一种绳索冲击式保温保压取样钻具的制作方法

本实用新型属于钻探领域，涉及一种绳索冲击式保温保压取样钻具，适用于陆地、湖泊、江河、海洋等天然气水合物钻探取样施工。

背景技术：

目前，天然气水合物在能源和环境方面所产生的重要影响而为世界许多国家所关注，由于我国天然气水合物储量丰富，如何实现含天然气水合物地层样品的有效勘查取样，对于我国的能源发展具有十分重要的战略意义。

在陆地、湖泊、江河、海洋等地域进行天然气水合物钻探取样施工，要求在取样过程中保持样品的地层压力和温度，常规取样器难以实现，目前国内的天然气水合物取样钻具存在保温保压样品采取率低及保温保压性能差的缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种能有效解决深海含天然气水合物地层的取样难题并保证样品温度压力的绳索冲击式保温保压取样钻具。为实现上述目的本实用新型采取的技术方案是：一种绳索冲击式保温保压取样钻具，包括取样内管总成,所述取样内管总成包括悬挂系统、液动锤冲击系统、差动系统、压力补偿系统、所述耐高压保温取样管总成、板阀密封系统以及样品保压管，悬挂系统、样品保压管及板阀密封系统依次连接成取样内管总成的外部机构，液动锤冲击系统、差动系统、压力补偿系统、耐高压保温取样管总成依次连接成取样内管总成的内部机构，耐高压保温取样管总成采用真空保温，在样品保压管内外表面涂覆纳米隔热保温涂料实现对样品的保温。

其中，所述板阀密封系统包括：板阀上端盖、板阀密封盖、驱动弹簧、板阀密封口和板阀下端盖，所述板阀上端盖、板阀密封口、板阀下端盖由上至下依次配合组装，其中板阀密封盖和驱动弹簧通过销轴连接在板阀密封口上端的板阀支架上，板阀密封盖可依靠驱动弹簧自行关闭，关闭的板阀密封系统和样品保压管形成一个密闭保压空间腔。

其中，耐高压保温取样管总成上部镶嵌有环形密封圈，取样时所述密封圈与样品保压管配合形成密闭保压空间腔上部密封，板阀密封系统与样品保压管配合形成密闭保压空间腔下部密封。

其中，所述压力补偿系统包括：蓄能器充气头、蓄能器高压腔、蓄能器下接头、压力补偿阀、测压接头、触发开关阀、节流阀和单向阀，上述所有部件由上至下依次配合组装。

其中，板阀密封系统耐高压，作为取样钻具的样品管密封机构，其材质为高强度不锈钢或合金钢，耐压范围为0-30Mpa，利用驱动弹簧作为自动关闭动力。

其中，所述差动系统包括差动上矛头、矛头锁、矛头锁座和剪切销钉，差动上矛头通过螺纹连接在液动锤冲击系统下部，矛头锁通过开口弹性销连接在矛头锁座上，剪切销钉通过螺纹安装在矛头锁座的剪切孔上，矛头锁座下端通过螺纹与蓄能器充气头上部连接。

其中，所述悬挂系统包括：悬挂环和悬挂管，悬挂环和悬挂管由上至下通过螺纹依次连接。

其中，还包括取样外管总成，所述取样外管总成包括钻杆接头、座环室、座环、座环联接头、外管、扶正器和PDC取芯钻头，上述所有部件由上至下依次连接，座环设置在座环室内，所述钻杆接头的上端通过螺纹与钻杆相连，所述取样内管总成悬挂系统坐落在外管总成的座环上，实现内管总成与外管总成的配合和定位。

本实用新型通过设计简单可靠的差动系统、压力补偿系统以及板阀密封系统，使天然气水合物保温保压取样成功率高，解决了天然气水合物勘查取样保温保压性能差、效率低的问题。

附图说明

图:本实用新型绳索冲击式保温保压取样钻具外管总成结构示意图；

图2:本实用新型绳索冲击式保温保压取样钻具外管总成；

图3:本实用新型绳索冲击式保温保压取样钻具内管总成结构示意图；

图4A:本实用新型绳索冲击式保温保压取样钻具板阀密封系统结构示意图；

图4B:本实用新型绳索冲击式保温保压取样钻具板阀关闭示意图；

图4C:本实用新型绳索冲击式保温保压取样钻具板阀打开示意图。

附图标记说明：

1-钻杆接头； 2-座环室； 3-座环；

4-座环联接头； 5-外管； 6-扶正器；

7-PDC取芯钻头； 8-绳索打捞系统； 9-悬挂系统；

10-液动锤冲击系统； 11-差动系统； 12-压力补偿系统；

13-耐高压保温取样管总成； 14-板阀密封系统；

15-绳索打捞矛头； 16-矛头座； 17-连接座；

18-导向管； 19-悬挂环； 20-悬挂管；

21-差动上矛头； 22-矛头锁； 23-矛头锁座；

24-剪切销钉； 25-蓄能器充气头； 26-蓄能器高压腔；

27-蓄能器下接头； 28-压力补偿阀； 29-测压接头；

30-触发开关阀； 31-节流阀； 32-单向阀；

33-样品保压管； 34-板阀上端盖； 35-板阀密封盖；

36-驱动弹簧； 37-板阀密封口； 38-板阀下端盖。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行具体说明。

图1所示的本实用新型的绳索冲击式保温保压取样钻具，由取样外管总成及设置在所述取样外管总成内的取样内管总成构成。

如图1、2所示，取样外管总成包括由上至下依次排列的钻杆接头1、座环室2、座环联接头4、外管5、扶正器6和PDC取芯钻头7，上述各组成件均为管状，且相邻各件通过螺纹相互连接。座环室2内的台阶支撑面上放置座环3，钻杆接头的上端与钻杆螺纹连接。

如图3所示，本实用新型的取样内管总成包括绳索打捞系统8、悬挂系统9、液动锤冲击系统10、差动系统11、压力补偿系统12、耐高压保温取样管总成13、板阀密封系统14，其中绳索打捞矛头15、矛头座16、连接座17、导向管18构成绳索打捞系统8，打捞矛头15通过开口弹性销连接在矛头座16上，矛头座16、连接座17和导向管18由上至下通过螺纹依次连接。悬挂环19、悬挂管20由上至下通过螺纹依次连接成悬挂系统9，钻具内管总成通过悬挂环19与钻具外管总成座环3形成定位，悬挂管20下端与样品保压管33上端通过螺纹连接，样品保压管33下端与板阀密封系统14的板阀上端盖34通过螺纹连接，悬挂系统9、样品保压管33及板阀密封系统14依次连接成取样内管总成的外部机构，液动锤冲击系统10、差动系统11、压力补偿系统12、耐高压保温取样管总成13依次连接成取样内管总成的内部机构，差动上矛头21、矛头锁22、矛头锁座23、剪切销钉24组成差动系统，矛头锁22通过开口销连接于矛头锁座23内，差动上矛头21上端与液动锤冲击系统10下端通过螺纹连接，矛头锁座23通过剪切销钉24与差动上矛头21形成差动距离，当钻具工作时，在液动锤冲击系统10提供的动力下，剪切销钉24剪断，矛头锁座23与差动上矛头21相连，矛头锁22将差动上矛头21牢牢锁住，这样就实现了钻具的差动动作，矛头锁座23下端与压力补偿系统12的蓄能器充气头25通过螺纹连接，蓄能器充气头25、蓄能器高压腔26、蓄能器下接头27、压力补偿阀28、测压接头29、触发开关阀30、节流阀31、从上至下通过配合组装连接成压力补偿系统12。压力补偿系统12处于常闭状态，当钻具的差动动作完成后，触发开关阀30打开，压力补偿系统12开始工作，将蓄能器高压腔26中的压力补偿到样品保压管33中，实现对样品的保压。节流阀31下端通过螺纹与耐高压保温取样管总成13上端连接。

如图4A-4C所示，本实用新型的绳索冲击式保温保压取样钻具板阀密封系统14由板阀上端盖34、板阀密封盖35、驱动弹簧36、板阀密封口37、板阀下端盖38组成，其中板阀上端盖34、板阀密封口37、板阀下端盖38由上至下通过配合组装，板阀密封盖35和驱动弹簧36通过销轴连接于板阀密封口37上部的密封盖支架上，板阀密封盖35通过驱动弹簧36提供的动力关闭，组装钻具时耐高压保温取样管总成13穿插在板阀密封系统14管内，此时板阀密封盖35打开，驱动弹簧36被压缩有一定预紧力，当差动系统11工作时，耐高压保温取样管总成13提离板阀密封系统14管内时，驱动弹簧36的预紧力释放并带动板阀密封盖35向下关闭。

下面描述本实用新型取样钻具的工作过程。

通过解卡装置将钢丝绳解卡，提出钢丝绳，开启泥浆泵循环系统，液动锤冲击系统10提供动力将耐高压保温取样管总成13逐渐推出样品保压管33并压入到含有天然气水合物的地层中采取地层样品，此时板阀密封盖35打开，驱动弹簧36被压缩有一定预紧力，再次利用钢丝绳通过绳索打捞系统8将取样钻具内管总成提离地层，通过差动系统11实现外置差动，耐高压保温取样管总成13提离板阀密封系统14，进入样品保压管33中，驱动弹簧36的预紧力释放并带动板阀密封盖35向下关闭，关闭的板阀密封系统14和样品保压管33形成一个密闭保压空间腔，板阀密封盖35关闭时触发开关阀30打开，压力补偿系统12将蓄能高压腔26的压力补偿给上述密闭保压空间腔，维持腔内的压力不变，实现对样品的保压。继续提取钢丝绳，将绳索冲击式保温保压取样钻具内管总成完全提出外管总成，实现天然气水合物保温保压取样的全过程。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。