[发明专利]冲击回转式天然气水合物孔底冷冻绳索取心钻具及方法

说明书

本发明冲击回转式天然气水合物孔底冷冻绳索取心钻具及方法，属于地质岩心钻探技术领域，取心钻具由内管总成和外管总成构成，内管总成包括打捞机构、弹卡定位机构、悬挂机构、单动机构、缓冲机构、冲击机构和孔底冷冻机构，取心方法采用制冷机组循环制冷制冷剂对天然气水合物岩心进行冷冻，可实现快速冷冻，冷冻效好，由于制冷剂的循环使用相比传统的制冷机构，不仅制冷均匀，还可有效地降低成本和因补充制冷剂而造成的辅助作业时间；钻进过程中内管总成不回转，从而避免了因钻具回转产生的机械力对天然气水合物岩心的破坏，并且因内管的超前钻进，有效避免了冲洗液冲蚀天然气水合物岩心，更有效地提高了天然气水合物岩心采取率、完整度和代表性。

技术领域

本发明属于地质岩心钻探技术领域，涉及冲击回转式天然气水合物孔底冷冻绳索取心钻具及方法，尤其适用于海洋及陆地冻土带天然气水合物钻探冷冻取样。

背景技术

随着经济的高速发展，能源的消耗也日益增长，石油、煤和天然气等常规能源大量消耗，从其剩余储量来看，常规能源已经无法继续长期支撑现代工业。目前全球海底天然气水合物中甲烷的碳总量相当于当前已知煤、石油和天然气等化石燃料总资源量的两倍。因而，天然气水合物成为世界各国在能源战略平衡发展中必须加以考虑的重要后备能源。在未来成为煤、石油、天然气等常规能源的替代能源也被人类所共识。我国首次海域天然气水合物试采在南海神狐海域获得了圆满成功，实现了我国天然气水合物研发的历史性突破，然而，海域天然气水合物的试采成功只是万里长征的第一步，为了实现2030年天然气水合物产业化开发，还有很多问题需要克服，还有很多关键技术需要掌握。

天然气水合物勘探和开发研究的关键之一是钻探取样技术,因为钻探取样是了解天然气水合物储藏条件最直接的手段之一,只有获取高保真的天然气水合物样品才能确认勘探的正确性,同时也是计算储量和制定开发方案的重要依据。

天然气水合物的形成和赋存条件比较苛刻，因此获取高保真的天然气水合物样品难度较大。目前获取天然气水合物的保真取样器主要有孔底保温保压取样器和孔底冷冻取样器两种。而孔底保温保压取样器对球阀的强度和密封性的要求很高，一旦其密封性有所下降，就不能获取高保真的岩心，且存在钻进过程中岩心被冲洗液污染和冲蚀的问题。孔底冷冻取样器则需要消耗大量的冷冻剂，冷冻剂注入的过程中也会伴有大量的气化，冷冻腔上下两端也易存在温度不均，导致冷冻效果差、冷冻效率低；每次注入冷冻剂都费时费力，不仅会增加人工成本还会影响工程进度。因此，现有技术中亟需一种新的技术方案解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种工作稳定可靠、动作容易实现、冷冻效果好、取心率高、取心保真度高的冲击回转式天然气水合物孔底冷冻绳索取心钻具及方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：冲击回转式天然气水合物孔底冷冻绳索取心钻具，其特征在于：该取心钻具由内管总成和外管总成两部分构成，内管总成包括打捞机构、弹卡定位机构、悬挂机构、单动机构、缓冲机构、冲击机构和孔底冷冻机构。

所述打捞机构包括捞矛头、第一弹性销及弹卡回收管，捞矛头通过第一弹性销与弹卡回收管铰接；打捞器下入孔内后与捞矛头连接；弹卡回收管在自身重力和打捞器拉力作用下延竖直方向提升和下放；

所述弹卡定位机构包括第二弹性销、弹卡挡头、扭簧、弹卡、第三弹性销及弹卡架，弹卡架与弹卡回收管通过第二弹性销铰接，第二弹性销与弹卡架的连接为可动连接，第二弹性销与弹卡回收管之间为固定连接，弹卡数量为两片，两片弹卡均卡在弹卡挡头上，且两片弹卡之间通过第三弹性销形成转动连接，弹卡因扭簧在弹卡架内保持张开，第三弹性销与弹卡架为固定连接；