【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種定向土壤取芯和取樣的設備和方法。特別地，本專利技術涉及獲得地下土壤樣品的正向定向鉆進(forward?directional?drilling)。
技術介紹
1、傳統的定向取芯鉆進(巖芯鉆進、取芯鉆井，core?drilling)方法涉及操縱鉆頭進入地面，以根據開采礦物或勘探石油和天然氣的計劃的軌跡創建導鉆路徑；然后收集土壤的取芯樣本(巖芯樣本)，例如，在計劃的軌跡的端部進行土壤分析。為了使這種方法奏效，土壤必須足夠堅硬，以在可操縱鉆頭處提供不同的反作用力，從而使鉆頭沿著計劃的軌跡操縱；因此，其并不適合于軟土。此外，計劃的軌跡的曲率半徑通常在幾公里的范圍內；在城市建筑環境中，存在著空間限制，因此這種傳統的定向取芯鉆進并不適合在城市環境中使用。
2、在城市環境中，另一種稱為水平定向鉆進(hdd)的傳統方法已被使用，例如由承包商鋪設管道。這種方法能夠在例如道路、河流、建筑物等障礙物下方安裝管道和公用設施，而無需拆除或重新定位這些地上障礙物。hdd還需要導鉆路徑；通常，這種鉆孔路徑通常由直切線和長半徑弧組成，導鉆路徑從入口點開始到位于地面另一側的相對出口點。在實踐中，導鉆路徑是通過沿計劃的軌跡致動導向鉆而形成的，然后通過后向或反向鉆進來擴大導鉆路徑，也就是說，鉆孔頭被致動以沿著導鉆路徑從出口點移動到入口點。該方法不允許沿導鉆路徑提取取芯土壤樣本。
3、由此可見，需要提供另一種定向鉆進(鉆探)設備和方法來進行地下定向土壤取芯和土壤取樣。地下土壤可以是相對較軟或較硬的。
1、以下給出了簡化的概述，以提供對本專利技術的基本理解。本概述不是對本專利技術的廣泛概括，也不旨在識別本專利技術的關鍵特征。相反，其是以概括的形式呈現本專利技術的一些專利技術構思，作為下面詳細描述的前奏。
2、本專利技術尋求一種地下土壤鉆孔、土壤取芯和土壤取樣的設備和方法。優選地，該設備和方法適用于在軟土地基和硬底(soft?and?hard?grounds)中獲得未擾動的(undisturbed，未受干擾的)土壤樣品。
3、在一個實施方式中，本專利技術提供了一種定向土壤鉆進、土壤取芯和土壤取樣的設備，其包括：可操縱鉆頭，所述可操縱鉆頭能夠連接在鉆管(鉆桿，drill?pipe)的端部，所述可操縱鉆頭和所述鉆管能夠由鉆管機轉動，以根據預定的曲線形成導鉆路徑；和正向擴孔器，所述正向擴孔器能夠連接在遠端的鉆管的端部，并且正向擴孔器能夠轉動，以擴大所述導鉆路徑而形成預定的孔徑的鉆孔路徑；其中所述鉆管由具有預定的長度和外徑的鋁管制成，并且所述鉆管能夠延伸成一系列的多個鉆管，在每個鉆管的一端形成有公螺紋接頭(psc)，在每個鉆管的相對另一端形成有匹配的母螺紋接頭(bsc)。
4、優選地，所述正向擴孔器包括：莖區域、圓錐形區域和引導區域的三個區域，所述引導區域位于正向位置，并且形成有與所述導鉆路徑的直徑基本匹配的直徑。優選地，所述引導區域被配置為長圓柱形，在所述引導區域的前部尖端沉積有磨料。優選地，所述引導區域包括兩個部分，所述兩個部分通過預定的尺寸的公螺紋接頭(psc)和匹配的母螺紋接頭(bsc)接合，在所述磨料磨損時，所述psc和bsc使得所述前部尖端進行可拆卸地替換。
5、優選地，所述圓錐形區域包括：前部圓錐形區域、中部圓柱形區域和后部圓錐形區域。優選地，所述前部圓錐形區域所對向的錐角小于所述后部圓錐形區域所對向的錐角。優選地，在所述前部圓錐形區域的圓錐形表面形成有多個磨料的螺旋帶(spiral?band)。優選地，所述正向擴孔器還包括內部縱向孔，所述內部縱向孔通向形成在所述前部圓錐形區域和所述后部圓錐形區域上的出口，所述前部圓錐形區域上的所述出口位于所述磨料的所述螺旋帶之間。優選地，所述中部圓柱形區域的圓柱形表面由磨料或硬面材料的圓柱形帶形成。
6、在另一個實施方式中，所述設備還包括：取芯頭，所述取芯頭與土壤提取器的子組件接合，所述土壤提取器的子組件能夠螺紋連接到鉆管。
7、優選地，所述土壤提取器包括：容納土壤樣品的拼合模具；或者，所述土壤提取器包括：整體式模具；和縱向套筒，所述縱向套筒設置在所述整體式模具內，以容納土壤樣品。優選地，所述土壤提取器還包括：套筒接頭；和穩定裝置，所述穩定裝置能夠螺紋連接到所述套筒接頭；優選地，所述套筒接頭的兩端均形成有母螺紋接頭(bsc)；優選地，所述穩定裝置基本上被配置為圓柱形殼體，所述圓柱形殼體具有兩個間隔開的具有預定的延伸直徑d1的磨料的圓柱形帶。
8、在另一個實施方式中，上述設備還包括：一系列連接著的外管，所述一系列連接著的外管用于排列所述鉆孔路徑，并具有附接到所述外管的末端的所述取芯頭；和繩索土壤提取器，所述繩索土壤提取器能夠在串聯的外管內進行接收，所述繩索土壤提取器的下端配置有用于接收土壤樣品的取芯管。優選地，所述取芯管還包括：縱向拼合套筒，所述縱向拼合套筒用于接收所述土壤樣品。
9、優選地，取芯頭配置有由磨料組成的切削邊緣(cutting?edge)的環；所述磨料的環被布置在多個部分(扇區，sector)中。優選地，所述磨料是通過將所述磨料涂覆、沉積、浸漬、焊接或釬焊到所述取芯頭上而形成的。
10、在另一個實施方式中，本專利技術提供了一種用于進行土壤取芯和土壤取樣的方法，其包括：確定用于土壤取樣的地下位置；繪制從入口坑到地下位置的鉆進曲線，以進行土壤取樣；使用附接到鉆管的端部的可操縱鉆頭沿著所述鉆進曲線進行導向鉆進，所述鉆管在鉆進過程中被延伸；將所述鉆管和所述鉆頭取回到所述入口坑，用正向擴孔器替換所述鉆頭，并打入所述鉆管來擴大所述導鉆路徑，以形成鉆孔路徑；將所述鉆管和所述正向擴孔器取回到所述入口坑，用取芯頭和土壤提取器替換所述正向擴孔器，并用所述鉆管將所述取芯頭、所述土壤提取器打入所述鉆孔路徑以獲得土壤樣本；和從所述地下位置取回所述鉆管、取芯頭、所述土壤提取器和所述土壤樣品。
11、在上述方法的另一個實施方式中，在形成鉆孔路徑之后，該方法還包括：打入端部具有取芯頭的外管，并延伸所述外管，使得所述取芯頭到達所述鉆孔路徑的端部；和將繩索土壤提取器向下送入串聯的外管的內孔中，轉動所述外管以進行土壤取芯，在連接到所述土壤提取器的取芯管內接收到土壤樣品后，從所述地下位置取回所述繩索土壤提取器和所述土壤樣品。
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1.一種定向土壤鉆進、土壤取芯和土壤取樣的設備，其中，所述定向土壤鉆進、土壤取芯和土壤取樣的設備包括：
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述正向擴孔器包括：莖區域、圓錐形區域和引導區域的三個區域，所述引導區域位于正向位置，并且形成有與所述導鉆路徑的直徑基本匹配的直徑。
3.根據權利要求2所述的設備，其中，所述引導區域被配置為長圓柱形，在所述引導區域的前部尖端沉積有磨料。
4.根據權利要求2或3所述的設備，其中，所述引導區域包括兩個部分，所述兩個部分通過預定的尺寸的公螺紋接頭(PSC)和匹配的母螺紋接頭(BSC)接合，在所述磨料磨損時，所述PSC和BSC使得所述前部尖端進行可拆卸地替換。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的設備，其中，所述圓錐形區域包括：前部圓錐形區域、中部圓柱形區域和后部圓錐形區域。
6.根據權利要求5所述的設備，其中，所述前部圓錐形區域所對向的錐角小于所述后部圓錐形區域所對向的錐角。
7.根據權利要求5或6所述的設備，其中，在所述前部圓錐形區域的圓錐形表面形成有多個磨料的螺旋帶。>
8.根據權利要求7所述的設備，其中，所述正向擴孔器還包括內部縱向孔，所述內部縱向孔通向形成在所述前部圓錐形區域和所述后部圓錐形區域上的出口，所述前部圓錐形區域上的所述出口位于所述磨料的所述螺旋帶之間。
9.根據權利要求5至8中任一項所述的設備，其中，所述中部圓柱形區域的圓柱形表面由磨料或硬面材料的圓柱形帶形成。
10.根據權利要求1所述的設備，其中，所述設備還包括：
11.根據權利要求10所述的設備，其中，所述土壤提取器包括：容納土壤樣品的拼合模具，所述拼合模具能夠螺紋連接到所述取芯頭。
12.根據權利要求10所述的設備，其中，所述土壤提取器包括：整體式模具；和縱向套筒，所述縱向套筒設置在所述整體式模具內，以容納土壤樣品。
13.根據權利要求11或12所述的設備，其中，所述土壤提取器還包括：套筒接頭；和穩定裝置，所述穩定裝置能夠螺紋連接到所述套筒接頭。
14.根據權利要求13所述的設備，其中，所述套筒接頭的兩端均形成有母螺紋接頭(BSC)。
15.根據權利要求13或14所述的設備，其中，所述穩定裝置基本上被配置為圓柱形殼體，所述圓柱形殼體具有兩個間隔開的具有預定的延伸直徑D1的磨料的圓柱形帶。
16.根據權利要求1所述的設備，其中，所述設備還包括：
17.根據權利要求16所述的設備，其中，所述取芯管還包括：縱向拼合套筒，所述縱向拼合套筒用于接收所述土壤樣品。
18.根據權利要求10至17中任一項所述的設備，其中，所述取芯頭基本上被配置為套筒，并且在所述套筒的環形邊緣形成有由磨料組成的切削邊緣的環。
19.根據權利要求18所述的設備，其中，所述磨料的環被布置在多個部分中。
20.根據權利要求18或19所述的設備，其中，所述磨料是通過將所述磨料涂覆、沉積、浸漬、焊接或釬焊到所述取芯頭上而形成的。
21.一種用于進行土壤取芯和土壤取樣的方法，其中，所述用于進行土壤取芯和土壤取樣的方法包括：
22.一種用于進行土壤取芯和土壤取樣的方法，其中，所述用于進行土壤取芯和土壤取樣的方法包括：
...【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】
1.一種定向土壤鉆進、土壤取芯和土壤取樣的設備，其中，所述定向土壤鉆進、土壤取芯和土壤取樣的設備包括：
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述正向擴孔器包括：莖區域、圓錐形區域和引導區域的三個區域，所述引導區域位于正向位置，并且形成有與所述導鉆路徑的直徑基本匹配的直徑。
3.根據權利要求2所述的設備，其中，所述引導區域被配置為長圓柱形，在所述引導區域的前部尖端沉積有磨料。
4.根據權利要求2或3所述的設備，其中，所述引導區域包括兩個部分，所述兩個部分通過預定的尺寸的公螺紋接頭(psc)和匹配的母螺紋接頭(bsc)接合，在所述磨料磨損時，所述psc和bsc使得所述前部尖端進行可拆卸地替換。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的設備，其中，所述圓錐形區域包括：前部圓錐形區域、中部圓柱形區域和后部圓錐形區域。
6.根據權利要求5所述的設備，其中，所述前部圓錐形區域所對向的錐角小于所述后部圓錐形區域所對向的錐角。
7.根據權利要求5或6所述的設備，其中，在所述前部圓錐形區域的圓錐形表面形成有多個磨料的螺旋帶。
8.根據權利要求7所述的設備，其中，所述正向擴孔器還包括內部縱向孔，所述內部縱向孔通向形成在所述前部圓錐形區域和所述后部圓錐形區域上的出口，所述前部圓錐形區域上的所述出口位于所述磨料的所述螺旋帶之間。
9.根據權利要求5至8中任一項所述的設備，其中，所述中部圓柱形區域的圓柱形表面由磨料或硬面材料的圓柱形帶形成。
10.根據權利要求1所述的設備，其中，所述設備還包括：
11.根據權利要求10所述的設...
【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣宵證，李福豪，蔡漢良，張慧娟，姚建成，
申請(專利權)人：新加坡國立大學，
類型：發明
國別省市：
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