[发明专利]一种适用于极地冰盖钻进的装置及方法

说明书

本发明公开了一种适用于极地冰盖钻进的装置及方法，包括井下钻具、监测系统、高强内衬缆连续管柱、井口密封、井口压力表、连续管柱卷扬机、钻井液油水分离器、泥浆泵、钻井液管汇、钻井液储蓄罐和主机系统；本发明中的用于极地冰盖钻进的装置能够实现全面钻进工作和取心钻进工作，分为钻井液反循环工艺和钻井液正循环工艺；能够有效应对极地钻进的特殊需求，具有快速高效和轻量化的优点。

技术领域

本发明涉及钻探技术领域，特别是涉及一种适用于极地冰盖钻进的装置及方法。

背景技术

极地科学与技术是探寻地球系统及其变化的关键、是应对全球气候变化和提高防灾减灾能力的手段、是探测极地资源、保护极地生态环境的方法、是我国建设海洋强国、保障极地战略核心利益的需求。极地冰盖蕴藏着数百万年以来随降雪而保存的重要气候信息，地球大气中的灰尘和悬浮颗粒、可溶性化学元素通过气流沉积在冰盖上，并随空气被冰雪所覆盖，所以冰盖记录了全球气候变化、重大地质事件和人类活动影响引起的气候与环境变化历史。极地冰盖的冰心具有分辨率高、保真性好、时间序列长等优点，是研究地球系统环境、生物、物化过程的最佳媒介。因此，极地冰盖钻探技术是研究极地关键技术之一。由于特殊的地理位置和恶劣的自然环境，使得极地的平均温度在-50℃左右，导致常规的陆地钻探技术难以满足极地的特殊环境要求。此外，由于受到后勤保障能力的限制，极地科考的工作季平均为15-20天，这对极地钻探技术提出了新的要求，即快速高效和轻量化。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于极地冰盖钻进的装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够有效应对极地钻进的特殊需求，具有快速高效和轻量化的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种适用于极地冰盖钻进的装置，包括井下钻具、监测系统、高强内衬缆连续管柱、井口密封、井口压力表、连续管柱卷扬机、钻井液油水分离器、泥浆泵、钻井液管汇、钻井液储蓄罐和主机系统；

所述井下钻具顶部设置所述监测系统，所述监测系统连接所述高强内衬缆连续管柱的一端；

所述高强内衬缆连续管柱的另一端穿过设置于井口的所述井口密封后绕过所述连续管柱卷扬机并连接所述钻井液油水分离器的一端，所述钻井液油水分离器的另一端通过所述钻井液管汇连接所述钻井液储蓄罐，所述钻井液储蓄罐还通过管路连接所述泥浆泵的一端，所述泥浆泵的另一端通过管路与钻井的内部通道连通；

或，所述高强内衬缆连续管柱的另一端穿过设置于井口的所述井口密封后绕过所述连续管柱卷扬机并连接所述泥浆泵的一端，所述泥浆泵的另一端通过所述钻井液管汇连接所述钻井液储蓄罐，所述钻井液储蓄罐还通过管路连接所述钻井液油水分离器的一端，所述钻井液油水分离器的另一端通过管路与钻井的内部通道连通；

所述高强内衬缆连续管柱包括管体和线缆，所述管体的内通道穿设所述线缆的同时还为钻井液的循环通道，所述线缆为所述井下钻具、监测系统提供电力和信号传输；所述井口压力表用于检测井内压力，所述主机系统用于接收井下监测数据，并实时调整钻进参数。

优选地，所述井下钻具包括钻头、井下电机、反扭定向装置和可控加热短节，所述井下电机通过减速机驱动所述钻头工作，所述反扭定向装置为所述井下钻具提供反力以及当井孔偏斜时进行纠斜，所述可控加热短节用于防止所述井下钻具与井壁发生冻结粘连。

优选地，所述可控加热短节包括下短节、中短节和上短节，所述下短节设置于所述钻头与所述井下电机之间，所述中短节设置于所述井下电机与所述监测系统之间，所述监测系统的顶部设置所述反扭定向装置，所述上短节设置于所述反扭定向装置的顶部。

优选地，所述钻头为钻进钻头或取心钻头。

优选地，所述井口压力表安装于所述井口密封上。

优选地，所述监测系统与所述高强内衬缆连续管柱通过连接器连接。