干孔式热冲击回转取心钻具制造技术

干孔式热冲击回转取心钻具，属于钻探机具领域，钻具包括钻具外管以及设置在钻具外管中的电动冲击装置、电动回转装置和取样装置，取样装置包括钻具内管、第二滑环、微型真空液泵、融水输送管、贮水管、冰心切断器、热熔钻头和冰心管，本发明专利技术将冲击回转与热熔钻进结合，可以避免使用钻井液对冰层造成的污染，并且有效解决孔内发生的卡钻事故。冲击钻进不仅使孔底冰层产生微裂隙，还能将热熔钻头的热量以脉冲的形式输送到微裂隙中，降低冰层强度和切削阻力，提高钻进效率。钻进过程中，钻具外管不进行回转，避免钻具外壁和冰层的摩擦。融水输送管与贮水管均采用加热丝加热，避免融水冻结造成堵塞，同时也防止结冰冻胀对融水输送管和贮水管的破坏。管的破坏。管的破坏。

【技术实现步骤摘要】
干孔式热冲击回转取心钻具


[0001]本专利技术属于钻探机具领域，尤其是涉及一种用于极地冰层的干孔式热冲击回转取心钻具。

技术介绍

[0002]目前针对极地冰层的取心钻具主要包括铠装电缆机械冲击回转钻具、热熔钻具和热水钻具，这些钻具都有一定的缺点和使用的局限性。其中，铠装电缆机械冲击回转钻具的钻头钻压低，所用的低温钻井液具有一定的毒性，在循环过程中会沿着裂隙漏失到冰川中，对环境造成污染，并且取心钻具较长，长径比较大，在回转过程中钻具下部会因弯曲与冰孔壁不断摩擦，易造成钻具损坏，导致不能可靠而安全地继续使用，必须修理或者更换，造成了巨大的经济损失；热熔钻具融化率很低，能耗非常高，钻进速度相对较慢；热水钻具需要足够大的发电系统，来支撑钻探过程中的能量消耗，整套装备运送困难，成本过高，而且热水在循环的过程中会融化冰心，严重影响冰心质量。针对以上问题，本领域技术人员研制出了一种回转切削式冰层热熔钻进装置，详见专利文献号CN108625775A，但由于该装置将融水作为传热介质保留在孔内，故无法实现取心钻进，也未能有效避免回转过程中侧壁与冰层的摩擦。

技术实现思路

[0003]鉴于上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供了一种干孔式热冲击回转取心钻具，将干孔热熔钻进和机械式冲击回转取心钻进有效结合，提高冰层取心钻进速度的同时避免钻具外壁和冰层的摩擦的现象。
[0004]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：干孔式热冲击回转取心钻具，所述钻具通过电缆悬挂装置与铠装电缆连接，其特征在于：所述钻具包括钻具外管以及从上至下依次设置在钻具外管中的电动冲击装置、电动回转装置和取样装置；所述取样装置包括钻具内管、第二滑环、微型真空液泵、融水输送管、贮水管、冰心切断器、热熔钻头和冰心管，所述钻具内管与钻具外管之间通过轴承连接；所述第二滑环和微型真空液泵通过螺栓固定在钻具内管内部，第二滑环与铠装电缆连接；所述微型真空液泵与第二滑环电连接；所述贮水管和微型真空液泵用螺纹连接并连通，贮水管设置在钻具内管内部，并且位于微型真空液泵下方，贮水管的侧壁嵌设有加热丝，且设置在贮水管侧壁的电热丝与第二滑环电连接，贮水管的上部开有透气孔；所述冰心管设置在钻具内管内部，冰心管通过单动装置连接到贮水管上；所述热熔钻头安装在钻具内管下方，热熔钻头的底部设置有加热棒，该加热棒与第二滑环电连接，热熔钻头的钻进端布设有切削齿，且相邻切削齿之间设有水口；所述水口与融水输送管的入口连通；所述融水输送管设置在钻具内管的内壁上，融水输送管的数量与水口的数量一致且一一对应，并在每个融水输送管两侧嵌有加热丝，且设置在融水输送管两侧的加热丝与第二滑环电连接，融水输送管的出口与微型真空液泵连通；所述冰心切断器设置在钻具内管和热熔钻头连接处。
[0005]进一步，所述电动冲击装置包括从上至下依次布置的直线电机、冲锤和铁砧，所述直线电机的输出端与冲锤同轴连接；所述冲锤和铁砧具有供铠装电缆穿过的中间通道；所述铁砧搭接在所述钻具外管上。
[0006]进一步，所述电动回转装置包括旋转电机和减速器，所述旋转电机和减速器分别用螺栓固定在钻具外管内，且旋转电机和减速器具有供铠装电缆穿过的中间通道；所述减速器的输入端与旋转电机连接，减速器的输出端通过螺纹与钻具内管固定连接。
[0007]进一步，所述钻具上部具有电子元件控制部，电子元件控制部包括外壳和设置在外壳内部的第一滑环和测空仓；所述第一滑环设在测空仓上部，测空仓配置为用于控制整个钻具。
[0008]进一步，所述外壳上缠有加热丝。
[0009]所述的干孔式热冲击回转取心钻具，其特征在于：还包括反扭装置，所述反扭装置设置在电动冲击装置上方，且反扭装置安装在钻具外管的上部。
[0010]进一步，所述反扭装置由弹簧、连杆机构和滑刀组成，其中弹簧与连杆机构上部接触，滑刀固定在连杆机构下部，当弹簧处于自由状态时，滑刀伸出钻具，与孔壁接触后，滑刀向内收缩，通过连杆机构拉伸弹簧，弹簧的收紧力使滑刀可以紧贴孔壁。
[0011]进一步，所述钻具外管内壁表面和冰心管外壁表面上均喷涂有隔热层。
[0012]进一步，所述钻具内管中嵌设有电热丝，用于融化产生的冰屑。
[0013]进一步，所述加热棒垂直于切削齿底面设置，加热棒下端埋设在切削齿内部，加热棒的上端固定于热熔钻头的胎体中。
[0014]通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：本专利技术提出的干孔式热冲击回转取心钻具，用于极地冰层的取心，冲击回转与热熔钻进的结合可以避免使用钻井液对冰层造成的污染，并且有效解决孔内发生的卡钻事故。冲击钻进不仅使孔底冰层产生微裂隙，还能将热熔钻头的热量以脉冲的形式输送到微裂隙中，降低冰层强度和切削阻力，提高钻进效率。钻进过程中，钻具外管不进行回转，避免钻具外壁和冰层的摩擦；钻进产生的冰屑和融水，在微型真空液泵的抽吸作用下，通过热熔钻头上的水口进入融水输送管，其中冰屑被融水输送管两侧的加热丝融化，最终流入贮水管，有效提高提高钻进效率，完成取心。融水输送管与贮水管均采用加热丝加热，避免融水冻结造成堵塞，同时也防止结冰冻胀对融水输送管和贮水管的破坏。
附图说明
[0015]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术示意性实施例及其说明用于理解本专利技术，并不构成本专利技术的不当限定，在附图中：
[0016]图1为本专利技术提出的干孔式热冲击回转取心钻具的结构示意图；
[0017]图2为图1中Ⅰ处的局部放大图；
[0018]图3为图1中Ⅱ处的局部放大图；
[0019]图4为本专利技术提出的干孔式热冲击回转取心钻具中热熔钻头的整体结构示意图；
[0020]图5为热熔钻头的钻进端剖面图；
[0021]图中各标记如下：1
‑
铠装电缆，2
‑
外壳，3
‑
第一滑环，4
‑
测空仓，5
‑
弹簧，6
‑
连杆机构，7
‑
滑刀，8
‑
直线电机，9
‑
冲锤，10
‑
铁砧，11
‑
旋转电机，12
‑
减速器，13
‑
钻具外管，14
‑
钻具
内管，15
‑
第二滑环，16
‑
微型真空液泵，17
‑
融水输送管，18
‑
贮水管，19
‑
单动装置，20
‑
轴承，21
‑
冰心切断器，22
‑
热熔钻头，23
‑
冰心管，24
‑
切削齿，25
‑
水口，26
‑
加热棒。
具体实施方式
[0022]为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.干孔式热冲击回转取心钻具，所述钻具通过电缆悬挂装置与铠装电缆(1)连接，其特征在于：所述钻具包括钻具外管(13)以及从上至下依次设置在钻具外管(13)中的电动冲击装置、电动回转装置和取样装置；所述取样装置包括钻具内管(14)、第二滑环(15)、微型真空液泵(16)、融水输送管(17)、贮水管(18)、冰心切断器(21)、热熔钻头(22)和冰心管(23)，所述钻具内管(14)与钻具外管(13)之间通过轴承(20)连接；所述第二滑环(15)和微型真空液泵(16)通过螺栓固定在钻具内管(14)内部，第二滑环(15)与铠装电缆(1)连接；所述微型真空液泵(16)与第二滑环(15)电连接；所述贮水管(18)和微型真空液泵(16)用螺纹连接并连通，贮水管(18)设置在钻具内管(14)内部，并且位于微型真空液泵(16)下方，贮水管(18)的侧壁嵌设有加热丝，且设置在贮水管(18)侧壁的电热丝与第二滑环(15)电连接，贮水管(18)的上部开有透气孔；所述冰心管(23)设置在钻具内管(14)内部，冰心管(23)通过单动装置(19)连接到贮水管(18)上；所述热熔钻头(22)安装在钻具内管(14)下方，热熔钻头(22)的底部设置有加热棒(26)，该加热棒(26)与第二滑环(15)电连接，热熔钻头(22)的钻进端布设有切削齿(24)，且相邻切削齿(24)之间设有水口(25)；所述水口(25)与融水输送管(17)的入口连通；所述融水输送管(17)设置在钻具内管(14)的内壁上，融水输送管(17)的数量与水口(25)的数量一致且一一对应，并在每个融水输送管(17)两侧嵌有加热丝，且设置在融水输送管(17)两侧的加热丝与第二滑环(15)电连接，融水输送管(17)的出口与微型真空液泵(16)连通；所述冰心切断器(21)设置在钻具内管(14)和热熔钻头(22)连接处。2.根据权利要求1所述的干孔式热冲击回转取心钻具，其特征在于：所述电动冲击装置包括从上至下依次布置的直线电机(8)、冲锤(9)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，孙友宏，李冰，范晓鹏，宫达，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：