[發明專利]一種輔助加熱鉆進式冷凍取心鉆具

有效

• 申請號: 201710180223.4
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106930711B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 郭威;陳強;李強;賈瑞;趙帥
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B25/00
• 分類號: E21B25/00
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

本發明公開了一種輔助加熱鉆進冷凍取心鉆具，涉及極地冰層取心和凍土取心領域。由供電模塊、輔助加熱鉆進冷凍取心模塊、常規鉆具模塊組成。使用供電模塊為輔助加熱鉆進冷凍取心模塊的半導體制冷片供電，產生熱源和冷源，熱源加熱鉆井液輔助鉆進，使冰心快速進入巖心筒，冷源用于制冷巖心筒，保證在鉆井和提鉆過程中冰心在巖心筒內不會融化，保證取心完整度。本發明結構簡單，易于生產和維護；可以重復利用，使用成本低；通過不同模塊切換，加快保真取心效率；對碎巖的環形斷面僅有加熱作用，對環境無污染，可以最大程度上保持巖心的天然狀態，對于特殊條件取心以及保存巖心有明顯作用。

技術領域

本發明涉及一種地下取心裝置，特別涉及一種輔助加熱鉆進冷凍取心鉆具。

背景技術

極地冰層鉆進始于20世紀中期，為保證鉆取冰心的完整度，要求盡量加快鉆進速度，快速獲取冰心，防止在鉆進過程中因鉆機與冰層旋轉接觸摩擦破壞冰心，影響取心效果。冰層鉆進最早采用常規回轉鉆機進行嘗試，但由于常規鉆機鉆桿拆卸和連接強度大，起下鉆時間長，運輸和能量供應等問題，笨重的商業鉆機并不適用與冰層取心。為此需設計專門針對冰層鉆進的鉆具，并先后研制了熱熔鉆、熱水鉆、鎧裝電纜電動機械鉆具等新型鉆進方法。但是熱熔鉆等鉆機在鉆進不同冰層時，由于各冰層熱力性質不同，每次鉆進所采用的鉆進規程參數，鉆具形狀和結構都會對熱量的傳遞效率產生影響，存在很大的不可控性。同時在取心后，為使冰心在巖心筒內保持原有狀態，需降低巖心筒內溫度防止冰心融化。因此，一種結構和原理相對簡單，可控性與有效性兼顧的鉆具是目前極地冰層取心急需解決的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種結構和原理簡單，可以輔助加熱鉆進快速鉆取冰心，且可低溫保持冰心原有狀態的一種取心鉆具。

本發明工作原理是利用半導體制冷片通電后產生冷、熱源，分別加熱鉆井液輔助鉆進和降低巖心筒內溫度實現取樣巖心保真。

本發明是由供電模塊、輔助加熱鉆進冷凍取心模塊、常規鉆具模塊組成，供電模塊位于輔助加熱鉆進冷凍取心模塊上端，供電模塊與輔助加熱鉆進冷凍取心模塊之間通過活扣進行連接固定，并通過插接進行供電，供電模塊與輔助加熱鉆進冷凍取心模塊均安裝在常規鉆具模塊內；

所述的供電模塊由蓄電池固定卡座、蓄電池、蓄電池保護殼、插針座、凹形插針密封座、落球底座、單動接觸開關、彈簧組成，蓄電池固定卡座固定在常規鉆具上，蓄電池安裝在蓄電池固定卡座上，蓄電池外部設有蓄電池保護殼，在蓄電池保護殼下端的蓄電池固定卡座上環形設置泥漿通道，凹形插針密封座設置在蓄電池固定卡座下端，插針座貫穿蓄電池固定卡座和泥漿通道，落球底座設置在蓄電池保護殼內測滑道上，彈簧位于落球底座下部，彈簧起支撐作用，單動接觸開關設置在落球底座下端的蓄電池固定卡座上，并能被壓縮進蓄電池固定卡座內。

所述的輔助加熱鉆進冷凍取心模塊由半導體制冷片、半導體制冷片保護殼、插針、活扣、墊片和凸型插針密封座組成，半導體制冷片環形固定在巖心筒上，外部設有半導體制冷片保護殼，活扣環形套在半導體制冷片保護殼上，插針貫穿半導體制冷片保護殼，凸型插針密封座設置在半導體制冷片保護殼上且包裹插針。

半導體制冷片是冷熱源，工作原理是利用半導體片構成通路，在通入電流的情況下半導體片之間會發生能量的轉移，使一端的半導體片吸收熱量，溫度升高從而成為熱源，另一端的半導體片失去能量，溫度降低，成為冷源；半導體制冷片的熱源設置在泥漿循環通道方向，加熱泥漿，從而輔助鉆進，半導體制冷片的冷源設置在巖心筒方向，降低巖心筒內溫度，用于對所取得巖心樣品保真。

所述的供電模塊位于輔助加熱鉆進冷凍取心模塊上端，供電模塊與輔助加熱鉆進冷凍取心模塊之間通過活扣進行連接固定，供電模塊內的插針座和輔助加熱鉆進冷凍取心模塊中的插針在連接后形成通路，從而達到蓄電池為半導體制冷片進行供電的目的，在插針座和插針處設有凹型插針密封座和凸型插針密封座，用以防止漏電短路。

本發明的工作過程：