本實(shí)用新型涉及一種天然氣水合物繩索取心鉆具，尤其是涉及一種適用于海底鉆機(jī)的天然氣水合物保壓繩索取心鉆具。

背景技術(shù)：

深海天然氣水合物開(kāi)發(fā)與利用已經(jīng)成為世界各國(guó)未來(lái)資源戰(zhàn)略的一個(gè)新熱點(diǎn)。鉆探取心是獲取天然氣水合物樣品的最直接的方法。由于天然氣水合物形成和存在低溫高壓環(huán)境下，國(guó)內(nèi)外主要采用保壓取樣技術(shù)開(kāi)展天然氣水合物的取樣工作。目前現(xiàn)有的保壓取樣鉆具主要是針對(duì)海面鉆探船取樣形式，配合位于母船甲板上的鉆機(jī)使用。其并不滿(mǎn)足嚴(yán)格限制水下重量的海底鉆機(jī)的使用工況，存在鉆孔直徑大、巖心樣品直徑小、鉆具質(zhì)量大、鉆具結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，且可以對(duì)所取樣品的保壓密封的適用于海底鉆機(jī)的天然氣水合物保壓繩索取心鉆具。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：包括外管總成和內(nèi)管總成，所述的外管總成包括彈卡檔頭、彈卡室、座環(huán)、外管、擴(kuò)孔器和鉆頭；所述的內(nèi)管總成包括撈矛頭、彈卡定位機(jī)構(gòu)、保壓閥機(jī)構(gòu)、安全泄壓閥、彈卡支架、懸掛環(huán)、單動(dòng)機(jī)構(gòu)、內(nèi)管接頭、回水球閥、內(nèi)管、巖心襯管、卡簧座、下端部密封蓋和海撈或卡簧；撈矛頭與彈卡定位機(jī)構(gòu)連接，彈卡定位機(jī)構(gòu)與彈卡支架連接，保壓閥機(jī)構(gòu)和安全泄壓閥設(shè)置在彈卡支架上，保壓閥機(jī)構(gòu)和安全泄壓閥能夠連通彈卡支架內(nèi)孔與彈卡支架和外管之間的間隙；彈卡支架側(cè)壁上設(shè)有懸掛環(huán)；懸掛環(huán)置于外管內(nèi)的座環(huán)上；彈卡支架與單動(dòng)機(jī)構(gòu)連接；單動(dòng)機(jī)構(gòu)與內(nèi)管接頭連接；內(nèi)管接頭的下端與內(nèi)管的上端連接，巖心襯管設(shè)置在內(nèi)管中；彈卡支架、單動(dòng)機(jī)構(gòu)、內(nèi)管接頭和巖心襯管的內(nèi)孔連通，內(nèi)管接頭的內(nèi)孔中設(shè)有回水球閥；內(nèi)管的下端與卡簧座連接，海撈或卡簧設(shè)置在卡簧座內(nèi)；卡簧座與下端部密封蓋連接。

上述的適用于海底鉆機(jī)的天然氣水合物保壓繩索取心鉆具中，所述的內(nèi)管上端的保壓閥機(jī)構(gòu)包括單向閥和撥叉；所述的單向閥設(shè)置在彈卡支架上的單向閥孔內(nèi)，撥叉中部與彈卡支架鉸接，撥叉的一端設(shè)有頂爪，頂爪與單向閥閥芯接觸，撥叉的另一端與彈卡定位機(jī)構(gòu)的收卡筒內(nèi)壁接觸；撥叉能夠打開(kāi)和關(guān)閉單向閥。

上述的適用于海底鉆機(jī)的天然氣水合物保壓繩索取心鉆具中，所述的撥叉的另一端設(shè)有撥叉滾輪，撥叉滾輪的圓柱面與彈卡定位機(jī)構(gòu)中的收卡筒內(nèi)壁接觸。

上述的適用于海底鉆機(jī)的天然氣水合物保壓繩索取心鉆具中，所述卡簧座的外側(cè)壁上設(shè)有螺紋，下部設(shè)有密封柱面；所述內(nèi)管下端部密封蓋的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有內(nèi)螺紋和密封槽，密封槽內(nèi)設(shè)有密封圈；內(nèi)管下端部密封蓋能夠與卡簧座進(jìn)行螺紋連接。

上述的適用于海底鉆機(jī)的天然氣水合物保壓繩索取心鉆具中，所述的保壓閥機(jī)構(gòu)也包括滑閥，所述的彈卡支架的中部設(shè)有多個(gè)排水通孔，彈卡支架側(cè)壁上排水通孔的上方和下方分別設(shè)有密封槽，滑閥內(nèi)孔與彈卡支架配合，且能夠在彈卡支架上滑動(dòng)。

上述的適用于海底鉆機(jī)的天然氣水合物保壓繩索取心鉆具中，所述的單動(dòng)機(jī)構(gòu)包括芯軸、推力球軸承、套管端蓋及鎖緊螺母，芯軸的上端與彈卡支架連接，所述的套管端蓋安裝在內(nèi)管接頭的上端，套管端蓋和內(nèi)管接頭之間設(shè)有密封圈；芯軸穿過(guò)套管端蓋，芯軸的下端設(shè)有鎖緊螺母，套管端蓋的下端面與鎖緊螺母之間設(shè)有推力球軸承；芯軸上設(shè)有凸緣，通過(guò)推力球軸承支撐在套管端蓋上；所述的芯軸與彈卡支架和套管端蓋之間分別設(shè)有密封圈；所述的內(nèi)管接頭和內(nèi)管之間設(shè)有密封圈；所述的內(nèi)管和卡簧座之間設(shè)有密封圈。

上述的適用于海底鉆機(jī)的天然氣水合物保壓繩索取心鉆具中，所述的單動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括緩沖彈簧，緩沖彈簧設(shè)置在鎖緊螺母與套管端蓋下端面處的推力球軸承之間。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型設(shè)有保壓閥機(jī)構(gòu)和下端部密封蓋，正常鉆進(jìn)時(shí)，保壓閥機(jī)構(gòu)連通彈卡支架內(nèi)孔與彈卡支架和外管之間的間隙，鉆進(jìn)結(jié)束后，保壓閥機(jī)構(gòu)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)內(nèi)管總成上端的密封；本實(shí)用新型的下端部密封蓋卡簧座連接，實(shí)現(xiàn)內(nèi)管總成下端的密封，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)所取樣品的保壓密封，達(dá)到在較小鉆孔直徑的前提下獲取較大直徑保壓巖心樣品的目的；本實(shí)用新型既可以采用壓入式抽吸取心，又可以采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式取心，提高了對(duì)所鉆地層的適應(yīng)性；本實(shí)用新型還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1保壓狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例2工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例2保壓狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例3工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例3保壓狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-撈矛頭；2-彈卡擋頭；3-收卡筒；4-壓簧；5-彈卡板；6-彈卡室；7-撥叉；71-撥叉滾輪；72-圓柱銷(xiāo)；8-單向閥；9-安全泄壓閥；10-彈卡支架；11-懸掛環(huán)；12-座環(huán)；13-芯軸；131-O型密封圈；132-緩沖彈簧；14-推力球軸承；15-套管端蓋；151-密封圈；152-密封圈；16-鎖緊螺母；17-內(nèi)管接頭；171-密封圈；18-篩網(wǎng)；19-回水球閥；20-外管；21-內(nèi)管；22-巖心襯管；23-擴(kuò)孔器；24-卡簧座；241-密封圈；25-海撈；26-鉆頭；27-下端部密封蓋；271-密封槽；272-密封圈；29-卡簧。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)用新型包括外管總成和內(nèi)管總成，內(nèi)管總成置于外管總成內(nèi)。所述外管總成包括彈卡檔頭2、彈卡室6、座環(huán)12、外管20、擴(kuò)孔器23和鉆頭26；彈卡檔頭2、彈卡室6、外管20、擴(kuò)孔器23和鉆頭26依次連接；座環(huán)12安裝在外管20的內(nèi)壁上。

所述的內(nèi)管總成包括撈矛頭1、彈卡定位機(jī)構(gòu)、彈卡支架10、保壓閥機(jī)構(gòu)、安全泄壓閥9、懸掛環(huán)11、單動(dòng)機(jī)構(gòu)、內(nèi)管接頭17、回水球閥19、內(nèi)管21、巖心襯管22、海撈25、卡簧座24和內(nèi)管下端部密封蓋27；所述的彈卡定位機(jī)構(gòu)包括收卡筒3、壓簧4及彈卡板5，所述的保壓閥機(jī)構(gòu)包括單向閥8和撥叉7；所述的單向閥8設(shè)置在彈卡支架10上的單向閥孔內(nèi)，單向閥孔連通彈卡支架10的內(nèi)孔與彈卡支架10和外管20之間的間隙。撥叉7中部通過(guò)圓柱銷(xiāo)72與彈卡支架10鉸接，撥叉7的一端設(shè)有頂爪，頂爪與單向閥8的閥芯接觸，撥叉7的另一端設(shè)有撥叉滾輪71，撥叉滾輪71的圓柱面與彈卡定位機(jī)構(gòu)中的收卡筒3的內(nèi)壁接觸；所述的撥叉7能夠與彈卡定位機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在鉆進(jìn)過(guò)程中使單向閥8始終處于開(kāi)啟狀態(tài)，鉆進(jìn)結(jié)束后單向閥8處于關(guān)閉狀態(tài)。

所述的單動(dòng)機(jī)構(gòu)由芯軸13、緩沖彈簧131、推力球軸承14、套管端蓋15、鎖緊螺母16組成，芯軸13的上端與彈卡支架10連接，所述的套管端蓋15安裝在內(nèi)管接頭的上端，套管端蓋15和內(nèi)管接頭17之間設(shè)有密封圈151。芯軸13穿過(guò)套管端蓋15，芯軸13的下端設(shè)有鎖緊螺母16，鎖緊螺母16與套管端蓋15下端面之間設(shè)有緩沖彈簧131，芯軸13上套管端蓋15的上端面、下端面處分別設(shè)有一個(gè)推力球軸承14，芯軸13上套管端蓋15下端面處的推力球軸承14與鎖緊螺母16之間設(shè)有緩沖彈簧131。芯軸13與彈卡支架10和套管端蓋15之間分別設(shè)有密封圈131和密封圈152。

撈矛頭1的下端與彈卡定位機(jī)構(gòu)連接，彈卡定位機(jī)構(gòu)的下端與彈卡支架10連接；保壓閥機(jī)構(gòu)和安全卸壓閥9設(shè)置在彈卡支架10內(nèi)，能夠連通彈卡支架10的內(nèi)孔與彈卡支架10和外管20之間的間隙。彈卡支架10的側(cè)壁的下部設(shè)有懸掛環(huán)11，懸掛環(huán)11置于外管20內(nèi)側(cè)板上的座環(huán)12上。彈卡支架10的下端與單動(dòng)機(jī)構(gòu)的上端連接，單動(dòng)機(jī)構(gòu)的下端與內(nèi)管接頭17的上端連接，彈卡支架10、單動(dòng)機(jī)構(gòu)和內(nèi)管接頭17的內(nèi)孔連通，內(nèi)管接頭17的內(nèi)孔內(nèi)設(shè)有回水球閥19；回水球閥19的上端設(shè)有篩網(wǎng)18。內(nèi)管接頭17的下端與內(nèi)管21的上端連接，巖心襯管22設(shè)置在內(nèi)管21中；內(nèi)管接頭17和內(nèi)管21之間設(shè)有密封圈171；內(nèi)管21的下端與卡簧座24上端連接，海撈25設(shè)置在卡簧座24內(nèi)；內(nèi)管21和卡簧座24之間設(shè)有密封圈241。

所述的卡簧座24其外表面上部設(shè)有螺紋，下部設(shè)有密封柱面，下端部密封蓋27內(nèi)設(shè)有內(nèi)螺紋和內(nèi)密封圈槽271，內(nèi)密封圈槽271內(nèi)設(shè)有密封圈272。借助海底鉆機(jī)本體上的內(nèi)管下端部密封蓋擰卸裝置可實(shí)現(xiàn)下端部密封蓋27與卡簧座24的螺紋連接，配合下端部密封蓋27中的密封圈272，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)管下端部開(kāi)口的密封。

本實(shí)用新型的具體使用方法如下：鉆進(jìn)開(kāi)始前，機(jī)械手抓取內(nèi)管總成移至鉆機(jī)本體上的下端部密封蓋27擰卸裝置處，借助擰卸裝置將下端部密封蓋27與內(nèi)管總成分離，與內(nèi)管總成分離后的下端部密封蓋27暫存在擰卸裝置內(nèi)，同時(shí)機(jī)械手將去除下端部密封蓋27的內(nèi)管總成移至孔口，利用鉆機(jī)上的繩索絞車(chē)配合打撈機(jī)構(gòu)將內(nèi)管總成下放至孔底外管總成中的預(yù)定位置，進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)。

正常鉆進(jìn)時(shí)，內(nèi)管總成彈卡定位機(jī)構(gòu)中的彈卡板5受外管總成中彈卡室6的徑向約束，使收卡筒3位置沿軸向上移，收卡筒3對(duì)撥叉7中的撥叉滾輪71起限位作用，迫使撥叉7繞圓柱銷(xiāo)72發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，觸發(fā)撥叉7動(dòng)作，將單向閥8的閥芯頂開(kāi)，確保在鉆進(jìn)過(guò)程中單向閥8始終處于開(kāi)啟狀態(tài)，形成排水通路。本實(shí)用新型既可采用壓入式抽吸取心模式，配合鉆機(jī)本體上的抽吸活塞缸，在取心過(guò)程中使內(nèi)管總成中形成活塞式負(fù)壓，提高取心率。也可以采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)取心模式，沖洗液經(jīng)內(nèi)管21和外管20之間的環(huán)狀間隙，流經(jīng)鉆頭26的水口到達(dá)孔底，對(duì)鉆頭26進(jìn)行冷卻，并攜帶孔底巖粉沿鉆桿和孔壁間的環(huán)狀間隙上返至孔口。

鉆進(jìn)結(jié)束后，利用打撈機(jī)構(gòu)將內(nèi)管總成快速提至孔口，彈卡室6對(duì)彈卡板5的徑向約束解除，收卡筒3位置沿軸向下移，收卡筒3對(duì)撥叉滾輪71的限位解除，撥叉7復(fù)位，單向閥8關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)內(nèi)管總成上端部的密封。通過(guò)機(jī)械手將內(nèi)管總成移至鉆機(jī)本體上的下端部密封蓋27擰卸處，擰卸裝置將暫存在其內(nèi)部的下端部密封蓋27與卡簧座24連接，配合下端部密封蓋27中的密封圈272，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)管總成下端的密封。至此，鉆具內(nèi)管總成上下端部均處于密封狀態(tài)，其內(nèi)部存儲(chǔ)的天然氣水合物樣品也處于保壓密封狀態(tài)，如圖2所示。當(dāng)內(nèi)管總成中的壓力因溫度上升超過(guò)一定值后，安全卸壓閥9自動(dòng)開(kāi)啟，對(duì)內(nèi)管總成起保護(hù)作用。

實(shí)施例2

如圖3所示，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相似，其不同之處在于：保壓閥機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)不同，保壓閥機(jī)構(gòu)包括滑閥28，彈卡支架10上部設(shè)有徑向均布多個(gè)排水通孔29，彈卡支架10的側(cè)壁上排水通孔29的上方和下方分別設(shè)有密封槽301及密封圈槽302；密封槽301和密封槽302中分別設(shè)有密封圈303和密封圈304；滑閥28的內(nèi)孔與彈卡支架10配合，并可以在彈卡支架10上軸向移動(dòng)。正常鉆進(jìn)時(shí)，滑閥28處于開(kāi)啟狀態(tài)，鉆具內(nèi)管總成中的水可沿彈卡支架10上部的排水通孔29排出；鉆進(jìn)結(jié)束后，如圖4所示，利用打撈機(jī)構(gòu)將內(nèi)管總成快速提至孔口，利用鉆機(jī)本體上的撥叉機(jī)構(gòu)，使滑閥28沿彈卡架30向下移動(dòng)，滑閥28處于關(guān)閉狀態(tài)，配合彈卡架30密封槽301和密封槽302中的密封圈303和密封圈304，實(shí)現(xiàn)內(nèi)管總成上端部的保壓密封。

實(shí)施例3

如圖5、6所示，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相似，其不同之處在于：所述的單動(dòng)機(jī)構(gòu)不含有鎖緊螺母16與套管端蓋15下端面處的推力球軸承之間的緩沖彈簧131，套管端蓋15下端面處的推力球軸承通過(guò)鎖緊螺母16直接在芯軸13上定位。所述的保壓閥機(jī)構(gòu)的撥叉7的另一端不設(shè)置撥叉滾輪71，撥叉7的另一端直接與收卡筒3的內(nèi)壁接觸。內(nèi)管下端的海撈25由卡簧29替代。