孔底冷冻绳索取心钻具制造技术

本实用新型专利技术涉及一种孔底冷冻绳索取心钻具。用液氮作为冷冻剂，通过液氮气化吸热在孔底冷冻岩心，抑制天然气水合物的分解。钻具包括外管总成和内管总成。获取岩心时用打捞器将内管总成从外管总成中打捞上来，卸下端盖和卡簧座，将半合管连同岩心样品一同从岩心管内抽出，将半合管两端用胶塞密封，岩心样品连同半合管用液氮储存罐或者高压容器保存。可实现快速冷冻，冷冻效果好；将绳索取心与孔底冷冻结合，实现不提钻快速取心；钻进时内管总成不回转，因而在较大程度上避免了因钻具回转产生的机械力对水合物岩心的破坏，更有效地提高了岩心采取率、完整度和代表性，并采用半合管式快速地表取样，可快速在地表获得岩心。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

：本技术涉及一种绳索取心钻探机具，尤其是用于天然气水合物钻探孔底冷冻取心的钻探机具。 
技术介绍
：随着经济的高速发展，煤、石油、天然气等常规能源已不能满足人类发展的需求，天然气水合物以其丰富的储量，在未来成为煤、石油、天然气等常规能源的替代能源也被人类所共识。 天然气水合物形成和赋存在高压低温的环境下。根据天然气水合物稳压特性曲线，如果温度或者压力条件变化超过平衡条件，就会导致天然气水合物分解。如何获取高保真的天然气水合物样品，对钻探取心工作提出了很高的要求。目前国内外的天然气水合物取样器主要由两种设计思路：一种是孔底保压取样器，一种是孔底冷冻取样器。孔底保压取样器的思路是当水合物岩心进入保压岩心管后，通过球阀关闭岩心管底部使岩心保持初始压力，并利用压力补偿装置控制压力，来维持岩心压力在提钻的过程中保持不变，提到地表后再对岩心进行冷冻保存。这种思路对于球阀的强度和密封性要求特别高，一旦球阀密封性下降，就会导致水合物分解，取心失败。孔底冷冻取样器的思路是当钻进回次结束，水合物岩心充满岩心管后，利用冲洗液压力将冷冻剂压入到岩心管周围密封的冷冻腔体内部，冷冻剂与水合物岩心通过铜质的岩心管发生热交换，实现对水合物岩心的冷冻。根据天然气水合物温压特性曲线，其分解压力随着温度的降低而降低。如果能够把天然气水合物岩心冷冻到-45摄氏度，即使压力小于一个大气压，也可以保证水合物岩心不分解。 现有的孔底冷冻取样钻具采用的是干冰作为冷冻剂，酒精做为载冷剂，且为投球提钻式取心，其不足是：结构复杂，由于干冰为固态，需采用酒精作为载冷剂，先与干冰反应成为低温酒精后，才能注入冷冻腔内实现冷冻，这就使取样器结构更加复杂；冷东效率低，效果差，由于必须采用酒精作为载冷剂，有很大一部分冷量被酒精带走，不能实现冷冻剂冷量的充分利用；为投球提钻取心，在钻进回次结束后，通过钻杆向取样器内投入钢球来改变冲洗液流通道，以实现对冷冻过程的控制。这就决定了回次结束后只能采用提钻的方法获取岩心，提钻时间长，工作量大。而且在提钻过程中，水合物岩心会产生二次分解。 
技术实现思路
：本技术的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种是用液氮在孔 底降低水合物岩心温度来抑制天然气水合物分解，适用于陆地冻土层天然气水合物钻探取样的孔底冷冻绳索取心钻具。 本技术的目的是通过以下技术方案实现的： 用液氮作为冷冻剂，通过液氮气化吸热在孔底冷冻岩心，抑制天然气水合物的分解。 液氮气化型天然气水合物孔底冷冻绳索取样器包括外管总成与内管总成。在获取-->岩心时，通过绳索取心的方法，用打捞器将内管总成从外管总成打捞上来。 内管总成包括：矛头1通过销钉5与锥轴4铰接，定位钢球3与定位弹簧2安装在矛头1与锥轴3之间，锥轴4采用空心销钉I8嵌套在提引套筒6上部，提引套筒6与弹卡座9同心，并且为间隙配合，提引套筒6沿轴向滑动，空心销钉II10穿过弹卡座的销钉槽，两端铆固在提引套筒壁上，弹卡座9的销钉槽通过限制空心销钉10的运动距离，限制提引套筒6的沿轴向上运动距离，弹卡15与铰链11采用铆钉16组成铰链式弹卡定位机构，弹卡15的固定端通过空心销钉III13固定在弹卡座9上，弹卡座9通过铆钉14与主轴22连接，悬挂环18通过螺纹安装在主轴22上部台肩螺纹处，采用止退螺母19固紧，主轴22为中空结构，主轴22顶端侧壁设有4个Φ19的斜孔I20，斜孔I20中线与主轴轴线22成45°角，座环21下部的主轴22侧壁设有4个Φ19的斜孔II23，斜孔II23中线与主轴轴线成45°角，斜孔I20与斜孔II23均沿主轴外壁周向均布，中空心轴27通过螺纹与主轴22下部连接，并用固紧圆螺母28锁紧，心轴套30与中空心轴27为间隙配合，心轴套30上端为推力轴承31，下端为推力轴承32，推力轴承31坐于轴承挡盖29内部，推力轴承32由缓冲弹簧33压紧，然后采用挡圈34与螺母35将弹簧固定； 连接短管36上端通过内螺纹与心轴套30外螺纹连接，下端通过内螺纹与控制接头37外螺纹连接，中空心轴27下端将插入到控制接头37上部孔内，之间为间隙配合，控制活塞38坐于控制接头37中心活塞通道内，控制弹簧39压在控制活塞38下部，挡片45将控制弹簧压紧，用紧定螺钉将挡片45固定在控制接头37上，泄流弹簧42、泄流阀钢球43和泄流阀44组成泄流阀组合，依次安装于泄流孔41内； 活塞腔体49上端通过内螺纹与控制接头37外螺纹连接，下端通过内螺纹与活塞腔下接头50连接，活塞47位于活塞腔内上部，活塞47外壁与活塞腔体49内壁为同轴间隙配合，活塞36外壁和活塞腔体49内壁之间采用“O”型圈密封，活塞47在活塞腔体49内轴向滑动，活塞47通过螺母46固定在活塞杆48上端，活塞47内壁与活塞杆48外壁采用“O”型圈密封，活塞杆48穿过活塞腔下接 头50中心通道延伸到活塞腔下接头下部液氮腔58内，活塞杆48与活塞腔下接头50中心通道为间隙配合，在活塞腔下接头50上端面设有排气孔I51下端面设有排气孔II54，排气阀I52装在排气孔I51内，排气阀53装在排气孔II54内； 液氮腔体58上端通过内螺纹与活塞腔下接头50外螺纹连接，下端通过内螺纹与岩心管接手65外螺纹连接，液氮罐59位于液氮腔体58内，液氮罐上支撑55支撑在液氮罐59上端，液氮罐下支撑60支撑在液氮罐59下端，液氮罐59下端为球形端面，液氮罐上支撑55、液氮罐下支撑60和液氮罐59上下端面间为静接触，使液氮罐59与液氮腔体58保持较高的同轴度，液氮罐59外壁与液氮腔体58内壁设有2-4mm间隙；活塞杆48延伸到液氮罐59上部，液氮活塞56通过螺母57固定在活塞杆48下端，液氮活塞56与液氮罐59内壁为间隙配合，液氮活塞56外壁与液氮罐59内壁间隙采用“O”型圈密封，液氮活塞56内壁和活塞杆48外壁间隙采用“O”型圈密封，在活塞杆48的推动下，液氮活塞56沿液氮罐59内壁轴向运动，单向阀座62、单向阀钢球61、调压弹簧63和单向阀弹簧座64构成液氮单向阀，液氮单向阀通过单向阀座50上部的螺纹连接到液氮59罐下端，单向阀弹簧座64下端与岩心管接手65之间用橡胶垫静密封； 冷冻腔体70上端与岩心管接手65螺纹连接，岩心管71上端与岩心管接手65螺-->纹连接，冷冻腔体70下端与卡簧座75螺纹连接，岩心管71与冷冻腔体70内壁的环状空间构成冷冻腔，半合管72衬于岩心管71内壁，上端与岩心管接手65静接触，下端坐于卡簧座75内壁台阶上，止逆阀座69与止逆阀球68旋于岩心管接手65中心螺纹孔内；排气阀III67安装于岩心管接手65下端的排气孔66内，端盖78旋于冷冻腔体70下端，并用硅橡胶垫77密封，构成一个封闭的冷冻腔，卡簧座75穿过端盖78，卡簧座75外壁与端盖78内壁间隙配合，并采用“O”型圈密封，卡簧76坐于卡簧座75下部锥形内壁； 外管总成包括：弹卡室12与弹卡挡头7螺纹连接，内花键短接17上部与弹卡室12螺纹连接，下端与内花键25螺纹连接，内花键25与外花键24通过花键配合，外花键24沿轴向滑动，内花键25内壁的台阶与外花键24外壁的台阶限制外花键24沿轴向的滑动距离，外花键24通过螺纹连接外管27，导正环73嵌于外管26下端内壁，扩孔器74连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种孔底冷冻绳索取心钻具，包括外管总成和内管总成，其特征在于，内管总成包括：矛头（１）通过销钉（５）与锥轴（４）铰接，定位钢球（３）与定位弹簧（２）安装在矛头（１）与锥轴（３）之间，锥轴（４）采用空心销钉Ⅰ（８）嵌套在提引套筒（６）上部，提引套筒（６）与弹卡座（９）同心，并且为间隙配合，提引套筒（６）沿轴向滑动，空心销钉Ⅱ（１０）穿过弹卡座的销钉槽，两端铆固在提引套筒壁上，弹卡座（９）上的销钉槽通过限制空心销钉（１０）的运动距离，限制提引套筒（６）的沿轴向上运动距离，弹卡（１５）与铰链（１１）采用铆钉（１６）组成铰链式弹卡定位机构，弹卡（１５）的固定端通过空心销钉Ⅲ（１３）固定在弹卡座（９）上，弹卡座（９）通过铆钉（１４）与主轴（２２）连接，悬挂环（１８）通过螺纹安装在主轴（２２）上部台肩螺纹处，采用止退螺母（１９）固紧，主轴（２２）为中空结构，主轴（２２）顶端侧壁设有４个Φ１９的斜孔（２０），斜孔Ⅰ（２０）中线与主轴轴线（２２）成４５°角，座环（２１）下部的主轴（２２）侧壁设有４个Φ１９的斜孔Ⅱ（２３），斜孔Ⅱ（２３）中线与主轴轴线成４５°角，斜孔Ⅰ（２０）与斜孔Ⅱ（２３）均沿主轴外壁周向均布，中空心轴（２７）通过螺纹与主轴（２２）下部连接，并用固紧圆螺母（２８）锁紧，心轴套（３０）与中空心轴（２７）为间隙配合，心轴套（３０）上端为推力轴承（３１），下端为推力轴承（３２），推力轴承（３１）坐于轴承挡盖（２９）内部，推力轴承（３２）由缓冲弹簧（３３）压紧，然后采用挡圈（３４）与螺母（３５）将弹簧固定；连接短管（３６）上端通过内螺纹与心轴套（３０）外螺纹连接，下端通过内螺纹与控制接头（３７）外螺纹连接，中空心轴（２７）下端将插入到控制接头（３７）上部孔内，之间为间隙配合，控制活塞（３８）坐于控制接头（３７）中心活塞通道内，控制弹簧（３９）压在控制活塞（３８）下部，挡片（４５）将控制弹簧压紧，用紧定螺钉将挡片（４５）固定在控制接头（３７）上，泄流弹簧（４２）、泄流阀钢球（４３）和泄流阀（４４）组成泄流阀组合，依次安装于泄流孔（４１）内；活塞腔体（４９）上端通过内螺纹与控制接头（３７）外螺纹连接，下端通过内螺纹与活塞腔下接头（５０）连接，活塞（４７）位于活塞腔内上部，活塞（４７）外壁与活塞腔体（４９）内壁为同轴间隙配合，活塞（３６）外壁和活塞腔体（４９）内壁之间采用“Ｏ”型圈密封，活塞（４７）在活塞腔体（４９）内轴向...

【技术特征摘要】
1.一种孔底冷冻绳索取心钻具，包括外管总成和内管总成，其特征在于，内管总成包括：矛头(1)通过销钉(5)与锥轴(4)铰接，定位钢球(3)与定位弹簧(2)安装在矛头(1)与锥轴(3)之间，锥轴(4)采用空心销钉Ⅰ(8)嵌套在提引套筒(6)上部，提引套筒(6)与弹卡座(9)同心，并且为间隙配合，提引套筒(6)沿轴向滑动，空心销钉Ⅱ(10)穿过弹卡座的销钉槽，两端铆固在提引套筒壁上，弹卡座(9)上的销钉槽通过限制空心销钉(10)的运动距离，限制提引套筒(6)的沿轴向上运动距离，弹卡(15)与铰链(11)采用铆钉(16)组成铰链式弹卡定位机构，弹卡(15)的固定端通过空心销钉Ⅲ(13)固定在弹卡座(9)上，弹卡座(9)通过铆钉(14)与主轴(22)连接，悬挂环(18)通过螺纹安装在主轴(22)上部台肩螺纹处，采用止退螺母(19)固紧，主轴(22)为中空结构，主轴(22)顶端侧壁设有4个Φ19的斜孔(20)，斜孔Ⅰ(20)中线与主轴轴线(22)成45°角，座环(21)下部的主轴(22)侧壁设有4个Φ19的斜孔Ⅱ(23)，斜孔Ⅱ(23)中线与主轴轴线成45°角，斜孔Ⅰ(20)与斜孔Ⅱ(23)均沿主轴外壁周向均布，中空心轴(27)通过螺纹与主轴(22)下部连接，并用固紧圆螺母(28)锁紧，心轴套(30)与中空心轴(27)为间隙配合，心轴套(30)上端为推力轴承(31)，下端为推力轴承(32)，推力轴承(31)坐于轴承挡盖(29)内部，推力轴承(32)由缓冲弹簧(33)压紧，然后采用挡圈(34)与螺母(35)将弹簧固定；连接短管(36)上端通过内螺纹与心轴套(30)外螺纹连接，下端通过内螺纹与控制接头(37)外螺纹连接，中空心轴(27)下端将插入到控制接头(37)上部孔内，之间为间隙配合，控制活塞(38)坐于控制接头(37)中心活塞通道内，控制弹簧(39)压在控制活塞(38)下部，挡片(45)将控制弹簧压紧，用紧定螺钉将挡片(45)固定在控制接头(37)上，泄流弹簧(42)、泄流阀钢球(43)和泄流阀(44)组成泄流阀组合，依次安装于泄流孔(41)内；活塞腔体(49)上端通过内螺纹与控制接头(37)外螺纹连接，下端通过内螺纹与活塞腔下接头(50)连接，活塞(47)位于活塞腔内上部，活塞(47)外壁与活塞腔体(49)内壁为同轴间隙配合，活塞(36)外壁和活塞腔体(49)内壁之间采用“O”型圈密封，活塞(47)在活塞腔体(49)内轴向滑动，活塞(47)通过螺母(46)固定在活塞杆(48)上端，活塞(47)内壁与活塞杆(48)外壁采用“O”型圈密封，活塞杆(48)穿过活塞腔下接头(50)中心通道延伸到活塞腔下接头下部液氮腔(58)内，活塞杆(48)与活塞腔下接头(50)中心通道为间隙配合，在活塞腔下接头(50)上端面设有排气孔Ⅰ(51)下端面设有排气孔Ⅱ(54)，排气阀Ⅰ(52)装在排气孔Ⅰ(51)内，排气阀Ⅱ(53)装在排气孔Ⅱ(54)内；液氮腔体(58)上端通过内螺纹与活塞腔下接头(50)外螺纹连接，下端通过内螺纹与岩心管接手(65)外螺纹连接，液氮罐(59)位于液氮腔体(58)内，液氮罐上支撑(55)支撑在液氮罐(59)上端，液氮罐下支撑(60)支撑在液氮罐(59)下端，液氮罐(59...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙友宏，赵建国，郭威，赵江鹏，陈晨，薛军，李国圣，贾瑞，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：实用新型
国别省市：82[中国|长春]