[發明專利]一種用于冰架底部的仰孔熱水鉆進系統

在審

• 申請號: 201910722747.0
• 申請日: 2019-08-06
• 公開（公告）號: CN110318669A
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 王如生;劉安;帕維爾達拉拉伊;楊陽;范曉鵬;張楠;洪嘉琳;陳艷吉;李亞洲
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00;E21B7/14
• 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

本發明公開了一種用于冰架底部的仰孔熱水鉆進系統，包括有水下潛航器、熱水鉆鉆具、控制系統、鍋爐、高壓泵、動力柜和絞車，其中熱水鉆鉆具設在水下潛航器的頂部，控制系統、鍋爐、高壓泵、動力柜和絞車設在水下潛航器的內部，鍋爐與高壓泵相連接，高壓泵通過水管與絞車上纏繞的軟管相連接，軟管與熱水鉆鉆具相連接，鍋爐里的熱水通過高壓泵和軟管被輸送到熱水鉆鉆具內，動力柜通過軟管與熱水鉆鉆具相連接，動力柜通過導線與鍋爐相連接，動力柜為熱水鉆鉆具和鍋爐提供動力，有益效果：在極地冰架底部從下往上進行仰孔鉆進，對冰架底部冰層開展鉆進和觀測研究。

技術領域

本發明涉及一種熱水鉆進系統，特別涉及一種用于冰架底部的仰孔熱水鉆進系統。

背景技術

南極冰架是南極冰蓋經過漫長時間的流動而延伸至海洋而形成的，冰架物質平衡是冰蓋動態變化的主要過程之一,準確地掌握冰架物質平衡過程,才可能精確定量研究極地冰蓋的動態變化及其對全球環境變化(海平面、大洋洋流循環和大氣循環等)的影響。冰架物質平衡過程主要包括冰川冰流輸入、冰架表面積累與消融、冰架前緣崩裂和冰架底部的凍融等。然而，直接觀測冰架底部的融化和凍結比較困難，迄今為止,對冰架底部進行的直接觀測技術手段非常有限,主要通過從冰架表面架設鉆機向冰架的深部冰層開展鉆進，直至鉆穿冰架，進行冰架底部觀測研究。南極冰架接地線附近的冰架厚度最厚達到2000多米，這種常規鉆進方法鉆穿冰架需要耗費大量的時間、人力和物力，給南極科考帶來較大的后勤保障壓力。因此，急需一種鉆具，直接在冰架底部冰層開展從下往上的仰孔鉆進和觀測研究。

另外，一些水下潛航器經過長時間的潛航，到達離冰架前沿較遠的位置而進入到到冰架深部區域，由于冰架較厚冰層的阻礙，潛航器無法一直接收到水面信息。因此，潛航器必須在一定的有效通訊距離向海面投放通訊浮標，用以信號的傳輸和接收，以此來實現與指揮機構的通訊。為了能快速投放浮標，急需一種能夠在冰架底部從下往上的快速鉆穿冰層的鉆進技術。

熱水鉆進是目前冰層鉆進所有方法中最為快速和高效的一種方法，即利用高溫熱水通過噴嘴實現高壓噴射，融化冰層進行鉆進。研發一種能夠沿冰層鉆孔孔壁自動爬升的極地冰架底部無鉆桿仰孔熱水鉆進系統，可以利用該系統進行快速仰孔鉆進而獲得冰架底部鉆孔通道和定向冰芯。

發明內容

本發明的目的是為了解決在南極進行冰層鉆進過程中常規鉆進方法鉆穿冰架需要耗費大量的時間、人力和物力，給南極科考帶來較大的后勤保障壓力的問題而提供的一種用于冰架底部的仰孔熱水鉆進系統。

本發明提供的用于冰架底部的仰孔熱水鉆進系統包括有水下潛航器、熱水鉆鉆具、控制系統、鍋爐、高壓泵、動力柜和絞車，其中熱水鉆鉆具設在水下潛航器的頂部，控制系統、鍋爐、高壓泵、動力柜和絞車設在水下潛航器的內部，鍋爐與高壓泵相連接，高壓泵通過水管與絞車上纏繞的軟管相連接，軟管與熱水鉆鉆具相連接，鍋爐里的熱水通過高壓泵和軟管被輸送到熱水鉆鉆具內，動力柜通過軟管與熱水鉆鉆具相連接，動力柜通過導線與鍋爐相連接，動力柜為熱水鉆鉆具和鍋爐提供動力，控制系統與熱水鉆鉆具、高壓泵和動力柜相連接，控制系統控制熱水鉆鉆具、高壓泵和動力柜的工作。

熱水鉆鉆具與水下潛航器之間設有聯結座，熱水鉆鉆具中間部位開設有輸水管道，輸水管道與絞車上纏繞的軟管相連接，熱水鉆鉆具的上部裝配有稱重傳感器，稱重傳感器與控制系統相連接，稱重傳感器能夠把采集的數據及時發送到控制系統內，熱水鉆鉆具的兩側裝配有數個爬升齒輪，相同側的爬升齒輪之間通過傳動帶連接進行同步轉動，每個爬升齒輪與熱水鉆鉆具本體之間均設有定位彈簧，爬升齒輪由熱水鉆鉆具本體內設置的伺服電機進行驅使轉動，伺服電機與爬升齒輪的連接線路上設有減速機，伺服電機與動力柜和控制系統相連接，伺服電機由動力柜提供動力并由控制系統控制工作，熱水鉆鉆具的底部設有密封接頭。

稱重傳感器設有三個，爬升齒輪設有六組十二個，爬升齒輪之間的傳動帶為皮帶或鏈條。

絞車上纏繞的軟管中間設有輸水管用于鍋爐內熱水的輸送，軟管的側壁上裝配有電力線和信號線用于動力柜內的電力傳輸和控制系統內指令信號的傳輸。