孔底冷凍繩索取心鉆具制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及一種孔底冷凍繩索取心鉆具。用液氮作為冷凍劑，通過液氮?dú)饣鼰嵩诳椎桌鋬鰩r心，抑制天然氣水合物的分解。鉆具包括外管總成和內(nèi)管總成。獲取巖心時用打撈器將內(nèi)管總成從外管總成中打撈上來，卸下端蓋和卡簧座，將半合管連同巖心樣品一同從巖心管內(nèi)抽出，將半合管兩端用膠塞密封，巖心樣品連同半合管用液氮儲存罐或者高壓容器保存。可實(shí)現(xiàn)快速冷凍，冷凍效果好；將繩索取心與孔底冷凍結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不提鉆快速取心；鉆進(jìn)時內(nèi)管總成不回轉(zhuǎn)，因而在較大程度上避免了因鉆具回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機(jī)械力對水合物巖心的破壞，更有效地提高了巖心采取率、完整度和代表性，并采用半合管式快速地表取樣，可快速在地表獲得巖心。（*該技術(shù)在2020年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

：本技術(shù)涉及一種繩索取心鉆探機(jī)具，尤其是用于天然氣水合物鉆探孔底冷凍取心的鉆探機(jī)具。?
技術(shù)介紹
：隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，煤、石油、天然氣等常規(guī)能源已不能滿足人類發(fā)展的需求，天然氣水合物以其豐富的儲量，在未來成為煤、石油、天然氣等常規(guī)能源的替代能源也被人類所共識。?天然氣水合物形成和賦存在高壓低溫的環(huán)境下。根據(jù)天然氣水合物穩(wěn)壓特性曲線，如果溫度或者壓力條件變化超過平衡條件，就會導(dǎo)致天然氣水合物分解。如何獲取高保真的天然氣水合物樣品，對鉆探取心工作提出了很高的要求。目前國內(nèi)外的天然氣水合物取樣器主要由兩種設(shè)計思路：一種是孔底保壓取樣器，一種是孔底冷凍取樣器。孔底保壓取樣器的思路是當(dāng)水合物巖心進(jìn)入保壓巖心管后，通過球閥關(guān)閉巖心管底部使巖心保持初始壓力，并利用壓力補(bǔ)償裝置控制壓力，來維持巖心壓力在提鉆的過程中保持不變，提到地表后再對巖心進(jìn)行冷凍保存。這種思路對于球閥的強(qiáng)度和密封性要求特別高，一旦球閥密封性下降，就會導(dǎo)致水合物分解，取心失敗。孔底冷凍取樣器的思路是當(dāng)鉆進(jìn)回次結(jié)束，水合物巖心充滿巖心管后，利用沖洗液壓力將冷凍劑壓入到巖心管周圍密封的冷凍腔體內(nèi)部，冷凍劑與水合物巖心通過銅質(zhì)的巖心管發(fā)生熱交換，實(shí)現(xiàn)對水合物巖心的冷凍。根據(jù)天然氣水合物溫壓特性曲線，其分解壓力隨著溫度的降低而降低。如果能夠把天然氣水合物巖心冷凍到-45攝氏度，即使壓力小于一個大氣壓，也可以保證水合物巖心不分解。?現(xiàn)有的孔底冷凍取樣鉆具采用的是干冰作為冷凍劑，酒精做為載冷劑，且為投球提鉆式取心，其不足是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于干冰為固態(tài)，需采用酒精作為載冷劑，先與干冰反應(yīng)成為低溫酒精后，才能注入冷凍腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)冷凍，這就使取樣器結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜；冷東效率低，效果差，由于必須采用酒精作為載冷劑，有很大一部分冷量被酒精帶走，不能實(shí)現(xiàn)冷凍劑冷量的充分利用；為投球提鉆取心，在鉆進(jìn)回次結(jié)束后，通過鉆桿向取樣器內(nèi)投入鋼球來改變沖洗液流通道，以實(shí)現(xiàn)對冷凍過程的控制。這就決定了回次結(jié)束后只能采用提鉆的方法獲取巖心，提鉆時間長，工作量大。而且在提鉆過程中，水合物巖心會產(chǎn)生二次分解。?
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
：本技術(shù)的目的就在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種是用液氮在孔?底降低水合物巖心溫度來抑制天然氣水合物分解，適用于陸地凍土層天然氣水合物鉆探取樣的孔底冷凍繩索取心鉆具。?本技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：?用液氮作為冷凍劑，通過液氮?dú)饣鼰嵩诳椎桌鋬鰩r心，抑制天然氣水合物的分解。?液氮?dú)饣吞烊粴馑衔锟椎桌鋬隼K索取樣器包括外管總成與內(nèi)管總成。在獲取-->巖心時，通過繩索取心的方法，用打撈器將內(nèi)管總成從外管總成打撈上來。?內(nèi)管總成包括：矛頭1通過銷釘5與錐軸4鉸接，定位鋼球3與定位彈簧2安裝在矛頭1與錐軸3之間，錐軸4采用空心銷釘I8嵌套在提引套筒6上部，提引套筒6與彈卡座9同心，并且為間隙配合，提引套筒6沿軸向滑動，空心銷釘II10穿過彈卡座的銷釘槽，兩端鉚固在提引套筒壁上，彈卡座9的銷釘槽通過限制空心銷釘10的運(yùn)動距離，限制提引套筒6的沿軸向上運(yùn)動距離，彈卡15與鉸鏈11采用鉚釘16組成鉸鏈?zhǔn)綇椏ǘㄎ粰C(jī)構(gòu)，彈卡15的固定端通過空心銷釘III13固定在彈卡座9上，彈卡座9通過鉚釘14與主軸22連接，懸掛環(huán)18通過螺紋安裝在主軸22上部臺肩螺紋處，采用止退螺母19固緊，主軸22為中空結(jié)構(gòu)，主軸22頂端側(cè)壁設(shè)有4個Φ19的斜孔I20，斜孔I20中線與主軸軸線22成45°角，座環(huán)21下部的主軸22側(cè)壁設(shè)有4個Φ19的斜孔II23，斜孔II23中線與主軸軸線成45°角，斜孔I20與斜孔II23均沿主軸外壁周向均布，中空心軸27通過螺紋與主軸22下部連接，并用固緊圓螺母28鎖緊，心軸套30與中空心軸27為間隙配合，心軸套30上端為推力軸承31，下端為推力軸承32，推力軸承31坐于軸承擋蓋29內(nèi)部，推力軸承32由緩沖彈簧33壓緊，然后采用擋圈34與螺母35將彈簧固定；?連接短管36上端通過內(nèi)螺紋與心軸套30外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與控制接頭37外螺紋連接，中空心軸27下端將插入到控制接頭37上部孔內(nèi)，之間為間隙配合，控制活塞38坐于控制接頭37中心活塞通道內(nèi)，控制彈簧39壓在控制活塞38下部，擋片45將控制彈簧壓緊，用緊定螺釘將擋片45固定在控制接頭37上，泄流彈簧42、泄流閥鋼球43和泄流閥44組成泄流閥組合，依次安裝于泄流孔41內(nèi)；?活塞腔體49上端通過內(nèi)螺紋與控制接頭37外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與活塞腔下接頭50連接，活塞47位于活塞腔內(nèi)上部，活塞47外壁與活塞腔體49內(nèi)壁為同軸間隙配合，活塞36外壁和活塞腔體49內(nèi)壁之間采用“O”型圈密封，活塞47在活塞腔體49內(nèi)軸向滑動，活塞47通過螺母46固定在活塞桿48上端，活塞47內(nèi)壁與活塞桿48外壁采用“O”型圈密封，活塞桿48穿過活塞腔下接?頭50中心通道延伸到活塞腔下接頭下部液氮腔58內(nèi)，活塞桿48與活塞腔下接頭50中心通道為間隙配合，在活塞腔下接頭50上端面設(shè)有排氣孔I51下端面設(shè)有排氣孔II54，排氣閥I52裝在排氣孔I51內(nèi)，排氣閥53裝在排氣孔II54內(nèi)；?液氮腔體58上端通過內(nèi)螺紋與活塞腔下接頭50外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與巖心管接手65外螺紋連接，液氮罐59位于液氮腔體58內(nèi)，液氮罐上支撐55支撐在液氮罐59上端，液氮罐下支撐60支撐在液氮罐59下端，液氮罐59下端為球形端面，液氮罐上支撐55、液氮罐下支撐60和液氮罐59上下端面間為靜接觸，使液氮罐59與液氮腔體58保持較高的同軸度，液氮罐59外壁與液氮腔體58內(nèi)壁設(shè)有2-4mm間隙；活塞桿48延伸到液氮罐59上部，液氮活塞56通過螺母57固定在活塞桿48下端，液氮活塞56與液氮罐59內(nèi)壁為間隙配合，液氮活塞56外壁與液氮罐59內(nèi)壁間隙采用“O”型圈密封，液氮活塞56內(nèi)壁和活塞桿48外壁間隙采用“O”型圈密封，在活塞桿48的推動下，液氮活塞56沿液氮罐59內(nèi)壁軸向運(yùn)動，單向閥座62、單向閥鋼球61、調(diào)壓彈簧63和單向閥彈簧座64構(gòu)成液氮單向閥，液氮單向閥通過單向閥座50上部的螺紋連接到液氮59罐下端，單向閥彈簧座64下端與巖心管接手65之間用橡膠墊靜密封；?冷凍腔體70上端與巖心管接手65螺紋連接，巖心管71上端與巖心管接手65螺-->紋連接，冷凍腔體70下端與卡簧座75螺紋連接，巖心管71與冷凍腔體70內(nèi)壁的環(huán)狀空間構(gòu)成冷凍腔，半合管72襯于巖心管71內(nèi)壁，上端與巖心管接手65靜接觸，下端坐于卡簧座75內(nèi)壁臺階上，止逆閥座69與止逆閥球68旋于巖心管接手65中心螺紋孔內(nèi)；排氣閥III67安裝于巖心管接手65下端的排氣孔66內(nèi)，端蓋78旋于冷凍腔體70下端，并用硅橡膠墊77密封，構(gòu)成一個封閉的冷凍腔，卡簧座75穿過端蓋78，卡簧座75外壁與端蓋78內(nèi)壁間隙配合，并采用“O”型圈密封，卡簧76坐于卡簧座75下部錐形內(nèi)壁；?外管總成包括：彈卡室12與彈卡擋頭7螺紋連接，內(nèi)花鍵短接17上部與彈卡室12螺紋連接，下端與內(nèi)花鍵25螺紋連接，內(nèi)花鍵25與外花鍵24通過花鍵配合，外花鍵24沿軸向滑動，內(nèi)花鍵25內(nèi)壁的臺階與外花鍵24外壁的臺階限制外花鍵24沿軸向的滑動距離，外花鍵24通過螺紋連接外管27，導(dǎo)正環(huán)73嵌于外管26下端內(nèi)壁，擴(kuò)孔器74連本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種孔底冷凍繩索取心鉆具，包括外管總成和內(nèi)管總成，其特征在于，內(nèi)管總成包括：矛頭（１）通過銷釘（５）與錐軸（４）鉸接，定位鋼球（３）與定位彈簧（２）安裝在矛頭（１）與錐軸（３）之間，錐軸（４）采用空心銷釘Ⅰ（８）嵌套在提引套筒（６）上部，提引套筒（６）與彈卡座（９）同心，并且為間隙配合，提引套筒（６）沿軸向滑動，空心銷釘Ⅱ（１０）穿過彈卡座的銷釘槽，兩端鉚固在提引套筒壁上，彈卡座（９）上的銷釘槽通過限制空心銷釘（１０）的運(yùn)動距離，限制提引套筒（６）的沿軸向上運(yùn)動距離，彈卡（１５）與鉸鏈（１１）采用鉚釘（１６）組成鉸鏈?zhǔn)綇椏ǘㄎ粰C(jī)構(gòu)，彈卡（１５）的固定端通過空心銷釘Ⅲ（１３）固定在彈卡座（９）上，彈卡座（９）通過鉚釘（１４）與主軸（２２）連接，懸掛環(huán)（１８）通過螺紋安裝在主軸（２２）上部臺肩螺紋處，采用止退螺母（１９）固緊，主軸（２２）為中空結(jié)構(gòu)，主軸（２２）頂端側(cè)壁設(shè)有４個Φ１９的斜孔（２０），斜孔Ⅰ（２０）中線與主軸軸線（２２）成４５°角，座環(huán)（２１）下部的主軸（２２）側(cè)壁設(shè)有４個Φ１９的斜孔Ⅱ（２３），斜孔Ⅱ（２３）中線與主軸軸線成４５°角，斜孔Ⅰ（２０）與斜孔Ⅱ（２３）均沿主軸外壁周向均布，中空心軸（２７）通過螺紋與主軸（２２）下部連接，并用固緊圓螺母（２８）鎖緊，心軸套（３０）與中空心軸（２７）為間隙配合，心軸套（３０）上端為推力軸承（３１），下端為推力軸承（３２），推力軸承（３１）坐于軸承擋蓋（２９）內(nèi)部，推力軸承（３２）由緩沖彈簧（３３）壓緊，然后采用擋圈（３４）與螺母（３５）將彈簧固定；連接短管（３６）上端通過內(nèi)螺紋與心軸套（３０）外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與控制接頭（３７）外螺紋連接，中空心軸（２７）下端將插入到控制接頭（３７）上部孔內(nèi)，之間為間隙配合，控制活塞（３８）坐于控制接頭（３７）中心活塞通道內(nèi)，控制彈簧（３９）壓在控制活塞（３８）下部，擋片（４５）將控制彈簧壓緊，用緊定螺釘將擋片（４５）固定在控制接頭（３７）上，泄流彈簧（４２）、泄流閥鋼球（４３）和泄流閥（４４）組成泄流閥組合，依次安裝于泄流孔（４１）內(nèi)；活塞腔體（４９）上端通過內(nèi)螺紋與控制接頭（３７）外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與活塞腔下接頭（５０）連接，活塞（４７）位于活塞腔內(nèi)上部，活塞（４７）外壁與活塞腔體（４９）內(nèi)壁為同軸間隙配合，活塞（３６）外壁和活塞腔體（４９）內(nèi)壁之間采用“Ｏ”型圈密封，活塞（４７）在活塞腔體（４９）內(nèi)軸向...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種孔底冷凍繩索取心鉆具，包括外管總成和內(nèi)管總成，其特征在于，內(nèi)管總成包括：矛頭(1)通過銷釘(5)與錐軸(4)鉸接，定位鋼球(3)與定位彈簧(2)安裝在矛頭(1)與錐軸(3)之間，錐軸(4)采用空心銷釘Ⅰ(8)嵌套在提引套筒(6)上部，提引套筒(6)與彈卡座(9)同心，并且為間隙配合，提引套筒(6)沿軸向滑動，空心銷釘Ⅱ(10)穿過彈卡座的銷釘槽，兩端鉚固在提引套筒壁上，彈卡座(9)上的銷釘槽通過限制空心銷釘(10)的運(yùn)動距離，限制提引套筒(6)的沿軸向上運(yùn)動距離，彈卡(15)與鉸鏈(11)采用鉚釘(16)組成鉸鏈?zhǔn)綇椏ǘㄎ粰C(jī)構(gòu)，彈卡(15)的固定端通過空心銷釘Ⅲ(13)固定在彈卡座(9)上，彈卡座(9)通過鉚釘(14)與主軸(22)連接，懸掛環(huán)(18)通過螺紋安裝在主軸(22)上部臺肩螺紋處，采用止退螺母(19)固緊，主軸(22)為中空結(jié)構(gòu)，主軸(22)頂端側(cè)壁設(shè)有4個Φ19的斜孔(20)，斜孔Ⅰ(20)中線與主軸軸線(22)成45°角，座環(huán)(21)下部的主軸(22)側(cè)壁設(shè)有4個Φ19的斜孔Ⅱ(23)，斜孔Ⅱ(23)中線與主軸軸線成45°角，斜孔Ⅰ(20)與斜孔Ⅱ(23)均沿主軸外壁周向均布，中空心軸(27)通過螺紋與主軸(22)下部連接，并用固緊圓螺母(28)鎖緊，心軸套(30)與中空心軸(27)為間隙配合，心軸套(30)上端為推力軸承(31)，下端為推力軸承(32)，推力軸承(31)坐于軸承擋蓋(29)內(nèi)部，推力軸承(32)由緩沖彈簧(33)壓緊，然后采用擋圈(34)與螺母(35)將彈簧固定；連接短管(36)上端通過內(nèi)螺紋與心軸套(30)外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與控制接頭(37)外螺紋連接，中空心軸(27)下端將插入到控制接頭(37)上部孔內(nèi)，之間為間隙配合，控制活塞(38)坐于控制接頭(37)中心活塞通道內(nèi)，控制彈簧(39)壓在控制活塞(38)下部，擋片(45)將控制彈簧壓緊，用緊定螺釘將擋片(45)固定在控制接頭(37)上，泄流彈簧(42)、泄流閥鋼球(43)和泄流閥(44)組成泄流閥組合，依次安裝于泄流孔(41)內(nèi)；活塞腔體(49)上端通過內(nèi)螺紋與控制接頭(37)外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與活塞腔下接頭(50)連接，活塞(47)位于活塞腔內(nèi)上部，活塞(47)外壁與活塞腔體(49)內(nèi)壁為同軸間隙配合，活塞(36)外壁和活塞腔體(49)內(nèi)壁之間采用“O”型圈密封，活塞(47)在活塞腔體(49)內(nèi)軸向滑動，活塞(47)通過螺母(46)固定在活塞桿(48)上端，活塞(47)內(nèi)壁與活塞桿(48)外壁采用“O”型圈密封，活塞桿(48)穿過活塞腔下接頭(50)中心通道延伸到活塞腔下接頭下部液氮腔(58)內(nèi)，活塞桿(48)與活塞腔下接頭(50)中心通道為間隙配合，在活塞腔下接頭(50)上端面設(shè)有排氣孔Ⅰ(51)下端面設(shè)有排氣孔Ⅱ(54)，排氣閥Ⅰ(52)裝在排氣孔Ⅰ(51)內(nèi)，排氣閥Ⅱ(53)裝在排氣孔Ⅱ(54)內(nèi)；液氮腔體(58)上端通過內(nèi)螺紋與活塞腔下接頭(50)外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與巖心管接手(65)外螺紋連接，液氮罐(59)位于液氮腔體(58)內(nèi)，液氮罐上支撐(55)支撐在液氮罐(59)上端，液氮罐下支撐(60)支撐在液氮罐(59)下端，液氮罐(59...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫友宏，趙建國，郭威，趙江鵬，陳晨，薛軍，李國圣，賈瑞，
申請(專利權(quán))人：吉林大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國別省市：82[中國|長春]