[发明专利]极地冰下基岩热水取芯钻进方法及装置

权利要求书

1.一种极地冰下基岩热水取芯钻进方法，所用的极地冰层热水取芯钻进装置，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）、反扭装置（6）、电气舱（12）、岩屑管（13）、螺杆马达（15）及下部双管钻具和钻头（28），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）安装有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；

反扭装置（6）为板状反扭类型，沿径向均布三根矩形反扭板，每根反扭板由反扭片（8）和热熔片（9）组成，热熔片（9）内埋置有加热元件（10），加热元件（10）通过加热元件电缆（11）与电气舱（12）相连；反扭片（8）和热熔片（9）分别采用螺钉（7）固定在反钮装置外管上；电气舱（12）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（12）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；岩屑管固定座（14）与反扭装置（6）相连，岩屑管（13）通过螺纹连接在岩屑管固定座（14）上；

螺杆马达（15）为钻具回转动力源，螺杆马达（15）外壳与岩屑管固定座（14）相连，在钻进时保持不转动，螺杆马达内螺杆在热水驱动下回转并通过螺杆马达输出轴（16）与下部钻具相连，驱动下部钻具和钻头（28）回转切削完成钻进取样；螺杆马达（15）具有外管（17）；

下部钻具包括旋转接头（19）、密封圈（20）、轴承（21）、轴承挡环（22）、单动接头（23）、锁紧螺母（24）、单向球阀（25）、钻具外管（26）和岩芯管（27），旋转接头（19）上部通过平键（18）与螺杆马达输出轴（16）相连，钻具外管（26）通过螺纹与旋转接头（19）连接，螺杆马达输出轴（16）、旋转接头（19）、钻具外管（26）和钻头（28）保持同步转动；岩芯管（27）通过螺纹与单动接头（23）相连，单动接头（23）内由两套轴承（21）与旋转接头（19）心轴配合，两套轴承（21）之间由轴承挡环（22）进行限位；密封圈（20）可保证热水不会从单动接头（23）和旋转接头（19）之间间隙进入冰心管；旋转接头（19）下部加工由螺纹，通过锁紧螺母（24）可实现对单动接头（23）的限位；钻头（28）通过螺纹连接在钻具外管（26）底部，其特征在于：

该方法是：采用热水作为动力介质驱动孔底钻具回转进而完成基岩取芯钻进，孔底动力装置可为螺杆马达或涡轮马达，热水采用管路输送至孔底钻具，同时采用电缆为钻具内传感器及通讯模块进行供电，并实现地表对孔内钻进参数的监测；岩石钻进钻头采用仿生金刚石钻头，通过回转磨削向下钻进，同时钻进产生的岩屑被热水带离孔底，并沿钻具与孔壁环状间隙上返，钻具上方设计由专门的岩屑收集装置，该装置利用流体力学理论进行设计，岩屑收集装置上部钻具直径变小，当携带有岩屑的热水流经岩屑收集装置，热水流速降低，岩屑依靠重力下落至岩屑收集装置内，在钻具上方设计反扭装置，防止上部钻具在钻头钻进时发生转动。