[發明專利]一種用于極地冰雪鉆進的熱水取芯鉆頭

有效

• 申請號: 201710090943.1
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106593337B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 王如生;劉安;帕維爾達拉拉伊;孫友宏;米沙;楊陽;曹品魯;范曉鵬;劉剛;李梟
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B25/10
• 分類號: E21B25/10
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙)22212
• 代理人: 鞠傳龍

技術領域

本發明涉及一種取芯鉆頭，特別涉及一種用于極地冰雪鉆進的熱水取芯鉆頭。

背景技術

當前，熱水鉆探技術作為海洋立體監測的重要前提和基礎，符合《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)》關于發展海洋環境立體監測技術，特別是多功能、多參數和作業長期化的海洋綜合開發技術，以及異常環境條件下的傳感器技術，傳感器自動標定技術，海底信息傳輸技術等發展方向和要求。同時該技術也是“863計劃”海洋技術領域“十二五”戰略研究重點發展的技術方向之一。

當前，全球氣候變化對人類社會產生了深遠影響。我國作為人口大國和經濟高速發展的大國，在應對全球氣候變化問題上正面臨著巨大壓力。從科學上闡明氣候變化機制，除需在我國本土范圍內開展相關觀測外，兩極和大洋的觀測至關重要，極地和大洋分別以其全球冷源和廣袤性，在全球氣候系統中扮演著極其重要的角色。冰架是連接大洋和極地冰蓋的紐帶，對兩個系統均有重要的影響。冰架結構和底部凍融過程將直接影響冰架穩定性和運動狀態，從而對大陸冰蓋、大洋水團和環流產生重要影響。然而目前，全球氣候變化對冰架下海洋環流、冰架穩定性及冰架底部凍融過程、冰蓋-冰架系統底部向海洋的物質輸送等的影響尚不清楚。基于此，南大洋科學委員會將南極冰架與海洋水團和環流的相互作用列入了科學前沿研究計劃，冰架-海洋相互作用研究成為全球變化研究的熱點問題。熱水鉆探技術是研究冰架-海洋相互作用的前提和基礎，其中鉆頭是鉆進系統的關鍵，也是整個熱水鉆技術系統的核心部分。過去投入使用的熱水鉆頭只能鉆進冰層，無法取芯，嚴重影響了相關工作的正常進行。

發明內容

本發明的目的是為了解決以往熱水鉆頭取芯技術的不足而提供的一種用于極地冰雪鉆進的熱水取芯鉆頭。

本發明提供的用于極地冰雪鉆進的熱水取芯鉆頭包括有上輸水管、下輸水管、套管、上部噴嘴和取芯艙，其中上輸水管和下輸水管之間通過接頭相連接，接頭頂端上輸水管下部的側壁上開設有通水孔，接頭底部下輸水管的上部側壁上也開設有通水孔，上輸水管的下部和下輸水管的上部均裝配在套管內，套管上部的內側壁上開設有上連通槽，套管下部的內側壁上開設有下連通槽，上部噴嘴套設在套管的上連通槽對應部位，上連通槽的側壁上開設有通孔與上部噴嘴的內腔相連通，取芯艙的上端與下輸水管的下端相連接，下輸水管的內腔與取芯艙外側的導流管相連通，導流管的下端取芯艙的底部設有下部噴嘴，下輸水管內的水流能夠通過導流管輸送到下部噴嘴后被噴出。

上部噴嘴的上端裝配有連接管，連接管的上部設有觸發器，連接管與觸發器的連接處裝配有鎖止器，觸發器的上部還設置有鎖緊銷，觸發器的頂端設置有連接法蘭。

取芯艙的上端與下輸水管下端的連接處設有分流體，分流體的下部在取芯艙的外側壁上設有四個導流管，四個導流管的下端與下部噴嘴相連接，下輸水管內的水流經分流體后通過四個導流管進入到下部噴嘴后被噴出。

本發明的工作原理：

在熱水取芯鉆下降前，手動順時針旋轉觸發器，并且下拉打開鎖止器，使下輸水管下移到底部后上移觸發器并逆時針鎖緊，此時，上輸水管和下輸水管之間的接頭位于下連通槽內，通過下連通槽使上輸水管和下輸水管相連通，這樣上輸水管內的高壓熱水就會通過下輸水管與取芯艙之間的分流體進入到導流管流向下部噴嘴被噴出，使取芯艙順利割取冰芯。

取芯艙割取冰芯后，下輸水管受壓向上移動，鎖止器再次鎖緊，此時上輸水管和下輸水管之間的接頭位于上連通槽內，此時，上輸水管內的高壓熱水就會通過上連通槽側壁上的通孔流入到上部噴嘴被噴出，從而擴大冰井直徑，使鉆頭順利收回防止凍在井下。

本發明的有益效果：

本發明提供的熱水取芯鉆原理清晰、結構簡單、拆裝方便，能夠有效解決下鉆過程出現的卡鉆現象，不僅能夠快速鉆進冰層，還能獲得冰芯樣品，是目前研究極地冰蓋及冰架的重要手段之一，對于南極鉆探以及極地研究有著極其重要的意義。

附圖說明

圖1為本發明所述鉆頭上部結構示意圖。

圖2為本發明所述鉆頭取芯狀態上部剖視結構示意圖。

圖3為本發明所述鉆頭擴孔狀態上部剖視結構示意圖。

圖4為本發明所述取芯艙結構示意圖。

1、上輸水管 2、下輸水管 3、套管 4、上部噴嘴 5、取芯艙

6、接頭 7、通水孔 8、上連通槽 9、下連通槽 10、通孔

11、導流管 12、下部噴嘴 13、連接管 14、觸發器 15、鎖止器

16、鎖緊銷 17、連接法蘭 18、分流體。