本發(fā)明涉及一種海洋天然氣水合物冷凍保真取心鉆具，適用于海洋天然氣水合物勘探領(lǐng)域，獲得高保真海底天然氣水合物樣品，對(duì)于儲(chǔ)層性質(zhì)分析、資源評(píng)價(jià)有重要意義。

背景技術(shù)：

天然氣水合物是在一定的溫壓條件下形成的似冰雪狀結(jié)晶化合物，水分子在氫鍵作用下形成“籠”，氣體分子(客體分子)充填在水分子結(jié)晶構(gòu)架的空穴中。天然氣水合物廣泛賦存在永久凍土帶和海底，因其儲(chǔ)量巨大，是一種清潔能源，被認(rèn)為是二十一世紀(jì)潛在的能源。天然氣水合物形成和賦存在高壓低溫的環(huán)境下，天然氣水合物的鉆探取樣對(duì)于水合物評(píng)價(jià)和開采具有重要意義，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(huì)導(dǎo)致天然氣水合物分解，因此對(duì)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：一種是保溫保壓取樣器，一種是孔底冷凍取樣器。保溫保壓取樣器采用球閥翻版保壓，并用壓力補(bǔ)償裝置維持巖心管中的壓力，使用保溫材料保溫，實(shí)際應(yīng)用中取心成功率低；天然氣水合物孔底冷凍取樣方法通過外部冷源在孔底直接冷凍天然氣水合物巖心，將天然氣水合物巖心溫度降低至平衡溫度以下來抑制水合物的分解，從而獲得水合物保真樣品。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明根據(jù)海洋天然氣水合物孔底冷凍技術(shù)取樣原理，提出一種海洋天然氣水合物冷凍保真取心鉆具，采用主動(dòng)降溫的方式，抑制巖心中的水合物在提升過程中發(fā)生分解，用于海洋水合物高保真取樣。

本發(fā)明所述的海洋天然氣水合物冷凍保真取心鉆具，包括一個(gè)外管總成和一個(gè)內(nèi)管總成，其特征在于還包括一個(gè)打撈冷凍總成：

所述外管總成的外管上端安裝有彈卡擋頭，外管總成的外管中部?jī)?nèi)壁上設(shè)有座環(huán)，外管總成的外管底部設(shè)有一個(gè)扶正環(huán)，外管總成的外管下端設(shè)有鉆頭；

所述內(nèi)管總成包括一個(gè)中空的巖心管，巖心管下端安裝爪簧，巖心管腔中安裝有活塞，巖心管內(nèi)腔上方有排空通道，巖心管上端通過軸承連接一個(gè)彈卡架，彈卡架中部安裝有彈卡和張簧，上管外套有一個(gè)回收管，回收管可在彈卡架上移動(dòng)，回收管的上端安裝有撈矛頭，在上管的下端有懸掛環(huán)，內(nèi)管總成置于外管內(nèi)時(shí)，在彈卡和張簧作用彈卡擋頭下端的凸臺(tái)限制內(nèi)管總成上移；懸掛環(huán)卡在座環(huán)上限制內(nèi)管總成下移；

所述打撈冷凍總成包括一個(gè)管體，管體內(nèi)有一個(gè)保溫腔，保溫腔向內(nèi)有一個(gè)儲(chǔ)冷腔，儲(chǔ)冷腔內(nèi)側(cè)是巖心腔，巖心腔內(nèi)有一個(gè)提升桿，提升桿的下端安裝有打撈鉤，打撈冷凍總成進(jìn)入到外管總成上端時(shí)，打撈鉤抓住撈矛頭并通過提升桿的上移將內(nèi)管總成提升到巖心腔中。

本發(fā)明鉆具的工作過程如下：

1、將組裝完畢的內(nèi)管總成下放入外管總成中并至孔底，彈卡在張簧的作用下張開，懸掛環(huán)坐落在座環(huán)上，限制內(nèi)管的上下竄動(dòng)，直對(duì)取心鉆進(jìn)；

2、隨著鉆具不斷進(jìn)尺，巖心推動(dòng)巖心管中的活塞上移，巖心管中的沖洗液通過排空通道排出，直至巖心充滿巖心管；

3、在鉆進(jìn)過程中，組裝打撈冷凍總成，將低溫冷源注入至儲(chǔ)冷腔；

4、完成一個(gè)回次的鉆進(jìn)后，采用絞車?yán)K索下放打撈冷凍總成，打撈冷凍總成下端進(jìn)入外管總成，打撈鉤抓住撈矛頭，在回收管上部卡槽的作用下，彈卡回收，回收管上移到一段距離后，下部卡槽卡住彈卡銷，提升下部鉆具一同上升。通過絞車上提提升桿，內(nèi)管總成隨打撈鉤上移，爪簧14卡斷巖心，內(nèi)管總成上移至巖心腔中。

4、整套鉆具隨絞車提升而上行，此時(shí)，冷凍腔中冷源通過傳熱對(duì)整個(gè)內(nèi)管總成降溫。

5、將鉆具提升至鉆井平臺(tái)后，取出巖心，置于液氮中，以備檢測(cè)分析。

本發(fā)明通過爪簧獲取巖心，巖心推動(dòng)巖心管活塞上行，巖心在進(jìn)尺過程中不受鉆井液污染，提鉆過程中，整個(gè)內(nèi)管總成位于巖心腔內(nèi)，冷源通過傳熱降低巖心管中的巖心溫度，抑制水合物分解，巖心腔底部鉆井液也因低溫凝固，巖心腔中也可維持一定的壓力，巖心中水合物在提升過程中不發(fā)生分解，實(shí)現(xiàn)高保真取樣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明外管總成和內(nèi)管總成主視圖。

圖2為本發(fā)明內(nèi)管總成主視圖。

圖3為本發(fā)明打撈冷凍總成主視圖。

圖4為回收管主視圖。

圖5為回收管左視圖。

圖例：

1、撈矛頭，2、彈卡擋頭，3、彈簧銷，4、回收管，5、張簧，6、彈卡，7、彈卡銷，8、軸承，9、座環(huán)，10、排空通道，11、巖心管，12、活塞，13、限位環(huán)，14、爪簧，15、鉆頭，16、擴(kuò)孔器，17、扶正環(huán)，18、懸掛環(huán)，19、外管，20、冷源注入孔，21、提升桿，22、保溫腔，23、儲(chǔ)冷腔，24、銅質(zhì)傳熱層，25、巖心腔，26、彈簧，27、打撈鉤，28、定位軸套，29、定位軸，30、打撈鉤彈簧銷，31、止移銷，32、鉚釘，33、泄壓閥，34、吊環(huán)，35、撈鉤架，36、彈卡架，37、彈卡槽，38、卡槽。

具體實(shí)施方式

所述外管總成的外管19上端螺紋安裝彈卡擋頭2，彈卡擋頭2下端在外管19內(nèi)形成一個(gè)擋環(huán)，外管總成外管19中部?jī)?nèi)壁上設(shè)有座環(huán)9，外管總成的外管底部設(shè)有一個(gè)扶正環(huán)17，內(nèi)管總成進(jìn)入到外管內(nèi)時(shí)被座環(huán)9和扶正環(huán)17定位在垂直方向。外管總成的外管19下端設(shè)有鉆頭15，外管總成的外管19下端外壁上安裝有擴(kuò)孔器16；扶正環(huán)17和座環(huán)9環(huán)向布置有流通孔，下放鉆具至井底時(shí)，沖洗液由環(huán)空間隙流通改為經(jīng)流通孔流通。

內(nèi)管總成包括一個(gè)中空的巖心管11，巖心管11下端安裝爪簧14，巖心管11腔中安裝有活塞12，巖心管11下方有防止活塞脫落的限位環(huán)13，巖心管11上方有排空通道10，巖心管11上端通過軸承8連接一個(gè)柱狀彈卡架36，彈卡架36套有一個(gè)回收管4，回收管4可在彈卡架36上移動(dòng)，回收管4的上端安裝有撈矛頭1，在彈卡架36中部安裝有彈卡6和張簧7，在彈卡架36的下端有懸掛環(huán)18，由彈簧銷3、張簧5、彈卡6、彈卡銷7組成內(nèi)管定位機(jī)構(gòu)，內(nèi)管總成置于外管總成內(nèi)時(shí)，在張簧7作用下彈卡6打開被彈卡擋頭2形成的擋環(huán)擋住，限制內(nèi)管總成上移。懸掛環(huán)18設(shè)置在軸承8的下方，內(nèi)管總成置于外管總成內(nèi)時(shí)，懸掛環(huán)18被座環(huán)上9擋住，限制內(nèi)管總成下移；軸承8保證了巖心管不隨外管轉(zhuǎn)動(dòng)，減少對(duì)巖心的擾動(dòng)；

打撈冷凍總成包括一個(gè)管體，管體向依次設(shè)置環(huán)形保溫腔22、環(huán)形儲(chǔ)冷腔23和巖心腔25，環(huán)形儲(chǔ)冷腔上端有泄壓閥33和冷源注入孔20，巖心腔25內(nèi)有一個(gè)提升桿21，提升桿上端安裝有用于連接繩索的吊環(huán)34，提升桿21的下端螺紋連接撈鉤架35，打撈鉤27固定在撈鉤架35上，打撈鉤27呈x形狀，中間由打撈鉤彈簧銷30鉸接，形成底爪和上爪，兩個(gè)上爪通過銷釘32連接，銷釘32上套有彈簧26；上爪下方有止推銷31，巖心腔25下端有與止推銷31相對(duì)應(yīng)凹槽，兩者構(gòu)成打撈鉤27的定位結(jié)構(gòu)。打撈冷凍總成進(jìn)入到外管總成上端時(shí)，打撈鉤27下爪抓住撈矛頭1，打撈鉤27上部向內(nèi)收縮，止移銷與巖心腔之間失去密封和限位，同時(shí)，在回收管4上部彈卡槽37的壓迫下，彈卡6回收，回收管4上移到一段距離后，回收管下部卡槽38卡住彈卡銷7，提升下部鉆具一同上升至巖心腔中，至內(nèi)管完全進(jìn)入巖心腔時(shí)，整個(gè)鉆具隨吊環(huán)34一同提升至井口。

本實(shí)施例所采取的冷源混合物是液氮、低溫、酒精混合物，低溫狀態(tài)時(shí)，干冰融于低溫狀態(tài)的混合物中，隨著溫度的升高，干冰升華，儲(chǔ)冷腔23中壓力升高，壓力達(dá)到泄壓閥開啟壓力時(shí)，co2氣體由泄壓閥33溢出。

本實(shí)施例在保溫腔中充填保溫材料，用于減少儲(chǔ)冷腔通過外側(cè)管壁與外界傳熱，本發(fā)明采用的保溫材料是氣凝膠氈，并在上下兩端做密封處理。