冰下复杂基岩冲击回转钻进取心钻具制造技术

冰下复杂基岩冲击回转钻进取心钻具，属于地质钻探设备领域，包括超高压储气罐、减压阀、气动潜孔锤及单动双管取心钻具，气动潜孔锤位于钻杆和单动双管取心钻具之间，钻杆、气动潜孔锤及单动双管取心钻具自上而下顺次同轴连接，超高压储气罐设置在钻杆内部，并通过通气管路连接至位于钻杆下部的减压阀；本实用新型专利技术提出的取心钻具以超高压储气罐代替空压机并置于钻具内，超高压储气罐内气体通过减压阀向气动潜孔锤供气，驱动活塞往复运动，冲击单动双管取心钻具，并结合电动回转机构，实现冲击回转取心钻进，破碎冰下基岩并完成取心，采用本实用新型专利技术的取心钻具所实施的气动潜孔锤钻进工艺，可有效解决冰下硬、脆、碎、漏等复杂基岩钻进取心难题。

【技术实现步骤摘要】
冰下复杂基岩冲击回转钻进取心钻具
本技术属于地质钻探设备领域，具体涉及一种冰下复杂基岩冲击回转钻进取心钻具。
技术介绍
南极大陆的冰下基岩岩心，无论是对南极大陆地质构造及成因的相关领域研究，还是对冰川的形成以及运动的研究，甚至对全球的气候变化研究都有重大意义和社会价值，是现代极地研究的主要目标之一。极地地质钻探计划获得的成就令人瞩目，冰盖钻探技术日益成熟，但时至今日仍然没有相对成熟的冰下基岩岩心钻取工艺。在钻至冰岩界面时，由于基岩强度高于冰层，若以常规孔内回转钻进工艺钻取冰下基岩岩心，需要在冰心钻进基础上提高钻压，考虑到铠装电缆的承受能力，通常最大钻压即为钻具的自重，且钻压过大会对反扭矩系统提出更高要求，故难以满足金刚石回转钻进所需的钻进参数，另外，基岩岩性复杂，钻进过程可能会面临憋钻、烧钻的风险，因此现有铠装电缆悬吊式机电钻难以继续向下钻进。
技术实现思路
针对现有孔内金刚石回转钻进技术在钻至冰下基岩时，因受反扭系统承受能力及钻具自重所能施加的钻压范围等因素限制，无法继续有效破碎基岩，获取岩心的问题，本技术的目的是提出一种冰下复杂基岩冲击回转钻进取心钻具，采用超高压储气罐代替空压机，超高压储气罐中的空气在钻具内部通过减压阀，对低耗风量超短型气动潜孔锤进行供气，驱动气动潜孔锤的活塞往复运动，冲击单动双管取心钻具，并结合电动回转机构，实现冲击回转取心钻进，以获取冰下基岩岩心。本技术为实现上述目的所采用的技术方案是：冰下复杂基岩冲击回转钻进取心钻具，其特征在于，包括：超高压储气罐、减压阀、气动潜孔锤及单动双管取心钻具，所述气动潜孔锤位于钻杆和单动双管取心钻具之间，钻杆、气动潜孔锤及单动双管取心钻具自上而下顺次同轴连接，所述超高压储气罐设置在钻杆内部，并通过通气管路连接至位于钻杆下部的减压阀；所述气动潜孔锤包括潜孔锤外缸、逆止阀、配气座、潜孔锤内缸及活塞，潜孔锤外缸的上端与钻杆螺纹连接，潜孔锤外缸的下端通过花键套与单动双管取心钻具外管花键连接，逆止阀、配气座及潜孔锤内缸设置在潜孔锤外缸内部，其中逆止阀安装在配气座上，逆止阀通过空气通道与减压阀连通，配气座安装在潜孔锤内缸上端，配气座的两侧设置有呈轴向布置的气体通道；潜孔锤内缸侧壁下部开设有径向进气孔，同时潜孔锤内缸内壁上设置有内环槽；活塞置于潜孔锤内缸内部；所述单动双管取心钻具包括冲击接头、轴承、心轴、岩心管接头、钢球、单动双管取心钻具外管、岩心管及钻头，冲击接头的上部与潜孔锤外缸螺纹连接，冲击接头的下端与单动双管取心钻具外管螺纹连接；单动双管取心钻具外管与位于其下方的钻头螺纹连接，单动双管取心钻具外管和钻头同轴设置，轴承套设在心轴上并于冲击接头内部间隙配合；心轴与岩心管接头螺纹连接，岩心管接头内部设置有空气通道；钢球置于岩心管接头的空气通道内；岩心管设置在单动双管取心钻具外管内部，且与单动双管取心钻具外管同轴布置，岩心管与岩心管接头螺纹连接。进一步，所述钻头上设置有柱状硬质合金齿。进一步，所述钻头的直径为135mm。进一步，所述气动潜孔锤的直径为89mm。进一步，所述超高压储气罐的内径为80mm。通过上述设计方案，本技术可以带来如下有益效果：本技术提出了一种冰下复杂基岩冲击回转钻进取心钻具，通过设置在钻杆内部的超高压储气罐供气以驱动气动潜孔锤工作，钻进过程不需要大型空压机设备；与已有金刚石钻头回转式冰下基岩钻进系统兼容互补，无需钻杆或软管连接；气动潜孔锤对钻压范围要求低，可依靠钻具自重满足钻进要求，无需对已有的反扭矩系统进行改进。采用本技术提出的取心钻具所实施的气动潜孔锤钻进工艺，可有效解决冰下硬、脆、碎、漏等复杂基岩钻进取心难题。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本技术示意性实施例及其说明用于理解本技术，并不构成本技术的不当限定，在附图中：图1为本技术实施例中提出的冰下复杂基岩冲击回转钻进取心钻具的结构示意图。图中各标记如下：1-超高压储气罐、2-减压阀、3-潜孔锤外缸、4-逆止阀、5-配气座、6-潜孔锤内缸、7-活塞、8-冲击接头、9-轴承、10-心轴、11-岩心管接头、12-钢球、13-单动双管取心钻具外管、14-岩心管、15-钻头。具体实施方式为了更清楚地说明本技术，下面结合优选实施例和附图对本技术做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本技术的保护范围。如图1所示，冰下复杂基岩冲击回转钻进取心钻具，包括超高压储气罐1、减压阀2、气动潜孔锤及单动双管取心钻具，所述气动潜孔锤位于钻杆和单动双管取心钻具之间，钻杆、气动潜孔锤及单动双管取心钻具自上而下顺次同轴连接，所述超高压储气罐1设置在钻杆内部，并通过通气管路连接至位于钻杆下部的减压阀2；所述气动潜孔锤包括潜孔锤外缸3、逆止阀4、配气座5、潜孔锤内缸6及活塞7，潜孔锤外缸3位于钻杆下方并与钻杆螺纹连接，潜孔锤外缸3的下端通过花键套与单动双管取心钻具外管13花键连接，逆止阀4、配气座5及潜孔锤内缸6设置在潜孔锤外缸3内部，其中逆止阀4安装在配气座5上，逆止阀4通过空气通道与减压阀2连通，配气座5安装在潜孔锤内缸6上端，配气座5的两侧设置有呈轴向布置的气体通道；潜孔锤内缸6侧壁下部开设有径向进气孔，同时潜孔锤内缸6内壁上设置有内环槽；活塞7置于潜孔锤内缸6内部；所述单动双管取心钻具包括冲击接头8、轴承9、心轴10、岩心管接头11、钢球12、单动双管取心钻具外管13、岩心管14及钻头15，冲击接头8的上部与潜孔锤外缸3螺纹连接，冲击接头8的下端与单动双管取心钻具外管13螺纹连接；单动双管取心钻具外管13与钻头15进行螺纹连接，从而使冲击接头8承受气动潜孔锤产生的冲击以及电动回转机构所产生的扭矩，并传递给单动双管取心钻具外管13，进而传递到钻头15，实现破碎岩石进行取心钻进；轴承9套设在心轴10上并于冲击接头8内部间隙配合，通过轴承9实现岩心管14与单动双管取心钻具外管13的单动功能，心轴10与岩心管接头11螺纹连接，岩心管接头11内部设置有空气通道；钢球12置于岩心管接头11的空气通道内；岩心管14设置在单动双管取心钻具外管13内部，且与单动双管取心钻具外管13同轴布置，岩心管14与岩心管接头11螺纹连接；钻头15上设置有柱状硬质合金齿。冰下复杂基岩冲击回转钻进取心钻具的工作过程及原理为：本技术考虑极地钻探在钻至极地冰下基岩时，碎岩效率降低，提出以超高压储气罐1代替空压机在孔内对气动潜孔锤进行供气，驱动气动潜孔锤工作，并结合已有悬挂机构和电动回转机构，实施冲击回转取心钻进技术，进而破碎极地冰下基岩并获取基岩岩心。在地表利用微型便携式空压机通过增压机构对超高压储气罐1进行充填压缩气体，超高压储气罐1在孔外充气时，采用微型便携式空压机和增压机构，配套设备体积小、重量轻、功率低。对于钻头15直径为135mm的单动双管取心钻具，配直径89mm气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.冰下复杂基岩冲击回转钻进取心钻具，其特征在于，包括：超高压储气罐(1)、减压阀(2)、气动潜孔锤及单动双管取心钻具，所述气动潜孔锤位于钻杆和单动双管取心钻具之间，钻杆、气动潜孔锤及单动双管取心钻具自上而下顺次同轴连接，所述超高压储气罐(1)设置在钻杆内部，并通过通气管路连接至位于钻杆下部的减压阀(2)；所述气动潜孔锤包括潜孔锤外缸(3)、逆止阀(4)、配气座(5)、潜孔锤内缸(6)及活塞(7)，潜孔锤外缸(3)的上端与钻杆螺纹连接，潜孔锤外缸(3)的下端通过花键套与单动双管取心钻具外管(13)花键连接，逆止阀(4)、配气座(5)及潜孔锤内缸(6)设置在潜孔锤外缸(3)内部，其中逆止阀(4)安装在配气座(5)上，逆止阀(4)通过空气通道与减压阀(2)连通，配气座(5)安装在潜孔锤内缸(6)上端，配气座(5)的两侧设置有呈轴向布置的气体通道；潜孔锤内缸(6)侧壁下部开设有径向进气孔，同时潜孔锤内缸(6)内壁上设置有内环槽；活塞(7)置于潜孔锤内缸(6)内部；所述单动双管取心钻具包括冲击接头(8)、轴承(9)、心轴(10)、岩心管接头(11)、钢球(12)、单动双管取心钻具外管(13)、岩心管(14)及钻头(15)，冲击接头(8)的上部与潜孔锤外缸(3)螺纹连接，冲击接头(8)的下端与单动双管取心钻具外管(13)螺纹连接；单动双管取心钻具外管(13)与位于其下方的钻头(15)螺纹连接，单动双管取心钻具外管(13)和钻头(15)同轴设置，轴承(9)套设在心轴(10)上并于冲击接头(8)内部间隙配合；心轴(10)与岩心管接头(11)螺纹连接，岩心管接头(11)内部设置有空气通道；钢球(12)置于岩心管接头(11)的空气通道内；岩心管(14)设置在单动双管取心钻具外管(13)内部，且与单动双管取心钻具外管(13)同轴布置，岩心管(14)与岩心管接头(11)螺纹连接。/n...

【技术特征摘要】
1.冰下复杂基岩冲击回转钻进取心钻具，其特征在于，包括：超高压储气罐(1)、减压阀(2)、气动潜孔锤及单动双管取心钻具，所述气动潜孔锤位于钻杆和单动双管取心钻具之间，钻杆、气动潜孔锤及单动双管取心钻具自上而下顺次同轴连接，所述超高压储气罐(1)设置在钻杆内部，并通过通气管路连接至位于钻杆下部的减压阀(2)；所述气动潜孔锤包括潜孔锤外缸(3)、逆止阀(4)、配气座(5)、潜孔锤内缸(6)及活塞(7)，潜孔锤外缸(3)的上端与钻杆螺纹连接，潜孔锤外缸(3)的下端通过花键套与单动双管取心钻具外管(13)花键连接，逆止阀(4)、配气座(5)及潜孔锤内缸(6)设置在潜孔锤外缸(3)内部，其中逆止阀(4)安装在配气座(5)上，逆止阀(4)通过空气通道与减压阀(2)连通，配气座(5)安装在潜孔锤内缸(6)上端，配气座(5)的两侧设置有呈轴向布置的气体通道；潜孔锤内缸(6)侧壁下部开设有径向进气孔，同时潜孔锤内缸(6)内壁上设置有内环槽；活塞(7)置于潜孔锤内缸(6)内部；所述单动双管取心钻具包括冲击接头(8)、轴承(9)、心轴(10)、岩心管接头(11)、钢球(12)、单动双管取心钻具外管(13)、岩心管(14)及钻头(15)，冲击接头(8)的上部与潜...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏宇，彭枧明，李彦良，黄朝阳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22