一种用于海洋天然气水合物勘探的单动旋转取样钻具的制作方法

本发明涉及一种取样钻具，特别涉及一种用于海洋天然气水合物勘探的单动旋转取样钻具。

背景技术：

天然气水合物又称固态甲烷，它是由天然气与水所组成，呈固体状态,其外貌极象冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，因此有人称其为“可燃冰”、“气冰”、“固体瓦斯”。天然气水合物的结晶格架主要是由水分子所构成，在不同的低温高压条件下，水分子结晶形成不同类型的多面笼形结构。据估计，全球海底天然气水合物中甲烷资源量约为2.16×10¹⁶m3，甲烷中的碳总量相当于当前已知煤、石油和天然气等化石燃料总资源量的两倍。目前，已经发现的天然气水合物矿藏主要分布在海底以下0m-1500m的松散沉积层中，天然气水合物有可能成为继页岩气、煤层气、油砂等之后的又一储量巨大的接替能源。

目前发现的水合物主要以四种形态存在，分别为砂岩型、砂岩裂隙型、细粒裂隙型水合物、分散型水合物。目前细粒裂隙型水合物、分散型水合物总量大，具有埋深浅、胶结性差等特点。

现有取样技术文献的检索发现，中国专利申请号为CN201210344300.2，名称为“一种天然气水合物保压取样器”，该结构通过设计的球阀结构使进入岩心管的水合物样品在提升过程中保持原位的压力。中国专利申请号为：CN2008100504760，名称为“天然气水合物孔底冷冻取样器及其取样方法”，该结构通过提供一种通过外部冷源在孔底降低水合物岩芯温度来抑制水合物分解，采用主动式降温的方法降低水合物临界分解压力，无需保压，从而实现被动式降压维持水合物稳定的天然气水合物孔底冷冻取样器。

由于天然气水合物岩心是由钻头的机械式回转切削而成，高速回转的钻头与水合物储层摩擦生热会导致天然气水合物受热分解，影响了天然气水合物的保真度，并且钻杆体回转带来的震动会影响内部机构工作的稳定性，造成孔内事故。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决上述现有的取样装置由于高速回转的钻头与水合物储层摩擦生热，导致天然气水合物受热分解，影响天然气水合物岩心的保真度，并且钻杆体回转带来的震动影响内部机构工作的稳定性，造成孔内事故等问题，而提供一种用于海洋天然气水合物勘探的单动旋转取样钻具。

本发明是由双壁钻杆、单动机构和旋转喷嘴缸体组成，单动机构设置在双壁钻杆环空内，旋转喷嘴缸体镶嵌单动机构上；

双壁钻杆包括外管和内管，内管设置在外管内，双壁钻杆具有中心通道和高压水输送通道，外管上具有入水口；

单动机构包括外止推轴承上盖、内止推轴承上盖、内止推轴承下盖和外止推轴承下盖，外止推轴承上盖密封连接在外管内壁，内止推轴承上盖密封连接在内管外壁，外止推轴承下盖固定连接在外管内壁，内止推轴承下盖固定连接在内管外壁，外止推轴承上盖和内止推轴承上盖与旋转喷嘴缸体之间为固定连接，内止推轴承下盖和外止推轴承下盖与旋转喷嘴缸体之间为密封连接；

旋转喷嘴缸体具有限位座和流道，流道倾斜角a为10°-15°。

本发明的工作原理和过程：

工作时，岩心管插入中心通道内，高压低温水通过入水口进入双壁钻杆的高压水输送通道，沿高压水输送通道到达旋转喷嘴缸体的流道口处，旋转喷嘴缸体在限位座的作用下与单动机构无法脱离，外止推轴承上盖可以在外管内壁上做回转运动，内止推轴承上盖可以在内管外壁上做回转运动，旋转喷嘴缸体分别可以绕外止推轴承下盖和内止推轴承下盖做回转运动，高压水射流通过流道，流道倾斜角a为10°-15°，形成具有一定喷射角度的高压水射流，具有一定角度高压水射流对旋转喷嘴缸体施加一个沿旋转喷嘴缸体周向的力，使旋转喷嘴缸体旋转，同时带动内止推轴承上盖及外止推轴承上盖一起旋转，形成旋转的高压低温射流回转切削水合物地层，双壁钻杆底部设置有硬质合金块以防止在钻具接触到孔底后发生憋压，同时也起到修整井壁的作用。

本发明的有益效果：

本发明结构简单，使用方便，解决了高速回转的钻头与地层之间摩擦生热而导致的水合物分解问题，在保证了高效钻进的同时实现了钻杆柱不回转，有效减少回转带来的震动，有效保证井壁稳定，减少井内事故的发生。

附图说明

图1是本发明的剖视图。

图2是本发明旋转喷嘴缸体的俯视图。

图3是本发明旋转喷嘴缸体A-A的剖视图。

具体实施方式

请参阅图1、图2和图3所示，本发明是由双壁钻杆1、单动机构2和旋转喷嘴缸体3组成，单动机构2设置在双壁钻杆1环空内，旋转喷嘴缸体3镶嵌单动机构2上；

双壁钻杆1包括外管13和内管14，内管14设置在外管13内，双壁钻杆1具有中心通道11和高压水输送通道12，外管13上具有入水口131；

单动机构2包括外止推轴承上盖21、内止推轴承上盖22、内止推轴承下盖23和外止推轴承下盖24，外止推轴承上盖21密封连接在外管13内壁，内止推轴承上盖22密封连接在内管14外壁，外止推轴承下盖24固定连接在外管12内壁，内止推轴承下盖23固定连接在内管14外壁，外止推轴承上盖21和内止推轴承上盖22与旋转喷嘴缸体3之间为固定连接，内止推轴承下盖23和外止推轴承下盖24与旋转喷嘴缸体3之间为密封连接；

旋转喷嘴缸体3具有限位座31和流道32，流道32倾斜角a为10°-15°。

本发明的工作原理和过程：

请参阅图1、图2和图3所示，工作时，岩心管插入中心通道11内，高压低温水通过入水口131进入双壁钻杆的高压水输送通道12，沿高压水输送通道12到达旋转喷嘴缸体3的流道口33处，旋转喷嘴缸体3在限位座31的作用下与单动机构2无法脱离，外止推轴承上盖21可以在外管13内壁上做回转运动，内止推轴承上盖22可以在内管14外壁上做回转运动，旋转喷嘴缸体3分别可以绕外止推轴承下盖24和内止推轴承下盖23做回转运动，高压水射流通过流道32，流道32倾斜角度为10°-15°，形成具有一定喷射角度的高压水射流，具有一定角度高压水射流对旋转喷嘴缸体3施加一个沿旋转喷嘴缸体3周向的力，使旋转喷嘴缸体3旋转，同时带动内止推轴承上盖22及外止推轴承上盖21一起旋转，形成旋转的高压低温射流回转切削水合物地层，双壁钻杆1底部设置有硬质合金块5以防止在钻具接触到孔底后发生憋压，同时也起到修整井壁的作用。