申請(qǐng)?zhí)枺?01710300564.0
　　申請(qǐng)人：吉林大學(xué)
　　發(fā)明人：楊陽(yáng) 達(dá)拉拉伊 范曉鵬 曹品魯 張楠 王如生 宮達(dá) 劉剛 劉安 李梟

　　摘要： 本發(fā)明公開(kāi)了一種極地冰下基巖熱水取心鉆進(jìn)方法及裝置，裝置包括熱水管、電纜、電纜終端、觸底檢測(cè)機(jī)構(gòu)、分水接頭、反扭裝置、電氣艙、巖屑管、螺桿馬達(dá)及下部雙管鉆具和鉆頭；方法是采用熱水作為動(dòng)力介質(zhì)驅(qū)動(dòng)孔底鉆具回轉(zhuǎn)進(jìn)而完成基巖取心鉆進(jìn)，熱水采用管路輸送至孔底鉆具，同時(shí)采用電纜為鉆具內(nèi)傳感器及通訊模塊進(jìn)行供電，并實(shí)現(xiàn)地表對(duì)孔內(nèi)鉆進(jìn)參數(shù)的監(jiān)測(cè)；巖石鉆進(jìn)鉆頭通過(guò)回轉(zhuǎn)磨削向下鉆進(jìn)，同時(shí)鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖屑被熱水帶離孔底，并沿鉆具與孔壁環(huán)狀間隙上返；本發(fā)明很好地解決了極地冰下基巖快速取心鉆探技術(shù)難題，通過(guò)與熱水鉆相結(jié)合，可快速鉆穿冰蓋到達(dá)冰下基巖界面，并更換基巖熱水取心鉆具完成巖心取樣鉆進(jìn)。 　　主權(quán)利要求：1.一種極地冰下基巖熱水取心鉆進(jìn)方法，該方法是：采用熱水作為動(dòng)力介質(zhì)驅(qū)動(dòng)孔底鉆具回轉(zhuǎn)進(jìn)而完成基巖取心鉆進(jìn)，孔底動(dòng)力裝置可為螺桿馬達(dá)或渦輪馬達(dá)，熱水采用管路輸送至孔底鉆具，同時(shí)采用電纜為鉆具內(nèi)傳感器及通訊模塊進(jìn)行供電，并實(shí)現(xiàn)地表對(duì)孔內(nèi)鉆進(jìn)參數(shù)的監(jiān)測(cè)；巖石鉆進(jìn)鉆頭采用仿生金剛石鉆頭，通過(guò)回轉(zhuǎn)磨削向下鉆進(jìn)，同時(shí)鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖屑被熱水帶離孔底，并沿鉆具與孔壁環(huán)狀間隙上返，鉆具上方設(shè)計(jì)由專(zhuān)門(mén)的巖屑收集裝置，該裝置利用流體力學(xué)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，巖屑收集裝置上部鉆具直徑變小，當(dāng)攜帶有巖屑的熱水流經(jīng)巖屑收集裝置，熱水流速降低，巖屑依靠重力下落至巖屑收集裝置內(nèi)，在鉆具上方設(shè)計(jì)反扭裝置，防止上部鉆具在鉆頭鉆進(jìn)時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
　　2.一種極地冰層熱水取心鉆進(jìn)裝置，其特征在于：包括熱水管(1)、電纜(2)、電纜終端(3)、觸底檢測(cè)機(jī)構(gòu)(4)、分水接頭(5)、反扭裝置(6)、電氣艙(12)、巖屑管(13)、螺桿馬達(dá)(15)及下部雙管鉆具和鉆頭(28)，熱水管(1)和電纜(2)捆綁一起下放，熱水管(1)為熱水通道，地表熱水通過(guò)熱水管(1)送至鉆具，電纜(2)為鉆具提供電力，并完成地表與鉆具的信號(hào)通訊；電纜終端(3)用于連接電纜(2)與鉆具，觸底檢測(cè)機(jī)構(gòu)(4)安裝有位移傳感器和彈簧機(jī)構(gòu)，通過(guò)位移傳感器檢測(cè)彈簧壓縮量，從而計(jì)算得出電纜(2)承受的拉力值，當(dāng)電纜(2)上承受拉力等于重力時(shí)，表明鉆具處于懸吊狀態(tài)，當(dāng)電纜(2)上承受拉力小于重力時(shí)，說(shuō)明鉆具已經(jīng)到達(dá)孔底，此時(shí)即可通水進(jìn)行鉆進(jìn)；分水接頭(5)與熱水管(1)相連，用于將熱水管(1)中熱水導(dǎo)入鉆具內(nèi)部；反扭裝置(6)為板狀反扭類(lèi)型，沿徑向均布三根矩形反扭板，每根反扭板由反扭片(8)和熱熔片(9)組成，熱熔片(9)內(nèi)埋置有加熱元件(10)，加熱元件(10)通過(guò)加熱元件電纜(11)與電氣艙(12)相連；反扭片(8)和熱熔片(9)分別采用螺釘(7)固定在反鈕裝置外管上；電氣艙(12)為耐高壓密封艙，內(nèi)部填充常壓空氣，鉆具內(nèi)信號(hào)采集及通訊模塊均安裝在電氣艙(12)內(nèi)，且安裝有溫度和壓力傳感器，用于對(duì)鉆具內(nèi)熱水溫度和水壓進(jìn)行檢測(cè)；巖屑管固定座(14)與反扭裝置(6)相連，巖屑管(13)通過(guò)螺紋連接在巖屑管固定座(14)上；螺桿馬達(dá)(15)為鉆具回轉(zhuǎn)動(dòng)力源，螺桿馬達(dá)(15)外殼與巖屑管固定座(14)相連，在鉆進(jìn)時(shí)保持不轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿馬達(dá)內(nèi)螺桿在熱水驅(qū)動(dòng)下回轉(zhuǎn)并通過(guò)螺桿馬達(dá)輸出軸(16)與下部鉆具相連，驅(qū)動(dòng)下部鉆具和鉆頭(28)回轉(zhuǎn)切削完成鉆進(jìn)取樣；螺桿馬達(dá)(15)具有外管(17)；下部鉆具包括旋轉(zhuǎn)接頭(19)、密封圈(20)、軸承(21)、軸承擋環(huán)(22)、單動(dòng)接頭(23)、鎖緊螺母(24)、單向球閥(25)、鉆具外管(26)和巖心管(27)，旋轉(zhuǎn)接頭(19)上部通過(guò)平鍵(18)與螺桿馬達(dá)輸出軸(16)相連，鉆具外管(26)通過(guò)螺紋與旋轉(zhuǎn)接頭(19)連接，螺桿馬達(dá)輸出軸(16)、旋轉(zhuǎn)接頭(19)、鉆具外管(26)和鉆頭(28)保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)；巖心管(27)通過(guò)螺紋與單動(dòng)接頭(23)相連，單動(dòng)接頭(23)內(nèi)由兩套軸承(21)與旋轉(zhuǎn)接頭(19)心軸配合，兩套軸承(21)之間由軸承檔環(huán)(22)進(jìn)行限位；密封圈(20)可保證熱水不會(huì)從單動(dòng)接頭(23)和旋轉(zhuǎn)接頭(19)之間間隙進(jìn)入冰心管；旋轉(zhuǎn)接頭(19)下部加工由螺紋，通過(guò)鎖緊螺母(24)可實(shí)現(xiàn)對(duì)單動(dòng)接頭(23)的限位；鉆頭(28)通過(guò)螺紋連接在鉆具外管(26)底部。