[发明专利]天然气水合物锤击式冷冻保压双作用绳索取样钻具及方法

摘要

天然气水合物锤击式冷冻保压双作用绳索取样钻具及方法，其中取样钻具包括打捞器、钻具外管、钻具内管总成及钻头，钻具内管总成包括锤击式振动取样机构、相变制冷机构、压力保持机构及钻进取心机构，本发明采用锤击式振动取样技术保证天然气水合物岩心的完整性；采用保温保压取样技术确保天然气水合物岩心的稳定性；以冷冻取样技术辅助保温保压取样技术，在保压失败时，通过低温相变液体的相变吸热作用将天然气水合物岩心冷冻到‑40℃，确保天然气水合物不分解；综合以上技术本发明提出的天然气水合物锤击式冷冻保压双作用绳索取样钻具及方法可提高非岩性沉积物天然气水合物的取心成功率。

主权项

1.天然气水合物锤击式冷冻保压双作用绳索取样钻具，该取样钻具包括打捞器、钻具外管(2)、钻具内管总成及钻头(27)，钻具内管总成设置在钻具外管(2)内部，二者之间具有环状间隙，钻头(27)设置在钻具外管(2)的钻进工作端，其特征在于，钻具内管总成包括锤击式振动取样机构、相变制冷机构、压力保持机构及钻进取心机构，其中锤击式振动取样机构包括控制杆(1)、活阀(3)、密封环(4)、活塞(5)、阀体(6)、阀簧(7)及铁砧(8)，所述控制杆(1)顶部设有与打捞器连接的凹槽，控制杆(1)上部的凸台坐于钻具外管(2)上部的凹台内；所述活阀(3)、密封环(4)、活塞(5)、阀体(6)、阀簧(7)及铁砧(8)均套设在控制杆(1)外部并与控制杆(1)同轴设置；活阀(3)置于阀体(6)上方，活阀(3)的下部与活塞(5)接触；活塞(5)位于阀体(6)内部，活塞(5)中部的直径大于阀体(6)上部的孔径；阀簧(7)设置在阀体(6)内部，阀簧(7)的上部与活塞(5)接触，阀簧(7)的下部与铁砧(8)接触；铁砧(8)上设置有用于固定阀体(6)的凹环槽，凹环槽将铁砧(8)分为两部分，位于凹环槽上方的部分置于阀体(6)内，位于凹环槽下方的部分置于阀体(6)外部，铁砧(8)的底部与腔体管(10)连接，其中腔体管(10)底部为敞口式结构，腔体管(10)分为两个腔室，分别为冷源腔和压力室，冷源腔位于压力室上方；其中相变制冷机构包括排气阀、冷源腔及控制阀，所述冷源腔的内壁上覆盖有冷源腔保温层(13)；所述排气阀安装在腔体管(10)的冷源入口处，排气阀包括排气阀体(9)、排气阀弹簧(11)及排气阀芯(12)，所述排气阀体(9)通过螺纹与腔体管(10)连接；所述排气阀弹簧(11)和排气阀芯(12)设置在排气阀体(9)内部，排气阀弹簧(11)的一端与排气阀体(9)连接，排气阀弹簧(11)的另一端与排气阀芯(12)连接，排气阀弹簧(11)的预紧力用于将排气阀芯(12)顶在排气阀体(9)的通孔上；所述控制阀包括控制阀芯(14)、控制阀弹簧(15)、控制阀顶块(16)及顶块室(17)，所述控制阀弹簧(15)用于将控制阀芯(14)压紧在冷源腔的出口；所述控制阀顶块(16)设置在控制杆(1)的滑道内，并且控制阀顶块(16)的一部分凸出于控制杆(1)抵靠在控制阀芯(14)的下部，用于将控制阀芯(14)锁定，控制杆(1)上行时，控制阀顶块(16)通过控制阀芯(14)将其压入位于控制杆(1)滑道底部的顶块室(17)内；其中压力保持机构包括压力室、翻板阀(20)及扭簧(21)，所述压力室的内壁覆盖有压力室保温层(18)，所述翻板阀(20)的固定端与腔体管(10)的侧壁下部铰接，并在铰接处设置有扭簧(21)，翻板阀(20)的自由端与控制杆(1)接触，翻板阀(20)朝向压力室的一侧设置有翻板阀上保温层(19)；所述扭簧(21)设置在翻板阀(20)与腔体管(10)的铰接处，扭簧(21)用于驱动翻板阀(20)翻转；其中钻进取心机构包括取心筒(22)、取心筒活塞(23)、切削齿(24)、岩心管(25)及揽簧(26)，所述岩心管(25)与腔体管(10)同轴设置，岩心管(25)的上部与腔体管(10)连接，岩心管(25)的底部与切削齿(24)相连接；所述取心筒(22)位于岩心管(25)内部且坐在岩心管(25)内台阶上，取心筒(22)内部设置有与控制杆(1)底部连接的取心筒活塞(23)；所述揽簧(26)固定在取心筒(22)下部，以便取心时天然气水合物岩心不会自取心筒(22)内掉出。