[发明专利]一种冰层钻进用铠装电缆式电动机械双管取心钻具

说明书

技术领域

本发明涉及一种双管取心钻具，特别涉及一种冰层钻进用铠装电缆式电动机械双管取心钻具。

背景技术

目前，地球南北两极不仅是全球变化的驱动器，而且是全球变化的冷源，在全球气候变化研究中起着不可替代的关键作用。由于极地冰盖温度低、气候条件恶劣，并远离人类污染，同其它气候代用指标相比，极地冰心具有信息量大、保真度好、时间分辨率高、时间尺度范围大、分布面积广等特点，因此极地冰盖已成为全球气候变化研究最为关键的地区之一。而开展深冰心钻探项目、获取高质量冰心是从事上述科学研究的重要保障，对人类社会发展和自然界认知具有重要的科学意义和社会价值。受恶劣气候及地表冰雪环境的影响，极地钻探取心较为复杂。铠装电缆式电动机械取心钻进技术因其具有钻具质量轻、消耗功率低、钻进效率高等优点，在极地深冰心钻探中得到了广泛应用。然而采用该方法时，钻井液从水泵排出后，经钻具与孔壁之间的环形间隙下行，经钻头底唇面进入中心通道上返。受内置水泵工作参数的制约，钻井液在钻头底唇面附近的流动速度较低。当钻至暖冰层时，由于冰层温度较高，回转切削产生的热量使冰屑处于融化或半融化状态，冰屑粘附聚结成团，钻井液流速不足以将冰屑及时带离孔底，导致冰屑粘附在钻头切削具或钻头其它局部位置，影响钻进效率，并影响钻井液流通，循环进一步恶化，冰屑堆积在孔底，卡钻风险大幅度增加。因此，如何提高冰屑携带效率、避免冰屑在孔底粘附堆积，从而降低卡钻等复杂事故风险，已成为极地深冰心钻探工程铠装电缆式电动机械钻具急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是为了提高冰屑携带效率，从而避免冰屑在孔底堆积，避免或降低卡钻风险而提供的一种冰层钻进用铠装电缆式电动机械双管取心钻具。

本发明提供的冰层钻进用铠装电缆式电动机械双管取心钻具包括有电缆终端、反扭装置、压力舱、驱动电机、变速系统和双管取心系统，其中电缆终端设置在钻具本体的顶端，反扭装置、压力舱、驱动电机、变速系统和双管取心系统依次设在电缆终端的下部，驱动电机驱动变速系统和双管取心系统工作，双管取心系统是由冰心管、外管和冰钻钻头组成，其中冰心管插设在外管内，冰钻钻头连接在冰心管和外管的底部，冰心管内腔的上部设置有冰屑室，冰钻钻头的内腔与冰心管下部内腔和冰屑室的内腔依次相连通，冰心管顶端的侧壁上开设有通孔，外管的内壁与冰心管外壁之间形成有输液道，冰钻钻头的周圈开设有喷嘴，喷嘴的进口与输液道下端的出口相连通，冰钻钻头的内腔、冰心管下部内腔、冰屑室内腔、冰心管上端侧壁上的通孔、外管与冰心管之间的输液道和冰钻钻头上的喷嘴形成一循环通道。

电缆终端和反扭装置之间装配有滑环。

冰心管顶端设置通孔的位置处装配有水泵，水泵与驱动电机连接并由驱动电机驱动进行工作。

冰屑室的内管壁由滤网围设而成。

外管内壁与冰心管外壁之间设置有固定架或轴承，固定架或轴承中间开设有通口与输液道相连通。

冰钻钻头周圈喷嘴的直径为3-5mm，喷嘴的喷口对应冰钻钻头上切削具的前刀面的位置处。

上述的电缆终端、滑环、反扭装置、压力舱、驱动电机、变速系统、冰钻钻头和水泵均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进一步进行赘述。

本发明的工作原理：

回转钻进时，铠装电缆将地表动力输送到电动机械钻具内驱动电机工作。驱动电机经过变速系统带动双管取心系统回转。当外管与冰心管之间装配有固定架组成双动双管钻具时，双管取心系统的外管和冰心管同时回转，并带动冰钻钻头切削冰层，实现钻进。当外管与冰心管之间装配有轴承组成单动双管钻具时，双管取心系统的外管回转并带动冰钻钻头切削冰层，冰心管不回转，减小对冰心的扰动，并降低钻井液在冰心管、冰屑室内的循环压耗。驱动电机同时驱动水泵工作，钻井液经冰心管上端的通孔进入外管与冰心管之间的输液道下行，经冰钻钻头上的喷嘴高速喷出，形成高速射流，对切削具进行冷却并冲击携带冰屑，可减小冰屑尺寸，有效防止冰屑聚结成团，并及时将冰屑带离孔底。随后，钻井液经冰钻钻头、冰心管与冰心之间的环形间隙上返至冰屑室。钻井液经过冰屑室内管上的滤网排出，被水泵抽吸形成循环。在滤网作用下，冰屑滞留在冰屑室内，待钻进回次结束后提至地表处理。回次结束时，冰钻钻头上的冰心卡断器将冰心卡断，冰心留在冰心管内，钻具提至地表后与冰屑一起处理。

本发明的有益效果：