[发明专利]海底天然气水合物保真绳索取芯钻具及其操作方法

说明书

本发明公开了一种海底天然气水合物保真绳索取芯钻具，包括外管总成、内管总成、保压总成、保温总成、跑钻监测总成、温度传感器、压力传感器；外管总成包括外管、扩孔器和钻头，外管与扩孔器连接，扩孔器与环形钻头连接；内管总成安装在外管总成内，内管总成包括弹卡机构、内管、岩芯管、卡簧和卡簧座，弹卡机构设置在外管内，弹卡机构与跑钻监测总成固定连接，跑钻监测总成与内管接头上端连接，内管接头下端与内管的上端连接，岩芯管套装在内管中，内管的下端与卡簧座连接，卡簧座上设有卡簧，卡簧座与保压总成连接；保温总成安装在内管总成外壁上；温度传感器、压力传感器安装在内管接头底部。本发明可对海底天然气水合物实施保真绳索取芯。

技术领域

本发明涉及一种海底天然气水合物保真绳索取芯钻具及其操作方法。

背景技术

海底钻机是海底矿产资源勘探的关键技术装备，利用海底钻机对海底天然气水合物矿区进行钻探取芯，准确获取该矿区内海底天然气水合物的分布状况、埋藏深度、品位、储量等信息，从而为矿区设计、开采方式选择、开采地质环境监测等提供技术支撑。

从海底天然气水合物温度—压力特性曲线可知，只有在一定的温度、压力条件下，海底天然气水合物才能稳定存在。当海底天然气水合物稳定存在的温度、压力条件被打破后，海底天然气水合物将会分解气化。因此，在对海底天然气水合物实施钻探取芯过程中，为了获取高质量的海底天然气水合物岩芯样品，必须使用保真（保压保温）取芯钻具。然而，现有的海底天然气水合物绳索取芯钻具，主要聚焦在如何对海底天然气水合物岩芯样品进行保压取芯这一方面。这就使得在利用现有海底天然气水合物保压绳索取芯钻具对海底天然气水合物开展钻探取芯后，海底天然气水合物保压绳索取芯钻具从海底提升至水面过程中，随着海水温度的升高，必将导致海底天然气水合物保压绳索取芯钻具内钻获的部分海底天然气水合物岩芯样品吸收热量而分解气化，从而影响对该矿区海底天然气水合物分布状况、品位、储量的精确分析。

与此同时，在海底天然气水合物钻探取芯过程中，岩芯在进入内管总成时，会与内管总成产生摩擦，岩芯将对内管总成施以向上的作用力，如果其作用力大于弹卡室对弹卡组件的支撑力时，弹卡组件将回缩，导致弹卡室对内管总成的限位失效，内管总成将沿外管总成向上运动造成跑钻事故。若跑钻事故未能得到及时处理，在后续钻探取芯时，钻获的岩芯将进入外管总成内，造成外管总成堵塞，不仅导致钻头因没有冷却液冷却而烧坏，而且由于外管总成内装有岩芯，使得下一次下放新的内管总成时无法下放到位，造成连续多根内管总成发生跑钻事故，进而导致该钻孔报废。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、可靠性高的海底天然气水合物保真绳索取芯钻具，并提供其操作方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种海底天然气水合物保真绳索取芯钻具，包括外管总成、内管总成、保压总成、保温总成、跑钻监测总成、温度传感器、压力传感器；所述外管总成包括外管、扩孔器和钻头，外管底部与扩孔器顶部连接，扩孔器底部与环形钻头连接；所述内管总成安装在外管总成内，内管总成包括弹卡机构、内管、岩芯管、卡簧和卡簧座，弹卡机构设置在外管内顶部，弹卡机构底部与跑钻监测总成顶部固定连接，跑钻监测总成底部通过单动机构与内管接头上端连接，内管接头下端与内管的上端连接，岩芯管套装在内管中，内管的下端与卡簧座连接，卡簧座上设有卡簧，卡簧座与保压总成连接；所述保温总成安装在内管总成外壁上；所述温度传感器、压力传感器安装在内管接头底部。

上述海底天然气水合物保真绳索取芯钻具，所述弹卡机构包括捞矛头、弹卡组件、收卡筒、弹卡支架，收卡筒固定在弹卡支架外侧上部，收卡筒上端与捞矛头固定连接，弹卡支架中部设有安装孔，所述弹卡组件由四块弹卡板首尾相连相互铰接而成，所述外管上部内壁上设有环形凹槽，环形凹槽所处空间形成弹卡室，所述弹卡组件外侧边缘卡设于弹卡室内，弹卡组件上部用固定销穿过安装孔铰接在弹卡支架上且可沿安装孔上下移动，弹卡组件下部用圆柱销铰接在弹卡支架上，弹卡支架与弹卡组件上部之间设有弹簧Ⅰ，弹卡组件底部固定有磁铁座，磁铁座上设有磁铁，弹卡支架底部连接跑钻监测总成。