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　　申请号：201710300564.0
　　申请人：吉林大学
　　发明人：杨阳 达拉拉伊 范晓鹏 曹品鲁 张楠 王如生 宫达 刘刚 刘安 李枭

　　摘要： 本发明公开了一种极地冰下基岩热水取心钻进方法及装置，装置包括热水管、电缆、电缆终端、触底检测机构、分水接头、反扭装置、电气舱、岩屑管、螺杆马达及下部双管钻具和钻头；方法是采用热水作为动力介质驱动孔底钻具回转进而完成基岩取心钻进，热水采用管路输送至孔底钻具，同时采用电缆为钻具内传感器及通讯模块进行供电，并实现地表对孔内钻进参数的监测；岩石钻进钻头通过回转磨削向下钻进，同时钻进产生的岩屑被热水带离孔底，并沿钻具与孔壁环状间隙上返；本发明很好地解决了极地冰下基岩快速取心钻探技术难题，通过与热水钻相结合，可快速钻穿冰盖到达冰下基岩界面，并更换基岩热水取心钻具完成岩心取样钻进。 　　主权利要求：1.一种极地冰下基岩热水取心钻进方法，该方法是：采用热水作为动力介质驱动孔底钻具回转进而完成基岩取心钻进，孔底动力装置可为螺杆马达或涡轮马达，热水采用管路输送至孔底钻具，同时采用电缆为钻具内传感器及通讯模块进行供电，并实现地表对孔内钻进参数的监测；岩石钻进钻头采用仿生金刚石钻头，通过回转磨削向下钻进，同时钻进产生的岩屑被热水带离孔底，并沿钻具与孔壁环状间隙上返，钻具上方设计由专门的岩屑收集装置，该装置利用流体力学理论进行设计，岩屑收集装置上部钻具直径变小，当携带有岩屑的热水流经岩屑收集装置，热水流速降低，岩屑依靠重力下落至岩屑收集装置内，在钻具上方设计反扭装置，防止上部钻具在钻头钻进时发生转动。
　　2.一种极地冰层热水取心钻进装置，其特征在于：包括热水管(1)、电缆(2)、电缆终端(3)、触底检测机构(4)、分水接头(5)、反扭装置(6)、电气舱(12)、岩屑管(13)、螺杆马达(15)及下部双管钻具和钻头(28)，热水管(1)和电缆(2)捆绑一起下放，热水管(1)为热水通道，地表热水通过热水管(1)送至钻具，电缆(2)为钻具提供电力，并完成地表与钻具的信号通讯；电缆终端(3)用于连接电缆(2)与钻具，触底检测机构(4)安装有位移传感器和弹簧机构，通过位移传感器检测弹簧压缩量，从而计算得出电缆(2)承受的拉力值，当电缆(2)上承受拉力等于重力时，表明钻具处于悬吊状态，当电缆(2)上承受拉力小于重力时，说明钻具已经到达孔底，此时即可通水进行钻进；分水接头(5)与热水管(1)相连，用于将热水管(1)中热水导入钻具内部；反扭装置(6)为板状反扭类型，沿径向均布三根矩形反扭板，每根反扭板由反扭片(8)和热熔片(9)组成，热熔片(9)内埋置有加热元件(10)，加热元件(10)通过加热元件电缆(11)与电气舱(12)相连；反扭片(8)和热熔片(9)分别采用螺钉(7)固定在反钮装置外管上；电气舱(12)为耐高压密封舱，内部填充常压空气，钻具内信号采集及通讯模块均安装在电气舱(12)内，且安装有温度和压力传感器，用于对钻具内热水温度和水压进行检测；岩屑管固定座(14)与反扭装置(6)相连，岩屑管(13)通过螺纹连接在岩屑管固定座(14)上；螺杆马达(15)为钻具回转动力源，螺杆马达(15)外壳与岩屑管固定座(14)相连，在钻进时保持不转动，螺杆马达内螺杆在热水驱动下回转并通过螺杆马达输出轴(16)与下部钻具相连，驱动下部钻具和钻头(28)回转切削完成钻进取样；螺杆马达(15)具有外管(17)；下部钻具包括旋转接头(19)、密封圈(20)、轴承(21)、轴承挡环(22)、单动接头(23)、锁紧螺母(24)、单向球阀(25)、钻具外管(26)和岩心管(27)，旋转接头(19)上部通过平键(18)与螺杆马达输出轴(16)相连，钻具外管(26)通过螺纹与旋转接头(19)连接，螺杆马达输出轴(16)、旋转接头(19)、钻具外管(26)和钻头(28)保持同步转动；岩心管(27)通过螺纹与单动接头(23)相连，单动接头(23)内由两套轴承(21)与旋转接头(19)心轴配合，两套轴承(21)之间由轴承档环(22)进行限位；密封圈(20)可保证热水不会从单动接头(23)和旋转接头(19)之间间隙进入冰心管；旋转接头(19)下部加工由螺纹，通过锁紧螺母(24)可实现对单动接头(23)的限位；钻头(28)通过螺纹连接在钻具外管(26)底部。