申请/专利权人：吉林大学

申请日：2018-11-01

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN109025810B

主分类号：E21B7/00

分类号：E21B7/00;E21B7/14;E21B25/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2019.01.11#实质审查的生效;2018.12.18#公开

摘要：本发明公开了一种用于冰层钻进的新型热水取芯钻具，包括有压力舱、钻具壳体、电磁换向阀、开关电源和触发器，其中钻具壳体固定在压力舱的下部，压力舱的上部穿设有进水管，压力舱的下部穿设有第一出水管和第二出水管，进水管的出水口与第一出水管和第二出水管的进水口处通过电磁换向阀相连接，钻具壳体内设有第一循环管路和第二循环管路，第一出水管的出水口与第一循环管路相连通，第二出水管的出水口与第二循环管路相连通，第一循环管路的下端设有竖向喷嘴，第二循环管路的下端设有横向喷嘴，有益效果：结构简单，设计合理，在获得一定长度的冰芯后能够自动实现水道的转换从而及时融断冰芯，无论什么形状不规则的冰芯均能够被获取。

主权项：1.一种用于冰层钻进的新型热水取芯钻具，包括有压力舱、钻具壳体、电磁换向阀、开关电源和触发器，其中钻具壳体固定在压力舱的下部，压力舱的上部穿设有进水管，压力舱的下部穿设有第一出水管和第二出水管，进水管的出水口与第一出水管和第二出水管的进水口处通过电磁换向阀相连接，钻具壳体内设有第一循环管路和第二循环管路，第一出水管的出水口与第一循环管路相连通，第二出水管的出水口与第二循环管路相连通，第一循环管路的下端设有竖向喷嘴，第二循环管路的下端设有横向喷嘴，钻具壳体内设有取芯舱，触发器设在取芯舱的顶部，开关电源设在压力舱的内腔中，开关电源与触发器和电磁换向阀相连接，开关电源控制电磁换向阀的开合，其特征在于：所述的电磁换向阀为二位三通电磁阀，装配在压力舱内，电磁换向阀由开关电源供电并由开关电源控制开合，电磁换向阀一端的进口与进水管的出水口连接，电磁换向阀另一端的两个出口分别与第一出水管和第二出水管的进水口连接，竖向喷嘴环状分布在钻具壳体的底端，竖向喷嘴用于冰芯的竖向切割，横向喷嘴与竖向喷嘴垂直设置，横向喷嘴环状分布在钻具壳体底端的内部，横向喷嘴用于冰芯的横向切割。

全文数据：一种用于冰层钻进的新型热水取芯钻具技术领域[0001]本发明涉及一种热水取芯钻具，特别涉及一种用于冰层钻进的新型热水取芯钻具。背景技术[0002]目前，极地冰盖和冰川包含着几百万年前随雪花下落而有序聚集的古代冰层，这些古代冰层里包含的尘埃颗粒、可溶性化学物质以及冰中包裹的气体通常用来研究过去气候的变化情况。冰芯中含有丰富的气候信息，能够提供纯正的过去的温室气体以及精确的古老的气候信息。为了获得冰层冰芯，各国科学家们设计了各种各样的取芯钻具，并先后在极地地区投入使用。热水取芯钻进技术，具有钻进速度快，无钻井液污染等特点，被广泛应用在冰层取芯钻进中。然而，热水取芯钻进的一个不足之处就是因为热水对冰芯的热作用影响，其获得的冰芯表面非常不规则。常规的取芯钻具采用卡断器卡断冰芯，然后钻具携带冰芯被提拉至地表。但是采用热水取芯钻进技术获得的冰芯，因为其表面凹凸不平，直径变化较大，常常不能够及时被卡断器成功截断，因此在提钻时经常会出现冰芯管未满或者冰芯管内没有冰芯的现象。因此需要设计一种新型的取芯钻具，克服不规则冰芯获取困难问题，提高冰芯的收集效率。发明内容[0003]本发明的目的是为了解决常规热水取芯钻具在使用过程中不规则冰芯获取困难以及取冰芯效率低的问题而提供的一种用于冰层钻进的新型热水取芯钻具。[0004]本发明提供的用于冰层钻进的新型热水取芯钻具包括有压力舱、钻具壳体、电磁换向阀、开关电源和触发器，其中钻具壳体固定在压力舱的下部，压力舱的上部穿设有进水管，压力舱的下部穿设有第一出水管和第二出水管，进水管的出水口与第一出水管和第二出水管的进水口处通过电磁换向阀相连接，钻具壳体内设有第一循环管路和第二循环管路，第一出水管的出水口与第一循环管路相连通，第二出水管的出水口与第二循环管路相连通，第一循环管路的下端设有竖向喷嘴，第二循环管路的下端设有横向喷嘴，钻具壳体内设有取芯舱，触发器设在取芯舱的顶部，开关电源设在压力舱的内腔中，开关电源与触发器和电磁换向阀相连接，开关电源控制电磁换向阀的开合。[0005]电磁换向阀为二位三通电磁阀，装配在压力舱内，电磁换向阀由开关电源供电并由开关电源控制开合，电磁换向阀一端的进口与进水管的出水口连接，电磁换向阀另一端的两个出口分别与第一出水管和第二出水管的进水口连接。[0006]竖向喷嘴环状分布在钻具壳体的底端，竖向喷嘴用于冰芯的竖向切割，横向喷嘴与竖向喷嘴垂直设置，横向喷嘴环状分布在钻具壳体底端的内部，横向喷嘴用于冰芯的横向切割。[0007]取芯舱的底部设有卡簧。[0008]上述的电磁换向阀、开关电源和触发器均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。[0009]本发明的工作原理：[0010]本发明提供的取芯钻具在使用时热水先通过进水管进入电磁换向阀，初始状态时，开关电源闭合，电磁换向阀处于通电状态，此时电磁换向阀与第二出水管相连的出口关闭，与第一出水管相连的出口打开，热水进入第一出水管，然后经过钻具壳体内部的第一循环管路抵达竖向喷嘴，热水通过竖向喷嘴沿钻具进行横向喷射，融化冰层钻进。钻进进行一段时间后，冰芯进入钻具壳体内的取芯舱中，当冰芯逐渐装满取芯舱时，会触及到取芯舱顶部的触发器，触发器与开关电源相连，触发器受压向上移动致使开关电源断开，电磁换向阀由通电状态转变为断电状态，此时电磁换向阀与第一出水管相连的出口关闭，与第二出水管相连的出口打开，热水进入第二出水管并经过钻具壳体内部的第二循环管路抵达横向喷嘴，热水通过横向喷嘴开始沿钻具进行径向喷射，逐渐融断并截获冰芯。取芯舱下部设置的卡簧起类似于单向阀的作用，保证冰芯顺利进入取芯舱，且不会逆向滑出。冰心随钻具提至地表后，将卡簧卸下，即可获得一定长度冰芯。[0011]本发明的有益效果：[0012]本发明提供的取芯钻具结构简单，设计合理，在获得一定长度的冰芯后能够自动实现水道的转换从而及时融断冰芯，无论什么形状不规则的冰芯均能够被获取，融断后的冰芯一旦进入取芯舱，会被紧紧固定，不会有遗失问题出现，极大地提高了取芯效率。附图说明[0013]图1为本发明所述取芯钻具整体结构剖视示意图。[00M]图2为本发明所述钻具壳体下端局部放大剖视示意图。[0015]1、压力舱2、钻具壳体3、电磁换向阀4、开关电源5、触发器[0016]6、进水管7、第一出水管8、第二出水管9、第一循环管路[0017]10、第二循环管路11、竖向喷嘴12、横向喷嘴13、取芯舱[0018]14、卡簧。具体实施方式[0019]请参阅图1和图2所示：[0020]本发明提供的用于冰层钻进的新型热水取芯钻具包括有压力舱1、钻具壳体2、电磁换向阀3、开关电源4和触发器5,其中钻具壳体2固定在压力舱1的下部，压力舱1的上部穿设有进水管6，压力舱1的下部穿设有第一出水管7和第二出水管8，进水管6的出水口与第一出水管7和第二出水管8的进水口处通过电磁换向阀3相连接，钻具壳体2内设有第一循环管路9和第二循环管路10,第一出水管7的出水口与第一循环管路9相连通，第二出水管8的出水口与第二循环管路10相连通，第一循环管路9的下端设有竖向喷嘴11，第二循环管路10的下端设有横向喷嘴12,钻具壳体2内设有取芯舱13,触发器5设在取芯舱13的顶部，开关电源4设在压力舱1的内腔中，开关电源4与触发器5和电磁换向阀3相连接，开关电源4控制电磁换向阀3的开合。[0021]电磁换向阀3为二位三通电磁阀，装配在压力舱1内，电磁换向阀3由开关电源4供电并由开关电源4控制开合，电磁换向阀3—端的进口与进水管6的出水口连接，电磁换向阀3另一端的两个出口分别与第一出水管7和第二出水管8的进水口连接。[0022]竖向喷嘴丨〖环状分布在钻具壳体2的底端，竖向喷嘴11用于冰芯的竖向切割，横向喷嘴12与竖向喷嘴11垂直设置，横向喷嘴12环状分布在钻具壳体2底端的内部，横向喷嘴I2用于冰芯的横向切割。[0023]取芯舱13的底部设有卡簧14。[0024]上述的电磁换向阀3、开关电源4和触发器5均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。[0025]本发明的工作原理：[0026]本发明提供的取芯钻具在使用时热水先通过进水管6进入电磁换向阀3,初始状态时，开关电源4闭合，电磁换向阀3处于通电状态，此时电磁换向阀3与第二出水管8相连的出口关闭，与第一出水管7相连的出口打开，热水进入第一出水管7,然后经过钻具壳体内部的第一循环管路9抵达竖向喷嘴11，热水通过竖向喷嘴11沿钻具进行竖向喷射，融化冰层钻进。钻进进行一段时间后，冰芯进入钻具壳体2内的取芯舱13中，当冰芯逐渐装满取芯舱13时，会触及到取芯舱13顶部的触发器5,触发器5与开关电源4相连，触发器5受压向上移动致使开关电源4断开，电磁换向阀3由通电状态转变为断电状态，此时电磁换向阀3与第一出水管7相连的出口关闭，与第二出水管8相连的出口打开，热水进入第二出水管8并经过钻具壳体2内部的第二循环管路1〇抵达横向喷嘴12,热水通过横向喷嘴12开始沿钻具进行横向喷射，逐渐融断并截获冰芯。取芯舱13下部设置的卡簧14起类似于单向阀的作用，保证冰芯顺利进入取芯舱13，且不会逆向滑出。冰心随钻具提至地表后，将卡簧14卸下，即可获得一定长度冰芯。

权利要求：1.一种用于冰层钻进的新型热水取芯钻具，其特征在于:包括有压力舱、钻具壳体、电磁换向阀、开关电源和触发器，其中钻具壳体固定在压力舱的下部，压力舱的上部穿设有进水管，压力舱的下部穿设有第一出水管和第二出水管，进水管的出水口与第一出水管和第二出水管的进水口处通过电磁换向阀相连接，钻具壳体内设有第一循环管路和第二循环管路，第一出水管的出水口与第一循环管路相连通，第二出水管的出水口与第二循环管路相连通，第一循环管路的下端设有竖向喷嘴，第二循环管路的下端设有横向喷嘴，钻具壳体内设有取芯舱，触发器设在取芯舱的顶部，开关电源设在压力舱的内腔中，开关电源与触发器和电磁换向阀相连接，开关电源控制电磁换向阀的开合。2.根据权利要求1所述的一种用于冰层钻进的新型热水取芯钻具，其特征在于:所述的电磁换向阀为二位三通电磁阀，装配在压力舱内，电磁换向阀由开关电源供电并由开关电源控制开合，电磁换向阀一端的进口与进水管的出水口连接，电磁换向阀另一端的两个出口分别与第一出水管和第二出水管的进水口连接。3丨根据权利要求1所述的一种用于冰层钻进的新型热水取芯钻具，其特征在于:所述的竖向喷嘴环状分布在钻具壳体的底端，竖向喷嘴用于冰芯的竖向切割，横向喷嘴与竖向喷嘴垂直设置，横向喷嘴环状分布在钻具壳体底端的内部，横向喷嘴用于冰芯的横向切割。4.根据权利要求1所述的一种用于冰层钻进的新型热水取芯钻具，其特征在于:所述的取芯舱的底部设有卡簧。

百度查询： 吉林大学 一种用于冰层钻进的新型热水取芯钻具

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