酒精與液氮混合制冷的孔底冷凍繩索取芯鉆具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉公開了一種酒精與液氮混合制冷的孔底冷凍繩索取芯鉆具，尤其適用于海洋及陸地凍土帶天然氣水合物鉆探孔底冷凍取樣。本發(fā)明采用單純的冷凍取樣，利用酒精與液氮混合形成低溫酒精，在鉆進(jìn)過程中液氮汽化成低溫氮?dú)鈱?duì)酒精進(jìn)行預(yù)冷，當(dāng)鉆探結(jié)束后已經(jīng)被預(yù)冷的酒精與剩下的少量液氮混合進(jìn)行二次制冷，形成低溫酒精對(duì)水合物巖心進(jìn)行冷凍，這種先預(yù)冷再混合的方法可以提高液氮作為制冷劑的利用率，同時(shí)經(jīng)過預(yù)冷后酒精與液氮的溫度差變小，酒精與液氮的混合過程就不會(huì)太過劇烈，混合過程更容易實(shí)現(xiàn)，混合后酒精的溫度更低，并且避免了液氮在存儲(chǔ)過程中汽化產(chǎn)生的低溫氮?dú)庵苯优懦龆鴰淼睦淞坷速M(fèi)。
【專利說明】
酒精與液氮混合制冷的孔底冷凍繩索取芯鉆具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種酒精與液氮混合制冷的孔底冷凍繩索取芯鉆具，尤其適用于海洋及陸地凍土帶天然氣水合物鉆探孔底冷凍取樣。

【背景技術(shù)】
[0002]天然氣水合物是一種清潔能源，其燃燒后產(chǎn)生二氧化碳和水，其儲(chǔ)量巨大(海底天然氣水合物中甲烷的碳總量相當(dāng)于當(dāng)前已知煤、石油和天然氣等化石燃料總資源量的兩倍)被視為未來的主要能源。天然氣水合物形成和賦存在高壓低溫的環(huán)境下，超過其溫壓平衡范圍時(shí)水合物就會(huì)發(fā)生分解。目前國內(nèi)外所使用的水合物保真取樣器主要是孔底保溫保壓取樣器。保溫保壓取樣器是通過球閥或翻板閥關(guān)閉巖芯管底部使水合物巖芯處于密封的保壓巖芯室內(nèi)，利用壓力補(bǔ)償裝置控制壓力使巖芯保持初始?jí)毫?，并通過保溫材料來實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式保溫，提到地表后再進(jìn)行冷凍保存。這種保壓方式對(duì)球閥或翻板閥的強(qiáng)度和密封性的要求是很高的，如果球閥或翻板閥的密封性稍有些下降，就會(huì)導(dǎo)致取芯失敗。
[0003]另一種不同的思路是通過外部冷源將水合物巖芯冷凍從而抑制水合物的分解。現(xiàn)有的孔底冷凍取樣器采用干冰作為冷凍劑，酒精做為載冷劑，酒精與干冰反應(yīng)成為低溫酒精后再注入冷凍腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)冷凍，這就使取樣器結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜且冷凍效果差。采用液氮作為冷凍劑冷凍效果較好，但是在注入過程當(dāng)中液氮會(huì)大量氣化，導(dǎo)致液氮無法注入到冷凍腔內(nèi)，在此過程中液氮大量浪費(fèi)，這樣就導(dǎo)致液氮的使用量加大，同時(shí)取樣器的尺寸和重量增加。液氮注入過程中大量氣化降低了液氮的使用效率，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致對(duì)巖芯的冷凍不均勻，從而導(dǎo)致水合物巖芯部分分解。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種酒精與液氮混合制冷的孔底冷凍繩索取芯鉆具，本發(fā)明利用酒精與液氮混合形成低溫酒精，在鉆進(jìn)過程中液氮汽化成低溫氮?dú)鈱?duì)酒精進(jìn)行預(yù)冷，當(dāng)鉆探結(jié)束后已經(jīng)被預(yù)冷的酒精與剩下的少量液氮混合進(jìn)行二次制冷，形成低溫酒精對(duì)水合物巖心進(jìn)行冷凍，這種先預(yù)冷再混合的方法可以提高液氮作為制冷劑的利用率，同時(shí)經(jīng)過預(yù)冷后酒精與液氮的溫度差變小，酒精與液氮的混合過程就不會(huì)太過劇烈，混合過程更容易實(shí)現(xiàn)，混合后酒精的溫度更低。
[0005]本發(fā)明是由內(nèi)管總成和外管總成組成；
[0006]所述的內(nèi)管總成是由撈矛頭、第一彈性銷和彈卡回收管組成，撈矛頭通過第一彈性銷與彈卡回收管鉸接形成打撈機(jī)構(gòu)，在鉆進(jìn)結(jié)束后通過打撈機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)回收內(nèi)管總成的功能，同時(shí)開通酒精與液氮混合通道。
[0007]彈卡回收管與彈卡架通過第二彈性銷鉸接，彈卡回收管可在自身重力和打撈器拉力作用下延豎直方向移動(dòng)固定的距離。彈卡為兩片，彈卡可通過第三彈性銷進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，扭簧保持彈卡在彈卡架內(nèi)保持張開，第三彈性銷與彈卡架形成固定連接，兩片彈卡卡在彈卡擋頭上，保證在鉆進(jìn)過程中內(nèi)管總成不會(huì)因?yàn)閹r芯進(jìn)入巖芯管時(shí)產(chǎn)生的上頂力使內(nèi)管總成向上移動(dòng)導(dǎo)致取芯失敗。
[0008]內(nèi)接手與彈卡架通過螺紋連接，內(nèi)接手通過螺紋與懸掛環(huán)連接，內(nèi)接手上下均有四個(gè)斜孔，當(dāng)懸掛環(huán)與座環(huán)接觸后，內(nèi)管總成與外管之間間隙流動(dòng)的泥漿通道被阻斷，泥漿通過內(nèi)接手上部的斜孔進(jìn)入，從內(nèi)接手下部的斜孔流出完成泥漿循環(huán)。懸掛環(huán)與座環(huán)的接觸式連接使內(nèi)管總成懸掛在外管總成內(nèi)，使卡簧座與鉆頭之間保持3?4毫米間隙，保證外巖芯管不會(huì)因?yàn)榕c鉆頭接觸而轉(zhuǎn)動(dòng)并保證外巖芯管的通水性能。
[0009]上軸承座與內(nèi)接手通過螺紋連接，當(dāng)巖芯在內(nèi)巖芯管內(nèi)卡住時(shí)，第一軸承作為易損件承受上頂力，第二軸承上部與下軸承座接觸，第二軸承下部與上軸承座接觸，第二軸承提供上頂力使下軸承座不向下移動(dòng)，油嘴與下軸承座通過螺紋接觸。第一軸承與上軸承座構(gòu)成上單動(dòng)機(jī)構(gòu)，下軸承座和第二軸承構(gòu)成下單動(dòng)機(jī)構(gòu)，第一軸承與第二軸承實(shí)現(xiàn)了內(nèi)管總成的單動(dòng)功能，保證在鉆進(jìn)過程中巖芯管中的水合物巖芯不會(huì)受到擾動(dòng)。
[0010]第一彈簧上部與第二軸承接觸并提供上頂力使第二軸承能夠保持下軸承座不動(dòng)，第一彈簧下部與檔環(huán)接觸，檔環(huán)與上軸承座接觸，墊片上部與檔環(huán)連接，第一彈簧下部與圓螺母連接，圓螺母為第一彈簧提供上頂力，圓螺母將第二軸承和下軸承座連接起來；在內(nèi)管總成投入到孔內(nèi)時(shí)，懸掛環(huán)坐落在座環(huán)上，內(nèi)管總成下部的機(jī)構(gòu)由于自身重力會(huì)向下移動(dòng)，第一彈簧可起到緩沖作用；在卡斷巖芯時(shí)，卡簧帶動(dòng)卡簧座下移壓縮第一彈簧，卡簧座與鉆頭接觸將拔斷巖芯的力傳遞到外管上。
[0011]回收管與下軸承座通過螺紋連接，酒精腔體位于回收管內(nèi)，酒精腔體整體為焊接件。酒精保冷層位于酒精腔體內(nèi)部，在低溫氮?dú)鈱?duì)酒精進(jìn)行預(yù)冷的過程中對(duì)酒精進(jìn)行保冷，第一排氣閥球通過第一彈簧預(yù)緊在酒精腔體的排氣孔外，當(dāng)酒精腔體內(nèi)部壓力大于第一排氣閥球預(yù)緊力時(shí)氮?dú)馀懦鼍凭粌?nèi)。第一排氣閥座與酒精腔體通過螺紋連接，控制閥座為第一彈簧提供上頂力，控制閥座底部為斜面結(jié)構(gòu)與回收管的斜面結(jié)構(gòu)接觸，當(dāng)回收管上行時(shí)，回收管上的斜面會(huì)將控制閥座壓入第一排氣閥座的空腔內(nèi)并將氮?dú)獾呐懦ǖ蓝滤?，此時(shí)液氮無法排氣酒精腔內(nèi)壓力升高。第二排氣閥球由第二彈簧堵在酒精腔體的下部排氣孔上，第二排氣閥座與酒精腔體通過螺紋連接，第二彈簧下部與第二排氣閥座接觸，液氮腔體內(nèi)的液氮在存儲(chǔ)過程中會(huì)因?yàn)閭鳠峁艿膶?dǎo)熱作用二產(chǎn)生大量氮?dú)馐挂旱惑w內(nèi)的壓力升高，當(dāng)液氮腔體內(nèi)的壓力大于第二彈簧的預(yù)緊力時(shí)，第二彈簧受到第二排氣閥球的壓力而收縮，氮?dú)鈴囊旱惑w的排氣孔排出進(jìn)入到酒精腔體對(duì)酒精腔體內(nèi)的酒精進(jìn)行混合前的預(yù)冷卻。
[0012]第二堵頭與回收管通過螺紋連接，第一堵頭與液氮腔體通過螺紋連接，當(dāng)回收內(nèi)管總成時(shí)，回收管隨打撈器上行將酒精腔體上部的排氣通道堵死。液氮腔體在在重力作用下下行，酒精腔體的下行距離小于液氮腔體的下行距離，此時(shí)液氮腔與酒精腔聯(lián)通，被預(yù)冷的酒精進(jìn)入液氮腔與液氮進(jìn)行混合。液氮保冷層位于液氮腔和冷凍腔內(nèi)部對(duì)液氮和低溫酒精進(jìn)行保冷。聚四氟閥套與液氮保冷層及液氮腔體為過盈配合鏈接，控制閥球位于聚四氟閥套內(nèi)部階梯結(jié)構(gòu)的上部阻止液氮向下流動(dòng)，當(dāng)回收管上行后，酒精腔體上部排氣通道堵死，酒精腔體與液氮腔體內(nèi)部壓力增大導(dǎo)致控制閥球從聚四氟閥套內(nèi)擠出，低溫酒精向下流動(dòng)的通道被打開，低溫酒精作為冷源進(jìn)入冷凍腔對(duì)水合物巖心進(jìn)行冷凍。
[0013]止逆閥體與內(nèi)巖心管通過螺紋連接，外巖心管通過螺紋與液氮腔體連接。止逆閥球座于止逆閥座的上部，在巖芯進(jìn)入巖芯管內(nèi)部時(shí)巖芯管內(nèi)部的沖洗液頂開止逆閥球從止逆閥體上的泄流口流入內(nèi)管總成和外管的間隙中，同時(shí)保證外部的泥漿沖洗液不會(huì)流回巖芯管內(nèi)。
[0014]卡簧于卡簧座的錐形孔中，在鉆進(jìn)結(jié)束后卡簧抱死巖芯柱帶動(dòng)卡簧座下移與鉆頭接觸，將拔斷巖芯的力傳遞到外管上保證內(nèi)管總成不受力。
[0015]外管總成的結(jié)構(gòu)是，彈卡擋頭與第一外管通過螺紋連接，第一外管通過螺紋與第二擴(kuò)孔器連接，第二擴(kuò)孔器與第二外管通過螺紋連接，第二外管通過螺紋與第一擴(kuò)孔器連接，第一擴(kuò)孔器與鉆頭通過螺紋連接。
[0016]本發(fā)明的取芯方法包括以下步驟:
[0017]a、在井臺(tái)上首先將第一排氣閥球、第一排氣閥座和第一彈簧卸下，將酒精注入酒精腔體內(nèi)。
[0018]b、將第一排氣閥球、第一排氣閥座、第一彈簧安裝到酒精腔體上，并調(diào)好排氣閥的排氣壓力。
[0019]c.將控制閥球放到聚四氟閥套上。
[0020]d.對(duì)液氮腔體進(jìn)行預(yù)冷，預(yù)冷結(jié)束后將液氮注入到液氮腔體內(nèi)，在注入液氮之前，要根據(jù)孔深估算出液氮的用量，將乘以消耗系數(shù)后的液氮量注入液氮腔體內(nèi)。
[0021]e、通過油嘴將潤(rùn)滑油分別注入到第一軸承和第二軸承，滿足單動(dòng)機(jī)構(gòu)的第一軸承和第二軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的潤(rùn)滑、散熱和防水的要求。
[0022]f、將酒精腔體與液氮腔體安裝到指定位置后將內(nèi)管總成投入到孔內(nèi)進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過程中液氮腔體內(nèi)的液氮由于傳熱管作用而氣化，產(chǎn)生的氮?dú)馔ㄟ^第二排氣閥進(jìn)入酒精腔體內(nèi)對(duì)酒精進(jìn)行預(yù)冷卻。
[0023]g、鉆進(jìn)結(jié)束后投入打撈器，打撈器上的打撈鉤將撈矛頭鎖住后上提，酒精腔體下行，回收管上的斜面將控制閥座壓入第一排氣閥座內(nèi)，將酒精腔體排氣通道堵死，同時(shí)液氮腔體下行，酒精腔體和液氮腔體之間的通道打開，酒精與液氮混合，酒精腔體與液氮腔體內(nèi)壓力增大，控制閥球所受壓力增大，從聚四氟閥套內(nèi)擠出，低溫酒精流入冷凍腔對(duì)水合物巖心進(jìn)行冷凍。
[0024]h、提內(nèi)管總成，當(dāng)內(nèi)管總成到達(dá)地面后卸下卡簧座將冷凍的巖芯取出后放入液氮獾中保存。
[0025]本發(fā)明的有益效果:
[0026]本發(fā)明采用單純的冷凍取樣，利用酒精與液氮混合形成低溫酒精，在鉆進(jìn)過程中液氮汽化成低溫氮?dú)鈱?duì)酒精進(jìn)行預(yù)冷，當(dāng)鉆探結(jié)束后已經(jīng)被預(yù)冷的酒精與剩下的少量液氮混合進(jìn)行二次制冷，形成低溫酒精對(duì)水合物巖心進(jìn)行冷凍，這種先預(yù)冷再混合的方法可以提高液氮作為制冷劑的利用率，同時(shí)經(jīng)過預(yù)冷后酒精與液氮的溫度差變小，酒精與液氮的混合過程就不會(huì)太過劇烈，混合過程更容易實(shí)現(xiàn)，混合后酒精的溫度更低，并且避免了液氮在存儲(chǔ)過程中汽化產(chǎn)生的低溫氮?dú)庵苯优懦龆鴰淼睦淞坷速M(fèi)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2是本發(fā)明的上段部分示意圖。
[0029]圖3是本發(fā)明的中段部分示意圖。
[0030]圖4是本發(fā)明的下段部分示意圖。
[0031]其中:1.撈矛頭、2.第一彈性銷、3.彈卡回收管、4.第二彈性銷、5.彈卡擋頭、6.扭簧、7.彈卡、8.第三彈性銷、9.彈卡架、10.第一外管、11.內(nèi)接手、12.懸掛環(huán)、13.座環(huán)、14.第一軸承、15.上軸承座、16.油嘴、17.第二軸承、18.下軸承座、19.第一彈簧、20.檔環(huán)、21.墊片、22.圓螺母、23.酒精腔體、24.回收管、25.酒精保冷層、26.第一排氣閥球、27.第一排氣閥座、28.控制閥座、29.第一彈簧、30.第二排氣閥座、31.第二彈簧、32.第二排氣閥球、33.第一堵頭、34.第二堵頭、35.液氮腔體、36.傳熱管、37、液氮保冷層、38.聚四氟閥套、39.控制閥球、40.止逆閥體、41.止逆閥球、42.止逆閥座、43.第二外管、44.外巖心管、45.內(nèi)巖心管、46.第一擴(kuò)孔器、47.卡簧、48.卡簧座、49.鉆頭、50.第二擴(kuò)孔器。

【具體實(shí)施方式】
[0032]請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明是由內(nèi)管總成和外管總成組成；
[0033]所述的內(nèi)管總成是由撈矛頭1、第一彈性銷2和彈卡回收管3組成，撈矛頭I通過第一彈性銷2與彈卡回收管3鉸接形成打撈機(jī)構(gòu)，在鉆進(jìn)結(jié)束后通過打撈機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)回收內(nèi)管總成的功能，同時(shí)開通酒精與液氮混合通道。
[0034]彈卡回收管3與彈卡架9通過第二彈性銷4鉸接，彈卡回收管3可在自身重力和打撈器拉力作用下延豎直方向移動(dòng)固定的距離。彈卡7為兩片，彈卡7可通過第三彈性銷8進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，扭簧6保持彈卡7在彈卡架9內(nèi)保持張開，第三彈性銷8與彈卡架9形成固定連接，兩片彈卡7卡在彈卡擋頭5上，保證在鉆進(jìn)過程中內(nèi)管總成不會(huì)因?yàn)閹r芯進(jìn)入巖芯管時(shí)產(chǎn)生的上頂力使內(nèi)管總成向上移動(dòng)導(dǎo)致取芯失敗。
[0035]內(nèi)接手11與彈卡架9通過螺紋連接，內(nèi)接手11通過螺紋與懸掛環(huán)12連接，內(nèi)接手11上下均有四個(gè)斜孔，當(dāng)懸掛環(huán)12與座環(huán)13接觸后，內(nèi)管總成與外管之間間隙流動(dòng)的泥漿通道被阻斷，泥漿通過內(nèi)接手11上部的斜孔進(jìn)入，從內(nèi)接手11下部的斜孔流出完成泥漿循環(huán)。懸掛環(huán)12與座環(huán)13的接觸式連接使內(nèi)管總成懸掛在外管總成內(nèi)，使卡簧座48與鉆頭49之間保持3?4毫米間隙，保證外巖芯管44不會(huì)因?yàn)榕c鉆頭接觸而轉(zhuǎn)動(dòng)并保證外巖芯管44的通水性能。
[0036]上軸承座15與內(nèi)接手11通過螺紋連接，當(dāng)巖芯在內(nèi)巖芯管45內(nèi)卡住時(shí)，第一軸承14作為易損件承受上頂力，第二軸承17上部與下軸承座接18觸，第二軸承下17部與上軸承座15接觸，第二軸承17提供上頂力使下軸承座18不向下移動(dòng)，油嘴16與下軸承座18通過螺紋接觸。第一軸承14與上軸承座15構(gòu)成上單動(dòng)機(jī)構(gòu)，下軸承座18和第二軸承17構(gòu)成下單動(dòng)機(jī)構(gòu)，第一軸承14與第二軸承17實(shí)現(xiàn)了內(nèi)管總成的單動(dòng)功能，保證在鉆進(jìn)過程中巖芯管中的水合物巖芯不會(huì)受到擾動(dòng)。
[0037]第一彈簧19上部與第二軸承17接觸并提供上頂力使第二軸承17能夠保持下軸承座18不動(dòng)，第一彈簧19下部與檔環(huán)20接觸，檔環(huán)20與上軸承座15接觸，墊片21上部與檔環(huán)20連接，第一彈簧19下部與圓螺母22連接，圓螺母22為第一彈簧19提供上頂力，圓螺母22將第二軸承17和下軸承座18連接起來；在內(nèi)管總成投入到孔內(nèi)時(shí)，懸掛環(huán)12坐落在座環(huán)13上，內(nèi)管總成下部的機(jī)構(gòu)由于自身重力會(huì)向下移動(dòng)，第一彈簧19可起到緩沖作用；在卡斷巖芯時(shí)，卡簧47帶動(dòng)卡簧座48下移壓縮第一彈簧19，卡簧座48與鉆頭49接觸將拔斷巖芯的力傳遞到外管上。
[0038]回收管24與下軸承座18通過螺紋連接，酒精腔體23位于回收管24內(nèi)，酒精腔體23整體為焊接件。酒精保冷層25位于酒精腔體23內(nèi)部，在低溫氮?dú)鈱?duì)酒精進(jìn)行預(yù)冷的過程中對(duì)酒精進(jìn)行保冷，第一排氣閥球26通過第一彈簧19預(yù)緊在酒精腔體23的排氣孔外，當(dāng)酒精腔體23內(nèi)部壓力大于第一排氣閥球26預(yù)緊力時(shí)氮?dú)馀懦鼍凭粌?nèi)。第一排氣閥座27與酒精腔體23通過螺紋連接，控制閥座28為第一彈簧19提供上頂力，控制閥座28底部為斜面結(jié)構(gòu)與回收管24的斜面結(jié)構(gòu)接觸，當(dāng)回收管24上行時(shí)，回收管24上的斜面會(huì)將控制閥座28壓入第一排氣閥座27的空腔內(nèi)并將氮?dú)獾呐懦ǖ蓝滤?，此時(shí)液氮無法排氣酒精腔內(nèi)壓力升高。第二排氣閥球32由第二彈簧31堵在酒精腔體23的下部排氣孔上，第二排氣閥座30與酒精腔體23通過螺紋連接，第二彈簧31下部與第二排氣閥座32接觸，液氮腔體35內(nèi)的液氮在存儲(chǔ)過程中會(huì)因?yàn)閭鳠峁?6的導(dǎo)熱作用二產(chǎn)生大量氮?dú)馐挂旱惑w35內(nèi)的壓力升高，當(dāng)液氮腔體35內(nèi)的壓力大于第二彈簧31的預(yù)緊力時(shí)，第二彈簧31受到第二排氣閥球32的壓力而收縮，氮?dú)鈴囊旱惑w35的排氣孔排出進(jìn)入到酒精腔體23對(duì)酒精腔體23內(nèi)的酒精進(jìn)行混合前的預(yù)冷卻。
[0039]第二堵頭34與回收管24通過螺紋連接，第一堵頭33與液氮腔體35通過螺紋連接，當(dāng)回收內(nèi)管總成時(shí)，回收管24隨打撈器上行將酒精腔體23上部的排氣通道堵死。液氮腔體35在在重力作用下下行，酒精腔體23的下行距離小于液氮腔體35的下行距離，此時(shí)液氮腔與酒精腔聯(lián)通，被預(yù)冷的酒精進(jìn)入液氮腔與液氮進(jìn)行混合。液氮保冷層37位于液氮腔和冷凍腔內(nèi)部對(duì)液氮和低溫酒精進(jìn)行保冷。聚四氟閥套38與液氮保冷層37及液氮腔體35為過盈配合鏈接，控制閥球39位于聚四氟閥套38內(nèi)部階梯結(jié)構(gòu)的上部阻止液氮向下流動(dòng)，當(dāng)回收管24上行后，酒精腔體23上部排氣通道堵死，酒精腔體23與液氮腔體35內(nèi)部壓力增大導(dǎo)致控制閥球39從聚四氟閥套內(nèi)38擠出，低溫酒精向下流動(dòng)的通道被打開，低溫酒精作為冷源進(jìn)入冷凍腔對(duì)水合物巖心進(jìn)行冷凍。
[0040]止逆閥體40與內(nèi)巖心管45通過螺紋連接，外巖心管44通過螺紋與液氮腔體35連接。止逆閥球41座于止逆閥座42的上部，在巖芯進(jìn)入巖芯管內(nèi)部時(shí)巖芯管內(nèi)部的沖洗液頂開止逆閥球從止逆閥體40上的泄流口流入內(nèi)管總成和外管的間隙中，同時(shí)保證外部的泥漿沖洗液不會(huì)流回巖芯管內(nèi)。
[0041]卡簧47于卡簧座48的錐形孔中，在鉆進(jìn)結(jié)束后卡簧47抱死巖芯柱帶動(dòng)卡簧座48下移與鉆頭接觸，將拔斷巖芯的力傳遞到外管上保證內(nèi)管總成不受力。
[0042]外管總成的結(jié)構(gòu)是，彈卡擋頭5與第一外管10通過螺紋連接，第一外管10通過螺紋與第二擴(kuò)孔器50連接，第二擴(kuò)孔器50與第二外管43通過螺紋連接，第二外管43通過螺紋與第一擴(kuò)孔器46連接，第一擴(kuò)孔器46與鉆頭49通過螺紋連接。
[0043]本發(fā)明的取芯方法包括以下步驟:
[0044]a、在井臺(tái)上首先將第一排氣閥球26、第一排氣閥座27和第一彈簧29卸下，將酒精注入酒精腔體23內(nèi)。
[0045]b、將第一排氣閥球26、第一排氣閥座27、第一彈簧29安裝到酒精腔體上，并調(diào)好排氣閥的排氣壓力。
[0046]c.將控制閥球39放到聚四氟閥套38上。
[0047]d.對(duì)液氮腔體35進(jìn)行預(yù)冷，預(yù)冷結(jié)束后將液氮注入到液氮腔體35內(nèi)，在注入液氮之前，要根據(jù)孔深估算出液氮的用量，將乘以消耗系數(shù)后的液氮量注入液氮腔體35內(nèi)。
[0048]e、通過油嘴16將潤(rùn)滑油分別注入到第一軸承14和第二軸承17，滿足單動(dòng)機(jī)構(gòu)的第一軸承14和第二軸承17在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的潤(rùn)滑、散熱和防水的要求。
[0049]f、將酒精腔體23與液氮腔體35安裝到指定位置后將內(nèi)管總成投入到孔內(nèi)進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過程中液氮腔體35內(nèi)的液氮由于傳熱管36作用而氣化，產(chǎn)生的氮?dú)馔ㄟ^第二排氣閥進(jìn)入酒精腔體23內(nèi)對(duì)酒精進(jìn)行預(yù)冷卻。
[0050]g、鉆進(jìn)結(jié)束后投入打撈器，打撈器上的打撈鉤將撈矛頭I鎖住后上提，酒精腔體23下行，回收管24上的斜面將控制閥座28壓入第一排氣閥座26內(nèi)，將酒精腔體23排氣通道堵死，同時(shí)液氮腔體35下行，酒精腔體23和液氮腔體35之間的通道打開，酒精與液氮混合，酒精腔體23與液氮腔體35內(nèi)壓力增大，控制閥球39所受壓力增大，從聚四氟閥套38內(nèi)擠出，低溫酒精流入冷凍腔對(duì)水合物巖心進(jìn)行冷凍。
[0051]h、提內(nèi)管總成，當(dāng)內(nèi)管總成到達(dá)地面后卸下卡簧座48將冷凍的巖芯取出后放入液氮獾中保存。
【權(quán)利要求】
1.一種酒精與液氮混合制冷的孔底冷凍繩索取芯鉆具，是由內(nèi)管總成和外管總成組成； 所述的內(nèi)管總成是由撈矛頭(I)、第一彈性銷(2)和彈卡回收管(3)組成，撈矛頭(I)通過第一彈性銷(2)與彈卡回收管(3)鉸接形成打撈機(jī)構(gòu)，在鉆進(jìn)結(jié)束后通過打撈機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)回收內(nèi)管總成的功能，同時(shí)開通酒精與液氮混合通道； 彈卡回收管(3)與彈卡架(9)通過第二彈性銷(4)鉸接，彈卡回收管(3)可在自身重力和打撈器拉力作用下延豎直方向移動(dòng)固定的距離；彈卡(7)為兩片，彈卡(7)可通過第三彈性銷(8)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，扭簧(6)保持彈卡(7)在彈卡架(9)內(nèi)保持張開，第三彈性銷(8)與彈卡架(9)形成固定連接，兩片彈卡(7)卡在彈卡擋頭(5)上，保證在鉆進(jìn)過程中內(nèi)管總成不會(huì)因?yàn)閹r芯進(jìn)入巖芯管時(shí)產(chǎn)生的上頂力使內(nèi)管總成向上移動(dòng)導(dǎo)致取芯失?。? 內(nèi)接手(11)與彈卡架(9)通過螺紋連接，內(nèi)接手(11)通過螺紋與懸掛環(huán)(12)連接，內(nèi)接手(11)上下均有四個(gè)斜孔，當(dāng)懸掛環(huán)(12)與座環(huán)(13)接觸后，內(nèi)管總成與外管之間間隙流動(dòng)的泥漿通道被阻斷，泥漿通過內(nèi)接手(11)上部的斜孔進(jìn)入，從內(nèi)接手(11)下部的斜孔流出完成泥漿循環(huán)；懸掛環(huán)(12)與座環(huán)(13)的接觸式連接使內(nèi)管總成懸掛在外管總成內(nèi)，使卡簧座(48)與鉆頭(49)之間保持3?4毫米間隙，保證外巖芯管(44)不會(huì)因?yàn)榕c鉆頭接觸而轉(zhuǎn)動(dòng)并保證外巖芯管(44)的通水性能； 上軸承座(15)與內(nèi)接手(11)通過螺紋連接，當(dāng)巖芯在內(nèi)巖芯管(45)內(nèi)卡住時(shí)，第一軸承(14)作為易損件承受上頂力，第二軸承(17)上部與下軸承座接(18)觸，第二軸承下(17)部與上軸承座(15)接觸，第二軸承(17)提供上頂力使下軸承座(18)不向下移動(dòng)，油嘴(16)與下軸承座(18)通過螺紋接觸；第一軸承(14)與上軸承座(15)構(gòu)成上單動(dòng)機(jī)構(gòu)，下軸承座(18)和第二軸承(17)構(gòu)成下單動(dòng)機(jī)構(gòu)，第一軸承(14)與第二軸承(17)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)管總成的單動(dòng)功能，保證在鉆進(jìn)過程中巖芯管中的水合物巖芯不會(huì)受到擾動(dòng)； 第一彈簧(19)上部與第二軸承(17)接觸并提供上頂力使第二軸承(17)能夠保持下軸承座(18)不動(dòng)，第一彈簧(19)下部與檔環(huán)(20)接觸，檔環(huán)(20)與上軸承座(15)接觸，墊片(21)上部與檔環(huán)(20)連接，第一彈簧(19)下部與圓螺母(22)連接，圓螺母(22)為第一彈簧(19)提供上頂力，圓螺母(22)將第二軸承(17)和下軸承座(18)連接起來；在內(nèi)管總成投入到孔內(nèi)時(shí)，懸掛環(huán)(12)坐落在座環(huán)(13)上，內(nèi)管總成下部的機(jī)構(gòu)由于自身重力會(huì)向下移動(dòng)，第一彈簧(19)可起到緩沖作用；在卡斷巖芯時(shí)，卡簧(47)帶動(dòng)卡簧座(48)下移壓縮第一彈簧(19)，卡簧座(48)與鉆頭(49)接觸將拔斷巖芯的力傳遞到外管上； 回收管(24)與下軸承座(18)通過螺紋連接，酒精腔體(23)位于回收管(24)內(nèi)，酒精腔體(23)整體為焊接件；酒精保冷層(25)位于酒精腔體(23)內(nèi)部，在低溫氮?dú)鈱?duì)酒精進(jìn)行預(yù)冷的過程中對(duì)酒精進(jìn)行保冷，第一排氣閥球(26)通過第一彈簧(19)預(yù)緊在酒精腔體(23)的排氣孔外，當(dāng)酒精腔體(23)內(nèi)部壓力大于第一排氣閥球(26)預(yù)緊力時(shí)氮?dú)馀懦鼍凭粌?nèi)；第一排氣閥座(27)與酒精腔體(23)通過螺紋連接，控制閥座(28)為第一彈簧(19)提供上頂力，控制閥座(28)底部為斜面結(jié)構(gòu)與回收管(24)的斜面結(jié)構(gòu)接觸，當(dāng)回收管(24)上行時(shí)，回收管(24)上的斜面會(huì)將控制閥座(28)壓入第一排氣閥座(27)的空腔內(nèi)并將氮?dú)獾呐懦ǖ蓝滤?，此時(shí)液氮無法排氣酒精腔內(nèi)壓力升高；第二排氣閥球(32)由第二彈簧(31)堵在酒精腔體(23)的下部排氣孔上，第二排氣閥座(30)與酒精腔體(23)通過螺紋連接，第二彈簧(31)下部與第二排氣閥座(32)接觸，液氮腔體(35)內(nèi)的液氮在存儲(chǔ)過程中會(huì)因?yàn)閭鳠峁?36)的導(dǎo)熱作用二產(chǎn)生大量氮?dú)馐挂旱惑w(35)內(nèi)的壓力升高，當(dāng)液氮腔體(35)內(nèi)的壓力大于第二彈簧(31)的預(yù)緊力時(shí)，第二彈簧(31)受到第二排氣閥球(32)的壓力而收縮，氮?dú)鈴囊旱惑w(35)的排氣孔排出進(jìn)入到酒精腔體(23)對(duì)酒精腔體(23)內(nèi)的酒精進(jìn)行混合前的預(yù)冷卻； 第二堵頭(34)與回收管(24)通過螺紋連接，第一堵頭(33)與液氮腔體(35)通過螺紋連接，當(dāng)回收內(nèi)管總成時(shí)，回收管(24)隨打撈器上行將酒精腔體(23)上部的排氣通道堵死；液氮腔體(35)在在重力作用下下行，酒精腔體(23)的下行距離小于液氮腔體(35)的下行距離，此時(shí)液氮腔與酒精腔聯(lián)通，被預(yù)冷的酒精進(jìn)入液氮腔與液氮進(jìn)行混合；液氮保冷層(37)位于液氮腔和冷凍腔內(nèi)部對(duì)液氮和低溫酒精進(jìn)行保冷；聚四氟閥套(38)與液氮保冷層(37)及液氮腔體(35)為過盈配合鏈接，控制閥球(39)位于聚四氟閥套(38)內(nèi)部階梯結(jié)構(gòu)的上部阻止液氮向下流動(dòng)，當(dāng)回收管(24)上行后，酒精腔體(23)上部排氣通道堵死，酒精腔體(23)與液氮腔體(35)內(nèi)部壓力增大導(dǎo)致控制閥球(39)從聚四氟閥套內(nèi)(38)擠出，低溫酒精向下流動(dòng)的通道被打開，低溫酒精作為冷源進(jìn)入冷凍腔對(duì)水合物巖心進(jìn)行冷凍； 止逆閥體(40)與內(nèi)巖心管(45)通過螺紋連接，外巖心管(44)通過螺紋與液氮腔體(35)連接；止逆閥球(41)座于止逆閥座(42)的上部，在巖芯進(jìn)入巖芯管內(nèi)部時(shí)巖芯管內(nèi)部的沖洗液頂開止逆閥球從止逆閥體(40)上的泄流口流入內(nèi)管總成和外管的間隙中，同時(shí)保證外部的泥漿沖洗液不會(huì)流回巖芯管內(nèi)； 卡簧(47)于卡簧座(48)的錐形孔中，在鉆進(jìn)結(jié)束后卡簧(47)抱死巖芯柱帶動(dòng)卡簧座(48)下移與鉆頭接觸，將拔斷巖芯的力傳遞到外管上保證內(nèi)管總成不受力； 外管總成的結(jié)構(gòu)是，彈卡擋頭(5)與第一外管(10)通過螺紋連接，第一外管(10)通過螺紋與第二擴(kuò)孔器(50)連接，第二擴(kuò)孔器(50)與第二外管(43)通過螺紋連接，第二外管(43)通過螺紋與第一擴(kuò)孔器(46)連接，第一擴(kuò)孔器(46)與鉆頭(49)通過螺紋連接。
【文檔編號(hào)】E21B25/08GK104499976SQ201410766048
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月13日
【發(fā)明者】郭威, 孫友宏, 王元, 賈瑞, 陳光華, 孫中瑾 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)