一種冰層鉆進用鎧裝電纜式電動機械雙管取心鉆具制造技術(shù)

本實用新型專利技術(shù)公開了一種冰層鉆進用鎧裝電纜式電動機械雙管取心鉆具，包括有電纜終端、反扭裝置、壓力艙、驅(qū)動電機、變速系統(tǒng)和雙管取心系統(tǒng)，其中電纜終端設(shè)置在鉆具本體的頂端，反扭裝置、壓力艙、驅(qū)動電機、變速系統(tǒng)和雙管取心系統(tǒng)依次設(shè)在電纜終端的下部，驅(qū)動電機驅(qū)動變速系統(tǒng)和雙管取心系統(tǒng)工作，雙管取心系統(tǒng)是由冰心管、外管和冰鉆鉆頭組成，其中冰心管插設(shè)在外管內(nèi)，冰鉆鉆頭連接在冰心管和外管的底部，冰心管內(nèi)腔的上部設(shè)置有冰屑室，冰鉆鉆頭的內(nèi)腔與冰心管下部內(nèi)腔和冰屑室的內(nèi)腔依次相連通，有益效果：提高了鉆井液孔底流速，冰屑攜帶效率增強，能夠有效避免冰屑在孔底的堆積及在鉆頭上的粘附，降低了卡鉆等復(fù)雜事故的風險。

Armoured cable type electric mechanical double pipe coring drilling tool for ice drilling

The utility model discloses an armored electric machinery double pipe coring tool for ice drilling, including cable terminal, reverse torsion device, pressure tank, driving motor, transmission system and double tube coring system, in which the cable terminal is set at the top of the drilling tool, the reverse torsion loading, the pressure chamber, the driving motor, the transmission system. The system and the double tube coring system are located in the lower part of the cable terminal, driving the motor drive transmission system and the double tube coring system. The double tube coring system consists of the ice core tube, the outer tube and the ice drill bit, in which the ice core tube is inserted in the outer tube, the ice drill bit is connected to the bottom of the ice core tube and the outer tube, and the upper part of the inner chamber of the ice core tube. The inner cavity of the ice drill bit is connected with the inner cavity of the ice core tube and the ice chip chamber in turn. It is beneficial to improve the flow velocity at the bottom of the drilling fluid, increase the efficiency of the ice chip carrying efficiency, effectively avoid the accumulation of ice debris at the bottom of the hole and the adhesion on the drill bit, and reduce the risk of complex accidents such as the drill.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種冰層鉆進用鎧裝電纜式電動機械雙管取心鉆具
本技術(shù)涉及一種雙管取心鉆具，特別涉及一種冰層鉆進用鎧裝電纜式電動機械雙管取心鉆具。
技術(shù)介紹
目前，地球南北兩極不僅是全球變化的驅(qū)動器，而且是全球變化的冷源，在全球氣候變化研究中起著不可替代的關(guān)鍵作用。由于極地冰蓋溫度低、氣候條件惡劣，并遠離人類污染，同其它氣候代用指標相比，極地冰心具有信息量大、保真度好、時間分辨率高、時間尺度范圍大、分布面積廣等特點，因此極地冰蓋已成為全球氣候變化研究最為關(guān)鍵的地區(qū)之一。而開展深冰心鉆探項目、獲取高質(zhì)量冰心是從事上述科學研究的重要保障，對人類社會發(fā)展和自然界認知具有重要的科學意義和社會價值。受惡劣氣候及地表冰雪環(huán)境的影響，極地鉆探取心較為復(fù)雜。鎧裝電纜式電動機械取心鉆進技術(shù)因其具有鉆具質(zhì)量輕、消耗功率低、鉆進效率高等優(yōu)點，在極地深冰心鉆探中得到了廣泛應(yīng)用。然而采用該方法時，鉆井液從水泵排出后，經(jīng)鉆具與孔壁之間的環(huán)形間隙下行，經(jīng)鉆頭底唇面進入中心通道上返。受內(nèi)置水泵工作參數(shù)的制約，鉆井液在鉆頭底唇面附近的流動速度較低。當鉆至暖冰層時，由于冰層溫度較高，回轉(zhuǎn)切削產(chǎn)生的熱量使冰屑處于融化或半融化狀態(tài)，冰屑粘附聚結(jié)成團，鉆井液流速不足以將冰屑及時帶離孔底，導(dǎo)致冰屑粘附在鉆頭切削具或鉆頭其它局部位置，影響鉆進效率，并影響鉆井液流通，循環(huán)進一步惡化，冰屑堆積在孔底，卡鉆風險大幅度增加。因此，如何提高冰屑攜帶效率、避免冰屑在孔底粘附堆積，從而降低卡鉆等復(fù)雜事故風險，已成為極地深冰心鉆探工程鎧裝電纜式電動機械鉆具急需解決的技術(shù)難題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的是為了提高冰屑攜帶效率，從而避免冰屑在孔底堆積，避免或降低卡鉆風險而提供的一種冰層鉆進用鎧裝電纜式電動機械雙管取心鉆具。本技術(shù)提供的冰層鉆進用鎧裝電纜式電動機械雙管取心鉆具包括有電纜終端、反扭裝置、壓力艙、驅(qū)動電機、變速系統(tǒng)和雙管取心系統(tǒng)，其中電纜終端設(shè)置在鉆具本體的頂端，反扭裝置、壓力艙、驅(qū)動電機、變速系統(tǒng)和雙管取心系統(tǒng)依次設(shè)在電纜終端的下部，驅(qū)動電機驅(qū)動變速系統(tǒng)和雙管取心系統(tǒng)工作，雙管取心系統(tǒng)是由冰心管、外管和冰鉆鉆頭組成，其中冰心管插設(shè)在外管內(nèi)，冰鉆鉆頭連接在冰心管和外管的底部，冰心管內(nèi)腔的上部設(shè)置有冰屑室，冰鉆鉆頭的內(nèi)腔與冰心管下部內(nèi)腔和冰屑室的內(nèi)腔依次相連通，冰心管頂端的側(cè)壁上開設(shè)有通孔，外管的內(nèi)壁與冰心管外壁之間形成有輸液道，冰鉆鉆頭的周圈開設(shè)有噴嘴，噴嘴的進口與輸液道下端的出口相連通，冰鉆鉆頭的內(nèi)腔、冰心管下部內(nèi)腔、冰屑室內(nèi)腔、冰心管上端側(cè)壁上的通孔、外管與冰心管之間的輸液道和冰鉆鉆頭上的噴嘴形成一循環(huán)通道。電纜終端和反扭裝置之間裝配有滑環(huán)。冰心管頂端設(shè)置通孔的位置處裝配有水泵，水泵與驅(qū)動電機連接并由驅(qū)動電機驅(qū)動進行工作。冰屑室的內(nèi)管壁由濾網(wǎng)圍設(shè)而成。外管內(nèi)壁與冰心管外壁之間設(shè)置有固定架或軸承，固定架或軸承中間開設(shè)有通口與輸液道相連通。冰鉆鉆頭周圈噴嘴的直徑為3-5mm，噴嘴的噴口對應(yīng)冰鉆鉆頭上切削具的前刀面的位置處。上述的電纜終端、滑環(huán)、反扭裝置、壓力艙、驅(qū)動電機、變速系統(tǒng)、冰鉆鉆頭和水泵均為現(xiàn)有設(shè)備的組裝，因此，具體型號和規(guī)格沒有進一步進行贅述。本技術(shù)的工作原理：回轉(zhuǎn)鉆進時，鎧裝電纜將地表動力輸送到電動機械鉆具內(nèi)驅(qū)動電機工作。驅(qū)動電機經(jīng)過變速系統(tǒng)帶動雙管取心系統(tǒng)回轉(zhuǎn)。當外管與冰心管之間裝配有固定架組成雙動雙管鉆具時，雙管取心系統(tǒng)的外管和冰心管同時回轉(zhuǎn)，并帶動冰鉆鉆頭切削冰層，實現(xiàn)鉆進。當外管與冰心管之間裝配有軸承組成單動雙管鉆具時，雙管取心系統(tǒng)的外管回轉(zhuǎn)并帶動冰鉆鉆頭切削冰層，冰心管不回轉(zhuǎn)，減小對冰心的擾動，并降低鉆井液在冰心管、冰屑室內(nèi)的循環(huán)壓耗。驅(qū)動電機同時驅(qū)動水泵工作，鉆井液經(jīng)冰心管上端的通孔進入外管與冰心管之間的輸液道下行，經(jīng)冰鉆鉆頭上的噴嘴高速噴出，形成高速射流，對切削具進行冷卻并沖擊攜帶冰屑，可減小冰屑尺寸，有效防止冰屑聚結(jié)成團，并及時將冰屑帶離孔底。隨后，鉆井液經(jīng)冰鉆鉆頭、冰心管與冰心之間的環(huán)形間隙上返至冰屑室。鉆井液經(jīng)過冰屑室內(nèi)管上的濾網(wǎng)排出，被水泵抽吸形成循環(huán)。在濾網(wǎng)作用下，冰屑滯留在冰屑室內(nèi)，待鉆進回次結(jié)束后提至地表處理。回次結(jié)束時，冰鉆鉆頭上的冰心卡斷器將冰心卡斷，冰心留在冰心管內(nèi)，鉆具提至地表后與冰屑一起處理。本技術(shù)的有益效果：冰層鉆進用鎧裝電纜式電動機械取心鉆具底部取心鉆具系統(tǒng)雙管設(shè)計，在循環(huán)系統(tǒng)以下鉆具內(nèi)部形成環(huán)形空間，冰鉆鉆頭上設(shè)置有數(shù)個噴嘴。鉆井液從環(huán)形空間下行，經(jīng)鉆頭噴嘴時形成高速射流。高速射流直接作用在鉆頭切削具前刀面上，不但可以直接冷卻切削具，降低切削具溫度，而且射流沖擊力可將塑性較高的大尺寸冰屑折斷成小冰屑。此外，高速射流大幅度提高了切削具附近的鉆井液流速，其攜帶能力增強，利于及時將冰屑帶離孔底。當鉆具結(jié)構(gòu)為單動雙管取心鉆具時，內(nèi)管不隨鉆具旋轉(zhuǎn)，不但減小了鉆具對冰心的擾動，而且冰屑室、冰心管內(nèi)管不回轉(zhuǎn)，大幅度降低了鉆井液的循環(huán)壓耗，有利于提高水泵的流量，進一步提高了冰屑攜帶效果。因此，鎧裝電纜式電動機械雙管取心鉆具，大大改善了孔底流場，提高了鉆井液孔底流速，冰屑攜帶效率增強，能夠有效避免冰屑在孔底的堆積及在鉆頭上的粘附，降低了卡鉆等復(fù)雜事故的風險。附圖說明圖1為本技術(shù)所述鉆具整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本技術(shù)所述雙管取心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本技術(shù)所述冰鉆鉆頭剖視結(jié)構(gòu)示意圖。1、電纜終端2、反扭裝置3、壓力艙4、驅(qū)動電機5、變速系統(tǒng)6、雙管取心系統(tǒng)7、冰心管8、外管9、冰鉆鉆頭10、冰屑室11、通孔12、輸液道13、噴嘴14、滑環(huán)15、水泵16、濾網(wǎng)17、固定架18、軸承19、切削具的前刀面。具體實施方式請參閱圖1至圖3所示：本技術(shù)提供的冰層鉆進用鎧裝電纜式電動機械雙管取心鉆具包括有電纜終端1、反扭裝置2、壓力艙3、驅(qū)動電機4、變速系統(tǒng)5和雙管取心系統(tǒng)6，其中電纜終端1設(shè)置在鉆具本體的頂端，反扭裝置2、壓力艙3、驅(qū)動電機4、變速系統(tǒng)5和雙管取心系統(tǒng)6依次設(shè)在電纜終端1的下部，驅(qū)動電機4驅(qū)動變速系統(tǒng)5和雙管取心系統(tǒng)6工作，雙管取心系統(tǒng)6是由冰心管7、外管8和冰鉆鉆頭9組成，其中冰心管7插設(shè)在外管8內(nèi)，冰鉆鉆頭9連接在冰心管7和外管8的底部，冰心管7內(nèi)腔的上部設(shè)置有冰屑室10，冰鉆鉆頭9的內(nèi)腔與冰心管7下部內(nèi)腔和冰屑室10的內(nèi)腔依次相連通，冰心管7頂端的側(cè)壁上開設(shè)有通孔11，外管8的內(nèi)壁與冰心管7外壁之間形成有輸液道12，冰鉆鉆頭9的周圈開設(shè)有噴嘴13，噴嘴13的進口與輸液道12下端的出口相連通，冰鉆鉆頭9的內(nèi)腔、冰心管7下部內(nèi)腔、冰屑室10內(nèi)腔、冰心管7上端側(cè)壁上的通孔11、外管8與冰心管7之間的輸液道12和冰鉆鉆頭9上的噴嘴13形成一循環(huán)通道。電纜終端1和反扭裝置2之間裝配有滑環(huán)14。冰心管7頂端設(shè)置通孔11的位置處裝配有水泵15，水泵15與驅(qū)動電機4連接并由驅(qū)動電機4驅(qū)動進行工作。冰屑室10的內(nèi)管壁由濾網(wǎng)16圍設(shè)而成。外管8內(nèi)壁與冰心管7外壁之間設(shè)置有固定架17或軸承18，固定架17或軸承18中間開設(shè)有通口與輸液道12相連通。冰鉆鉆頭9周圈噴嘴13的直徑為3-5mm，噴嘴13的噴口對應(yīng)冰鉆鉆頭9上切削具的前刀面19的位置處。上述的電纜終端1、滑環(huán)14、反扭裝置2、壓力艙3、驅(qū)動電機4本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種冰層鉆進用鎧裝電纜式電動機械雙管取心鉆具，其特征在于：包括有電纜終端、反扭裝置、壓力艙、驅(qū)動電機、變速系統(tǒng)和雙管取心系統(tǒng)，其中電纜終端設(shè)置在鉆具本體的頂端，反扭裝置、壓力艙、驅(qū)動電機、變速系統(tǒng)和雙管取心系統(tǒng)依次設(shè)在電纜終端的下部，驅(qū)動電機驅(qū)動變速系統(tǒng)和雙管取心系統(tǒng)工作，雙管取心系統(tǒng)是由冰心管、外管和冰鉆鉆頭組成，其中冰心管插設(shè)在外管內(nèi)，冰鉆鉆頭連接在冰心管和外管的底部，冰心管內(nèi)腔的上部設(shè)置有冰屑室，冰鉆鉆頭的內(nèi)腔與冰心管下部內(nèi)腔和冰屑室的內(nèi)腔依次相連通，冰心管頂端的側(cè)壁上開設(shè)有通孔，外管的內(nèi)壁與冰心管外壁之間形成有輸液道，冰鉆鉆頭的周圈開設(shè)有噴嘴，噴嘴的進口與輸液道下端的出口相連通，冰鉆鉆頭的內(nèi)腔、冰心管下部內(nèi)腔、冰屑室內(nèi)腔、冰心管上端側(cè)壁上的通孔、外管與冰心管之間的輸液道和冰鉆鉆頭上的噴嘴形成一循環(huán)通道。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種冰層鉆進用鎧裝電纜式電動機械雙管取心鉆具，其特征在于：包括有電纜終端、反扭裝置、壓力艙、驅(qū)動電機、變速系統(tǒng)和雙管取心系統(tǒng)，其中電纜終端設(shè)置在鉆具本體的頂端，反扭裝置、壓力艙、驅(qū)動電機、變速系統(tǒng)和雙管取心系統(tǒng)依次設(shè)在電纜終端的下部，驅(qū)動電機驅(qū)動變速系統(tǒng)和雙管取心系統(tǒng)工作，雙管取心系統(tǒng)是由冰心管、外管和冰鉆鉆頭組成，其中冰心管插設(shè)在外管內(nèi)，冰鉆鉆頭連接在冰心管和外管的底部，冰心管內(nèi)腔的上部設(shè)置有冰屑室，冰鉆鉆頭的內(nèi)腔與冰心管下部內(nèi)腔和冰屑室的內(nèi)腔依次相連通，冰心管頂端的側(cè)壁上開設(shè)有通孔，外管的內(nèi)壁與冰心管外壁之間形成有輸液道，冰鉆鉆頭的周圈開設(shè)有噴嘴，噴嘴的進口與輸液道下端的出口相連通，冰鉆鉆頭的內(nèi)腔、冰心管...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曹品魯，陳卓，陳寶義，劉苗苗，趙齊，王如生，范曉鵬，楊陽，
申請(專利權(quán))人：吉林大學，
類型：新型
國別省市：吉林,22