[發(fā)明專利]極地冰下基巖熱水取芯鉆進(jìn)方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710300564.0
• 申請日: 2017-04-29
• 公開（公告）號: CN106907110B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊陽;達(dá)拉拉伊;范曉鵬;曹品魯;張楠;王如生;宮達(dá);劉剛;劉安;李梟
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: E21B7/15
• 分類號: E21B7/15;E21B25/00
• 代理公司: 長春市四環(huán)專利事務(wù)所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

1.一種極地冰下基巖熱水取芯鉆進(jìn)方法，所用的極地冰層熱水取芯鉆進(jìn)裝置，包括熱水管（1）、電纜（2）、電纜終端（3）、觸底檢測機(jī)構(gòu)（4）、分水接頭（5）、反扭裝置（6）、電氣艙（12）、巖屑管（13）、螺桿馬達(dá)（15）及下部雙管鉆具和鉆頭（28），熱水管（1）和電纜（2）捆綁一起下放，熱水管（1）為熱水通道，地表熱水通過熱水管（1）送至鉆具，電纜（2）為鉆具提供電力，并完成地表與鉆具的信號通訊；電纜終端（3）用于連接電纜（2）與鉆具，觸底檢測機(jī)構(gòu)（4）安裝有位移傳感器和彈簧機(jī)構(gòu)，通過位移傳感器檢測彈簧壓縮量，從而計(jì)算得出電纜（2）承受的拉力值，當(dāng)電纜（2）上承受拉力等于重力時，表明鉆具處于懸吊狀態(tài)，當(dāng)電纜（2）上承受拉力小于重力時，說明鉆具已經(jīng)到達(dá)孔底，此時即可通水進(jìn)行鉆進(jìn)；分水接頭（5）與熱水管（1）相連，用于將熱水管（1）中熱水導(dǎo)入鉆具內(nèi)部；

反扭裝置（6）為板狀反扭類型，沿徑向均布三根矩形反扭板，每根反扭板由反扭片（8）和熱熔片（9）組成，熱熔片（9）內(nèi)埋置有加熱元件（10），加熱元件（10）通過加熱元件電纜（11）與電氣艙（12）相連；反扭片（8）和熱熔片（9）分別采用螺釘（7）固定在反鈕裝置外管上；電氣艙（12）為耐高壓密封艙，內(nèi)部填充常壓空氣，鉆具內(nèi)信號采集及通訊模塊均安裝在電氣艙（12）內(nèi)，且安裝有溫度和壓力傳感器，用于對鉆具內(nèi)熱水溫度和水壓進(jìn)行檢測；巖屑管固定座（14）與反扭裝置（6）相連，巖屑管（13）通過螺紋連接在巖屑管固定座（14）上；

螺桿馬達(dá)（15）為鉆具回轉(zhuǎn)動力源，螺桿馬達(dá)（15）外殼與巖屑管固定座（14）相連，在鉆進(jìn)時保持不轉(zhuǎn)動，螺桿馬達(dá)內(nèi)螺桿在熱水驅(qū)動下回轉(zhuǎn)并通過螺桿馬達(dá)輸出軸（16）與下部鉆具相連，驅(qū)動下部鉆具和鉆頭（28）回轉(zhuǎn)切削完成鉆進(jìn)取樣；螺桿馬達(dá)（15）具有外管（17）；

下部鉆具包括旋轉(zhuǎn)接頭（19）、密封圈（20）、軸承（21）、軸承擋環(huán)（22）、單動接頭（23）、鎖緊螺母（24）、單向球閥（25）、鉆具外管（26）和巖芯管（27），旋轉(zhuǎn)接頭（19）上部通過平鍵（18）與螺桿馬達(dá)輸出軸（16）相連，鉆具外管（26）通過螺紋與旋轉(zhuǎn)接頭（19）連接，螺桿馬達(dá)輸出軸（16）、旋轉(zhuǎn)接頭（19）、鉆具外管（26）和鉆頭（28）保持同步轉(zhuǎn)動；巖芯管（27）通過螺紋與單動接頭（23）相連，單動接頭（23）內(nèi)由兩套軸承（21）與旋轉(zhuǎn)接頭（19）心軸配合，兩套軸承（21）之間由軸承擋環(huán)（22）進(jìn)行限位；密封圈（20）可保證熱水不會從單動接頭（23）和旋轉(zhuǎn)接頭（19）之間間隙進(jìn)入冰心管；旋轉(zhuǎn)接頭（19）下部加工由螺紋，通過鎖緊螺母（24）可實(shí)現(xiàn)對單動接頭（23）的限位；鉆頭（28）通過螺紋連接在鉆具外管（26）底部，其特征在于：

該方法是：采用熱水作為動力介質(zhì)驅(qū)動孔底鉆具回轉(zhuǎn)進(jìn)而完成基巖取芯鉆進(jìn)，孔底動力裝置可為螺桿馬達(dá)或渦輪馬達(dá)，熱水采用管路輸送至孔底鉆具，同時采用電纜為鉆具內(nèi)傳感器及通訊模塊進(jìn)行供電，并實(shí)現(xiàn)地表對孔內(nèi)鉆進(jìn)參數(shù)的監(jiān)測；巖石鉆進(jìn)鉆頭采用仿生金剛石鉆頭，通過回轉(zhuǎn)磨削向下鉆進(jìn)，同時鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖屑被熱水帶離孔底，并沿鉆具與孔壁環(huán)狀間隙上返，鉆具上方設(shè)計(jì)由專門的巖屑收集裝置，該裝置利用流體力學(xué)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，巖屑收集裝置上部鉆具直徑變小，當(dāng)攜帶有巖屑的熱水流經(jīng)巖屑收集裝置，熱水流速降低，巖屑依靠重力下落至巖屑收集裝置內(nèi)，在鉆具上方設(shè)計(jì)反扭裝置，防止上部鉆具在鉆頭鉆進(jìn)時發(fā)生轉(zhuǎn)動。