一种用于天然气水合物保压取心钻具
技术领域
本发明涉及天然气水合物勘探开发技术领域领域，具体是一种用于天然气水合物保压取心钻具。
背景技术
天然气水合物的外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”；天然气水合物储量大、分布广，是一种被国内外科学认可的清洁能源。
天然气水合物必须在高压和低温的环境中才能稳定存在，如果压力降低或温度升高都可能导致天然气水合物的分解，因此，在水合物的勘探过程中必须保持高压低温环境，这对天然气水合物的勘探开发带来很大的挑战。目前，水合物的勘探主要通过钻进方法获得岩心样品，同时需要在保持压力状态下把岩心管及岩心管内的水合物岩心一起提至地表。
由于天然气赋存环境压力高、温度低，若想获得原状岩心样品，保压是取心过程中关键的一环，在钻具强度保证的前提下，钻具岩心管实现保压密封成为技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于天然气水合物保压取心钻具，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于天然气水合物保压取心钻具，包括提升定位机构A、起动密封机构B和球阀机构C，提升定位机构A释放启动球，传递压力至起动密封机构B和球阀机构C形成一个密封的腔体。
所述提升定位机构A包括依次通过螺纹连接的外管接头、外管总成和外管上部接头，所述提升定位机构A还包括依次通过螺纹连接端盖、弹卡体、套爪接头和底接头；所述提升定位机构A还包括牵引轴、弹卡弹簧、弹卡接头、弹卡抓取器、弹卡挡圈、锁紧螺钉、夹持器弹簧、起动球夹持器、柱形插销、起动球和夹持器支座；所述弹卡挡圈共有两组，用于弹卡抓取器的限位；弹卡弹簧安装在弹卡体内，可以对挡圈和弹卡抓取器有一定的预紧力；牵引轴通过弹卡体中心通道，在弹卡弹簧和挡圈限位共同作用下，弹卡抓取器处于初始状态；夹持器弹簧、起动球夹持器和夹持器支座依次放置于弹卡体另一端内，起动球被柱形插销固定于起动球夹持器初始位置不能掉落；锁紧螺钉垂直于钻具轴向方向插入弹卡体，使牵引轴只能提升固定的距离。
所述起动密封机构B包括依次通过螺纹连接的快速接头、起动密封壳体、气体快速测试接头外壳和岩心管外管；所述起动密封机构B还包括起动活塞、活塞杆、悬挂弹簧、气体快速测试接头、O型密封圈和岩心管，其中，起动活塞和活塞杆通过螺钉连接；悬挂弹簧安装在活塞杆上并限位在气体快速接头外壳的凹槽内；活塞杆和气体快速接头通过球铰连接，安装初始位置时，气体快速测试接头的排气通道和气体快速测试接头外壳通道相通，且两侧均布有O型密封圈。
所述球阀机构C包括通过螺纹连接的外管下部接头和外钻头；所述球阀机构C还包括通过螺纹连接的球阀阀体和内钻头；所述球阀机构C还包括岩心外管接头、球阀连杆、连杆接头、球阀定位杆、工作球和座环，其中，球阀连杆、连杆接头和球阀定位杆构成连杆机构，所述连杆机构一端通过销钉连接工作球，另一端和岩心外管接头通过销钉连接；座环放置于球阀阀体内，对称布置于工作球两端面。
作为本发明的优选方案：所述气体快速测试接头上有泄压锥阀孔和测压锥阀孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在天然气水合物钻取过程中，实现了对天然气水合物岩心保压密封，为陆地实验室提供天然气水合物原状样品；本发明结构新颖、操作简便，可广泛应用于天然气水合物勘探开发领域；同时本发明还具有结构简单、性能可靠，能够实现岩心原位取心操作。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1中A处的放大图。
图3为图1中B处的放大图。
图4为图1中C处的放大图。
图5为本发明中测压锥阀翻转90°的剖面视图。
图6为本发明中球阀机构翻转90°的剖面视图。
图中：A-提升定位机构；B-起动密封机构；C-球阀机构；D-测压锥阀翻转90°剖面视图；E-球阀机构翻转90°剖面视图；1-外管接头、2-牵引轴、3-端盖、4-弹卡弹簧、5-外管总成、6-弹卡接头、7-弹卡抓取器、8-弹卡挡圈、9-锁紧螺钉、10-弹卡体、11-套爪接头、12-夹持器弹簧、13-起动球夹持器、14-柱形插销、15-起动球、16-夹持器支座、17-底接头、18-外管上部接头、19-快速接头、20-起动密封壳体、21-起动活塞、22-活塞杆、23-悬挂弹簧、24-气体快速测试接头外壳、25-气体快速测试接头、26-泄压阀、27-O型密封圈、28-岩心管外管、29-岩心管、30-外管下部接头、31-外钻头、32-内钻头、33-垂直锥阀、34-测压锥阀、35-岩心外管接头、36-座环、37-球阀连杆、38-连杆接头、39-球阀阀体、40-工作球、41-球阀定位杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1，一种用于天然气水合物保压取心钻具，包括提升定位机构A、起动密封机构B和球阀机构C，在工作时，提升定位机构A释放启动球15，传递压力至起动密封机构B和球阀机构C形成一个密封的腔体。
具体如图2，所述提升定位机构A包括依次通过螺纹连接的外管接头1、外管总成5和外管上部接头18，所述提升定位机构A还包括依次通过螺纹连接端盖3、弹卡体10、套爪接头11和底接头17；所述提升定位机构A还包括牵引轴2、弹卡弹簧4、弹卡接头6、弹卡抓取器7、弹卡挡圈8、锁紧螺钉9、夹持器弹簧12、起动球夹持器13、柱形插销14、起动球15和夹持器支座16；所述弹卡挡圈8共有两组，用于弹卡抓取器7的限位；弹卡弹簧4安装在弹卡体10内，可以对挡圈8和弹卡抓取器7有一定的预紧力；牵引轴2通过弹卡体10中心通道，在弹卡弹簧4和挡圈8限位共同作用下，弹卡抓取器7处于初始状态；夹持器弹簧12、起动球夹持器13和夹持器支座16依次放置于弹卡体10另一端内，起动球15被柱形插销14固定于起动球夹持器12初始位置不能掉落；锁紧螺钉9垂直于钻具轴向方向插入弹卡体10，使牵引轴2只能提升固定的距离。
如图3、图5，起动密封机构B包括依次通过螺纹连接的快速接头19、起动密封壳体20、气体快速测试接头外壳24和岩心管外管28；所述起动密封机构B还包括起动活塞21、活塞杆22、悬挂弹簧23、气体快速测试接头25、O型密封圈27和岩心管29，其中，起动活塞21和活塞杆22通过螺钉连接；悬挂弹簧23安装在活塞杆22上并限位在气体快速接头外壳24的凹槽内；活塞杆22和气体快速接头25通过球铰连接，安装初始位置时，气体快速测试接头25的排气通道和气体快速测试接头外壳24通道相通，且两侧均布有O型密封圈27。
如图4、图6，所述球阀机构C包括通过螺纹连接的外管下部接头30和外钻头31；所述球阀机构C还包括通过螺纹连接的球阀阀体39和内钻头32；所述球阀机构C还包括岩心外管接头35、球阀连杆37、连杆接头38、球阀定位杆41、工作球40和座环36，其中，球阀连杆37、连杆接头38和球阀定位杆41构成连杆机构，所述连杆机构一端通过销钉连接工作球40，另一端和岩心外管接头35通过销钉连接；座环36放置于球阀阀体39内，对称布置于工作球40两端面。
本装置的工作过程如下：
工作时，首先在地面依次把提升定位机构A、起动密封机构B和球阀机构C各部件按图1所示组装好，外管总成通过绳索取心钻杆(图中未画出)下到孔底，冲洗液沿钻杆内腔到达取心钻具后，经底接头17和起动活塞21的水口进入取心钻具中间管总成和内管总成之间环状间隙直达孔底，与此同时，钻机通过钻杆带动保压取心钻具旋转，岩心进入岩心管29内，岩心管29内气体和循环液可通过气体快速测试接头25和气体快速测试接头外壳24形成的排气通道排出，当岩心管29内装满岩心后便可进行取样操作。
取样过程如下：关闭地表钻机和水泵，下入打捞器(图中未画出)，打捞器勾住牵引轴2上部的捞矛头后向上稍稍提动一下，此时起动球15将从起动球夹持器13中脱落，下落至起动活塞21并堵住中心通道，开启地表水泵，冲洗液到达起动活塞21内部时，由于中心通道被起动球15堵住，冲洗液形成的液柱压力不断升高，并把压力传递到起动球15，当压力升高到一定值后，起动球15带动起动活塞21、活塞杆22、气体快速测试接头外壳24、岩心管29以及球阀机构C一起向下移动，其中，球阀连杆37、连杆接头38和球阀定位杆41构成的连杆机构转动90°,并带动工作球40旋转90°至关闭状态，形成取心钻具下部密封。
气体快速测试接头25和气体快速测试接头外壳24形成的排气通道两侧装有O型密封圈27，在起动球15带动起动活塞21、活塞杆22、气体快速测试接头外壳24、岩心管29以及球阀机构C一起向下移动的过程中，气体快速测试接头25和气体快速测试接头外壳24形成的排气通道发生相对位移，气体快速测试接头外壳24与O型密封圈27配合形成取心钻具上部密封。
至此，取心钻具内部由上密封和下密封形成一个密封的腔体，处于该密封腔体内的岩心样品压力保持不变，该压力等于孔底冲洗液的液柱压力，最后通过打捞器把除外管总成外的取心钻具提至地表，完成保压取样操作。
实施例2：
具体地，在实施例1的基础之上，所述气体快速测试接头25上有泄压锥阀孔26和测压锥阀孔34。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
