[發明專利]基于熱水鉆孔的冰架底部冰層熱熔取芯方法及取芯裝置

有效

• 申請號: 201810248066.0
• 申請日: 2018-03-24
• 公開（公告）號: CN108360992B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 范曉鵬;達拉拉伊;孫友宏;曹品魯;王如生;張楠;王婷;李梟;李亞洲
• 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

一種基于熱水鉆孔的冰架底部冰層熱熔取芯方法及取芯裝置，取芯方法是基于已有熱水鉆孔進行設計，首先采用熱水鉆成孔，然后將鉆具下入孔內，到達冰架底部后采用電驅動方式使取芯鉆具張開，并通過熱熔鉆頭自下而上完成熱熔鉆進和采樣，通過電機可以控制取芯裝置張開直徑大小，從而實現在距離鉆孔不同距離冰層取樣鉆進。取芯裝置的結構是能收縮和張開。本發明能很好的完成冰架或冰層底部冰層取芯鉆進，結構簡單，采樣量大。

技術領域

本發明涉及一種基于熱水鉆孔的冰架底部冰層熱熔取芯方法及取芯裝置。

背景技術

熱水鉆系統是20世紀80年代興起的被看作冰層中最高效的快速鉆進的方法，熱水鉆取芯鉆具只需要根據具體情況通過更換不同的噴嘴就可以完成在目標深度的取冰芯工作。目前美國、英國、德國等國家已經成功在南極冰蓋及冰架實施了熱水鉆進，取得了豐碩的成果，我國熱水鉆系統起步較晚，2017年完成了我國自主研發的1500米鉆進能力熱水鉆機，并計劃在不久的未來在南極埃默里冰架實施鉆探，其目的之一在于通過獲取冰架底部樣品研究冰架與海洋相互作用過程。目前國內外文獻可查閱到的熱水鉆具部分具備取芯功能，但在同一個鉆孔內針對同一冰層僅能完成一次采樣，而南極環境惡劣，鉆探成本極高，因此如何利用一個鉆孔盡可能多的獲取樣品成為各國科學家和工程師一直致力于研究的問題。

發明內容

本發明的目的提供一種基于熱水鉆孔的冰架底部冰層熱熔取芯方法及取芯裝置。本發明基于已有熱水鉆孔進行設計，首先采用熱水鉆成孔，然后將鉆具下入孔內，到達冰架底部后采用電驅動方式使取芯鉆具張開，并通過鉆頭體自下而上完成熱熔鉆進和采樣，通過電機可以控制取芯鉆具張開直徑大小，從而實現在距離鉆孔不同距離冰層取樣鉆進。本發明可很好的完成冰架或冰層底部冰層取芯鉆進，結構簡單，采樣量大，將為極地研究提供強大的技術支撐。

本發明之基于熱水鉆孔的冰架底部冰層熱熔取芯方法，是在極地冰架采用熱水鉆成孔后，利用已有鉆孔用電纜將可伸縮變徑的鉆具從鉆孔放入冰架底部，當鉆具在鉆孔內下放和提升時，鉆具處于縮回狀態，鉆具最大直徑小于鉆孔直徑，當鉆具下放至冰架底部后，鉆具采樣裝置在電機帶動下緩慢張開，使采樣裝置直徑大于鉆孔直徑，然后緩慢上提鉆具使采樣裝置接觸冰層底部，采樣裝置采用環狀熱熔取芯鉆頭，鉆頭內埋設有電加熱管，通電后，鉆頭體即可在冰層內熱熔出環狀鉆孔，冰芯則進入并收集在鉆具采樣裝置內，當采樣結束后，利用電機將采樣裝置縮回鉆具內，并上提至地表，完成采樣。該方法中采樣裝置的伸縮可通過電機帶動螺桿驅動連桿機構實現，采樣裝置張開直徑可控，因此可基于同一鉆孔完成距離鉆孔不同距離的冰層采樣，采樣量大，操作方便。采樣長度和距離可根據實際需要設計決定。

本發明之基于熱水鉆孔的冰架底部冰層熱熔取芯裝置，包括電纜、電纜終端、鉆具上蓋、水密接頭、電氣艙上蓋、電氣艙殼體、電氣模塊、電機、電氣艙下蓋、聯軸器、絲杠、上軸承、滑動螺母、絲杠堵頭、下軸承、鉆具下蓋、鉆具外管、擋水帽、鉆頭體、卡斷器銷軸、卡斷器、卡簧、卡簧固定螺釘、鉆頭連接螺釘、冰芯管、上軸承座、固定鉸點、鎖緊螺釘、轉動銷軸、上支桿、下支桿、頂桿及螺釘。

其中電纜固定在電纜終端上，電纜內的電纜則穿過鉆具上蓋進入鉆具內，并與水密接頭相連，鉆具上蓋采用M8螺釘固定在鉆具外管上部。

電氣艙殼體上下分別采用螺釘固定有電氣艙上蓋和電氣艙下蓋，從而形成封閉空間，保護安裝在內部的電氣元件，電機固定在電氣艙下蓋上，電機軸與電氣艙下蓋內孔采用動密封，保證電氣艙在高壓水環境中不發生泄露，電氣模塊安裝在電氣艙內，用于驅動電機，并完成井下設備的電力分配和控制，個水密接頭采用螺紋固定在電氣艙上蓋上，電氣艙下蓋與鉆具外管采用螺釘連接。

電機軸端通過聯軸器與絲杠連接，絲杠上部采用上軸承與上軸承座固定，上軸承座采用螺釘固定在鉆具外管上，絲杠下端連接有絲杠堵頭，并通過下軸承固定在鉆具下蓋上，鉆具下蓋通過螺釘固定在鉆具外管上；