本發(fā)明涉及一種巖礦心取樣鉆具，特別涉及一種渦流管式保溫取樣鉆具。

背景技術(shù)：

目前國家投入極地開發(fā)的前景愈加廣闊，正在使用的冰心取樣器如電纜懸掛式氣體局部反循環(huán)電動機械取心鉆具(201210258991.4),雖然滿足極地鉆探環(huán)保的要求，但是由于其采用的是鎧裝電纜作為懸掛鉆具的繩索，在鉆進過程中由于鉆頭的旋轉(zhuǎn)，會導致鎧裝電纜不規(guī)律的震動與旋轉(zhuǎn)，影響鎧裝電纜壽命，而且施工難度較大，工藝繁瑣，此外不規(guī)則的震動會對冰心造成擾動，影響原生狀態(tài)，不利于后續(xù)研究工作的進行；對于陸地高原凍土區(qū)由于交通不便，而且水資源短缺，因此常規(guī)采用鉆井泥漿作為沖洗液的經(jīng)濟成本較高、效率低下，尋求一種代替液體沖洗液的方法迫在眉睫。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決南極基地鉆井工程中冰心采取困難、取心工藝繁瑣的問題，而提供的一種渦流管式保溫取樣鉆具,本發(fā)明工藝簡單無污染、冰心采取效率高、對冰心的原生狀態(tài)擾動小的渦流管式冰心保溫取樣鉆具；此外可以解決高原凍土型天然氣水合物的鉆探取樣水資源不足、取心效率低的問題。

本發(fā)明包括雙壁鉆桿、隔熱保溫層、取心筒、渦流管、上滾動軸承、下滾動軸承、熱熔鉆頭和螺旋葉片，其中隔熱保溫層緊貼設置在雙壁鉆桿的內(nèi)壁上，取心筒設置在隔熱保溫層的內(nèi)部，取心筒的外側(cè)同軸設置有螺旋葉片，隔熱保溫層、取心筒和螺旋葉片三者之間形成冷氣螺旋通道；渦流管設置在雙壁鉆桿的上端，渦流管包括有高壓氣體入口、渦流室、冷氣流出口、熱氣流上出口和渦流控制閥組成，其中高壓氣體入口開設在渦流管的上端，且外部設置有外螺紋，高壓氣體入口下方為渦流室，渦流室的兩側(cè)分別開設有冷氣流出口和熱氣流上出口，渦流控制閥設置在熱氣流上出口處；渦流管的下平面、雙壁鉆桿的內(nèi)壁以及上滾動軸承的上平面形成冷氣體儲存室；螺旋通道的下端設置有下滾動軸承，并且上滾動軸承和下滾動軸承的上部均進行密封處理，安裝有橡膠密封墊；雙壁鉆桿的上、下端分別與取心筒通過上滾動軸承和下滾動軸承聯(lián)接；熱熔鉆頭通過螺紋連接的方式設置在取心筒的下端，熱熔鉆頭的頂部設置有熱熔鉆頭熱氣流通道，熱熔鉆頭的頂部開設有熱熔鉆頭氣流入口，熱熔鉆頭的底部開設有熱熔鉆頭氣流出口；雙壁鉆桿的內(nèi)外壁的環(huán)狀間隙為熱氣流通道，雙壁鉆桿的下部開設有雙壁鉆桿氣流出口；雙壁鉆桿氣流出口對應熱熔鉆頭氣流入口；

冷氣流用于冰心的保溫儲存和驅(qū)動螺旋葉片帶動取心筒和熱熔鉆頭轉(zhuǎn)動；冷氣體儲存室用于儲存渦流管產(chǎn)生的冷氣流；上滾動軸承和下滾動軸承的內(nèi)壁與雙壁鉆桿的內(nèi)壁連接為一體，上滾動軸承和下滾動軸承的外壁與取心筒連接為一體，上滾動軸承和下滾動軸承的內(nèi)壁外側(cè)與外壁內(nèi)側(cè)均設計有槽型滑道，滾珠可以在滑道內(nèi)自由滑行；隔熱保溫層將冷熱氣流的熱傳導降低；上滾動軸承和下滾動軸承的上部均進行密封處理，安裝有橡膠密封墊，密封墊既可以保持螺旋通道的密封性又可以減少熱熔鉆頭震動對冰心的擾動；雙壁鉆桿氣流出口對應熱熔鉆頭氣流入口，這樣排出的熱氣體對熱熔鉆頭具有加熱的作用，熱氣流通過熱熔鉆頭熱氣流通道可以輔助排除孔底的冰屑，同時對于冰層加熱具有輔助鉆進的作用；

上述雙壁鉆桿上端與輸氣高壓管道聯(lián)接方式采用法蘭聯(lián)接，提高連接強度和穩(wěn)定性，防止高壓氣體從接頭處溢出；

上述渦流管的熱氣流上出口設置有流量溫度控制閥，通過控制三角形閥體的前進程度可以控制排出的溫度、流速。

本發(fā)明的工作過程及原理為：

常溫高壓氣體流入渦流管之后，在渦流室內(nèi)產(chǎn)生冷熱兩種氣體；冷氣體經(jīng)由冷氣流出口流出，流入冷氣體儲存室，再由冷氣體儲存室出口流入冷氣螺旋通道，帶動螺旋葉片轉(zhuǎn)動，從而帶動取心筒轉(zhuǎn)動，進而帶動熱熔鉆頭轉(zhuǎn)動；由于雙壁鉆桿的上、下端分別與取心筒通過上滾動軸承和下滾動軸承聯(lián)接，因此可以保證在取心筒與熱熔鉆頭轉(zhuǎn)動的同時雙壁鉆桿保持穩(wěn)定，冷氣流通過冷氣螺旋通道流至熱熔鉆頭，經(jīng)熱熔鉆頭氣流出口排出；另一方面熱氣流經(jīng)過渦流管的熱氣流上出口排出至雙壁鉆桿內(nèi)外壁之間的熱氣流通道，并經(jīng)由雙壁鉆桿氣流出口排出，排出的熱氣體一部分會經(jīng)過至鉆孔與鉆具的環(huán)狀間隙返回地面，另一部分熱氣流流經(jīng)熱熔鉆頭熱氣流通道，加熱熱熔鉆頭輔助鉆進，在熱熔鉆頭底部與冷氣流匯合之后沿孔壁與鉆具的環(huán)狀間隙返回地面。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明工藝簡單、冰心與高原凍土區(qū)天然氣水合物的巖心采取效率高、對冰心與水合物樣品的原生狀態(tài)擾動小，不僅在取心鉆進時地效果更加突出，采用空氣作為動力無污染，而且無需額外施加機械扭矩其使用壽命及其可信賴性也很有保證，解決了高原凍土區(qū)水資源不足，對于降低高原凍土區(qū)天然氣水合物開采成本具有重要意義，整體性價比大幅提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的剖視圖。

圖2為本發(fā)明實施例渦流管的橫向剖視圖。

具體實施方式

請參閱圖1和圖2所示，為本發(fā)明的實施例，包括雙壁鉆桿1、隔熱保溫層2、取心筒3、渦流管4、上滾動軸承51、下滾動軸承52、熱熔鉆頭6和螺旋葉片7，其中隔熱保溫層2緊貼設置在雙壁鉆桿1的內(nèi)壁上，取心筒3設置在隔熱保溫層2的內(nèi)部，取心筒3的外側(cè)同軸設置有螺旋葉片8，隔熱保溫層2、取心筒3和螺旋葉片7三者之間形成冷氣螺旋通道8；渦流管4設置在雙壁鉆桿1的上端，渦流管4包括有高壓氣體入口41、渦流室42、冷氣流出口43、熱氣流上出口44和渦流控制閥45組成，其中高壓氣體入口41開設在渦流管4的上端，且外部設置有外螺紋411，高壓氣體入口41下方為渦流室42，渦流室42的兩側(cè)分別開設有冷氣流出口43和熱氣流上出口44，渦流控制閥45設置在熱氣流上出口44處；渦流管4的下平面、雙壁鉆桿1的內(nèi)壁以及上滾動軸承51的上平面形成冷氣體儲存室9；螺旋通道8的下端設置有下滾動軸承52，并且上滾動軸承51和下滾動軸承52的上部均進行密封處理，安裝有橡膠密封墊；雙壁鉆桿1的上、下端分別與取心筒3通過上滾動軸承51和下滾動軸承52聯(lián)接；熱熔鉆頭6通過螺紋連接的方式設置在取心筒3的下端，熱熔鉆頭6的頂部設置有熱熔鉆頭熱氣流通道61，熱熔鉆頭6的頂部開設有熱熔鉆頭氣流入口611，熱熔鉆頭6的底部開設有熱熔鉆頭氣流出口612；雙壁鉆桿1的內(nèi)外壁的環(huán)狀間隙為熱氣流通道11，雙壁鉆桿1的下部開設有雙壁鉆桿氣流出口111；雙壁鉆桿氣流出口111對應熱熔鉆頭氣流入口611；

冷氣流用于冰心的保溫儲存和驅(qū)動螺旋葉片7帶動取心筒3和熱熔鉆頭6轉(zhuǎn)動；冷氣體儲存室9用于儲存渦流管4產(chǎn)生的冷氣流；上滾動軸承51和下滾動軸承52的內(nèi)壁與雙壁鉆桿1的內(nèi)壁連接為一體，上滾動軸承51和下滾動軸承52的外壁與取心筒3連接為一體，上滾動軸承51和下滾動軸承52的內(nèi)壁外側(cè)與外壁內(nèi)側(cè)均設計有槽型滑道，滾珠可以在滑道內(nèi)自由滑行；隔熱保溫層2將冷熱氣流的熱傳導降低；上滾動軸承51和下滾動軸承52的上部均進行密封處理，安裝有橡膠密封墊，密封墊既可以保持螺旋通道8的密封性又可以減少熱熔鉆頭6震動對冰心的擾動；雙壁鉆桿氣流出口111對應熱熔鉆頭氣流入口611，這樣排出的熱氣體對熱熔鉆頭6具有加熱的作用，熱氣流通過熱熔鉆頭熱氣流通道61可以輔助排除孔底的冰屑，同時對于冰層加熱具有輔助鉆進的作用；

上述雙壁鉆桿1上端與輸氣高壓管道聯(lián)接方式采用法蘭聯(lián)接，提高連接強度和穩(wěn)定性，防止高壓氣體從接頭處溢出；

上述渦流管4的熱氣流上出口44設置有流量溫度控制閥，通過控制三角形閥體的前進程度可以控制排出的溫度、流速。

本實施例的工作過程及原理：

常溫高壓氣體流入渦流管4之后，在渦流室42內(nèi)產(chǎn)生冷熱兩種氣體；冷氣體經(jīng)由冷氣流出口43流出，流入冷氣體儲存室9，再由冷氣體儲存室9出口流入冷氣螺旋通道8，帶動螺旋葉片7轉(zhuǎn)動，從而帶動取心筒3轉(zhuǎn)動，進而帶動熱熔鉆頭6轉(zhuǎn)動；由于雙壁鉆桿1的上、下端分別與取心筒3通過上滾動軸承51和下滾動軸承52聯(lián)接，因此可以保證在取心筒3與熱熔鉆頭6轉(zhuǎn)動的同時雙壁鉆桿1保持穩(wěn)定，冷氣流通過冷氣螺旋通道8流至熱熔鉆頭6，經(jīng)熱熔鉆頭氣流出口612排出；另一方面熱氣流經(jīng)過渦流管4的熱氣流上出口44排出至雙壁鉆桿1內(nèi)外壁之間的熱氣流通道11，并經(jīng)由雙壁鉆桿氣流出口111排出，排出的熱氣體一部分會經(jīng)過至鉆孔與鉆具的環(huán)狀間隙返回地面，另一部分熱氣流流經(jīng)熱熔鉆頭熱氣流通道61，加熱熱熔鉆頭6輔助鉆進，在熱熔鉆頭6底部與冷氣流匯合之后沿孔壁與鉆具的環(huán)狀間隙返回地面。