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摘要：本发明公开了一种海底天然气水合物保真绳索取芯钻具，包括外管总成、内管总成、保压总成、保温总成、跑钻监测总成、温度传感器、压力传感器；外管总成包括外管、扩孔器和钻头，外管与扩孔器连接，扩孔器与环形钻头连接；内管总成安装在外管总成内，内管总成包括弹卡机构、内管、岩芯管、卡簧和卡簧座，弹卡机构设置在外管内，弹卡机构与跑钻监测总成固定连接，跑钻监测总成与内管接头上端连接，内管接头下端与内管的上端连接，岩芯管套装在内管中，内管的下端与卡簧座连接，卡簧座上设有卡簧，卡簧座与保压总成连接；保温总成安装在内管总成外壁上；温度传感器、压力传感器安装在内管接头底部。本发明可对海底天然气水合物实施保真绳索取芯。

主权项：1.一种海底天然气水合物保真绳索取芯钻具的操作方法，其特征在于：海底天然气水合物保真绳索取芯钻具包括外管总成、内管总成、保压总成、保温总成、跑钻监测总成、温度传感器和压力传感器；所述外管总成包括外管、扩孔器和环形钻头，外管底部与扩孔器顶部连接，扩孔器底部与环形钻头连接；所述内管总成安装在外管总成内，内管总成包括弹卡机构、内管、岩芯管、卡簧和卡簧座，弹卡机构设置在外管内顶部，弹卡机构底部与跑钻监测总成顶部固定连接，跑钻监测总成底部通过单动机构与内管接头上端连接，内管接头下端与内管的上端连接，岩芯管套装在内管中，内管的下端与卡簧座连接，卡簧座上设有卡簧，卡簧座与保压总成连接；所述保温总成安装在内管总成外壁上；所述温度传感器、压力传感器安装在内管接头底部；所述弹卡机构包括捞矛头、弹卡组件、收卡筒、弹卡支架，收卡筒固定在弹卡支架外侧上部，收卡筒上端与捞矛头固定连接，弹卡支架中部设有安装孔，所述弹卡组件由四块弹卡板首尾相连相互铰接而成，所述外管上部内壁上设有环形凹槽，环形凹槽所处空间形成弹卡室，所述弹卡组件外侧边缘卡设于弹卡室内，弹卡组件上部用固定销穿过安装孔铰接在弹卡支架上且可沿安装孔上下移动，弹卡组件下部用圆柱销铰接在弹卡支架上，弹卡支架与弹卡组件上部之间设有弹簧Ⅰ，弹卡组件底部固定有磁铁座，磁铁座上设有磁铁，弹卡支架底部连接跑钻监测总成；所述跑钻监测总成包括控制舱、电源、位置传感器、控制器、声信号发生器，所述控制舱顶部与弹卡支架底部固定连接，位置传感器、电源、声信号发生器、控制器放置在控制舱内，电源分别与位置传感器、声信号发生器、控制器连接，位置传感器的探测杆伸出控制舱并对应于磁铁设置，位置传感器与控制器连接，控制器与声信号发生器连接；所述控制舱外壁上设有挂环，外管中间内壁上设有用于对挂环进行限位的限位销；所述内管总成还包括滑阀，滑阀安装在内管接头侧壁上，内管与内管接头连接处设有限位台，内管接头底部设有排水孔，排水孔与岩芯管连通，排水孔的上方和下方分别设有一O形密封圈Ⅰ；所述保压总成包括滑动套筒、保压筒、活塞及充气阀；保压筒内腔设有活塞，保压筒内活塞与保压筒底部之间的腔隙与充气阀连通，保压筒外壁上部设有多个位于同一水平面的钢珠孔，多个钢珠孔内分别放置有钢珠；所述保压筒内壁上还设有密封槽；滑动套筒套装在保压筒外壁上部，滑动套筒内壁与保压筒外壁之间设有弹簧Ⅲ，滑动套筒内壁上设有可收纳钢珠的半圆形凹槽；所述保温总成通过导热硅胶与内管总成外壁粘接，保温总成包括多级半导体制冷片、电线、电极座，半导体制冷片由导热板与散热片夹紧，且夹紧接触面之间涂有导热硅脂；导热板采用高导热率材料制造；半导体制冷片冷端通过导热板与内管总成外壁连接，半导体制冷片热端安装有散热片；每级半导体制冷片分别与各电极座连接，各电极座之间通过电线进行串联，电线通过水密电缆线与控制器连接；操作方法包括以下步骤：（1）在海底钻机下放入海之前，首先利用海底钻机上的接卸装置将保压总成与内管总成分离，保压总成暂存在海底钻机上的接卸装置内，内管总成放置在海底钻机的储管架上；然后，通过充气阀向保压总成的保压筒内腔预充0.25-0.3倍海底天然气水合物钻探点水深压力的惰性气体，使得活塞移动至保压筒的顶部位置；在钻具与海底钻机一同从水面下放至海底天然气水合物钻探点过程中，在外界海水压力的作用下活塞将向下运动，直至保压筒内腔的惰性气体压力与外部海水对应水深压力相等为止；（2）海底钻机到达指定的海底天然气水合物钻探点后，利用海底钻机上的机械手从储管架上抓取内管总成并移动至钻孔孔口；利用绳索打捞绞车将内管总成下放至钻孔孔底的外管总成内，内管总成的挂环悬挂于外管总成的限位销上，弹卡组件在弹簧Ⅰ作用下张开并进入外管总成的弹卡室内并卡紧；（3）取芯钻进时，通过海底钻机驱动外管总成旋转、外管总成底部的环形钻头旋切进入深海海底目标地层中，与此同时岩芯将经过外管总成的环形钻头逐渐进入内管总成，岩芯管内的海水通过排水孔向外排水；由于岩芯在进入内管总成过程中与内管总成产生摩擦，岩芯将对内管总成施以向上的作用力，当该向上的作用力大于弹卡室对弹卡组件的支撑力时，弹卡组件将回缩，导致弹卡室对内管总成的卡紧限位失效，内管总成沿着外管总成向上运动，从而造成跑钻事故；当发生跑钻事故时，由于弹卡组件回缩，固定在弹卡板底部侧面的磁铁座及磁铁座上的磁铁顺时针旋转一个角度，此时磁铁与位置传感器的探测杆之间的距离缩短，进而促使磁铁触发位置传感器发出跑钻信号，控制器输入端接受来自位置传感器的跑钻信号，控制器输出端输出控制信号通过外管总成传递给钻机上的声信号接收器上，从而指导操作人员及时干预处理；（4）取芯钻进结束后，利用海底钻机上绳索打捞绞车将内管总成提至孔口，弹卡室对弹卡组件的径向约束解除，收卡筒位置沿轴向下移动；通过压力传感器、温度传感器分别采集内管总成内的实时压力与温度，并反馈给控制器；利用海底钻机上的接卸装置将保压总成与卡簧座连接，配合保压总成中的密封圈，实现对内管总成下端的紧固连接；利用海底钻机上的机械手握紧滑阀并带动滑阀沿内管接头向下运动直至与限位座接触为止，滑阀处于关闭状态，配合内管接头侧壁上的排水孔的上方和下方的O形密封圈Ⅰ，完成内管总成上端部的保压密封；（5）在从海底回收至海面过程中，由于外界海水压力不断减小以及外界海水温度不断升高，压力传感器和温度传感器分别采集内管总成内的实时压力与温度，保压总成的保压筒内腔预充的惰性气体将推动活塞向上移动，以补偿内管总成内部的压力损失；与此同时，控制器输入端接受来自温度传感器的实时温度信号，控制器输出端输出控制信号，控制半导体制冷片中的工作电流来控制制冷功率，半导体制冷片冷端通过导热板使保压筒内的温度一直保持指定深度的温度值，半导体制冷片热端通过散热片将热量转移到海水中。

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百度查询： 湖南科技大学 海底天然气水合物保真绳索取芯钻具及其操作方法