰的)土壤样品。
3、在一个实施方式中，本专利技术提供了一种定向土壤钻进、土壤取芯和土壤取样的设备，其包括：可操纵钻头，所述可操纵钻头能够连接在钻管(钻杆，drill pipe)的端部，所述可操纵钻头和所述钻管能够由钻管机转动，以根据预定的曲线形成导钻路径；和正向扩孔器，所述正向扩孔器能够连接在远端的钻管的端部，并且正向扩孔器能够转动，以扩大所述导钻路径而形成预定的孔径的钻孔路径；其中所述钻管由具有预定的长度和外径的铝管制成，并且所述钻管能够延伸成一系列的多个钻管，在每个钻管的一端形成有公螺纹接头(psc)，在每个钻管的相对另一端形成有匹配的母螺纹接头(bsc)。
4、优选地，所述正向扩孔器包括：茎区域、圆锥形区域和引导区域的三个区域，所述引导区域位于正向位置，并且形成有与所述导钻路径的直径基本匹配的直径。优选地，所述引导区域被配置为长圆柱形，在所述引导区域的前部尖端沉积有磨料。优选地，所述引导区域包括两个部分，所述两个部分通过预定的尺寸的公螺纹接头(psc)和匹配的母螺纹接头(bsc)接合，在所述磨料磨损时，所述psc和bsc使得所述前部尖端进行可拆卸地替换。
5、优选地，所述圆锥形区域包括：前部圆锥形区域、中部圆柱形区域和后部圆锥形区域。优选地，所述前部圆锥形区域所对向的锥角小于所述后部圆锥形区域所对向的锥角。优选地，在所述前部圆锥形区域的圆锥形表面形成有多个磨料的螺旋带(spiral band)。优选地，所述正向扩孔器还包括内部纵向孔，所述内部纵向孔通向形成在所述前部圆锥形区域和所述后部圆锥形区域上的出口，所述前部圆锥形区域上的所述出口位于所述磨料的所述螺旋带之间。优选地，所述中部圆柱形区域的圆柱形表面由磨料或硬面材料的圆柱形带形成。
6、在另一个实施方式中，所述设备还包括：取芯头，所述取芯头与土壤提取器的子组件接合，所述土壤提取器的子组件能够螺纹连接到钻管。
7、优选地，所述土壤提取器包括：容纳土壤样品的拼合模具；或者，所述土壤提取器包括：整体式模具；和纵向套筒，所述纵向套筒设置在所述整体式模具内，以容纳土壤样品。优选地，所述土壤提取器还包括：套筒接头；和稳定装置，所述稳定装置能够螺纹连接到所述套筒接头；优选地，所述套筒接头的两端均形成有母螺纹接头(bsc)；优选地，所述稳定装置基本上被配置为圆柱形壳体，所述圆柱形壳体具有两个间隔开的具有预定的延伸直径d1的磨料的圆柱形带。
8、在另一个实施方式中，上述设备还包括：一系列连接着的外管，所述一系列连接着的外管用于排列所述钻孔路径，并具有附接到所述外管的末端的所述取芯头；和绳索土壤提取器，所述绳索土壤提取器能够在串联的外管内进行接收，所述绳索土壤提取器的下端配置有用于接收土壤样品的取芯管。优选地，所述取芯管还包括：纵向拼合套筒，所述纵向拼合套筒用于接收所述土壤样品。
9、优选地，取芯头配置有由磨料组成的切削边缘(cutting edge)的环；所述磨料的环被布置在多个部分(扇区，sector)中。优选地，所述磨料是通过将所述磨料涂覆、沉积、浸渍、焊接或钎焊到所述取芯头上而形成的。
10、在另一个实施方式中，本专利技术提供了一种用于进行土壤取芯和土壤取样的方法，其包括：确定用于土壤取样的地下位置；绘制从入口坑到地下位置的钻进曲线，以进行土壤取样；使用附接到钻管的端部的可操纵钻头沿着所述钻进曲线进行导向钻进，所述钻管在钻进过程中被延伸；将所述钻管和所述钻头取回到所述入口坑，用正向扩孔器替换所述钻头，并打入所述钻管来扩大所述导钻路径，以形成钻孔路径；将所述钻管和所述正向扩孔器取回到所述入口坑，用取芯头和土壤提取器替换所述正向扩孔器，并用所述钻管将所述取芯头、所述土壤提取器打入所述钻孔路径以获得土壤样本；和从所述地下位置取回所述钻管、取芯头、所述土壤提取器和所述土壤样品。
11、在上述方法的另一个实施方式中，在形成钻孔路径之后，该方法还包括：打入端部具有取芯头的外管，并延伸所述外管，使得所述取芯头到达所述钻孔路径的端部；和将绳索土壤提取器向下送入串联的外管的内孔中，转动所述外管以进行土壤取芯，在连接到所述土壤提取器的取芯管内接收到土壤样品后，从所述地下位置取回所述绳索土壤提取器和所述土壤样品。
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1.一种定向土壤钻进、土壤取芯和土壤取样的设备，其中，所述定向土壤钻进、土壤取芯和土壤取样的设备包括：
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述正向扩孔器包括：茎区域、圆锥形区域和引导区域的三个区域，所述引导区域位于正向位置，并且形成有与所述导钻路径的直径基本匹配的直径。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述引导区域被配置为长圆柱形，在所述引导区域的前部尖端沉积有磨料。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述引导区域包括两个部分，所述两个部分通过预定的尺寸的公螺纹接头(PSC)和匹配的母螺纹接头(BSC)接合，在所述磨料磨损时，所述PSC和BSC使得所述前部尖端进行可拆卸地替换。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的设备，其中，所述圆锥形区域包括：前部圆锥形区域、中部圆柱形区域和后部圆锥形区域。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述前部圆锥形区域所对向的锥角小于所述后部圆锥形区域所对向的锥角。
7.根据权利要求5或6所述的设备，其中，在所述前部圆锥形区域的圆锥形表面形成有多个磨料的螺旋带。>
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述正向扩孔器还包括内部纵向孔，所述内部纵向孔通向形成在所述前部圆锥形区域和所述后部圆锥形区域上的出口，所述前部圆锥形区域上的所述出口位于所述磨料的所述螺旋带之间。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的设备，其中，所述中部圆柱形区域的圆柱形表面由磨料或硬面材料的圆柱形带形成。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备还包括：
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述土壤提取器包括：容纳土壤样品的拼合模具，所述拼合模具能够螺纹连接到所述取芯头。
12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述土壤提取器包括：整体式模具；和纵向套筒，所述纵向套筒设置在所述整体式模具内，以容纳土壤样品。
13.根据权利要求11或12所述的设备，其中，所述土壤提取器还包括：套筒接头；和稳定装置，所述稳定装置能够螺纹连接到所述套筒接头。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述套筒接头的两端均形成有母螺纹接头(BSC)。
15.根据权利要求13或14所述的设备，其中，所述稳定装置基本上被配置为圆柱形壳体，所述圆柱形壳体具有两个间隔开的具有预定的延伸直径D1的磨料的圆柱形带。
16.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备还包括：
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述取芯管还包括：纵向拼合套筒，所述纵向拼合套筒用于接收所述土壤样品。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的设备，其中，所述取芯头基本上被配置为套筒，并且在所述套筒的环形边缘形成有由磨料组成的切削边缘的环。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述磨料的环被布置在多个部分中。
20.根据权利要求18或19所述的设备，其中，所述磨料是通过将所述磨料涂覆、沉积、浸渍、焊接或钎焊到所述取芯头上而形成的。
21.一种用于进行土壤取芯和土壤取样的方法，其中，所述用于进行土壤取芯和土壤取样的方法包括：
22.一种用于进行土壤取芯和土壤取样的方法，其中，所述用于进行土壤取芯和土壤取样的方法包括：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种定向土壤钻进、土壤取芯和土壤取样的设备，其中，所述定向土壤钻进、土壤取芯和土壤取样的设备包括：
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述正向扩孔器包括：茎区域、圆锥形区域和引导区域的三个区域，所述引导区域位于正向位置，并且形成有与所述导钻路径的直径基本匹配的直径。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述引导区域被配置为长圆柱形，在所述引导区域的前部尖端沉积有磨料。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述引导区域包括两个部分，所述两个部分通过预定的尺寸的公螺纹接头(psc)和匹配的母螺纹接头(bsc)接合，在所述磨料磨损时，所述psc和bsc使得所述前部尖端进行可拆卸地替换。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的设备，其中，所述圆锥形区域包括：前部圆锥形区域、中部圆柱形区域和后部圆锥形区域。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述前部圆锥形区域所对向的锥角小于所述后部圆锥形区域所对向的锥角。
7.根据权利要求5或6所述的设备，其中，在所述前部圆锥形区域的圆锥形表面形成有多个磨料的螺旋带。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述正向扩孔器还包括内部纵向孔，所述内部纵向孔通向形成在所述前部圆锥形区域和所述后部圆锥形区域上的出口，所述前部圆锥形区域上的所述出口位于所述磨料的所述螺旋带之间。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的设备，其中，所述中部圆柱形区域的圆柱形表面由磨料或硬面材料的圆柱形带形成。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备还包括：
11.根据权利要求10所述的设...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋宵证，李福豪，蔡汉良，张慧娟，姚建成，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：
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