[发明专利]天然气水合物孔底冷冻双弹卡绳索取心钻具及取心方法

权利要求书

1.一种天然气水合物孔底冷冻绳索取心钻具，其特征在于：是由内管总成和外管总成组成，内管总成包括有打捞机构、弹卡定位机构、悬挂机构、活动弹卡机构、单动机构、调节机构、冷源存储机构和孔底冷冻机构；

打捞机构是由捞矛头2、第一弹性销3和第一弹卡回收管4组成，捞矛头2与第一弹卡回收管4通过第一弹性销3连接；打捞器下入孔内后与捞矛头2连接，通过打捞器与打捞机构的连接实现将钻具内管总成放入孔内和回收的过程；同时通过打捞器提起打捞机构时带动岩芯管向上移动，捞矛头可带动弹卡回收管向上移动，从而实现绳索取心的过程；

弹卡定位机构由弹卡挡头1、第一弹性销3、第一弹卡回收管4、第一弹卡架5、第二弹性销6、第一扭簧7、第一弹卡8和第三弹性销9；第一弹卡回收管4与第一弹卡架5通过第一弹性销3铰接，第一弹性销3与第一弹卡架5的连接为可动连接，第一弹性销3与第一弹卡回收管4之间为固定连接，第一弹卡回收管4可在自身重力和打捞器拉力作用下延竖直方向移动固定的距离；第一弹卡8为两片通过第二弹性销6形成可转动的连接，第一扭簧7保持第一弹卡8在第一弹卡架5内保持张开，第一弹卡回收管4与第一弹卡架5通过第三弹性销9形成固定连接，两片第一弹卡8卡在弹卡挡头1上；

悬挂机构由第一弹卡架5、内接手11、悬挂环12、座环13和第二弹卡回收管14组成；内接手11与第一弹卡架2通过螺纹连接，内接手11通过螺纹与悬挂环12连接，内接手11上开有均匀分布的八个斜孔，分别位于悬挂环12上部和下部相对的位置，当悬挂环12与座环13接触后，原本从内管总成与外管之间间隙流动的泥浆通道被堵死，泥浆通过内接手11上部的斜孔进入，从内接手11下部的斜孔流出完成泥浆循环；悬挂环12与座环13的连接方式为接触式连接，这种连接方式使内管总成克服自身重力悬挂在外管总成内，使卡簧座55与钻头56之间保持2-4毫米间隙，以防止损坏卡簧座55和钻头56，并保证岩心管51不会因为与钻头56接触而转动和岩心管51的通水性能；

活动弹卡机构由第二弹卡回收管14、第二弹卡架16、第二扭簧17、第二弹卡18、第四弹性销19、第一弹簧20、控制阀21、上轴承座23和第一密封圈34组成；第二弹卡回收管14通过螺纹与内接手11连接，第二弹卡架16位于第二弹卡回收管14内部并且可上下移动；第二弹卡18为两片通过第四弹性销19形成可转动的连接，第二扭簧17保持第二弹卡18在第二弹卡架16内保持张开；第一弹簧20上部与第二弹卡架16连接并为其提供上顶力，下部与上轴承座23连接；控制阀21与第二弹卡架16通过螺纹连接；钻进过程中第二弹卡18保持张开状态，钻进结束后，上提钻具，内管总成带动第二弹卡18上行，第二弹卡卡18在座环13下部，此时第二弹卡18停止上行，内管总成继续上行导致第二弹卡18带动控制阀21相对于内管总成下行，控制阀21将酒精腔内的酒精压入到干冰腔内，与干冰混合后进入冷冻机构内对岩心进行冷冻，从而实现冷源的注入过程，第一密封圈34在此过程中气密封保压的作用；

单动机构由上轴承座23、第一单动轴承24、下轴承座25、油嘴26和第二单动轴承27组成；第二弹卡回收管14与上轴承座23通过螺纹连接，第一轴承24上部与上轴承座23接触，并随上轴承座23转动，第一轴承24下部与下轴承座25接触保持不动，当岩芯在岩芯管51内卡住时，第一轴承24作为易损件承受上顶力，第二轴承27上部与下轴承座25接触，第二轴承27下部与上轴承座23接触，第二轴承27提供上顶力使下轴承座25不向下移动，油嘴26与下轴承座25通过螺纹连接，每次钻进开始前通过油嘴26上的小口将润滑油加入上轴承座23和下轴承座25的间隙内，润滑油可对转动的第一轴承24和第二轴承27起到润滑、散热和防水的作用；第一轴承24与第二轴承27实现了岩心管、冷源存储机构和孔底冷冻机构的单动功能，保证在钻进过程中岩心管51中的水合物岩心不会受到扰动；

调节机构上轴承座23、第二弹簧28、挡环29、放松垫片30、圆螺母31和连接管32；第二弹簧28上部与第二轴承27接触并提供上顶力使第二轴承27能够保持下轴承座25不动，第二弹簧28下部与档环29接触，档环29与上轴承座23接触，防松垫片30上部与档环29连接，第二弹簧28下部与圆螺母31连接，圆螺母31为第二弹簧28提供上顶力，将单动机构上部的机构与下部的机构连接起来；上轴承座23通过螺纹与连接管32连接；在内管总成投入到孔内时，悬挂环12坐落在座环13上，内管总成下部的机构由于自身重力会向下移动，第一弹簧20可起到缓冲作用；在卡断岩心时，卡簧54带动卡簧座55下移压缩第二弹簧28，卡簧座55与钻头56内的台阶上，进而将拔断岩心的力传递到外管上，保证内管在整个取样过程中不受力；

冷源存储机构由酒精腔上接手33、酒精腔体管35、酒精腔下接手36、控制阀球37、控制阀座38、排气阀座39、第三弹簧40、排气阀球41、第四弹簧42、冷源腔保温层43、第二密封圈44和岩心腔上接手45组成；酒精腔上接手33通过螺纹与酒精腔体管35连接，酒精腔体管35与酒精腔下接手36通过螺纹连接，酒精腔上接手33、酒精腔体管35和酒精腔下接手36共同组成酒精存储腔；控制阀球37上部与酒精腔下接手36接触，下部为第三弹簧40；第三弹簧40上部与控制阀球37接触并通过一定的预紧力将其压紧在酒精腔下接手36上，下部座于控制阀座38内；控制阀座38与酒精腔下接手36通过螺纹连接，酒精腔下接手36、控制阀球37、控制阀座38和具有一定预紧力的第三弹簧40组成单向阀，在钻进过程中，单向阀将酒精腔下接手36上的酒精流动通道堵死，确保在钻进过程中酒精不会流出；当酒精腔内部的压力升高到一定值时，液体压力使单向阀打开，酒精流出；排气阀座39通过螺纹与酒精腔下接手36连接，第四弹簧42座于排气阀座39内，并通过预紧力将排气阀球37顶在酒精腔下接手36上，排气阀座39、排气阀球37、第四弹簧42和酒精腔下接手36组成排气阀，当冷源腔内的气体压力升高时将排气阀顶开，气体排出；酒精腔下接手36与岩心腔上接手45通过螺纹连接，冷源腔保温层43位于酒精腔下接手36内部；

孔底冷冻机构由第二密封圈44、岩心腔上接手45、止逆阀球47、止逆阀座48、冷冻腔体管49、冷冻腔保温层50、岩心管51、保温垫片53、卡簧54和卡簧座55组成；岩心腔上接手45与冷冻腔体管49通过螺纹连接，岩心管51通过螺纹与岩心腔上接手45连接，冷冻腔体管49与岩心管51之间的环状间隙为冷冻腔，当钻进结束后将冷源注入到冷冻腔内，冷源与水合物岩心之间通过岩心管51进行换热，从而冷冻水合物岩心，冷冻腔体管49的内壁包裹有冷冻腔保温层50，保证在冷冻过程中冷源的“冷量”不浪费；岩心腔上接手45与止逆阀座47通过螺纹连接，止逆阀球48位于止逆阀座47上部，岩心腔上接手45、止逆阀座48和止逆阀球47组成止逆阀，在岩心进入到岩心管51内的过程中，岩心管51内的泥浆顶开止逆阀球47经岩心腔上接手45内部的泄流口流出，止逆阀同时保证泥浆不会流回岩心管51内；卡簧座55与冷冻腔体管49通过螺纹连接，卡簧54于卡簧座55内，钻进结束后，上提内管总成，卡簧54由于自身重力和岩心的摩擦力作用下行将岩心抱死，卡簧座55座于钻头内部的台阶上将岩心卡断，实现岩心的回收；

外管总成是由弹卡挡头1、第一外管10、第一扩孔器15、第二外管22、第三外管46、第二扩孔器52和钻头56组成，弹卡挡头1与第一外管10通过螺纹连接，第一外管10通过螺纹与第一扩孔器15连接，第二外管22通过螺纹与第三外管46连接，第三外管46与第二扩孔器52通过螺纹连接，第二扩孔器52通过螺纹与钻头56连接。