一種適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種沉積物繩索取心鉆具，尤其是涉及一種適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具。
【背景技術(shù)】
[0002]
深海資源的開發(fā)利用已經(jīng)成為世界各國未來資源戰(zhàn)略的一個(gè)新熱點(diǎn)。隨著深海鉆探技術(shù)的發(fā)展，其對(duì)鉆探取心質(zhì)量提出了更高的指標(biāo)要求。在鉆進(jìn)過程中遇到沉積物地層時(shí)，若使用常規(guī)繩索取心鉆具，并采用正循環(huán)繩索取心方式進(jìn)行鉆進(jìn)，由于鉆具中充滿海水且鉆具內(nèi)的正壓較大，容易造成巖心在進(jìn)入巖心內(nèi)管過程中阻力過大，導(dǎo)致取心率降低，樣品的擾動(dòng)和二次破壞程度較大，影響巖心樣品的完整性和質(zhì)量。此外，在夾雜有少量薄層巖石或砂層的軟硬交錯(cuò)沉積物地層鉆進(jìn)時(shí)，常規(guī)繩索取心鉆具無法同時(shí)保證對(duì)較軟的沉積物和較硬的薄層巖石的取心效果，適應(yīng)性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高的適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具，它能夠提高在海底軟硬交錯(cuò)沉積物地層鉆進(jìn)時(shí)的取心率。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:包括外管總成及內(nèi)管總成，所述的外管總成包括彈卡擋頭、彈卡室、外管、座環(huán)、擴(kuò)孔器和外管鉆頭;所述的內(nèi)管總成包括撈矛頭機(jī)構(gòu)、彈卡定位機(jī)構(gòu)、懸掛環(huán)、內(nèi)管接頭、內(nèi)管、巖心襯管、定位壓環(huán)、海撈和內(nèi)管鉆頭;撈矛頭機(jī)構(gòu)的下端與彈卡定位機(jī)構(gòu)連接，彈卡定位機(jī)構(gòu)上設(shè)有懸掛環(huán)，通過懸掛環(huán)置于外管內(nèi)的座環(huán)上，彈卡定位機(jī)構(gòu)的下端與內(nèi)管接頭的上端連接；內(nèi)管接頭的下端與內(nèi)管的上端連接，巖心襯管設(shè)置在內(nèi)管中；內(nèi)管接頭上設(shè)有用于連通內(nèi)管和外管之間環(huán)狀間隙與巖心襯管內(nèi)腔的水流通路，該水流通路上設(shè)有回水球閥；內(nèi)管接頭上還設(shè)有用于連通內(nèi)管和外管之間環(huán)狀間隙與內(nèi)管和巖心襯管之間環(huán)狀間隙的水流通路；內(nèi)管的下端與內(nèi)管鉆頭連接，定位壓環(huán)設(shè)置在內(nèi)管鉆頭的內(nèi)臺(tái)階上，內(nèi)管鉆頭內(nèi)定位壓環(huán)的下方設(shè)有海撈;外管鉆頭與內(nèi)管鉆頭之間設(shè)有密封圈。
[0005]上述的適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具中，所述內(nèi)管接頭的底面上沿軸線方向設(shè)有盲孔，盲孔為階梯孔；盲孔內(nèi)設(shè)有隔水套，盲孔的孔口處設(shè)有回水球閥；盲孔的頂部沿圓周方向均勻設(shè)置有斜孔;斜孔連通盲孔與內(nèi)管接頭和外管之間的間隙；斜孔通過隔水套的內(nèi)孔、回水球閥與巖心襯管的內(nèi)腔連通；內(nèi)管接頭的內(nèi)壁與隔水套外壁之間形成腔隙，內(nèi)管接頭的腔隙處沿圓周方向分別均勻設(shè)置有用于連通腔隙與外管和內(nèi)管之間環(huán)狀間隙的通孔和用于連通腔隙與內(nèi)管和巖心襯管之間環(huán)狀間隙的通孔。
[0006]上述的適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具中，所述斜孔在內(nèi)管接頭內(nèi)壁上的孔口高于在內(nèi)管接頭外壁上的孔口，且斜孔在內(nèi)管接頭外壁上的孔口處設(shè)有環(huán)形凹槽，凹槽的截面呈V形。
[0007]上述的適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具中，所述內(nèi)管鉆頭的內(nèi)壁上沿圓周方向均勻設(shè)置有多個(gè)通水槽。
[0008]上述的適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具中，所述的彈卡定位機(jī)構(gòu)和內(nèi)管接頭之間設(shè)置有調(diào)節(jié)墊圈，調(diào)節(jié)墊圈能夠?qū)?nèi)管鉆頭與外管鉆頭的相對(duì)位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述的內(nèi)管鉆頭超前于外管鉆頭，或與外管鉆頭平齊，或內(nèi)縮在外管鉆頭內(nèi)。
[0009]上述的適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具中，所述的定位壓環(huán)的外圓柱面上沿圓周方向均勻設(shè)置有多個(gè)通水槽。
[0010]上述的適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具中，所述的密封圈為U型密封圈或O型密封圈。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1)本發(fā)明具有雙動(dòng)功能，既可以采用純壓入方式取心，又可以采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式取心，其內(nèi)管鉆頭的內(nèi)壁和定位壓環(huán)的外圓柱面上沿圓周方向均勻布置有多個(gè)通水槽，配合本發(fā)明中具有分水功能的內(nèi)管接頭一起使用，在采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，可以使沖洗液沿巖心襯管與內(nèi)管之間的環(huán)狀間隙流經(jīng)孔底，有效避免了沖洗液對(duì)巖心襯管中樣品的直接沖刷，減小了樣品的擾動(dòng)；
2)本發(fā)明內(nèi)管接頭上的斜孔在內(nèi)管接頭外壁上的孔口處設(shè)有環(huán)形凹槽，凹槽的截面呈V形，在采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，高速流經(jīng)環(huán)形凹槽的沖洗液能夠在凹槽附近形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，使巖心襯管內(nèi)產(chǎn)生抽吸效應(yīng)，有利于巖心襯管內(nèi)的水沿斜孔順利排出，提高取心率。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的定位壓環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中:1-撈矛頭機(jī)構(gòu);2-彈卡擋頭;3-彈卡室;4-彈卡機(jī)構(gòu);5-懸掛環(huán);6_座環(huán);7_調(diào)節(jié)墊圈;8-外管;9-內(nèi)管接頭；10-隔水套；11-回水球閥；12-內(nèi)管；13-巖心襯管；14-擴(kuò)孔器；15-定位壓環(huán);16-海撈;17-內(nèi)管鉆頭;18-密封圈；19-外管鉆頭。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明包括外管總成和內(nèi)管總成，內(nèi)管總成置于外管總成內(nèi)。所述外管總成包括彈卡檔頭2、彈卡室3、座環(huán)6、外管8、擴(kuò)孔器14和外管鉆頭19;彈卡檔頭2、彈卡室
3、外管8、擴(kuò)孔器14和外管鉆頭19依次連接;座環(huán)6安裝在外管8的內(nèi)壁上。
[0017]所述的內(nèi)管總成包括撈矛頭機(jī)構(gòu)1、彈卡定位機(jī)構(gòu)4、懸掛環(huán)5、調(diào)節(jié)墊圈7、內(nèi)管接頭9、內(nèi)管12、巖心襯管13、定位壓環(huán)15、海撈16和內(nèi)管鉆頭17 ；撈矛頭機(jī)構(gòu)I的下端與彈卡定位機(jī)構(gòu)4連接，彈卡定位機(jī)構(gòu)4的下部設(shè)有懸掛環(huán)5，懸掛環(huán)5置于外管8內(nèi)的座環(huán)6上，彈卡定位機(jī)構(gòu)4的下端與內(nèi)管接頭9的上端連接，彈卡定位機(jī)構(gòu)4和內(nèi)管接頭9之間設(shè)置有調(diào)節(jié)墊圈7;通過調(diào)整彈卡定位機(jī)構(gòu)4和內(nèi)管接頭9之間的調(diào)節(jié)墊圈7的個(gè)數(shù)，能夠?qū)?nèi)管鉆頭17與外管鉆頭19的相對(duì)位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)管鉆頭17內(nèi)縮在外管鉆頭19內(nèi)，或與外管鉆頭19齊平，或超前于外管鉆頭19。內(nèi)管接頭9的下端與內(nèi)管12的上端連接;巖心襯管13設(shè)置在內(nèi)管12中；內(nèi)管12的下端與內(nèi)管鉆頭17連接，定位壓環(huán)15設(shè)置在內(nèi)管鉆頭17的內(nèi)臺(tái)階上，巖心襯管13的下端設(shè)置在定位壓環(huán)15內(nèi)孔的臺(tái)階面上。內(nèi)管鉆頭17內(nèi)定位壓環(huán)15的下方設(shè)有海撈16。外管鉆頭19與內(nèi)管鉆頭18之間設(shè)有密封圈18，密封圈18采用的是U型密封圈或O型密封圈。
[0018]所述的內(nèi)管接頭9的底面上沿軸線方向設(shè)有盲孔91，盲孔91為階梯孔。盲孔91內(nèi)安裝有隔水套10，盲孔91的孔口處設(shè)有回水球閥11。盲孔91的頂部沿圓周方向均勻設(shè)置有多個(gè)斜孔92，斜孔92連通盲孔91與內(nèi)管接頭9和外管8之間的間隙。斜孔92通過隔水套10的內(nèi)孔、回水球閥11與巖心襯管13的內(nèi)腔連通，形成用于連通內(nèi)管接頭9和外管8之間環(huán)狀間隙與巖心襯管13內(nèi)腔的水流通路，回水球閥11為單向閥，只允許沖洗液從巖心襯管13的內(nèi)腔流向內(nèi)管接頭9和外管8之間的環(huán)狀間隙。所述的斜孔92在內(nèi)管接頭內(nèi)壁處的孔口高于在內(nèi)管接頭外壁處的孔口，且斜孔92在內(nèi)管接頭外壁上的孔口處設(shè)有環(huán)形凹槽，凹槽的截面呈V形。當(dāng)本發(fā)明采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，高速流經(jīng)環(huán)形凹槽的沖洗液能夠在凹槽附近形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，使巖心襯管13內(nèi)產(chǎn)生抽吸效應(yīng)，有利于巖心襯管13內(nèi)的水順利沿斜孔92排出，提高取心率。
[0019]盲孔91的內(nèi)壁中部與隔水套10的外壁之間形成腔隙，內(nèi)管接頭9的腔隙處沿圓周方向均勻設(shè)置有多個(gè)用于連通腔隙與外管8和內(nèi)管12之間環(huán)狀間隙的通孔93和多個(gè)用于連通腔隙與內(nèi)管12和巖心襯管13之間環(huán)狀間隙的通孔94。通孔93、腔隙和通孔94構(gòu)成用于連通內(nèi)管接頭9和外管8之間環(huán)狀間隙與內(nèi)管12與巖心襯管13之間環(huán)狀間隙的水流通路。
[0020]如圖1、2所示，所述內(nèi)管鉆頭17的內(nèi)壁上沿圓周方向均勻設(shè)置有多個(gè)通水槽171，通水槽171沿內(nèi)管鉆頭17的軸向設(shè)置。所述的定位壓環(huán)15的外圓柱面上沿圓周方向均勻布置有多個(gè)通水槽151，通水槽151沿定位壓環(huán)15的軸線方向設(shè)置。
[0021]本發(fā)明的外管鉆頭19和內(nèi)管鉆頭17之間設(shè)有密封圈18，使得內(nèi)管8和外管6之間環(huán)狀間隙得到有效密封，配合鉆機(jī)上的抽吸裝置，可以使本發(fā)明內(nèi)形成活塞式負(fù)壓，實(shí)現(xiàn)抽吸繩索取心，阻止巖心下滑，提高海底沉積物的繩索取心率。本發(fā)明的內(nèi)管鉆頭17的內(nèi)壁及定位壓環(huán)15的外圓柱面上均設(shè)置有通水槽，配合本發(fā)明的內(nèi)管接頭9使用，可以使沖洗液沿巖心襯管13及內(nèi)管12的環(huán)狀間隙流經(jīng)孔底，有效避免了沖洗液對(duì)巖心襯管13中樣品的直接沖刷，減小樣品的擾動(dòng)，使得本發(fā)明的可靠性高。本發(fā)明具有雙動(dòng)功能，內(nèi)管鉆頭17和內(nèi)管總成可隨外管8—同轉(zhuǎn)動(dòng)，既可以采用純壓入鉆進(jìn)方式取沉積物，又可以采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式取硬巖巖心。
[0022]本發(fā)明的具體使用方法如下:當(dāng)遇到沉積物地層時(shí)，下放本發(fā)明的內(nèi)管總成進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆進(jìn)的過程中，水栗停止向孔內(nèi)供水，本發(fā)明在鉆機(jī)動(dòng)力頭的帶動(dòng)下，壓入沉積物地層。當(dāng)本發(fā)明壓入沉積物地層進(jìn)行繩索取心作業(yè)時(shí)，鉆機(jī)上的抽吸裝置通過供水管從鉆桿及繩索取心鉆具內(nèi)抽水，通過合理設(shè)計(jì)抽吸裝置的性能參數(shù)，使得抽吸裝置從鉆桿及本發(fā)明的內(nèi)腔抽取的水量與因沉積物進(jìn)入本發(fā)明而向鉆桿內(nèi)腔的排水量基本相等，本發(fā)明內(nèi)形成活塞式負(fù)壓，提高了本發(fā)明的繩索取心率。當(dāng)沉積物地層中夾雜有少量薄層巖石時(shí)，鉆具采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式，內(nèi)管鉆頭及內(nèi)管總成隨外管一同轉(zhuǎn)動(dòng)破碎巖石;水栗向孔內(nèi)供水，冷卻水經(jīng)內(nèi)管接頭9，沿內(nèi)管12與巖心襯管13之間的環(huán)狀間隙流經(jīng)孔底，避免了冷卻水對(duì)巖心襯管13中樣品的直接沖刷，減小了樣品的擾動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具，包括外管總成及內(nèi)管總成，所述的外管總成包括彈卡擋頭、彈卡室、外管、座環(huán)、擴(kuò)孔器和外管鉆頭;其特征是:所述的內(nèi)管總成包括撈矛頭機(jī)構(gòu)、彈卡定位機(jī)構(gòu)、懸掛環(huán)、內(nèi)管接頭、內(nèi)管、巖心襯管、定位壓環(huán)、海撈和內(nèi)管鉆頭;撈矛頭機(jī)構(gòu)的下端與彈卡定位機(jī)構(gòu)連接，彈卡定位機(jī)構(gòu)上設(shè)有懸掛環(huán)，通過懸掛環(huán)置于外管內(nèi)的座環(huán)上，彈卡定位機(jī)構(gòu)的下端與內(nèi)管接頭的上端連接；內(nèi)管接頭的下端與內(nèi)管的上端連接，巖心襯管設(shè)置在內(nèi)管中；內(nèi)管接頭的內(nèi)部設(shè)有用于連通內(nèi)管和外管之間環(huán)狀間隙與巖心襯管內(nèi)腔的水流通路，該水流通路上設(shè)有回水球閥；內(nèi)管接頭內(nèi)部還設(shè)有用于連通內(nèi)管和外管之間環(huán)狀間隙與內(nèi)管和巖心襯管之間環(huán)狀間隙的水流通路；內(nèi)管的下端與內(nèi)管鉆頭連接，定位壓環(huán)設(shè)置在內(nèi)管鉆頭的內(nèi)臺(tái)階上，定位壓環(huán)的下方設(shè)有海撈;外管鉆頭與內(nèi)管鉆頭之間設(shè)有密封圈。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具，其特征是:所述內(nèi)管接頭的底面上沿軸線方向設(shè)有盲孔，盲孔為階梯孔;盲孔內(nèi)設(shè)有隔水套，盲孔的孔口處設(shè)有回水球閥；盲孔的頂部沿圓周方向均勻設(shè)置有斜孔;斜孔連通盲孔與內(nèi)管接頭和外管之間的間隙;斜孔通過隔水套的內(nèi)孔、回水球閥與巖心襯管的內(nèi)腔連通；內(nèi)管接頭的內(nèi)壁與隔水套外壁之間形成腔隙，內(nèi)管接頭的腔隙處沿圓周方向分別均勻設(shè)置有用于連通腔隙與外管和內(nèi)管之間環(huán)狀間隙的通孔和用于連通腔隙與內(nèi)管和巖心襯管之間環(huán)狀間隙的通孔。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具，其特征是:所述斜孔在內(nèi)管接頭內(nèi)壁上的孔口高于在內(nèi)管接頭外壁上的孔口，且斜孔在內(nèi)管接頭外壁上的孔口處設(shè)有環(huán)形凹槽，凹槽的截面呈V形。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具，其特征是:所述內(nèi)管鉆頭的內(nèi)壁上沿圓周方向均勻設(shè)置有多個(gè)通水槽。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具，其特征是:所述的彈卡定位機(jī)構(gòu)和內(nèi)管接頭之間設(shè)置有調(diào)節(jié)墊圈，調(diào)節(jié)墊圈能夠?qū)?nèi)管鉆頭與外管鉆頭的相對(duì)位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述的內(nèi)管鉆頭超前于外管鉆頭，或與外管鉆頭平齊，或內(nèi)縮在外管鉆頭內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具，其特征是:所述的定位壓環(huán)的外圓柱面上沿圓周方向均勻設(shè)置有多個(gè)通水槽。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具，其特征是:所述的密封圈為U型密封圈或O型密封圈。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于海底鉆機(jī)的海底沉積物繩索取心三層管鉆具，包括外管總成及內(nèi)管總成，所述的內(nèi)管總成包括撈矛頭機(jī)構(gòu)；撈矛頭機(jī)構(gòu)的下端與彈卡定位機(jī)構(gòu)連接，彈卡定位機(jī)構(gòu)通過懸掛環(huán)置于外管總成的座環(huán)上，彈卡定位機(jī)構(gòu)通過內(nèi)管接頭與內(nèi)管連接；巖心襯管設(shè)置在內(nèi)管中；內(nèi)管的下端設(shè)有內(nèi)管鉆頭，定位壓環(huán)和海撈設(shè)置在內(nèi)管鉆頭內(nèi)；外管鉆頭與內(nèi)管鉆頭之間設(shè)有密封圈；內(nèi)管接頭上設(shè)有用于連通內(nèi)管和外管之間環(huán)狀間隙與巖心襯管內(nèi)腔的水流通路，及用于連通內(nèi)管和外管之間環(huán)狀間隙與內(nèi)管和巖心襯管之間環(huán)狀間隙的水流通路。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高；且能夠避免沖洗液對(duì)樣品的直接沖刷，提高海底沉積物繩索取心率，降低了樣品的擾動(dòng)。
【IPC分類】E21B25/00, E21B25/18
【公開號(hào)】CN105715221
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610275780
【發(fā)明人】萬步炎, 黃筱軍, 王佳亮, 彭佑多
【申請(qǐng)人】湖南科技大學(xué)