天然气水合物孔底冷冻液动绳索取心钻具及取心方法
专利汇可以提供天然气水合物孔底冷冻液动绳索取心钻具及取心方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 天然气 水 合物孔底冷冻绳索取心钻具及取心方法，本发明适用于深海和陆地永冻层的天然气水合物钻探取心。本发明采用单纯的冷冻取样，采用 干 冰 为冷源，酒精为助冷催化剂和载冷剂，能过实现天然气水合物 岩心 快速冷冻；将绳索取心与孔底冷冻结合，实现不提钻快速取心；采用 钻井液 压 力 来驱动控制 阀 机构实现冷源注入冷冻机构的过程，具有较高的可行性。钻进时内管总成不回转，因而在较大程度上避免了因钻具回转产生的机械力对水合物岩心的破坏，更有效地提高了岩心采取率。，下面是天然气水合物孔底冷冻液动绳索取心钻具及取心方法专利的具体信息内容。
1.一种天然气水合物孔底冷冻液动卡绳索取心钻具，其特征在于：是由内管总成和外管总成组成，内管总成包括有打捞机构、控制机构、悬挂机构、钢球定位机构、单动机构、调节机构、冷源存储机构和孔底冷冻机构；
打捞机构由捞矛头2、第一内接手3组成，捞矛头2与第一内接手3通过螺纹连接；打捞器下入孔内后与捞矛头2连接从而实现将钻具内管总成放入孔内和回收；打捞机构时带动岩心管43向上移动；
控制机构是由第一内接手3、控制活塞4、第一弹簧9、控制阀10和重力管11组成，第一内接手3与重力管11通过螺纹连接，控制活塞4位于第一内接手3的内部，并可在第一内接手3内部实现竖直方向的上行和下行；第一弹簧9上部与控制活塞4接触，下部与重力管11接触，第一弹簧9为控制活塞4提供上顶力保证控制活塞4位于上下进水口之间；第一内接手3上开有均匀分布的12个斜孔，分别位于控制活塞4的上部，悬挂环6上部和下部相对的位置，当悬挂环6与座环7接触后，原本从内管总成与外管之间间隙流动的泥浆通道被堵死，泥浆通过第一内接手3的下进水口进入，从第一内接手3下部的出水口流出完成泥浆循环，在实际钻进结束后，向钻杆内投入塞流环，塞流环座于悬挂环6上并将下进水口堵住，此时开泵循环泥浆，泥浆从第一内接手3的上进水口进入，克服第一弹簧9的预紧力使控制活塞4下行，同时控制活塞4带动控制阀10下行将冷源压入到冷冻机构中；
悬挂机构是由第一内接手3、悬第一挂环6、第一座环7和第一扩孔器5组成，第一内接手3通过螺纹与悬挂环6连接，座环7通过螺纹与第一扩孔器5连接；悬挂环6与座环7的连接方式为接触式连接，这种连接方式使内管总成克服自身重力悬挂在外管总成内，使卡簧座47与钻头48之间保持2-4毫米间隙，以防止损坏卡簧座47和钻头48，并保证岩心管
43不会因为与钻头48接触而转动和岩心管43的通水性能；
钢球定位机构是由定位管8、重力管11、中间管12、定位钢球13、第二内接手14、第二悬挂环49和第二座环50组成，定位管8通过螺纹与第一扩孔器5连接，重力管11通过螺纹与第一内接手3连接，中间管12与第二内接手14通过螺纹连接，定位钢球13位于重力管
11和中间管12上的斜孔之间；钻进时首先将内管总成投入孔内，重力管11将定位钢球13从中间管12的斜孔内挤出进入到定位管8的环装槽内，实现内管总成的上定位；当打捞器带动打捞机构上行时，第一内接手3带动重力管11上行，上行距离为重力管11的外凸台和中间管12的内凸台之间的距离，此时重力管11和第二内接手14脱离并且二者之间的距离小于定位钢球13的直径，因此当内管总成上行时定位钢球13会由于定位管8的推力而进入到重力管11和第二内接手14的间隙中，实现内管总成的回收，第二悬挂环49座于第二座环50上，为钢球定位机构提供上顶力，确保钢球定位机构实现功能；
单动机构是由上轴承座15、第一轴承16、油嘴18、下轴承座17和第二轴承19组成；第二内接手14通过螺纹与上轴承座15连接，上轴承座15下部与第一轴承16上部接触，第一轴承16上部随上轴承座15转动，下轴承座17上部与第一轴承16下部接触并保持不动，第一轴承16承受由于岩心卡堵而产生的上顶力，第二轴承19上部与下轴承座17接触，第二轴承17下部与上轴承座15接触，油嘴18与下轴承座17通过螺纹连接，钻进开始前通过油嘴18将润滑油注入上轴承座15和下轴承座17的间隙内对轴承进行润滑和散热；
调节机构是由下轴承座17、第二弹簧20、挡环21、垫片22、圆螺母23和连接管24构成；
第二弹簧20上部与第二轴承19接触并提供上顶力使第二轴承19能够保持下轴承座17不动，第二弹簧20下部与档环21接触，档环21与上轴承座15接触，垫片22上部与档环21连接，第二弹簧20下部与圆螺母23连接，圆螺母23为第二弹簧20提供上顶力，将单动机构上部的机构与下部的机构连接起来；上轴承座15通过螺纹与连接管24连接；在内管总成投入到孔内时，悬挂环6坐落在座环7上，内管总成下部的机构由于自身重力会向下移动，第二弹簧20可起到缓冲作用；在卡断岩心时，卡簧46带动卡簧座47下移压缩第二弹簧20，卡簧座47座与钻头48内的台阶上，进而将拔断岩心的力传递到外管上，保证内管在整个取样过程中不受力；
冷源存储机构是由酒精腔上接手25、第一密封圈26、酒精腔体管27、酒精腔下接手28、控制阀球29、控制阀座30、排气阀座31、第三弹簧32、排气阀球33、第四弹簧34、冷源腔保温层35、第二密封圈36和岩心腔上接手37组成；酒精腔上接手25通过螺纹与酒精腔体管
27连接，酒精腔体管27与酒精腔下接手28通过螺纹连接，酒精腔上接手25、酒精腔体管27和酒精腔下接手28共同组成酒精存储腔；控制阀球29上部与酒精腔下接手28接触，下部为第三弹簧32；第三弹簧32上部与控制阀球29接触并通过一定的预紧力将其压紧在酒精腔下接手28上，下部座于控制阀座30内；控制阀座30与酒精腔下接手28通过螺纹连接，酒精腔下接手28、控制阀球29、控制阀座30和具有一定预紧力的第三弹簧32组成单向阀，在钻进过程中，单向阀将酒精腔下接手28上的酒精流动通道堵死，确保在钻进过程中酒精不会流出；当酒精腔内部的压力升高到一定值时，液体压力使单向阀打开，酒精流出；排气阀座通过螺纹与酒精腔下接手28连接，第四弹簧34座于排气阀座31内，并通过预紧力将排气阀球33顶在酒精腔下接手28上，排气阀座31、排气阀球33、第四弹簧34和酒精腔下接手28组成排气阀，当冷源腔内的气体压力升高时将排气阀顶开，气体排出；酒精腔下接手28与岩心腔上接手37通过螺纹连接，冷源腔保温层35位于酒精腔下接手28内部，保温层保证干冰在存储过程中不气化；
孔底冷冻机构是由第二密封圈36、岩心腔上接手37、止逆阀球39、冷冻腔体管40、止逆阀座41、冷冻腔保温层42、岩心管43、保温垫片45、卡簧46和卡簧座47组成；岩心腔上接手37与冷冻腔体管40通过螺纹连接，岩心管43通过螺纹与岩心腔上接手37连接，冷冻腔体管40与岩心管43之间的环状间隙为冷冻腔，当钻进结束后将冷源注入到冷冻腔内，冷源与水合物岩心之间通过岩心管43进行换热，从而冷冻水合物岩心，冷冻腔体管40的内壁包裹有冷冻腔保温层42；岩心腔上接手37与止逆阀座41通过螺纹连接，止逆阀球39位于止逆阀座41上部，岩心腔上接手37、止逆阀座41和止逆阀39球组成止逆阀，在岩心进入到岩心管43内的过程中，岩心管43内的泥浆顶开止逆阀球39经岩心腔上接手37内部的泄流口流出，止逆阀同时保证泥浆不会流回岩心管43内；卡簧座47与冷冻腔体管40通过螺纹连接，卡簧46座于卡簧座47内，钻进结束后，上提内管总成，卡簧46由于自身重力和岩心的摩擦力作用下行将岩心抱死，卡簧座47座于钻头48内部的台阶上将岩心卡断，实现岩心的回收；
外管总成是由第一外管1、第一扩孔器5、定位管8、第二外管38、第二扩孔器44和钻头
48组成，第一外管1通过螺纹与第一扩孔器5连接，第一扩孔器5与定位管8通过螺纹连接，定位管8通过螺纹与第二外管38连接，第二外管38与第二扩孔器44通过螺纹连接，第二扩孔器44通过螺纹与钻头48连接。
2.一种天然气水合物孔底冷冻液动绳索取心方法，该方法包括以下步骤：
a、根据不同的钻进深度调节第一弹簧9的预紧力确保控制活塞4的位置在第一内接手的上下进水口之间；
b、在地表向由酒精腔上接手25、酒精腔体管27和酒精腔下接手28组成的酒精腔内装满酒精；根据不同孔深所需的冷量在酒精腔下接手28和岩心腔上接手37组成的干冰腔内放入适当的干冰，将内管总成组装完毕；使用打捞器或直接将内管总成通过钻杆送入到孔内，内管总成到达孔底之后开钻；
c、钻进结束后，投入塞流管51将第一内接手3下进水口堵住，然后循环泥浆，泥浆从第一内接手3上进水口进入推动控制活塞4带动控制阀10下行将酒精腔内的酒精压入到干冰腔内；
d、酒精与干冰在干冰腔内混合形成低温酒精后进入冷冻机构内对水合物岩心进行冷冻；
e、冷冻10-20分钟后将内管总成从孔内提出；
f、将岩心样品用液氮储存罐或者高压容器保存。
天然气水合物孔底冷冻液动绳索取心钻具及取心方法
技术领域
背景技术
发明内容
38.第二外管，39.止逆阀球，40.冷冻腔体管，41.止逆阀座，42.冷冻腔保温层，43.岩心管，44.第二扩孔器，45.保温垫片，46.卡簧，47.卡簧座，48.钻头，49.第二悬挂环，50第二座环，51塞流管。
具体实施方式
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