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一種用于海洋天然氣水合物勘探的單動旋轉取樣鉆具.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610629877.6

申請日:

2016.08.04

公開號:

CN106257265A

公開日:

2016.12.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G01N 1/08申請日:20160804|||著錄事項變更IPC(主分類):G01N 1/08變更事項:發明人變更前:陳晨 陳勇 高帥 張晗 王彧佼 朱穎變更后:陳晨 陳勇 孫友宏 高帥 張晗 王彧佼 朱穎 張燕松 王景琛 尹冰|||公開
IPC分類號: G01N1/08 主分類號: G01N1/08
申請人: 吉林大學
發明人: 陳晨; 陳勇; 高帥; 張晗; 王彧佼; 朱穎
地址: 130022 吉林省長春市人民大街5988號
優先權:
專利代理機構: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103 代理人: 郭耀輝
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610629877.6

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2018.11.27|||2017.01.25|||2017.01.25|||2016.12.28

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||著錄事項變更|||公開

摘要

本發明公開了一種用于海洋天然氣水合物勘探的單動旋轉取樣鉆具,是由雙壁鉆桿、單動機構和旋轉噴嘴缸體組成,單動機構設置在雙壁鉆桿環空內,旋轉噴嘴缸體鑲嵌單動機構上;工作時,巖心管插入中心通道內,高壓低溫水通過入水口進入雙壁鉆桿的高壓水輸送通道,沿高壓水輸送通道到達旋轉噴嘴缸體的流道口處,高壓水射流通過流道,形成旋轉的高壓低溫射流回轉切削水合物地層,雙壁鉆桿底部設置有硬質合金塊以防止在鉆具接觸到孔底后發生憋壓,同時也起到修整井壁的作用。本發明解決了高速回轉的鉆頭與地層之間摩擦生熱而導致的水合物分解問題,實現了鉆桿柱不回轉,有效減少回轉帶來的震動,有效保證井壁穩定,減少井內事故的發生。

權利要求書

1.一種用于海洋天然氣水合物勘探的單動旋轉取樣鉆具,其特征在于:是由雙壁鉆桿
(1)、單動機構(2)和旋轉噴嘴缸體(3)組成,單動機構(2)設置在雙壁鉆桿(1)環空內,旋轉
噴嘴缸體(3)鑲嵌在單動機構(2)上;
雙壁鉆桿(1)包括外管(13)和內管(14),內管(14)設置在外管(13)內,雙壁鉆桿(1)具
有中心通道(11)和高壓水輸送通道(12),外管(13)上具有入水口(131);
單動機構(2)包括止推外軸承上蓋(21)、內止推軸承上蓋(22)、內止推軸承下蓋(23)和
外止推軸承下蓋(24),外止推軸承上蓋(21)密封連接在外管(13)內壁,內止推軸承上蓋
(22)密封連接在內管(14)外壁,外止推軸承下蓋(24)固定連接在外管(13)內壁,內止推軸
承下蓋(23)固定連接在內管(14)外壁,外止推軸承上蓋(21)和內止推軸承上蓋(22)與旋轉
噴嘴缸體(3)之間為固定連接,內止推軸承下蓋(23)和外止推軸承下蓋(24)與旋轉噴嘴缸
體(3)之間為密封連接。
2.根據權利要求1所述的一種用于海洋天然氣水合物勘探的單動旋轉取樣鉆具,其特
征在于:所述旋轉噴嘴缸體(3)具有限位座(31)和流道(32),流道(32)傾斜角a為10°-15°。

說明書

一種用于海洋天然氣水合物勘探的單動旋轉取樣鉆具

技術領域

本發明涉及一種取樣鉆具,特別涉及一種用于海洋天然氣水合物勘探的單動旋轉
取樣鉆具。

背景技術

天然氣水合物又稱固態甲烷,它是由天然氣與水所組成,呈固體狀態,其外貌極象
冰雪或固體酒精,點火即可燃燒,因此有人稱其為“可燃冰”、“氣冰”、“固體瓦斯”。天然氣水
合物的結晶格架主要是由水分子所構成,在不同的低溫高壓條件下,水分子結晶形成不同
類型的多面籠形結構。據估計,全球海底天然氣水合物中甲烷資源量約為2.16×1016m3,甲
烷中的碳總量相當于當前已知煤、石油和天然氣等化石燃料總資源量的兩倍。目前,已經發
現的天然氣水合物礦藏主要分布在海底以下0m-1500m的松散沉積層中,天然氣水合物有可
能成為繼頁巖氣、煤層氣、油砂等之后的又一儲量巨大的接替能源。

目前發現的水合物主要以四種形態存在,分別為砂巖型、砂巖裂隙型、細粒裂隙型
水合物、分散型水合物。目前細粒裂隙型水合物、分散型水合物總量大,具有埋深淺、膠結性
差等特點。

現有取樣技術文獻的檢索發現,中國專利申請號為CN201210344300.2,名稱為“一
種天然氣水合物保壓取樣器”,該結構通過設計的球閥結構使進入巖心管的水合物樣品在
提升過程中保持原位的壓力。中國專利申請號為:CN2008100504760,名稱為“天然氣水合物
孔底冷凍取樣器及其取樣方法”,該結構通過提供一種通過外部冷源在孔底降低水合物巖
芯溫度來抑制水合物分解,采用主動式降溫的方法降低水合物臨界分解壓力,無需保壓,從
而實現被動式降壓維持水合物穩定的天然氣水合物孔底冷凍取樣器。

由于天然氣水合物巖心是由鉆頭的機械式回轉切削而成,高速回轉的鉆頭與水合
物儲層摩擦生熱會導致天然氣水合物受熱分解,影響了天然氣水合物的保真度,并且鉆桿
體回轉帶來的震動會影響內部機構工作的穩定性,造成孔內事故。

發明內容

本發明的目的是要解決上述現有的取樣裝置由于高速回轉的鉆頭與水合物儲層
摩擦生熱,導致天然氣水合物受熱分解,影響天然氣水合物巖心的保真度,并且鉆桿體回轉
帶來的震動影響內部機構工作的穩定性,造成孔內事故等問題,而提供一種用于海洋天然
氣水合物勘探的單動旋轉取樣鉆具。

本發明是由雙壁鉆桿、單動機構和旋轉噴嘴缸體組成,單動機構設置在雙壁鉆桿
環空內,旋轉噴嘴缸體鑲嵌單動機構上;

雙壁鉆桿包括外管和內管,內管設置在外管內,雙壁鉆桿具有中心通道和高壓水
輸送通道,外管上具有入水口;

單動機構包括外止推軸承上蓋、內止推軸承上蓋、內止推軸承下蓋和外止推軸承
下蓋,外止推軸承上蓋密封連接在外管內壁,內止推軸承上蓋密封連接在內管外壁,外止推
軸承下蓋固定連接在外管內壁,內止推軸承下蓋固定連接在內管外壁,外止推軸承上蓋和
內止推軸承上蓋與旋轉噴嘴缸體之間為固定連接,內止推軸承下蓋和外止推軸承下蓋與旋
轉噴嘴缸體之間為密封連接;

旋轉噴嘴缸體具有限位座和流道,流道傾斜角a為10°-15°。

本發明的工作原理和過程:

工作時,巖心管插入中心通道內,高壓低溫水通過入水口進入雙壁鉆桿的高壓水
輸送通道,沿高壓水輸送通道到達旋轉噴嘴缸體的流道口處,旋轉噴嘴缸體在限位座的作
用下與單動機構無法脫離,外止推軸承上蓋可以在外管內壁上做回轉運動,內止推軸承上
蓋可以在內管外壁上做回轉運動,旋轉噴嘴缸體分別可以繞外止推軸承下蓋和內止推軸承
下蓋做回轉運動,高壓水射流通過流道,流道傾斜角a為10°-15°,形成具有一定噴射角度的
高壓水射流,具有一定角度高壓水射流對旋轉噴嘴缸體施加一個沿旋轉噴嘴缸體周向的
力,使旋轉噴嘴缸體旋轉,同時帶動內止推軸承上蓋及外止推軸承上蓋一起旋轉,形成旋轉
的高壓低溫射流回轉切削水合物地層,雙壁鉆桿底部設置有硬質合金塊以防止在鉆具接觸
到孔底后發生憋壓,同時也起到修整井壁的作用。

本發明的有益效果:

本發明結構簡單,使用方便,解決了高速回轉的鉆頭與地層之間摩擦生熱而導致
的水合物分解問題,在保證了高效鉆進的同時實現了鉆桿柱不回轉,有效減少回轉帶來的
震動,有效保證井壁穩定,減少井內事故的發生。

附圖說明

圖1是本發明的剖視圖。

圖2是本發明旋轉噴嘴缸體的俯視圖。

圖3是本發明旋轉噴嘴缸體A-A的剖視圖。

具體實施方式

請參閱圖1、圖2和圖3所示,本發明是由雙壁鉆桿1、單動機構2和旋轉噴嘴缸體3組
成,單動機構2設置在雙壁鉆桿1環空內,旋轉噴嘴缸體3鑲嵌單動機構2上;

雙壁鉆桿1包括外管13和內管14,內管14設置在外管13內,雙壁鉆桿1具有中心通
道11和高壓水輸送通道12,外管13上具有入水口131;

單動機構2包括外止推軸承上蓋21、內止推軸承上蓋22、內止推軸承下蓋23和外止
推軸承下蓋24,外止推軸承上蓋21密封連接在外管13內壁,內止推軸承上蓋22密封連接在
內管14外壁,外止推軸承下蓋24固定連接在外管12內壁,內止推軸承下蓋23固定連接在內
管14外壁,外止推軸承上蓋21和內止推軸承上蓋22與旋轉噴嘴缸體3之間為固定連接,內止
推軸承下蓋23和外止推軸承下蓋24與旋轉噴嘴缸體3之間為密封連接;

旋轉噴嘴缸體3具有限位座31和流道32,流道32傾斜角a為10°-15°。

本發明的工作原理和過程:

請參閱圖1、圖2和圖3所示,工作時,巖心管插入中心通道11內,高壓低溫水通過入
水口131進入雙壁鉆桿的高壓水輸送通道12,沿高壓水輸送通道12到達旋轉噴嘴缸體3的流
道口33處,旋轉噴嘴缸體3在限位座31的作用下與單動機構2無法脫離,外止推軸承上蓋21
可以在外管13內壁上做回轉運動,內止推軸承上蓋22可以在內管14外壁上做回轉運動,旋
轉噴嘴缸體3分別可以繞外止推軸承下蓋24和內止推軸承下蓋23做回轉運動,高壓水射流
通過流道32,流道32傾斜角度為10°-15°,形成具有一定噴射角度的高壓水射流,具有一定
角度高壓水射流對旋轉噴嘴缸體3施加一個沿旋轉噴嘴缸體3周向的力,使旋轉噴嘴缸體3
旋轉,同時帶動內止推軸承上蓋22及外止推軸承上蓋21一起旋轉,形成旋轉的高壓低溫射
流回轉切削水合物地層,雙壁鉆桿1底部設置有硬質合金塊5以防止在鉆具接觸到孔底后發
生憋壓,同時也起到修整井壁的作用。

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一種 用于 海洋 天然氣 水合物 勘探 旋轉 取樣
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