本發(fā)明涉及一種取樣鉆具，特別涉及一種用于海洋天然氣水合物勘探的單動(dòng)旋轉(zhuǎn)取樣鉆具。

背景技術(shù)：

天然氣水合物又稱固態(tài)甲烷，它是由天然氣與水所組成，呈固體狀態(tài),其外貌極象冰雪或固體酒精，點(diǎn)火即可燃燒，因此有人稱其為“可燃冰”、“氣冰”、“固體瓦斯”。天然氣水合物的結(jié)晶格架主要是由水分子所構(gòu)成，在不同的低溫高壓條件下，水分子結(jié)晶形成不同類型的多面籠形結(jié)構(gòu)。據(jù)估計(jì)，全球海底天然氣水合物中甲烷資源量約為2.16×10¹⁶m3，甲烷中的碳總量相當(dāng)于當(dāng)前已知煤、石油和天然氣等化石燃料總資源量的兩倍。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物礦藏主要分布在海底以下0m-1500m的松散沉積層中，天然氣水合物有可能成為繼頁巖氣、煤層氣、油砂等之后的又一儲(chǔ)量巨大的接替能源。

目前發(fā)現(xiàn)的水合物主要以四種形態(tài)存在，分別為砂巖型、砂巖裂隙型、細(xì)粒裂隙型水合物、分散型水合物。目前細(xì)粒裂隙型水合物、分散型水合物總量大，具有埋深淺、膠結(jié)性差等特點(diǎn)。

現(xiàn)有取樣技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮镃N201210344300.2，名稱為“一種天然氣水合物保壓取樣器”，該結(jié)構(gòu)通過設(shè)計(jì)的球閥結(jié)構(gòu)使進(jìn)入巖心管的水合物樣品在提升過程中保持原位的壓力。中國專利申請?zhí)枮椋篊N2008100504760，名稱為“天然氣水合物孔底冷凍取樣器及其取樣方法”，該結(jié)構(gòu)通過提供一種通過外部冷源在孔底降低水合物巖芯溫度來抑制水合物分解，采用主動(dòng)式降溫的方法降低水合物臨界分解壓力，無需保壓，從而實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式降壓維持水合物穩(wěn)定的天然氣水合物孔底冷凍取樣器。

由于天然氣水合物巖心是由鉆頭的機(jī)械式回轉(zhuǎn)切削而成，高速回轉(zhuǎn)的鉆頭與水合物儲(chǔ)層摩擦生熱會(huì)導(dǎo)致天然氣水合物受熱分解，影響了天然氣水合物的保真度，并且鉆桿體回轉(zhuǎn)帶來的震動(dòng)會(huì)影響內(nèi)部機(jī)構(gòu)工作的穩(wěn)定性，造成孔內(nèi)事故。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要解決上述現(xiàn)有的取樣裝置由于高速回轉(zhuǎn)的鉆頭與水合物儲(chǔ)層摩擦生熱，導(dǎo)致天然氣水合物受熱分解，影響天然氣水合物巖心的保真度，并且鉆桿體回轉(zhuǎn)帶來的震動(dòng)影響內(nèi)部機(jī)構(gòu)工作的穩(wěn)定性，造成孔內(nèi)事故等問題，而提供一種用于海洋天然氣水合物勘探的單動(dòng)旋轉(zhuǎn)取樣鉆具。

本發(fā)明是由雙壁鉆桿、單動(dòng)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體組成，單動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在雙壁鉆桿環(huán)空內(nèi)，旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體鑲嵌單動(dòng)機(jī)構(gòu)上；

雙壁鉆桿包括外管和內(nèi)管，內(nèi)管設(shè)置在外管內(nèi)，雙壁鉆桿具有中心通道和高壓水輸送通道，外管上具有入水口；

單動(dòng)機(jī)構(gòu)包括外止推軸承上蓋、內(nèi)止推軸承上蓋、內(nèi)止推軸承下蓋和外止推軸承下蓋，外止推軸承上蓋密封連接在外管內(nèi)壁，內(nèi)止推軸承上蓋密封連接在內(nèi)管外壁，外止推軸承下蓋固定連接在外管內(nèi)壁，內(nèi)止推軸承下蓋固定連接在內(nèi)管外壁，外止推軸承上蓋和內(nèi)止推軸承上蓋與旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體之間為固定連接，內(nèi)止推軸承下蓋和外止推軸承下蓋與旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體之間為密封連接；

旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體具有限位座和流道，流道傾斜角a為10°-15°。

本發(fā)明的工作原理和過程：

工作時(shí)，巖心管插入中心通道內(nèi)，高壓低溫水通過入水口進(jìn)入雙壁鉆桿的高壓水輸送通道，沿高壓水輸送通道到達(dá)旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體的流道口處，旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體在限位座的作用下與單動(dòng)機(jī)構(gòu)無法脫離，外止推軸承上蓋可以在外管內(nèi)壁上做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，內(nèi)止推軸承上蓋可以在內(nèi)管外壁上做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體分別可以繞外止推軸承下蓋和內(nèi)止推軸承下蓋做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，高壓水射流通過流道，流道傾斜角a為10°-15°，形成具有一定噴射角度的高壓水射流，具有一定角度高壓水射流對(duì)旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體施加一個(gè)沿旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體周向的力，使旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)內(nèi)止推軸承上蓋及外止推軸承上蓋一起旋轉(zhuǎn)，形成旋轉(zhuǎn)的高壓低溫射流回轉(zhuǎn)切削水合物地層，雙壁鉆桿底部設(shè)置有硬質(zhì)合金塊以防止在鉆具接觸到孔底后發(fā)生憋壓，同時(shí)也起到修整井壁的作用。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，解決了高速回轉(zhuǎn)的鉆頭與地層之間摩擦生熱而導(dǎo)致的水合物分解問題，在保證了高效鉆進(jìn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了鉆桿柱不回轉(zhuǎn)，有效減少回轉(zhuǎn)帶來的震動(dòng)，有效保證井壁穩(wěn)定，減少井內(nèi)事故的發(fā)生。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的剖視圖。

圖2是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體的俯視圖。

圖3是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體A-A的剖視圖。

具體實(shí)施方式

請參閱圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明是由雙壁鉆桿1、單動(dòng)機(jī)構(gòu)2和旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體3組成，單動(dòng)機(jī)構(gòu)2設(shè)置在雙壁鉆桿1環(huán)空內(nèi)，旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體3鑲嵌單動(dòng)機(jī)構(gòu)2上；

雙壁鉆桿1包括外管13和內(nèi)管14，內(nèi)管14設(shè)置在外管13內(nèi)，雙壁鉆桿1具有中心通道11和高壓水輸送通道12，外管13上具有入水口131；

單動(dòng)機(jī)構(gòu)2包括外止推軸承上蓋21、內(nèi)止推軸承上蓋22、內(nèi)止推軸承下蓋23和外止推軸承下蓋24，外止推軸承上蓋21密封連接在外管13內(nèi)壁，內(nèi)止推軸承上蓋22密封連接在內(nèi)管14外壁，外止推軸承下蓋24固定連接在外管12內(nèi)壁，內(nèi)止推軸承下蓋23固定連接在內(nèi)管14外壁，外止推軸承上蓋21和內(nèi)止推軸承上蓋22與旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體3之間為固定連接，內(nèi)止推軸承下蓋23和外止推軸承下蓋24與旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體3之間為密封連接；

旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體3具有限位座31和流道32，流道32傾斜角a為10°-15°。

本發(fā)明的工作原理和過程：

請參閱圖1、圖2和圖3所示，工作時(shí)，巖心管插入中心通道11內(nèi)，高壓低溫水通過入水口131進(jìn)入雙壁鉆桿的高壓水輸送通道12，沿高壓水輸送通道12到達(dá)旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體3的流道口33處，旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體3在限位座31的作用下與單動(dòng)機(jī)構(gòu)2無法脫離，外止推軸承上蓋21可以在外管13內(nèi)壁上做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，內(nèi)止推軸承上蓋22可以在內(nèi)管14外壁上做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體3分別可以繞外止推軸承下蓋24和內(nèi)止推軸承下蓋23做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，高壓水射流通過流道32，流道32傾斜角度為10°-15°，形成具有一定噴射角度的高壓水射流，具有一定角度高壓水射流對(duì)旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體3施加一個(gè)沿旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體3周向的力，使旋轉(zhuǎn)噴嘴缸體3旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)內(nèi)止推軸承上蓋22及外止推軸承上蓋21一起旋轉(zhuǎn)，形成旋轉(zhuǎn)的高壓低溫射流回轉(zhuǎn)切削水合物地層，雙壁鉆桿1底部設(shè)置有硬質(zhì)合金塊5以防止在鉆具接觸到孔底后發(fā)生憋壓，同時(shí)也起到修整井壁的作用。