專利名稱：孔底冷凍繩索取心鉆具的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種繩索取心鉆探機具，尤其是用于天然氣水合物鉆探孔底冷凍 取心的鉆探機具。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，煤、石油、天然氣等常規(guī)能源已不能滿足人類發(fā)展的需求， 天然氣水合物以其豐富的儲量，在未來成為煤、石油、天然氣等常規(guī)能源的替代能源也被人 類所共識。天然氣水合物形成和賦存在高壓低溫的環(huán)境下。根據(jù)天然氣水合物穩(wěn)壓特性曲 線，如果溫度或者壓力條件變化超過平衡條件，就會導致天然氣水合物分解。如何獲取高保 真的天然氣水合物樣品，對鉆探取心工作提出了很高的要求。目前國內(nèi)外的天然氣水合物 取樣器主要由兩種設計思路一種是孔底保壓取樣器，一種是孔底冷凍取樣器?？椎妆喝?樣器的思路是當水合物巖心進入保壓巖心管后，通過球閥關(guān)閉巖心管底部使巖心保持初始 壓力，并利用壓力補償裝置控制壓力，來維持巖心壓力在提鉆的過程中保持不變，提到地表 后再對巖心進行冷凍保存。這種思路對于球閥的強度和密封性要求特別高，一旦球閥密封 性下降，就會導致水合物分解，取心失敗。孔底冷凍取樣器的思路是當鉆進回次結(jié)束，水合 物巖心充滿巖心管后，利用沖洗液壓力將冷凍劑壓入到巖心管周圍密封的冷凍腔體內(nèi)部， 冷凍劑與水合物巖心通過銅質(zhì)的巖心管發(fā)生熱交換，實現(xiàn)對水合物巖心的冷凍。根據(jù)天然 氣水合物溫壓特性曲線，其分解壓力隨著溫度的降低而降低。如果能夠把天然氣水合物巖 心冷凍到-45攝氏度，即使壓力小于一個大氣壓，也可以保證水合物巖心不分解?，F(xiàn)有的孔底冷凍取樣鉆具采用的是干冰作為冷凍劑，酒精做為載冷劑，且為投球 提鉆式取心，其不足是結(jié)構(gòu)復雜，由于干冰為固態(tài)，需采用酒精作為載冷劑，先與干冰反應 成為低溫酒精后，才能注入冷凍腔內(nèi)實現(xiàn)冷凍，這就使取樣器結(jié)構(gòu)更加復雜；冷東效率低， 效果差，由于必須采用酒精作為載冷劑，有很大一部分冷量被酒精帶走，不能實現(xiàn)冷凍劑冷 量的充分利用；為投球提鉆取心，在鉆進回次結(jié)束后，通過鉆桿向取樣器內(nèi)投入鋼球來改變 沖洗液流通道，以實現(xiàn)對冷凍過程的控制。這就決定了回次結(jié)束后只能采用提鉆的方法獲 取巖心，提鉆時間長，工作量大。而且在提鉆過程中，水合物巖心會產(chǎn)生二次分解。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種是用液氮在孔底 降低水合物巖心溫度來抑制天然氣水合物分解，適用于陸地凍土層天然氣水合物鉆探取樣 的孔底冷凍繩索取心鉆具。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的用液氮作為冷凍劑，通過液氮氣化吸熱在孔底冷凍巖心，抑制天然氣水合物的分解。液氮氣化型天然氣水合物孔底冷凍繩索取樣器包括外管總成與內(nèi)管總成。在獲取巖心時，通過繩索取心的方法，用打撈器將內(nèi)管總成從外管總成打撈上來。內(nèi)管總成包括矛頭1通過銷釘5與錐軸4鉸接，定位鋼球3與定位彈簧2安裝在 矛頭1與錐軸3之間，錐軸4采用空心銷釘18嵌套在提引套筒6上部，提引套筒6與彈卡 座9同心，并且為間隙配合，提引套筒6沿軸向滑動，空心銷釘IIlO穿過彈卡座的銷釘槽， 兩端鉚固在提引套筒壁上，彈卡座9的銷釘槽通過限制空心銷釘10的運動距離，限制提引 套筒6的沿軸向上運動距離，彈卡15與鉸鏈11采用鉚釘16組成鉸鏈式彈卡定位機構(gòu)，彈卡 15的固定端通過空心銷釘III13固定在彈卡座9上，彈卡座9通過鉚釘14與主軸22連接， 懸掛環(huán)18通過螺紋安裝在主軸22上部臺肩螺紋處，采用止退螺母19固緊，主軸22為中空 結(jié)構(gòu)，主軸22頂端側(cè)壁設有4個Φ 19的斜孔120，斜孔120中線與主軸軸線22成45°角， 座環(huán)21下部的主軸22側(cè)壁設有4個Φ 19的斜孔1123，斜孔1123中線與主軸軸線成45° 角，斜孔120與斜孔1123均沿主軸外壁周向均布，中空心軸27通過螺紋與主軸22下部連 接，并用固緊圓螺母觀鎖緊，心軸套30與中空心軸27為間隙配合，心軸套30上端為推力 軸承31，下端為推力軸承32，推力軸承31坐于軸承擋蓋四內(nèi)部，推力軸承32由緩沖彈簧 33壓緊，然后采用擋圈34與螺母35將彈簧固定；連接短管36上端通過內(nèi)螺紋與心軸套30外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與控制接 頭37外螺紋連接，中空心軸27下端將插入到控制接頭37上部孔內(nèi)，之間為間隙配合，控制 活塞38坐于控制接頭37中心活塞通道內(nèi)，控制彈簧39壓在控制活塞38下部，擋片45將 控制彈簧壓緊，用緊定螺釘將擋片45固定在控制接頭37上，泄流彈簧42、泄流閥鋼球43和 泄流閥44組成泄流閥組合，依次安裝于泄流孔41內(nèi)；活塞腔體49上端通過內(nèi)螺紋與控制接頭37外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與活塞 腔下接頭50連接，活塞47位于活塞腔內(nèi)上部，活塞47外壁與活塞腔體49內(nèi)壁為同軸間隙 配合，活塞36外壁和活塞腔體49內(nèi)壁之間采用“0”型圈密封，活塞47在活塞腔體49內(nèi) 軸向滑動，活塞47通過螺母46固定在活塞桿48上端，活塞47內(nèi)壁與活塞桿48外壁采用 “0”型圈密封，活塞桿48穿過活塞腔下接頭50中心通道延伸到活塞腔下接頭下部液氮腔 58內(nèi)，活塞桿48與活塞腔下接頭50中心通道為間隙配合，在活塞腔下接頭50上端面設有 排氣孔151下端面設有排氣孔1154，排氣閥152裝在排氣孔151內(nèi)，排氣閥53裝在排氣孔 1154 內(nèi)；液氮腔體58上端通過內(nèi)螺紋與活塞腔下接頭50外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與 巖心管接手65外螺紋連接，液氮罐59位于液氮腔體58內(nèi)，液氮罐上支撐55支撐在液氮罐 59上端，液氮罐下支撐60支撐在液氮罐59下端，液氮罐59下端為球形端面，液氮罐上支 撐陽、液氮罐下支撐60和液氮罐59上下端面間為靜接觸，使液氮罐59與液氮腔體58保持 較高的同軸度，液氮罐59外壁與液氮腔體58內(nèi)壁設有2-4mm間隙；活塞桿48延伸到液氮 罐59上部，液氮活塞56通過螺母57固定在活塞桿48下端，液氮活塞56與液氮罐59內(nèi)壁 為間隙配合，液氮活塞56外壁與液氮罐59內(nèi)壁間隙采用“0”型圈密封，液氮活塞56內(nèi)壁 和活塞桿48外壁間隙采用“0”型圈密封，在活塞桿48的推動下，液氮活塞56沿液氮罐59 內(nèi)壁軸向運動，單向閥座62、單向閥鋼球61、調(diào)壓彈簧63和單向閥彈簧座64構(gòu)成液氮單向 閥，液氮單向閥通過單向閥座50上部的螺紋連接到液氮59罐下端，單向閥彈簧座64下端 與巖心管接手65之間用橡膠墊靜密封；冷凍腔體70上端與巖心管接手65螺紋連接，巖心管71上端與巖心管接手65螺紋連接，冷凍腔體70下端與卡簧座75螺紋連接，巖心管71與冷凍腔體70內(nèi)壁的環(huán)狀空間 構(gòu)成冷凍腔，半合管72襯于巖心管71內(nèi)壁，上端與巖心管接手65靜接觸，下端坐于卡簧 座75內(nèi)壁臺階上，止逆閥座69與止逆閥球68旋于巖心管接手65中心螺紋孔內(nèi)；排氣閥 III67安裝于巖心管接手65下端的排氣孔66內(nèi)，端蓋78旋于冷凍腔體70下端，并用硅橡 膠墊77密封，構(gòu)成一個封閉的冷凍腔，卡簧座75穿過端蓋78，卡簧座75外壁與端蓋78內(nèi) 壁間隙配合，并采用“0”型圈密封，卡簧76坐于卡簧座75下部錐形內(nèi)壁；外管總成包括彈卡室12與彈卡擋頭7螺紋連接，內(nèi)花鍵短接17上部與彈卡室 12螺紋連接，下端與內(nèi)花鍵25螺紋連接，內(nèi)花鍵25與外花鍵M通過花鍵配合，外花鍵M 沿軸向滑動，內(nèi)花鍵25內(nèi)壁的臺階與外花鍵M外壁的臺階限制外花鍵M沿軸向的滑動距 離，外花鍵M通過螺紋連接外管27，導正環(huán)73嵌于外管沈下端內(nèi)壁，擴孔器74連接到外 管沈下端螺紋上，將導正環(huán)73壓緊，擴孔器74下端通過螺紋與鉆頭79連接，鉆頭79與卡 簧座75之間設有4-6mm的間隙。本實用新型的目的還可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)控制接頭37中心設有控制活塞通道，控制活塞38通過控制彈簧39壓緊，將控制 活塞通道封死，當沖洗液壓力達到0. 5MPa時，將控制活塞38推開?？刂平宇^37設有的活 塞通道周圍設有三個直角形的泄流通道40，泄流通道40上端與活塞通道相通，下端與活 塞腔相通，當沖洗液將控制活塞38推開后，活塞通道與直角形的沖洗液流通道貫通。液氮 罐59和冷凍腔體70為雙層真空絕熱結(jié)構(gòu)。巖心管接手65設有的斜孔80與軸向孔81構(gòu) 成通孔，液氮單向閥開啟后，液氮經(jīng)過該通孔進入冷凍腔。有益效果本發(fā)明采用單純冷凍取樣，使用液氮做為冷凍劑，冷凍過程中液氮快速 氣化，可實現(xiàn)快速冷凍，冷凍效果好；將繩索取心與孔底冷凍結(jié)合，實現(xiàn)不提鉆快速取心； 鉆進時內(nèi)管總成不回轉(zhuǎn)，因而在較大程度上避免了因鉆具回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機械力對水合物巖心 的破壞，更有效地提高了巖心采取率、完整度和代表性，并采用半合管式快速地表取樣，可 快速在地表獲得巖心。
圖1 4為孔底冷凍繩索取心鉆具結(jié)構(gòu)圖；圖1右端連接圖2左端，圖2的右端連接圖3左端，圖3右端連接圖4左端。1矛頭，2定位彈簧，3定位鋼球，4錐軸，5銷釘，6提引套筒，7彈卡擋頭，8空心銷 釘I，9彈卡座，10空心銷釘II，11鉸鏈，12彈卡室，13空心銷釘III，14銷釘，15彈卡，16鉚 釘，17內(nèi)花鍵接手，18懸掛環(huán)，19止退螺母，20斜孔I，21座環(huán)，22主軸，23斜孔II，24外花 鍵，25內(nèi)花鍵，26外管，27中空心軸，觀鎖緊螺母，29軸承擋蓋，30內(nèi)管軸套，31推力軸承， 32推力軸承，33緩沖彈簧，34擋片，35連接短管，36活塞，37控制接頭，38控制活塞，39控 制彈簧，40泄流通道，41泄流孔，42泄流閥彈簧，43泄流閥球，44泄流閥體，45擋片，46螺 母,47活塞，48活塞桿，49活塞腔體，50活塞腔下接手，51排氣孔1，52排氣閥1，53排氣閥 11,54排氣孔II，55液氮罐上支撐，56液氮活塞，57螺母，58液氮腔體，59液氮罐，60液氮 罐下支撐，61單向閥球，62單向閥座，63單向閥彈簧，64單向閥彈簧座，65巖心管接手，66 排氣孔，67排氣閥III，68止逆閥球，69止逆閥座，70冷凍腔體，71巖心管，72半合管，73導 正環(huán)，74擴孔器，75卡簧座，76卡簧，77密封墊，78端蓋，79鉆頭，80斜孔，81軸向孔。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例作進一步的詳細說明附圖中圖1右端連接圖2左端，圖2的右端連接圖3左端圖3的右端連接圖4的 左端，構(gòu)成天然氣水合物孔底冷凍繩索取樣器整體結(jié)構(gòu)圖。該鉆具總體由內(nèi)管總成與外管總成構(gòu)成，鉆進過程中，沖洗液經(jīng)由內(nèi)管總成與外 管總成的環(huán)狀間隙到達鉆具底部的鉆頭處，攜帶巖屑經(jīng)鉆桿與孔壁的環(huán)狀間隙上返至地表。實施例1孔底冷凍繩索取心鉆具首先組裝外管總成彈卡室12與彈卡擋頭7螺紋連接，內(nèi)花鍵短接17上部與彈卡 室12螺紋連接，下端與內(nèi)花鍵25螺紋連接，內(nèi)花鍵25與外花鍵M通過花鍵配合，外花鍵 M沿軸向滑動，內(nèi)花鍵25內(nèi)壁的臺階與外花鍵M外壁的臺階限制外花鍵M沿軸向的滑動 距離，外花鍵M通過螺紋連接外管27，導正環(huán)73嵌于外管沈下端內(nèi)壁，擴孔器74連接到 外管沈下端螺紋上，將導正環(huán)73壓緊，擴孔器74下端通過螺紋與鉆頭79連接，鉆頭79與 卡簧座75之間設有4mm的間隙。然后組裝內(nèi)管總成在組裝內(nèi)管總成的同時向液氮罐59充填5L液氮，矛頭1通過 銷釘5與錐軸4鉸接，矛頭1以銷釘5為軸轉(zhuǎn)動0° 士90°，這樣在放倒內(nèi)管時，可防止 撈矛頭1從打撈器的撈鉤中脫出，以免摔壞內(nèi)管和弄彎內(nèi)管，定位鋼球3與定位彈簧2安裝 在矛頭1的孔內(nèi)，當矛頭1與錐軸4同軸時，定位鋼球3陷入錐軸4的球窩內(nèi)，起到對矛頭1 的定位作用，保證矛頭1在內(nèi)管總成沿鉆桿柱下降時，保持與內(nèi)管總成同軸，防止矛頭1刮 擋鉆桿柱內(nèi)壁；矛頭1通過銷釘5與錐軸4鉸接，定位鋼球3與定位彈簧2安裝在矛頭1與 錐軸3之間，錐軸4采用空心銷釘18嵌套在提引套筒6上部，提引套筒6與彈卡座9同心， 并且為間隙配合，提引套筒6沿軸向滑動，空心銷釘IIlO穿過彈卡座的銷釘槽，兩端鉚固在 提引套筒壁上，彈卡座9的銷釘槽通過限制空心銷釘10的運動距離，限制提引套筒6的沿 軸向上運動距離，彈卡15與鉸鏈11采用鉚釘16組成鉸鏈式彈卡定位機構(gòu)，彈卡15固定端 通過空心銷釘III13固定在彈卡座9上，彈卡座9通過鉚釘14與主軸22連接，懸掛環(huán)18 通過螺紋安裝在主軸22上部臺肩螺紋處，用止退螺母19固緊，主軸22為中空結(jié)構(gòu)，主軸22 頂端側(cè)壁設有4個Φ19的斜孔120，斜孔120中線與主軸軸線22成45°角，座環(huán)21下部 的主軸22側(cè)壁設有4個Φ19的斜孔1123，斜孔1123中線與主軸軸線成45°角，斜孔120 與斜孔1123均沿主軸外壁周向均布，中空心軸27通過螺紋與主軸22下部連接，并用固緊 圓螺母觀鎖緊，心軸套30與中空心軸27為間隙配合，心軸套30上端為推力軸承31，下端 為推力軸承32，推力軸承31坐于軸承擋蓋四內(nèi)部，推力軸承32由緩沖彈簧33壓緊，然后 采用擋圈34與螺母35將彈簧固定；連接短管36上端通過內(nèi)螺紋與心軸套30外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與控制接 頭37外螺紋連接，中空心軸27下端將插入到控制接頭37上部孔內(nèi)，之間為間隙配合，控 制活塞38坐于控制接頭37中心活塞通道內(nèi)，控制彈簧39壓在控制活塞38下部，擋片45 將控制彈簧壓緊，用緊定螺釘將擋片45固定在控制接頭37上，泄流彈簧42、泄流閥鋼球43 和泄流閥44組成泄流閥組合，依次安裝于泄流孔41內(nèi)；[0029]活塞腔體49上端通過內(nèi)螺紋與控制接頭37外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與活塞 腔下接頭50連接，活塞47位于活塞腔內(nèi)上部，活塞47外壁與活塞腔體49內(nèi)壁為同軸間隙 配合，活塞36外壁和活塞腔體49內(nèi)壁之間采用“0”型圈密封，活塞47在活塞腔體49內(nèi) 軸向滑動，活塞47通過螺母46固定在活塞桿48上端，活塞47內(nèi)壁與活塞桿48外壁采用 “0”型圈密封，活塞桿48穿過活塞腔下接頭50中心通道延伸到活塞腔下接頭下部液氮腔 58內(nèi)，活塞桿48與活塞腔下接頭50中心通道為間隙配合，在活塞腔下接頭50上端面設有 排氣孔151下端面設有排氣孔1154，排氣閥152裝在排氣孔151內(nèi)，排氣閥53裝在排氣孔 1154 內(nèi)；液氮腔體58上端通過內(nèi)螺紋與活塞腔下接頭50外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與 巖心管接手65外螺紋連接，液氮罐59位于液氮腔體58內(nèi)，液氮罐上支撐55支撐在液氮罐 59上端，液氮罐下支撐60支撐在液氮罐59下端，液氮罐59下端為球形端面，液氮罐上支撐 陽、液氮罐下支撐60和液氮罐59上下端面間為靜接觸，使液氮罐59與液氮腔體58保持較 高的同軸度，液氮罐59外壁與液氮腔體58內(nèi)壁設有2mm間隙；活塞桿48延伸到液氮罐59 上部，液氮活塞56通過螺母57固定在活塞桿48下端，液氮活塞56與液氮罐59內(nèi)壁為間 隙配合，液氮活塞56外壁與液氮罐59內(nèi)壁間隙采用“0”型圈密封，液氮活塞56內(nèi)壁和活 塞桿48外壁間隙采用“0”型圈密封，在活塞桿48的推動下，液氮活塞56沿液氮罐59內(nèi)壁 軸向運動，單向閥座62、單向閥鋼球61、調(diào)壓彈簧63和單向閥彈簧座64構(gòu)成液氮單向閥， 液氮單向閥通過單向閥座50上部的螺紋連接到液氮59罐下端，單向閥彈簧座64下端與巖 心管接手65之間用橡膠墊靜密封；冷凍腔體70上端與巖心管接手65螺紋連接，巖心管71上端與巖心管接手65螺 紋連接，冷凍腔體70下端與卡簧座75螺紋連接，巖心管71與冷凍腔體70內(nèi)壁的環(huán)狀空間 構(gòu)成冷凍腔，半合管72襯于巖心管71內(nèi)壁，上端與巖心管接手65靜接觸，下端坐于卡簧 座75內(nèi)壁臺階上，止逆閥座69與止逆閥球68旋于巖心管接手65中心螺紋孔內(nèi)；排氣閥 III67安裝于巖心管接手65下端的排氣孔66內(nèi)，端蓋78旋于冷凍腔體70下端，并用硅橡 膠墊77密封，構(gòu)成一個封閉的冷凍腔，卡簧座75穿過端蓋78，卡簧座75外壁與端蓋78內(nèi) 壁間隙配合，并采用“0”型圈密封，卡簧76坐于卡簧座75下部錐形內(nèi)壁。實施例2孔底冷凍繩索取心鉆具首先組裝外管總成彈卡室12與彈卡擋頭7螺紋連接，內(nèi)花鍵短接17上部與彈卡 室12螺紋連接，下端與內(nèi)花鍵25螺紋連接，內(nèi)花鍵25與外花鍵M通過花鍵配合，外花鍵 24沿軸向滑動，內(nèi)花鍵25內(nèi)壁的臺階與外花鍵M外壁的臺階限制外花鍵M沿軸向的滑動 距離，外花鍵M通過螺紋連接外管27，導正環(huán)73嵌于外管沈下端內(nèi)壁，擴孔器74連接到 外管沈下端螺紋上，將導正環(huán)73壓緊，擴孔器74下端通過螺紋與鉆頭79連接，鉆頭79與 卡簧座75之間設有6mm的間隙。然后組裝內(nèi)管總成在組裝內(nèi)管總成的同時向液氮罐59充填7L液氮，矛頭1通過 銷釘5與錐軸4鉸接，矛頭1以銷釘5為軸轉(zhuǎn)動0° 士90°，這樣在放倒內(nèi)管時，可防止 撈矛頭1從打撈器的撈鉤中脫出，以免摔壞內(nèi)管和弄彎內(nèi)管，定位鋼球3與定位彈簧2安裝 在矛頭1的孔內(nèi)，當矛頭1與錐軸4同軸時，定位鋼球3陷入錐軸4的球窩內(nèi)，起到對矛頭1 的定位作用，保證矛頭1在內(nèi)管總成沿鉆桿柱下降時，保持與內(nèi)管總成同軸，防止矛頭1刮擋鉆桿柱內(nèi)壁；矛頭1通過銷釘5與錐軸4鉸接，定位鋼球3與定位彈簧2安裝在矛頭1與 錐軸3之間，錐軸4采用空心銷釘18嵌套在提引套筒6上部，提引套筒6與彈卡座9同心， 并且為間隙配合，提引套筒6沿軸向滑動，空心銷釘IIlO穿過彈卡座的銷釘槽，兩端鉚固在 提引套筒壁上，彈卡座9的銷釘槽通過限制空心銷釘10的運動距離，限制提引套筒6的沿 軸向上運動距離，彈卡15與鉸鏈11采用鉚釘16組成鉸鏈式彈卡定位機構(gòu)，彈卡15固定端 通過空心銷釘III13固定在彈卡座9上，彈卡座9通過鉚釘14與主軸22連接，懸掛環(huán)18 通過螺紋安裝在主軸22上部臺肩螺紋處，用止退螺母19固緊，主軸22為中空結(jié)構(gòu)，主軸22 頂端側(cè)壁設有4個Φ19的斜孔120，斜孔120中線與主軸軸線22成45°角，座環(huán)21下部 的主軸22側(cè)壁設有4個Φ19的斜孔1123，斜孔1123中線與主軸軸線成45°角，斜孔120 與斜孔1123均沿主軸外壁周向均布，中空心軸27通過螺紋與主軸22下部連接，并用固緊 圓螺母觀鎖緊，心軸套30與中空心軸27為間隙配合，心軸套30上端為推力軸承31，下端 為推力軸承32，推力軸承31坐于軸承擋蓋四內(nèi)部，推力軸承32由緩沖彈簧33壓緊，然后 采用擋圈34與螺母35將彈簧固定；連接短管36上端通過內(nèi)螺紋與心軸套30外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與控制接 頭37外螺紋連接，中空心軸27下端將插入到控制接頭37上部孔內(nèi)，之間為間隙配合，控制 活塞38坐于控制接頭37中心活塞通道內(nèi)，控制彈簧39壓在控制活塞38下部，擋片45將 控制彈簧壓緊，用緊定螺釘將擋片45固定在控制接頭37上，泄流彈簧42、泄流閥鋼球43 和泄流閥44組成泄流閥組合，依次安裝于泄流孔41內(nèi)；活塞腔體49上端通過內(nèi)螺紋與控制接頭37外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與活塞 腔下接頭50連接，活塞47位于活塞腔內(nèi)上部，活塞47外壁與活塞腔體49內(nèi)壁為同軸間隙 配合，活塞36外壁和活塞腔體49內(nèi)壁之間采用“0”型圈密封，活塞47在活塞腔體49內(nèi) 軸向滑動，活塞47通過螺母46固定在活塞桿48上端，活塞47內(nèi)壁與活塞桿48外壁采用 “0”型圈密封，活塞桿48穿過活塞腔下接頭50中心通道延伸到活塞腔下接頭下部液氮腔 58內(nèi)，活塞桿48與活塞腔下接頭50中心通道為間隙配合，在活塞腔下接頭50上端面設有 排氣孔151下端面設有排氣孔1154，排氣閥152裝在排氣孔151內(nèi)，排氣閥53裝在排氣孔 1154 內(nèi)；液氮腔體58上端通過內(nèi)螺紋與活塞腔下接頭50外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與 巖心管接手65外螺紋連接，液氮罐59位于液氮腔體58內(nèi)，液氮罐上支撐55支撐在液氮罐 59上端，液氮罐下支撐60支撐在液氮罐59下端，液氮罐59下端為球形端面，液氮罐上支撐 陽、液氮罐下支撐60和液氮罐59上下端面間為靜接觸，使液氮罐59與液氮腔體58保持較 高的同軸度，液氮罐59外壁與液氮腔體58內(nèi)壁設有4mm間隙；活塞桿48延伸到液氮罐59 上部，液氮活塞56通過螺母57固定在活塞桿48下端，液氮活塞56與液氮罐59內(nèi)壁為間 隙配合，液氮活塞56外壁與液氮罐59內(nèi)壁間隙采用“0”型圈密封，液氮活塞56內(nèi)壁和活 塞桿48外壁間隙采用“0”型圈密封，在活塞桿48的推動下，液氮活塞56沿液氮罐59內(nèi)壁 軸向運動，單向閥座62、單向閥鋼球61、調(diào)壓彈簧63和單向閥彈簧座64構(gòu)成液氮單向閥， 液氮單向閥通過單向閥座50上部的螺紋連接到液氮59罐下端，單向閥彈簧座64下端與巖 心管接手65之間用橡膠墊靜密封；冷凍腔體70上端與巖心管接手65螺紋連接，巖心管71上端與巖心管接手65螺 紋連接，冷凍腔體70下端與卡簧座75螺紋連接，巖心管71與冷凍腔體70內(nèi)壁的環(huán)狀空間構(gòu)成冷凍腔，半合管72襯于巖心管71內(nèi)壁，上端與巖心管接手65靜接觸，下端坐于卡簧 座75內(nèi)壁臺階上，止逆閥座69與止逆閥球68旋于巖心管接手65中心螺紋孔內(nèi)；排氣閥 III67安裝于巖心管接手65下端的排氣孔66內(nèi)，端蓋78旋于冷凍腔體70下端，并用硅橡 膠墊77密封，構(gòu)成一個封閉的冷凍腔，卡簧座75穿過端蓋78，卡簧座75外壁與端蓋78內(nèi) 壁間隙配合，并采用“0”型圈密封，卡簧76坐于卡簧座75下部錐形內(nèi)壁。
權(quán)利要求1. 一種孔底冷凍繩索取心鉆具，包括外管總成和內(nèi)管總成，其特征在于，內(nèi)管總成包 括矛頭(1)通過銷釘(5)與錐軸(4)鉸接，定位鋼球(3)與定位彈簧(2)安裝在矛頭(1) 與錐軸(3)之間，錐軸(4)采用空心銷釘I (8)嵌套在提引套筒(6)上部，提引套筒(6)與 彈卡座(9)同心，并且為間隙配合，提引套筒(6)沿軸向滑動，空心銷釘II (10)穿過彈卡座 的銷釘槽，兩端鉚固在提引套筒壁上，彈卡座(9)上的銷釘槽通過限制空心銷釘(10)的運 動距離，限制提引套筒(6)的沿軸向上運動距離，彈卡(15)與鉸鏈(11)采用鉚釘(16)組成 鉸鏈式彈卡定位機構(gòu)，彈卡(15)的固定端通過空心銷釘III (13)固定在彈卡座(9)上，彈卡 座(9)通過鉚釘(14)與主軸(22)連接，懸掛環(huán)(18)通過螺紋安裝在主軸(22)上部臺肩 螺紋處，采用止退螺母(19)固緊，主軸(22)為中空結(jié)構(gòu)，主軸(22)頂端側(cè)壁設有4個Φ19 的斜孔(20)，斜孔I (20)中線與主軸軸線(22)成45°角，座環(huán)(21)下部的主軸(22)側(cè) 壁設有4個Φ19的斜孔II (23)，斜孔II (23)中線與主軸軸線成45°角，斜孔I (20)與斜 孔II (23)均沿主軸外壁周向均布，中空心軸(27)通過螺紋與主軸(22)下部連接，并用固 緊圓螺母(28)鎖緊，心軸套(30)與中空心軸(27)為間隙配合，心軸套(30)上端為推力軸 承(31)，下端為推力軸承(32)，推力軸承(31)坐于軸承擋蓋(29)內(nèi)部，推力軸承(32)由 緩沖彈簧(33)壓緊，然后采用擋圈(34)與螺母(35)將彈簧固定；連接短管(36)上端通過 內(nèi)螺紋與心軸套(30)外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與控制接頭(37)外螺紋連接，中空心軸 (27)下端將插入到控制接頭(37)上部孔內(nèi)，之間為間隙配合，控制活塞(38)坐于控制接 頭(37)中心活塞通道內(nèi)，控制彈簧(39)壓在控制活塞(38)下部，擋片(45)將控制彈簧壓 緊，用緊定螺釘將擋片(45)固定在控制接頭(37)上，泄流彈簧(42)、泄流閥鋼球(43)和泄 流閥(44)組成泄流閥組合，依次安裝于泄流孔(41)內(nèi)；活塞腔體(49)上端通過內(nèi)螺紋與 控制接頭(37)外螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與活塞腔下接頭(50)連接，活塞(47)位于活 塞腔內(nèi)上部，活塞(47)外壁與活塞腔體(49)內(nèi)壁為同軸間隙配合，活塞(36)外壁和活塞 腔體(49)內(nèi)壁之間采用“O”型圈密封，活塞(47)在活塞腔體(49)內(nèi)軸向滑動，活塞(47) 通過螺母(46)固定在活塞桿(48)上端，活塞(47)內(nèi)壁與活塞桿(48)外壁采用“O”型圈 密封，活塞桿(48)穿過活塞腔下接頭(50)中心通道延伸到活塞腔下接頭下部液氮腔(58) 內(nèi)，活塞桿(48)與活塞腔下接頭(50)中心通道為間隙配合，在活塞腔下接頭(50)上端面 設有排氣孔I (51)下端面設有排氣孔II (54)，排氣閥I (52)裝在排氣孔I (51)內(nèi)，排氣 閥II (53)裝在排氣孔II (54)內(nèi)；液氮腔體(58)上端通過內(nèi)螺紋與活塞腔下接頭(50)外 螺紋連接，下端通過內(nèi)螺紋與巖心管接手(65)外螺紋連接，液氮罐(59)位于液氮腔體(58) 內(nèi)，液氮罐上支撐(55)支撐在液氮罐(59)上端，液氮罐下支撐(60)支撐在液氮罐(59)下 端，液氮罐(59)下端為球形端面，液氮罐上支撐(55)、液氮罐下支撐(60)和液氮罐(59) 上下端面間為靜接觸，使液氮罐(59)與液氮腔體(58)保持較高的同軸度，液氮罐(59)外 壁與液氮腔體(58)內(nèi)壁設有2-4mm間隙；活塞桿(48)延伸到液氮罐(59)上部，液氮活塞 (56)通過螺母(57)固定在活塞桿(48)下端，液氮活塞(56)與液氮罐(59)內(nèi)壁為間隙配 合，液氮活塞(56)外壁與液氮罐(59)內(nèi)壁間隙采用“O”型圈密封，液氮活塞(56)內(nèi)壁和活 塞桿(48)外壁間隙采用“O”型圈密封，在活塞桿(48)的推動下，液氮活塞(56)沿液氮罐 (59)內(nèi)壁軸向運動，單向閥座(62)、單向閥鋼球(61)、調(diào)壓彈簧(63)和單向閥彈簧座(64) 構(gòu)成液氮單向閥，液氮單向閥通過單向閥座(50)上部的螺紋連接到液氮(59)罐下端，單向 閥彈簧座(64)下端與巖心管接手(65)之間用橡膠墊靜密封；冷凍腔體(70)上端與巖心管接手(65)螺紋連接，巖心管(71)上端與巖心管接手(65)螺紋連接，冷凍腔體(70)下端與 卡簧座(75)螺紋連接，巖心管(71)與冷凍腔體(70)內(nèi)壁的環(huán)狀空間構(gòu)成冷凍腔，半合管 (72)襯于巖心管(71)內(nèi)壁，上端與巖心管接手(65)靜接觸，下端坐于卡簧座(75)內(nèi)壁臺 階上，止逆閥座(69)與止逆閥球(68)旋于巖心管接手(65)中心螺紋孔內(nèi)；排氣閥III (67) 安裝于巖心管接手(65)下端的排氣孔(66)內(nèi)，端蓋(78)旋于冷凍腔體(70)下端，并用硅 橡膠墊(77)密封，構(gòu)成一個封閉的冷凍腔，卡簧座(75)穿過端蓋(78)，卡簧座(75)外壁 與端蓋(78)內(nèi)壁間隙配合，并采用“O”型圈密封，卡簧(76)坐于卡簧座(75)下部錐形內(nèi) 壁；外管總成包括彈卡室(12)與彈卡擋頭(7)螺紋連接，內(nèi)花鍵短接(17)上部與彈卡室 (12)螺紋連接，下端與內(nèi)花鍵(25)螺紋連接，內(nèi)花鍵(25)與外花鍵(24)通過花鍵配合，夕卜 花鍵(24)沿軸向滑動，內(nèi)花鍵(25)內(nèi)壁的臺階與外花鍵(24)外壁的臺階限制外花鍵(24) 沿軸向的滑動距離，外花鍵(24)通過螺紋連接外管(27)，導正環(huán)(73)嵌于外管(26)下端 內(nèi)壁，擴孔器(74)連接到外管(26)下端螺紋上，將導正環(huán)(73)壓緊，擴孔器(74)下端通 過螺紋與鉆頭(79)連接，鉆頭(79)與卡簧座(75)之間設有4-6mm的間隙。
2.按照權(quán)利要求1所述的孔底冷凍繩索取心鉆具，其特征在于，控制接頭(37)中心設 有控制活塞通道，控制活塞(38)通過控制彈簧(39)壓緊，將控制活塞通道封死，當沖洗液 壓力達到0. 5MPa時，將控制活塞(38)推開。
3.按照權(quán)利要求1所述的孔底冷凍繩索取心鉆具，其特征在于，控制接頭(37)設有 的活塞通道周圍設有三個直角形的泄流通道(40)，泄流通道(40)上端與活塞通道相通，下 端與活塞腔相通，當沖洗液將控制活塞(38)推開后，活塞通道與直角形的沖洗液流通道貫
4.按照權(quán)利要求1所述的孔底冷凍繩索取心鉆具，其特征在于，液氮罐(59)和冷凍腔 體(70)為雙層真空絕熱結(jié)構(gòu)。
5.按照權(quán)利要求1所述的孔底冷凍繩索取心鉆具，其特征在于，巖心管接手(65)設有 的斜孔(80)與軸向孔(81)構(gòu)成通孔，液氮單向閥開啟后，液氮經(jīng)過該通孔進入冷凍腔。
專利摘要本實用新型涉及一種孔底冷凍繩索取心鉆具。用液氮作為冷凍劑，通過液氮氣化吸熱在孔底冷凍巖心，抑制天然氣水合物的分解。鉆具包括外管總成和內(nèi)管總成。獲取巖心時用打撈器將內(nèi)管總成從外管總成中打撈上來，卸下端蓋和卡簧座，將半合管連同巖心樣品一同從巖心管內(nèi)抽出，將半合管兩端用膠塞密封，巖心樣品連同半合管用液氮儲存罐或者高壓容器保存?？蓪崿F(xiàn)快速冷凍，冷凍效果好；將繩索取心與孔底冷凍結(jié)合，實現(xiàn)不提鉆快速取心；鉆進時內(nèi)管總成不回轉(zhuǎn)，因而在較大程度上避免了因鉆具回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機械力對水合物巖心的破壞，更有效地提高了巖心采取率、完整度和代表性，并采用半合管式快速地表取樣，可快速在地表獲得巖心。
文檔編號E21B25/08GK201835777SQ201020204719
公開日2011年5月18日 申請日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者孫友宏, 李國圣, 薛軍, 賈瑞, 趙建國, 趙江鵬, 郭威, 陳晨 申請人:吉林大學