[发明专利]液氮天然气水合物孔底冷冻绳索取芯钻具

摘要

本发明公开了一种内管提拉式液氮天然气水合物孔底冷冻绳索取芯钻具，是由内管总成和外管总成两部分组成，在冷冻过程中通过内管提拉机构将内管提入储冷机构，然后液氮对岩心管内的水合物岩心进行冷冻，保证水合物岩心不分解。使用液氮做为冷冻剂，冷冻过程中液氮快速气化，可实现快速冷冻，冷冻效好；将绳索取心与孔底冷冻结合，实现不提钻快速取心；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、完整度和代表性。通过将装满岩心的岩心管提入到冷冻腔内的方法来实现冷源与水合物岩心的对流换热过程，本发明结构简单，取样及冷冻过程容易实现，冷冻效率高，其配套的取样方法步骤简单。

主权项

一种液氮天然气水合物孔底冷冻绳索取芯钻具，其特征在于：是由内管总成和外管总成两部分组成，内管总成包括捞矛头(1)、第一弹性销(2)和弹卡回收管(3)，捞矛头(1)通过第一弹性销(2)与弹卡回收管(3)铰接，弹卡回收管(3)与弹卡架(9)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，弹卡回收管(3)可在自身重力和打捞器拉力作用下延竖直方向移动固定的距离，弹卡(7)为两片通过第三弹性销(8)形成可转动的连接，扭簧(6)保持弹卡(7)在弹卡架(9)内保持张开，第三弹性销(8)与弹卡架(9)通过第三弹性销(8)形成固定连接，两片弹卡(7)卡在弹卡挡头(5)上，第一内接手(11)与弹卡架(9)通过螺纹连接，第一内接手(11)通过螺纹与悬挂环(12)连接，第一内接手(11)上开有均匀分布的八个斜孔，其中四个斜孔位于悬挂环(12)上部，另外四个斜孔位于悬挂环(12)下部，当悬挂环(12)与座环(13)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(11)上部的斜孔进入，从第一内接手(11)下部的斜孔流出完成泥浆循环，悬挂环(12)与座环(13)的接触式连接使内管总成悬挂在外管总成内，使卡簧座(41)与钻头(42)之间保持2‑4毫米间隙，第一内接手(11)与上轴承座(15)通过螺纹连接，第一轴承(14)上部与上轴承座(15)接触，并随上轴承座转动，第一轴承(14)下部与下轴承座(18)接触保持不动，当岩芯在岩芯管内卡住时，第一轴承(14)作为易损件承受上顶力，第二轴承(17)上部与下轴承座(18)接触，第二轴承(17)下部与上轴承座(15)接触，第二轴承(17)提供上顶力使下轴承座(18)不向下移动，第一油嘴(16)与下轴承座(18) 通过螺纹接触；第一轴承(14)与第二轴承(17)实现了岩芯管(34)的单动功能，保证在钻进过程中岩芯管(34)中的水合物岩芯不会受到扰动；第一弹簧(19)上部与第二轴承(17)接触并提供上顶力使第二轴承(17)能够保持下轴承座(18)不动，第一弹簧(19)下部与档环(20)接触，档环(20)与上轴承座(15)接触，防松垫片(21)上部与档环(20)连接，第一弹簧(19)下部与小圆螺母(22)连接，小圆螺母(22)为第一弹簧(19)提供上顶力；在内管总成投入到孔内时，悬挂环(12)坐落在座环(13)上，在卡断岩芯时，卡簧(40)带动卡簧座(41)下移压缩第一弹簧(19)，卡簧座(41)与钻头(42)接触将拔断岩芯的力传递到外管上；第二内接手(23)通过螺纹与下轴承座(18)连接，第二内接手(23)与连接杆(26)通过螺纹连接，密封圈(24)由连接杆(26)压入到储冷腔体管(25)的环状槽内，连接杆(26)与储冷腔体管(25)为轴孔配合，连接杆(26)可在储冷腔体管(25)的孔内做直线运动，在钻进结束后打捞器带动连接杆(26)，连接杆(26)带动岩芯管(34)上移，第一重力管(33)带动储冷腔体管(25)下移，岩芯管(34)进入到储冷腔体管(25)的液氮腔(27)内，液氮腔(27)为存储液氮的腔体，液氮腔(27)内的液氮吸热大量气化对岩芯管(34)内的水合物岩芯进行冷冻；真空腔(28)起到隔热保温的作用，下保温垫(29)套在连接杆(26)上起到保温和密封的作用，减少液氮的散热和避免液氮泄露；连接杆(26)下部与止逆阀座(31)通过螺纹连接，止逆阀球(30)座于止逆阀座(31)的上部，在岩芯进入岩芯管(34)内部时岩芯管(34)内部的冲洗液顶开止逆阀球(30)从连接杆(26)上的泄流口流入内管总成和外管的间隙中，同时保证外部的泥浆冲洗液不会流回岩芯管内；储冷腔体管(25)与第一重力管(33)通过螺纹连接，第一重力管(33)与岩芯管(34) 之间拥有一定的间隙，在打捞器提动岩芯管(34)向上移动时，第一重力管(33)能够自由下落；第三轴承(35)上部与第一重力管(33)连接，第三轴承(35)下部与外轴承座(37)连接，在钻进过程中外轴承座(37)座在带槽悬挂环(36)上随外管一起转动，带槽悬挂环(36)上的槽为泥浆冲洗液通路，第二重力管(38)与第一重力管(33)通过螺纹连接，钻进过程中由于第三轴承(35)的作用不随外轴承座(37)转动可保证岩芯管(34)的单动性能；第二油嘴(39)与外轴承座(37)通过螺纹连接，每次钻进开始前通过第二油嘴(39)上的小口将润滑油加入外轴承座(37)与第三轴承(35)内的间隙内，润滑油可对转动的第三轴承(35)起到润滑、散热和防水的作用；卡簧(40)座于卡簧座(41)的锥形孔中，在钻进结束后卡簧(40)抱死岩芯柱带动卡簧座(41)下移与钻头(42)接触，将拔断岩芯的力传递到外管上保证内管总成不受力；第二弹簧(46)将排气阀球(44)堵在储冷腔体管(25)的排气孔上，排气阀座(45)与储冷腔体管(25)通过螺纹连接，第二弹簧(46)下部与排气阀座(45)接触，液氮腔(27)内的液氮在冷冻水合物岩芯的过程中会产生大量氮气使液氮腔(27)内的压力升高，当液氮腔(27)内的压力大于第二弹簧(46)的预紧力时，第二弹簧(46)受到排气阀球(44)的压力而收缩，氮气从储冷腔体管(25)的排气孔排出；外管总成的结构是，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(43)连接，第一扩孔器(43)与第二外管(32)通过螺纹连接，第二外管(32)通过螺纹与第二扩孔器(47)连接，第二扩孔器(47)与钻头(42)通过螺纹连接。