一种用于大洋钻探的电动机械式跟管钻进取心钻具制造技术

本发明专利技术公开了一种电动机械式跟管钻进取心钻具，用于大洋钻探，涉及大洋科学钻探钻采设备及技术领域，其包括：套管、可活动脱离所述套管的滑环组件、反扭力组件、密封舱体、配重组件和驱动循环钻机，其中，所述滑环组件、所述反扭力组件、所述密封舱体、所述配重组件和所述驱动循环钻机通过一铠装电缆串联，所述驱动循环钻机用于钻进岩层并收集岩心样品，且所述驱动循环钻机至少工作在钻进作业前状态、钻进作业中状态和钻进作业后状态。本发明专利技术的钻头可收缩至钻具内部并随绳索取心钻具提至地表，遇到钻头磨损等问题可及时更换，大大简化了因钻头磨损需要将整套钻具提离至钻探船甲板的过程，从而节省施工时间，节约施工成本，提高施工效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于大洋钻探的电动机械式跟管钻进取心钻具


[0001]本专利技术涉及大洋科学钻探钻采设备及
，具体涉及一种用于大洋钻探的电动机械式跟管钻进取心钻具。

技术介绍

[0002]全球陆地面积总共不到地球表面积的三成，其余均为海洋，对于地球的可持续发展，仅通过陆地的研究已经不够，接下来更偏向于对深海领域的研究。而通过对深海的研究,认识海底扩张，探清大陆山系的由来，解读海底沉积过程，找到气候演变的根源，而大洋钻探是目前直接获取地球深部实物资料的唯一方法。
[0003]美国自20世纪50年代末启动“莫霍面钻探计划”之后，从1968年开始，相继实施了“深海钻探计划(DSDP)”、“大洋钻探计划(ODP)”、“综合大洋钻探计划(IODP)”和“国际大洋发现计划(IODP)”。世界海洋科学钻探实施60多年以来，在全球各大洋钻井近四千口，获取了六十多万米岩心和大量数据。根据获得的信息，验证了“大陆漂移”和“海底扩张”假说；创建了“板块构造”学说；揭示了气候演变的规律；发现了海底“深部生物圈”和“可燃冰”；在海洋的历史、古气候和古生物的演化、海底火山喷发、沉积作用、海底矿产分布等研究方面，取得了许多重大成果，推动了地球科学一次又一次的重大突破。
[0004]在以钻透“莫霍面”(地幔和地壳的界面)为目标的大洋科学钻探中，由于海上施工作业施工风险大，耗时长等难题，每天的成本都要达到几百万人民币，为提高大洋钻探中的钻进取心效率，经常采用绳索取心钻探的方式进行作业。绳索取心钻进的操作特点是取岩心时不需要提出钻孔内的全部钻杆柱，其采用专用带钢丝绳的打捞器，通过孔内钻杆中心孔将装有岩心的孔底内管提至地面，获得岩心样品，从而减少了提下钻次数和升降钻具的辅助时间，提高了钻进效率。然而，当孔底的钻头磨损严重需要更换钻头时，则依然需要将整套钻具提至地表进行钻头的更换工作，钻头更换结束后再将整套钻具重新下放到原来的钻孔孔底，这个步骤需要消耗大量的时间。据计算，对于一个3000m水深条件下3000m的深孔内进行起下钻的操作，将要花费至少30个小时，这将造成数百万人民币的浪费。
[0005]同时，基岩钻进的难度比沉积岩(软岩)的要大得多，施工效率要低得多。据试验统计，在基岩中钻进，机械钻速一般为1
‑
2m/h，钻头寿命一般为50
‑
100m；而在沉积岩中，机械钻速可达20
‑
30m/h，钻头寿命可达500
‑
1000m，因此对于以钻透“莫霍面”为目标的大洋科学钻探中，将会遇到几十次甚至上百次的起下钻操作，频繁的起下钻操作必定会造成钻探作业总成本的大幅增加，因此有必要设计一套以绳索连接取样管，底部钻头可随着取样管一同提离孔底至操作平台的钻具设备。此外，大洋底部钻孔施工条件复杂，井壁失稳而易引发井壁坍塌等孔内事故，因此需要下套管来维护井壁稳定。结合来看，为大幅节省大洋钻探的作业时间，减少总体钻具的提下钻频率，提高取心钻进及下套管效率，有必要设计一款用于大洋钻探中，可以同时实现下套管和钻进的电动机械钻具。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种用于大洋钻探的电动机械式跟管钻进取心钻具，钻头可收缩至钻具内部并随绳索取心钻具提至地表，遇到钻头磨损等问题可及时更换，大大简化了因钻头磨损需要将整套钻具提离至钻探船甲板的过程，从而节省施工时间，节约施工成本，提高施工效率。
[0007]为实现上述目的，本专利技术可以采用以下技术方案进行：
[0008]一种电动机械式跟管钻进取心钻具，用于大洋钻探，其包括：
[0009]套管；以及，
[0010]可活动脱离所述套管的滑环组件、反扭力组件、密封舱体、配重组件和驱动循环钻机，其中，
[0011]所述滑环组件、所述反扭力组件、所述密封舱体、所述配重组件和所述驱动循环钻机通过一铠装电缆串联，所述驱动循环钻机用于钻进岩层并收集岩心样品，且所述驱动循环钻机至少工作在钻进作业前状态、钻进作业中状态和钻进作业后状态。
[0012]如上所述的电动机械式跟管钻进取心钻具，进一步地，所述驱动循环钻机包括：
[0013]岩心取样管，其用于存放岩心样品；
[0014]牙轮臂，其周向分布于所述岩心取样管外侧，所述牙轮臂绕近端可转动设置且所述牙轮臂的远端具有牙轮钻头；
[0015]特制扭簧，其用于使得所述牙轮臂的远端具有朝向所述岩心取样管的力矩；
[0016]旋转块，其设置于所述岩心取样管和所述牙轮臂之间，转动以支撑所述牙轮臂的张开或回收；以及，
[0017]探底杆，其一端连接于所述旋转块上，其中，当所述探底杆触底时撑开所述旋转块，以促使所述牙轮臂张开并通过限位块维持该状态。
[0018]如上所述的电动机械式跟管钻进取心钻具，进一步地，所述驱动循环钻机包括：
[0019]岩屑收集室，其设置在所述岩心取样管的上方，并通过岩屑上返通道与所述岩心取样管连通，所述岩屑上返通道的上端还设有伞状岩屑挡头；
[0020]水泵，其用于钻进作业过程中提供钻井液循环动力；
[0021]滤网，其设置于所述水泵与所述岩屑收集室之间；以及，
[0022]下端盖，其设置于所述岩心取样管与所述岩屑收集室之间。
[0023]如上所述的电动机械式跟管钻进取心钻具，进一步地，所述驱动循环钻机还包括依次机械传动连接的钻进电机、上部联轴器、减速器和下部联轴器。
[0024]如上所述的电动机械式跟管钻进取心钻具，进一步地，所述铠装电缆的芯部包括若干电源线和信号线，若干电源线和信号线之间使用尼龙层包裹，且外部以钢丝缠绕。
[0025]如上所述的电动机械式跟管钻进取心钻具，进一步地，所述滑环组件包括不同时转动的上部滑动块和下部滑动块。
[0026]如上所述的电动机械式跟管钻进取心钻具，进一步地，所述反扭力组件具有向外伸出的反扭钢片，所述反扭钢片用于插进所述套管内侧开设的槽孔。
[0027]如上所述的电动机械式跟管钻进取心钻具，进一步地，所述密封舱体设置有电子器件。
[0028]如上所述的电动机械式跟管钻进取心钻具，进一步地，所述配重组件内部设置有
若干配重块。
[0029]如上所述的电动机械式跟管钻进取心钻具，进一步地，还包括电缆终端、第一弹簧及铠装电缆锁紧装置，所述铠装电缆穿过所述电缆终端，所述电缆终端的下方设置有所述第一弹簧，所述第一弹簧的下端安装有用以监测第一弹簧收缩量的位移编码器；所述铠装电缆锁紧装置设于所述第一弹簧与所述滑环组件之间，所述铠装电缆锁紧装置用以固定加紧所述铠装电缆。
[0030]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：将已经成熟应用在冰川钻探的铠装电缆电动机械式钻具应用在大洋科学钻探中，配以随钻扩孔下套管技术，从而可以简化大洋钻探中下套管施工程序，节省了下套管作业时间；同时内部采用铠装电缆电动机械式钻具进行钻进和取心，特制伸缩式牙轮扩孔钻头及底部钻头可以随内部电动机械钻具一起提升和下放，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动机械式跟管钻进取心钻具，用于大洋钻探，其特征在于，包括：套管；以及，可活动脱离所述套管的滑环组件、反扭力组件、密封舱体、配重组件和驱动循环钻机，其中，所述滑环组件、所述反扭力组件、所述密封舱体、所述配重组件和所述驱动循环钻机通过一铠装电缆串联，所述驱动循环钻机用于钻进岩层并收集岩心样品，且所述驱动循环钻机至少工作在钻进作业前状态、钻进作业中状态和钻进作业后状态。2.根据权利要求1所述的电动机械式跟管钻进取心钻具，其特征在于，所述驱动循环钻机包括：岩心取样管，其用于存放岩心样品；牙轮臂，其周向分布于所述岩心取样管外侧，所述牙轮臂绕近端可转动设置且所述牙轮臂的远端具有牙轮钻头；特制扭簧，其用于使得所述牙轮臂的远端具有朝向所述岩心取样管的力矩；旋转块，其设置于所述岩心取样管和所述牙轮臂之间，转动以支撑所述牙轮臂的张开或回收；以及，探底杆，其一端连接于所述旋转块上，其中，当所述探底杆触底时撑开所述旋转块，以促使所述牙轮臂张开并通过限位块维持该状态。3.根据权利要求2所述的电动机械式跟管钻进取心钻具，其特征在于，所述驱动循环钻机包括：岩屑收集室，其设置在所述岩心取样管的上方，并通过岩屑上返通道与所述岩心取样管连通，所述岩屑上返通道的上端还设有伞状岩屑挡头；水泵，其用于钻进作业过程中提供钻井液循环动力；滤网，其设置于所述水泵与所述岩屑收集室之间；以及，下端...

【专利技术属性】
技术研发人员：李星辰，刘安，范晓鹏，于彦江，宫达，曾静，李彬，
申请(专利权)人：广州海洋地质调查局，
类型：发明
国别省市：