CN207004422U - 热水驱动自旋转冰层取芯钻进装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种热水驱动自旋转冰层取芯钻进装置，包括热水管、电缆、电缆终端、触底检测机构、分水接头、上扶正器、电气舱、下扶正器、过渡管及下部双管钻具和自旋转钻头。本实用新型是采用热水作为动力介质驱动孔底钻具回转进而完成取芯钻进，利用旋流喷射器原理，通过在钻头体内部设计引流通道，引导热水从钻头侧壁喷出，热水反作用力将驱动钻头进行回转，从而切削冰层完成钻进。本实用新型将旋流喷射器原理应用于孔底碎岩，可实现极地冰层快速取芯钻探；本实用新型采用热‑机械混合方式进行取样钻进，热水既为孔底钻具提供孔底动力，同时也将钻进产生的冰屑带离孔底并融化，提高了孔底动力钻具的寿命和钻进效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种热水驱动自旋转冰层取芯钻进装置。
背景技术
南极冰盖层中蕴藏着大量的微生物、微体动植物肢体、火山喷发的微粒、核***的核微尘及大气中裹胁而来的各种微尘。由于南极冰芯直接记录着远古时代的大气组成，蕴藏着珍贵的古气候和古环境信息，找到年代久远的冰芯，对于重建地球的历史演化以及预测全球气候和环境的演变意义重大。因此，目前世界各国都竞相在南极寻找年代久远的深冰芯。目前常用的深冰芯钻探方法多为铠装电缆式电动机械取芯钻探方法，该方法具有功率小、重量轻等优点，但地表辅助操作较多，钻进周期长，钻进效率低，往往几年甚至十几年才能完成一个冰孔钻进，无法满足科学家日已增长的科研需求，因此亟待研发一种能够快速完成冰层取芯钻探的方法。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种热水驱动自旋转冰层取芯钻进装置。
本实用新型包括热水管、电缆、电缆终端、触底检测机构、分水接头、上扶正器、电气舱、下扶正器、过渡管及下部双管钻具和自旋转钻头，其中热水管和电缆捆绑一起下放，热水管为热水通道，地表热水通过热水管送至钻具，电缆为钻具提供电力，并完成地表与钻具的信号通讯；电缆终端用于连接电缆与钻具，触底检测机构安装由位移传感器和弹簧机构，通过位移传感器检测弹簧压缩量，从而计算得出电缆承受的拉力值，当电缆上承受拉力等于重力时，表明钻具处于悬吊状态，当电缆上承受拉力小于重力时，说明钻具已经到达孔底，此时即可通水进行钻进。分水接头与热水管相连，用于将热水管中热水导入钻具内部。上扶正器和下扶正器分别于径向均布三根矩形板簧片，依靠板簧片进入孔内发生变形，从而将钻具维持在钻孔中心。电气舱为耐高压密封舱，内部填充常压空气，钻具内信号采集及通讯模块均安装在电气舱内，且安装有温度和压力传感器，用于对钻具内热水温度和水压进行检测。
下部钻具通过过渡管与下扶正器相连，其结构为单动双管，钻进时钻具外管不转动，自旋转钻头带动冰芯管回转钻进。下部钻具结构包括接头、第一密封圈、轴承、轴承挡环、单动接头、锁紧螺母、单向球阀、钻具外管和冰芯管。其中接头上部与过渡管螺纹连接，钻具外管通过螺纹与接头连接。冰芯管通过螺纹与单动接头相连，单动接头内由两套轴承与接头芯轴配合，两套轴承之间由轴承挡环进行限位。第一密封圈可保证热水不会从单动接头和接头之间间隙进入冰芯管。接头下部加工由螺纹，通过锁紧螺母可实现对单动接头的限位。自旋转钻头通过螺纹连接在冰芯管底部。
自旋转钻头由骨架密封、过渡接头、第二密封圈、芯管、钻头体、冰芯卡断器、卡断器销轴、刀头及螺钉组成。其中过渡接头上部与冰芯管连接，下部与钻头体螺纹连接，中部安装有第二密封圈，用于封闭过渡接头与钻具外管环状间隙。钻头体中心采用螺纹与芯管相连，芯管上部安装有骨架密封，通过与过渡接头内表面配合实现密封。冰芯卡断器通过卡断器销轴固定在钻头体上，轴向均布三个，卡断器可围绕卡断器销轴自由转动。刀头通过螺钉固定钻头体底部，径向均布三个。钻头体内部设计有竖直流道和侧喷流道，两者相互贯通，热水可经由竖直流道和侧喷流道喷出钻头体外。
本实用新型的工作过程：
向下钻进时，首先利用地表绞车将钻具放入孔内，并连续下放，下放过程中随时观察触底检测机构反馈的触底压力数值，当触底压力持续增大至与钻具重量相当，表明钻具已到达孔底，此时停止下放，并通过热水管向钻具内泵送热水开始钻进。
热水从分水接头处进入钻具内部，流经上扶正器、电气舱、下扶正器到达接头处，并通过接头流道进入钻具外管与冰芯管环状间隙，然后经由过渡接头侧孔、钻头体竖直流道，由侧喷流道喷出钻头体外。高速喷出的热水对钻头体产生发作用力，从而驱动钻头进行回转钻进，此时刀头、钻头体、芯管、过渡接头和冰芯管将同步转动，钻具外管则保持静止。
钻进产生的冰芯样品进入冰芯管内，为了防止冰芯管内存水对冰芯产生静水压力，降低钻进速度，在接头中心设置有单向阀。当冰芯管内存水压力达到某一数值，单向球阀打开，冰芯管内存水通过接头中心水道排出钻具。回次钻进结束后，提拉钻具，冰芯卡断器将切入并卡断冰芯，继续上提钻具至地表，清除冰芯然后开始下一回次钻进。
钻进过程中，上扶正器和下扶正器支撑在孔壁上，有利于将钻具保持在钻孔中心，可最大程度的减小孔斜。
本实用新型的有益效果：
本实用新型将旋流喷射器原理应用于孔底碎岩，可实现极地冰层快速取芯钻探，为极地冰盖快速取芯提供了新的技术手段，对加快极地研究的发展具有重要作用。
本实用新型采用热-机械混合方式进行取样钻进，热水既为孔底钻具提供孔底动力，同时也将钻进产生的冰屑带离孔底并融化，简化了钻具结构，同时解决了常规孔底动力钻具易磨损、寿命短等缺点，有利于提高钻进效率。
附图说明
图1为热水驱动自旋转冰层取芯钻进装置结构示意图。
图2为自旋转钻头立体示意图。
图3为自旋转钻头剖视图。
图4为自旋转钻头流道布置图。
具体实施方式
请参阅图1、图2、图3和图4所示，本实用新型包括热水管1、电缆2、电缆终端3、触底检测机构4、分水接头5、上扶正器6、电气舱7、下扶正器 8、过渡管9及下部双管钻具和自旋转钻头19，其中热水管1和电缆2捆绑一起下放，热水管1为热水通道，地表热水通过热水管1送至钻具，电缆2为钻具提供电力，并完成地表与钻具的信号通讯；电缆终端3用于连接电缆2 与钻具，触底检测机构4安装由位移传感器和弹簧机构，通过位移传感器检测弹簧压缩量，从而计算得出电缆2承受的拉力值，当电缆2上承受拉力等于重力时，表明钻具处于悬吊状态，当电缆2上承受拉力小于重力时，说明钻具已经到达孔底，此时即可通水进行钻进。分水接头5与热水管1相连，用于将热水管1中热水导入钻具内部。上扶正器6和下扶正器8分别于径向均布三根矩形板簧片，依靠板簧片进入孔内发生变形，从而将钻具维持在钻孔中心。电气舱7为耐高压密封舱，内部填充常压空气，钻具内信号采集及通讯模块均安装在电气舱7内，且安装有温度和压力传感器，用于对钻具内热水温度和水压进行检测。
下部钻具通过过渡管9与下扶正器8相连，其结构为单动双管，钻进时钻具外管不转动，自旋转钻头19带动冰芯管18回转钻进。下部钻具结构包括接头10、第一密封圈11、轴承12、轴承挡环13、单动接头14、锁紧螺母 15、单向球阀16、钻具外管17和冰芯管18。其中接头10上部与过渡管9螺纹连接，钻具外管17通过螺纹与接头10连接。冰芯管18通过螺纹与单动接头14相连，单动接头14内由两套轴承12与接头10芯轴配合，两套轴承12 之间由轴承挡环13进行限位。第一密封圈11可保证热水不会从单动接头14 和接头10之间间隙进入冰芯管。接头10下部加工由螺纹，通过锁紧螺母15 可实现对单动接头14的限位。自旋转钻头19通过螺纹连接在冰芯管18底部。
自旋转钻头由骨架密封20、过渡接头21、第二密封圈22、芯管23、钻头体24、冰芯卡断器25、卡断器销轴26、刀头27及螺钉28组成。其中过渡接头21上部与冰芯管18连接，下部与钻头体24螺纹连接，中部安装有第二密封圈22，用于封闭过渡接头21与钻具外管17环状间隙。钻头体24中心采用螺纹与芯管23相连，芯管23上部安装有骨架密封20，通过与过渡接头21 内表面配合实现密封。冰芯卡断器25通过卡断器销轴26固定在钻头体24上，轴向均布三个，卡断器25可围绕卡断器销轴自由转动。刀头27通过螺钉28 固定钻头体24底部，径向均布三个。钻头体24内部设计有竖直流道29和侧喷流道30，两者相互贯通，热水可经由竖直流道29和侧喷流道30喷出钻头体外。
本实用新型的工作过程：
向下钻进时，首先利用地表绞车将钻具放入孔内，并连续下放，下放过程中随时观察触底检测机构4反馈的触底压力数值，当触底压力持续增大至与钻具重量相当，表明钻具已到达孔底，此时停止下放，并通过热水管1向钻具内泵送热水开始钻进。
热水从分水接头5处进入钻具内部，流经上扶正器6、电气舱7、下扶正器8到达接头10处，并通过接头10流道进入钻具外管17与冰芯管18环状间隙，然后经由过渡接头21侧孔、钻头体竖直流道29，由侧喷流道30喷出钻头体外。高速喷出的热水对钻头体产生发作用力，从而驱动钻头24进行回转钻进，此时刀头27、钻头体24、芯管23、过渡接头21和冰芯管18将同步转动，钻具外管17则保持静止。
钻进产生的冰芯样品进入冰芯管18内，为了防止冰芯管18内存水对冰芯产生静水压力，降低钻进速度，在接头10中心设置有单向阀。当冰芯管18 内存水压力达到某一数值，单向球阀16打开，冰芯管18内存水通过接头10 中心水道排出钻具。回次钻进结束后，提拉钻具，冰芯卡断器25将切入并卡断冰芯，继续上提钻具至地表，清除冰芯然后开始下一回次钻进。
钻进过程中，上扶正器6和下扶正器8支撑在孔壁上，有利于将钻具保持在钻孔中心，可最大程度的减小孔斜。
Claims (1)
1.一种热水驱动自旋转冰层取芯钻进装置；其特征在于：包括热水管(1)、电缆(2)、电缆终端(3)、触底检测机构(4)、分水接头(5)、上扶正器(6)、电气舱(7)、下扶正器(8)、过渡管(9)及下部双管钻具和自旋转钻头(19)，其中热水管(1)和电缆(2)捆绑一起下放，热水管(1)为热水通道，地表热水通过热水管(1)送至钻具，电缆(2)为钻具提供电力，并完成地表与钻具的信号通讯；电缆终端(3)用于连接电缆(2)与钻具，触底检测机构(4)安装由位移传感器和弹簧机构，通过位移传感器检测弹簧压缩量，从而计算得出电缆(2)承受的拉力值，当电缆(2)上承受拉力等于重力时，表明钻具处于悬吊状态，当电缆(2)上承受拉力小于重力时，说明钻具已经到达孔底，此时即可通水进行钻进；分水接头(5)与热水管(1)相连，用于将热水管(1)中热水导入钻具内部；上扶正器(6)和下扶正器(8)分别于径向均布三根矩形板簧片，依靠板簧片进入孔内发生变形，从而将钻具维持在钻孔中心；电气舱(7)为耐高压密封舱，内部填充常压空气，钻具内信号采集及通讯模块均安装在电气舱(7)内，且安装有温度和压力传感器，用于对钻具内热水温度和水压进行检测；
下部钻具通过过渡管(9)与下扶正器(8)相连，其结构为单动双管，钻进时，钻具外管不转动，自旋转钻头(19)带动冰芯管(18)回转钻进；下部钻具结构包括接头(10)、第一密封圈(11)、轴承(12)、轴承挡环(13)、单动接头(14)、锁紧螺母(15)、单向球阀(16)、钻具外管(17)和冰芯管(18)；其中接头(10)上部与过渡管(9)螺纹连接，钻具外管(17)通过螺纹与接头(10)连接；冰芯管(18)通过螺纹与单动接头(14)相连，单动接头(14)内由两套轴承(12)与接头(10)芯轴配合，两套轴承(12) 之间由轴承挡环(13)进行限位；第一密封圈(11)可保证热水不会从单动接头(14)和接头(10)之间间隙进入冰芯管；接头(10)下部加工由螺纹，通过锁紧螺母(15)可实现对单动接头(14)的限位；自旋转钻头(19)通过螺纹连接在冰芯管(18)底部；
自旋转钻头由骨架密封(20)、过渡接头(21)、第二密封圈(22)、芯管(23)、钻头体(24)、冰芯卡断器(25)、卡断器销轴(26)、刀头(27)及螺钉(28)组成；过渡接头(21)上部与冰芯管(18)连接，下部与钻头体(24)螺纹连接，中部安装有第二密封圈(22)，用于封闭过渡接头(21)与钻具外管(17)环状间隙；钻头体(24)中心采用螺纹与芯管(23)相连，芯管(23)上部安装有骨架密封(20)，通过与过渡接头(21)内表面配合实现密封；冰芯卡断器(25)通过卡断器销轴(26)固定在钻头体(24)上，轴向均布三个，卡断器(25)可围绕卡断器销轴自由转动；刀头(27)通过螺钉(28)固定钻头体(24)底部，径向均布三个；钻头体(24)内部设计有竖直流道(29)和侧喷流道(30)，两者相互贯通，热水可经由竖直流道(29)和侧喷流道(30)喷出钻头体外。
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| CN201720474405.8U CN207004422U (zh) | 2017-04-29 | 2017-04-29 | 热水驱动自旋转冰层取芯钻进装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201720474405.8U Withdrawn - After Issue CN207004422U (zh) | 2017-04-29 | 2017-04-29 | 热水驱动自旋转冰层取芯钻进装置 |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106907106A (zh) * | 2017-04-29 | 2017-06-30 | 吉林大学 | 热水驱动自旋转冰层取芯钻进方法及装置 |
| CN108625775A (zh) * | 2018-07-09 | 2018-10-09 | 吉林大学 | 一种回转切削式冰层热熔钻进装置 |
| CN109025810A (zh) * | 2018-11-01 | 2018-12-18 | 吉林大学 | 一种用于冰层钻进的新型热水取芯钻具 |
| CN110761709A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-02-07 | 吉林大学 | 一种冰层钻进用内锥形回转热融钻头 |
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| CN115059390A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-09-16 | 吉林大学 | 一种极地冰川内赋存气体随钻采集装置 |
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2017
- 2017-04-29 CN CN201720474405.8U patent/CN207004422U/zh not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106907106A (zh) * | 2017-04-29 | 2017-06-30 | 吉林大学 | 热水驱动自旋转冰层取芯钻进方法及装置 |
| CN108625775A (zh) * | 2018-07-09 | 2018-10-09 | 吉林大学 | 一种回转切削式冰层热熔钻进装置 |
| CN108625775B (zh) * | 2018-07-09 | 2023-09-15 | 吉林大学 | 一种回转切削式冰层热熔钻进装置 |
| CN109025810A (zh) * | 2018-11-01 | 2018-12-18 | 吉林大学 | 一种用于冰层钻进的新型热水取芯钻具 |
| CN109025810B (zh) * | 2018-11-01 | 2024-04-09 | 吉林大学 | 一种用于冰层钻进的新型热水取芯钻具 |
| CN110761709A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-02-07 | 吉林大学 | 一种冰层钻进用内锥形回转热融钻头 |
| CN114961554A (zh) * | 2022-06-09 | 2022-08-30 | 吉林大学 | 一种可长期布放的浅层冰封湖原位采样和观测装置 |
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