[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

摘要

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。

主权项

1.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(1)、第一弹性销(2)及弹卡回收管(3)，捞矛头(1)通过第一弹性销(2)与弹卡回收管(3)铰接；打捞器下入孔内后与捞矛头(1)连接；弹卡回收管(3)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(4)、弹卡挡头(5)、扭簧(6)、弹卡(7)、第三弹性销(8)及弹卡架(9)，弹卡架(9)与弹卡回收管(3)通过第二弹性销(4)铰接，第二弹性销(4)与弹卡架(9)的连接为可动连接，第二弹性销(4)与弹卡回收管(3)之间为固定连接，弹卡(7)数量为两片，两片弹卡(7)均卡在弹卡挡头(5)上，且两片弹卡(7)之间通过第三弹性销(8)形成转动连接，弹卡(7)因扭簧(6)在弹卡架(9)内保持张开，第三弹性销(8)与弹卡架(9)为固定连接；所述悬挂机构包括弹卡架(9)、内接手(11)、第一悬挂环(12)与第一座环(13)，内接手(11)与弹卡架(9)通过螺纹连接，同时内接手(11)通过螺纹与第一悬挂环(12)连接，在内接手(11)上开有均匀分布的八个斜孔，其中四个斜孔位于第一悬挂环(12)上方，另外四个斜孔位于第一悬挂环(12)下方，第一悬挂环(12)与第一座环(13)接触后，内管与外管之间的流通通道被堵死，泥浆通过位于内接手(11)上部的斜孔进入，从位于内接手(11)下部的斜孔流出完成泥浆循环；第一悬挂环(12)与第一座环(13)为接触式连接，这种接触式连接使内管总成悬挂在外管总成内；所述单动机构包括上轴承座(15)、下轴承座(18)、第一轴承(14)、第二轴承(17)和油嘴(16)，上轴承座(15)与内接手(11)通过螺纹连接；第一轴承(14)上部与上轴承座(15)接触，并随上轴承座(15)转动，第一轴承(14)下部与下轴承座(18)接触保持不动；第二轴承(17)上部与下轴承座(18)接触；油嘴(16)与下轴承座(18)通过螺纹接触，润滑油通过油嘴(16)注入到第一轴承(14)与上轴承座(15)之间和第二轴承(17)与下轴承座(18)之间的间隙内；所述缓冲机构包括弹簧(19)、挡环(20)、垫片(21)及圆螺母(22)，圆螺母(22)与上轴承座(15)通过螺纹连接，并通过垫片(21)将挡环(20)固定在上轴承座(15)的下部台阶处，弹簧(19)下部与挡环(20)接触，弹簧(19)上部与第二轴承(17)接触；所述冲击机构包括电动冲击器(36)、电源(24)、连接杆(25)、电极(26)、导线(30)、内螺母挡片(27)、挡片密封圈(28)、第一腔体管(31)、第二腔体管(37)及第二钻头(49)，电极(26)位于电源(24)的内部通孔中，正极位于负极上方，并分别与连接杆(25)内的两根导线(30)接触；连接杆(25)穿过位于电源(24)内部的通孔与电源腔体管(23)螺纹连接，电源(24)通过设置在连接杆(25)内部的导线(30)依次与制冷机组(32)、电动冲击器(36)形成可动连接，电源(24)固定在电源腔体管(23)内；内螺母挡片(27)与电源腔体管(23)螺纹连接，内螺母挡片(27)中部设置有挡片密封圈(28)；第二腔体管(37)与第一腔体管(31)之间螺纹连接；第二钻头(49)与第二腔体管(37)通过螺纹连接；电动冲击器(36)固定在第一腔体管(31)内；当内管总成中的第一腔体管(31)沿连接杆(25)向上运动到与电源腔体管(23)接触时即达到第一腔体管(31)的行程上限，此时导线(30)接通电源(24)与电动冲击器(36)，电动冲击器(36)开始工作，电动冲击器(36)的冲击力通过第二腔体管(37)传递到第二钻头(49)进行冲击钻进；所述孔底冷冻机构包括制冷机组(32)、电源(24)、连接杆(25)、导线(30)、冷冻腔(40)、真空腔(41)、制冷剂输入管(34)、制冷剂输出管(51)、岩心管(45)、卡簧(47)、卡簧座(48)、止逆阀球(38)和止逆阀座(39)，连接杆(25)下部依次穿过第一腔体管(31)、制冷机组(32)、减震垫片(35)、电动冲击器(36)和第二腔体管(37)，并与它们形成可动连接，连接杆(25)与第一腔体管(31)之间设置有密封圈；制冷机组(32)经定位螺栓(33)与第一腔体管(31)形成固定连接，连接杆(25)下端部与第二腔体管(37)内腔顶面接触时即达到第一腔体管(31)的行程下限，第二悬挂环(43)与第二座环(44)之间预留有供冲洗液通过的间隙，此时导线(30)接通制冷机组(32)与电源(24)，冷冻腔(40)和真空腔(41)位于第二腔体管(37)内部，冷冻腔(40)和真空腔(41)同轴布置，且真空腔(41)位于冷冻腔(40)外部，冷冻腔(40)分别通过制冷剂输入管(34)、制冷剂输出管(51)与制冷机组(32)连通形成制冷剂循环系统；拔断天然气水合物岩心时，连接杆(25)下端部与第二腔体管(37)内腔顶面接触时即达到第一腔体管(31)行程下限，第二悬挂环(43)与第二座环(44)接触；第二腔体管(37)与第二悬挂环(43)通过螺纹连接，岩心管(45)与卡簧座(48)通过螺纹连接；止逆阀球(38)通过止逆阀座(39)安装在连接杆(25)下部；卡簧(47)座于卡簧座(48)的锥形孔中；外管总成包括弹卡挡头(5)、第一外管(10)、第一扩孔器(50)、第二扩孔器(42)、第二外管(29)、第二悬挂环(43)和第一钻头(46)，弹卡挡头(5)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(50)连接，第二扩孔器(42)与第二外管(29)通过螺纹连接，第二外管(29)通过螺纹与第二悬挂环(43)连接，第二扩孔器(42)与第一钻头(46)通过螺纹连接。