1.一種極地冰下基巖熱水取心鉆進(jìn)方法,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)而完成基巖取心鉆進(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,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)計反扭裝置,防止上部鉆具在鉆頭鉆進(jìn)時發(fā)生轉(zhuǎn)動。
2.一種極地冰層熱水取心鉆進(jìn)裝置,其特征在于:包括熱水管(1)、電纜(2)、電纜終端(3)、觸底檢測機構(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,觸底檢測機構(gòu)(4)安裝有位移傳感器和彈簧機構(gòu),通過位移傳感器檢測彈簧壓縮量,從而計算得出電纜(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)和巖心管(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;巖心管(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)之間由軸承檔環(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。