[实用新型]热水驱动自旋转冰层取芯钻进装置

摘要

本实用新型公开了一种热水驱动自旋转冰层取芯钻进装置，包括热水管、电缆、电缆终端、触底检测机构、分水接头、上扶正器、电气舱、下扶正器、过渡管及下部双管钻具和自旋转钻头。本实用新型是采用热水作为动力介质驱动孔底钻具回转进而完成取芯钻进，利用旋流喷射器原理，通过在钻头体内部设计引流通道，引导热水从钻头侧壁喷出，热水反作用力将驱动钻头进行回转，从而切削冰层完成钻进。本实用新型将旋流喷射器原理应用于孔底碎岩，可实现极地冰层快速取芯钻探；本实用新型采用热‑机械混合方式进行取样钻进，热水既为孔底钻具提供孔底动力，同时也将钻进产生的冰屑带离孔底并融化，提高了孔底动力钻具的寿命和钻进效率。

主权项

一种热水驱动自旋转冰层取芯钻进装置；其特征在于：包括热水管(1)、电缆(2)、电缆终端(3)、触底检测机构(4)、分水接头(5)、上扶正器(6)、电气舱(7)、下扶正器(8)、过渡管(9)及下部双管钻具和自旋转钻头(19)，其中热水管(1)和电缆(2)捆绑一起下放，热水管(1)为热水通道，地表热水通过热水管(1)送至钻具，电缆(2)为钻具提供电力，并完成地表与钻具的信号通讯；电缆终端(3)用于连接电缆(2)与钻具，触底检测机构(4)安装由位移传感器和弹簧机构，通过位移传感器检测弹簧压缩量，从而计算得出电缆(2)承受的拉力值，当电缆(2)上承受拉力等于重力时，表明钻具处于悬吊状态，当电缆(2)上承受拉力小于重力时，说明钻具已经到达孔底，此时即可通水进行钻进；分水接头(5)与热水管(1)相连，用于将热水管(1)中热水导入钻具内部；上扶正器(6)和下扶正器(8)分别于径向均布三根矩形板簧片，依靠板簧片进入孔内发生变形，从而将钻具维持在钻孔中心；电气舱(7)为耐高压密封舱，内部填充常压空气，钻具内信号采集及通讯模块均安装在电气舱(7)内，且安装有温度和压力传感器，用于对钻具内热水温度和水压进行检测；下部钻具通过过渡管(9)与下扶正器(8)相连，其结构为单动双管，钻进时，钻具外管不转动，自旋转钻头(19)带动冰芯管(18)回转钻进；下部钻具结构包括接头(10)、第一密封圈(11)、轴承(12)、轴承挡环(13)、单动接头(14)、锁紧螺母(15)、单向球阀(16)、钻具外管(17)和冰芯管(18)；其中接头(10)上部与过渡管(9)螺纹连接，钻具外管(17)通过螺纹与接头(10)连接；冰芯管(18)通过螺纹与单动接头(14)相连，单动接头(14)内由两套轴承(12)与接头(10)芯轴配合，两套轴承(12) 之间由轴承挡环(13)进行限位；第一密封圈(11)可保证热水不会从单动接头(14)和接头(10)之间间隙进入冰芯管；接头(10)下部加工由螺纹，通过锁紧螺母(15)可实现对单动接头(14)的限位；自旋转钻头(19)通过螺纹连接在冰芯管(18)底部；自旋转钻头由骨架密封(20)、过渡接头(21)、第二密封圈(22)、芯管(23)、钻头体(24)、冰芯卡断器(25)、卡断器销轴(26)、刀头(27)及螺钉(28)组成；过渡接头(21)上部与冰芯管(18)连接，下部与钻头体(24)螺纹连接，中部安装有第二密封圈(22)，用于封闭过渡接头(21)与钻具外管(17)环状间隙；钻头体(24)中心采用螺纹与芯管(23)相连，芯管(23)上部安装有骨架密封(20)，通过与过渡接头(21)内表面配合实现密封；冰芯卡断器(25)通过卡断器销轴(26)固定在钻头体(24)上，轴向均布三个，卡断器(25)可围绕卡断器销轴自由转动；刀头(27)通过螺钉(28)固定钻头体(24)底部，径向均布三个；钻头体(24)内部设计有竖直流道(29)和侧喷流道(30)，两者相互贯通，热水可经由竖直流道(29)和侧喷流道(30)喷出钻头体外。