[發明專利]冰層快速空氣鉆進反循環連續取心鉆頭

無效

• 申請號: 201310286845.7
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103397847A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 王如生;帕維爾·達拉拉伊;王勁松;曹品魯;宮達;孫友宏;鄭治川;張楠;范曉鵬;胡正毅
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B10/02
• 分類號: E21B10/02;E21B21/16
• 代理公司: 長春市四環專利事務所 22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本發明涉及一種鉆探機具，特別涉及一種南極淺層冰蓋下的快速冰層空氣鉆進反循環連續取心鉆頭。

背景技術

目前冰層鉆進使用的鉆井液對極地環境有很大的影響，如污染空氣、積雪層、冰屑以及地下水資源等，同時對冰下的生物極為不利。由于溫度和氣候等原因，極地環境自然恢復所需的時間遠超過其它地區，因此，一旦極地環境受到污染，后果將異常嚴重。與此同時，鉆進獲取的冰心也會受到鉆井液的污染，而不能真正達到鉆進取冰心的目的。目前南極鉆探急需尋求一種新型環保鉆進流體。空氣鉆進技術被公認為當代應用廣泛和最具有發展前景的鉆探技術方法之一，并在地質勘探、油氣探采、水文水井、礦山采掘、地質災害防治和巖土工程施工等領域廣為應用。直至現在，世界上采用空氣作為循環介質的冰層鉆進的流體循環方式為正循環，如美國采用的Rapid?Air???Movement（RAM）Drill。然而，由于孔口及淺層冰層的松散狀態，鉆進過程中壓縮空氣易發生漏失和孔口擴徑，壓縮空氣流量減少，流速降低，無法排出冰屑，冰屑在孔底重復破碎，鉆進效率低下，鉆進時間較長，直至最后不能進尺。正循環空氣鉆進的方法鉆進深度一般只能達到100米左右，最終無法實現鉆進目標而終止鉆進。空氣反循環連續取冰芯鉆探技術，利用雙臂鉆桿，將壓縮空氣從鉆桿內外管之間的間隙送到孔底，攜帶冰芯和冰屑從鉆桿中心通道返回地表，實現不停鉆連續取心。

因此，如何根據現有的反循環空氣鉆進技術，設計一種結構參數合理，鉆進效率高效的快速冰層空氣鉆進不停鉆連續取心鉆頭成為當前的主要問題。

發明內容

本發明就是在空氣反循環鉆進技術的基礎上，提供的一種冰層快速空氣鉆進反循環連續取心鉆頭。

本發明是在鉆頭體上設有數個切削具和與之配套的噴射鉆頭內體；鉆頭體與鉆頭內體通過圓錐滾子軸承連接，鉆頭體與鉆頭內體形成有可供氣體通過的環狀間隙；鉆頭內體上設有內噴孔和偏心卡簧，內噴孔的傾角為30~?50°，直徑為5~10mm，數量為2~6個；鉆頭內體具有中心通道；鉆頭內體、環狀間隙、切削具、內噴孔、底噴孔與中心通道相連通。

本發明的有益效果：

構設計簡單，反循環效果好，能獲取中等深度冰層的完整冰心，很好的克服極地鉆探中鉆井液對冰心和極地環境的不利影響。將成為我國極地考察和極地研究的一種簡易、方便、快速、環保的新型冰層鉆探技術的重要組成部分。同時，為我國極地深部冰層鉆探提供一種有效的技術補充。作為一種新型的冰層快速空氣鉆進反循環連續取心鉆頭，尤其是在南極淺層冰蓋下的鉆進取心，將會大大提高鉆進效率，獲取完整良好的冰心，并能防止其他鉆進方法中使用的鉆井液對極地環境和獲取的冰心污染。

附圖說明

圖1是?本發明的剖視圖。

1-鉆頭體；2-鉆頭內體；3-環狀間隙；4-偏心卡簧；5-圓錐滾子軸承；6-切削具；7-內噴孔；8-中心通道；9-底噴孔。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發明是在鉆頭體1上設有數個切削具6和與之配套的噴射鉆頭內體2；鉆頭體1與鉆頭內體2是通過圓錐滾子軸承5連接的，鉆頭體1與鉆頭內體2形成了可供氣體通過的環狀間隙3；鉆頭內體2上設有內噴孔7和偏心卡簧4；內噴孔7的傾角為30~?50°、直徑為5~10mm，數量為2~6個；鉆頭內體2具有中心通道8；鉆頭內體2、環狀間隙3、切削具6、內噴孔7、底噴孔9與中心通道8相連通。

鉆進開始時，鉆頭體1回轉，切削具6切削冰層，鉆頭內體2由于在圓錐滾子軸承5的作用下，不會隨著鉆頭體1一起回轉。壓縮空氣經由雙壁鉆桿進入環狀間隙3。一部分氣體從鉆頭底部的底噴孔9高速噴出，吹洗孔底由切削具6切削下來的冰屑。另一部分氣體則從鉆頭內體2上的內噴孔7進入中心通道。鉆進過程中獲得的冰心，在偏心卡簧4的作用下被卡斷成一定長度的冰心。卡斷的冰心和孔底混合冰屑的氣流在內噴孔的高速引射流的引射抽吸和鉆頭外壁與孔壁間密封的共同作用下，通過雙壁鉆桿的中心通道，輸送到地表。鉆進過程中不停鉆連續卡斷冰心，實現連續獲取冰心的目的。