一种用于极地冰雪钻进的热水取芯钻头

摘要

本发明公开了一种用于极地冰雪钻进的热水取芯钻头，包括有上输水管、下输水管、套管、上部喷嘴和取芯舱，其中上输水管和下输水管之间通过接头相连接，接头顶端上输水管下部的侧壁上开设有通水孔，接头底部下输水管的上部侧壁上也开设有通水孔，上输水管的下部和下输水管的上部均装配在套管内，套管上部的内侧壁上开设有上连通槽，套管下部的内侧壁上开设有下连通槽，上部喷嘴套设在套管的上连通槽对应部位，上连通槽的侧壁上开设有通孔与上部喷嘴的内腔相连通，取芯舱的上端与下输水管的下端相连接，有益效果：本发明提供的热水取芯钻原理清晰、结构简单、拆装方便，能够有效解决下钻过程出现的卡钻现象。

权利要求

1.一种用于极地冰雪钻进的热水取芯钻头，其特征在于：包括有上输水管、下输水管、套管、上部喷嘴和取芯舱，其中上输水管和下输水管之间通过接头相连接，接头顶端上输水管下部的侧壁上开设有通水孔，接头底部下输水管的上部侧壁上也开设有通水孔，上输水管的下部和下输水管的上部均装配在套管内，套管上部的内侧壁上开设有上连通槽，套管下部的内侧壁上开设有下连通槽，上部喷嘴套设在套管的上连通槽对应部位，上连通槽的侧壁上开设有通孔与上部喷嘴的内腔相连通，取芯舱的上端与下输水管的下端相连接，下输水管的内腔与取芯舱外侧的导流管相连通，导流管的下端取芯舱的底部设有下部喷嘴，下输水管内的水流能够通过导流管输送到下部喷嘴后被喷出。

2.根据权利要求1所述的一种用于极地冰雪钻进的热水取芯钻头，其特征在于：所述的上部喷嘴的上端装配有连接管，连接管的上部设有触发器，连接管与触发器的连接处装配有锁止器，触发器的上部还设置有锁紧销，触发器的顶端设置有连接法兰。

3.根据权利要求1所述的一种用于极地冰雪钻进的热水取芯钻头，其特征在于：所述的取芯舱的上端与下输水管下端的连接处设有分流体，分流体的下部在取芯舱的外侧壁上设有四个导流管，四个导流管的下端与下部喷嘴相连接，下输水管内的水流经分流体后通过四个导流管进入到下部喷嘴后被喷出。

说明书

一种用于极地冰雪钻进的热水取芯钻头

技术领域

[0001] 本发明涉及一种取芯钻头，特别涉及一种用于极地冰雪钻进的热水取芯钻头。

背景技术

[0002] 当前，热水钻探技术作为海洋立体监测的重要前提和基础，符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》关于发展海洋环境立体监测技术，特别是多功能、多参数和作业长期化的海洋综合开发技术，以及异常环境条件下的传感器技术，传感器自动标定技术，海底信息传输技术等发展方向和要求。同时该技术也是“863计划”海洋技术领域“十二五”战略研究重点发展的技术方向之一。

[0003] 当前，全球气候变化对人类社会产生了深远影响。我国作为人口大国和经济高速发展的大国，在应对全球气候变化问题上正面临着巨大压力。从科学上阐明气候变化机制，除需在我国本土范围内开展相关观测外，两极和大洋的观测至关重要，极地和大洋分别以其全球冷源和广袤性，在全球气候系统中扮演着极其重要的角色。冰架是连接大洋和极地冰盖的纽带，对两个系统均有重要的影响。冰架结构和底部冻融过程将直接影响冰架稳定性和运动状态，从而对大陆冰盖、大洋水团和环流产生重要影响。然而目前，全球气候变化对冰架下海洋环流、冰架稳定性及冰架底部冻融过程、冰盖-冰架系统底部向海洋的物质输送等的影响尚不清楚。基于此，南大洋科学委员会将南极冰架与海洋水团和环流的相互作用列入了科学前沿研究计划，冰架-海洋相互作用研究成为全球变化研究的热点问题。热水钻探技术是研究冰架-海洋相互作用的前提和基础，其中钻头是钻进系统的关键，也是整个热水钻技术系统的核心部分。过去投入使用的热水钻头只能钻进冰层，无法取芯，严重影响了相关工作的正常进行。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了解决以往热水钻头取芯技术的不足而提供的一种用于极地冰雪钻进的热水取芯钻头。

[0005] 本发明提供的用于极地冰雪钻进的热水取芯钻头包括有上输水管、下输水管、套管、上部喷嘴和取芯舱，其中上输水管和下输水管之间通过接头相连接，接头顶端上输水管下部的侧壁上开设有通水孔，接头底部下输水管的上部侧壁上也开设有通水孔，上输水管的下部和下输水管的上部均装配在套管内，套管上部的内侧壁上开设有上连通槽，套管下部的内侧壁上开设有下连通槽，上部喷嘴套设在套管的上连通槽对应部位，上连通槽的侧壁上开设有通孔与上部喷嘴的内腔相连通，取芯舱的上端与下输水管的下端相连接，下输水管的内腔与取芯舱外侧的导流管相连通，导流管的下端取芯舱的底部设有下部喷嘴，下输水管内的水流能够通过导流管输送到下部喷嘴后被喷出。

[0006] 上部喷嘴的上端装配有连接管，连接管的上部设有触发器，连接管与触发器的连接处装配有锁止器，触发器的上部还设置有锁紧销，触发器的顶端设置有连接法兰。

[0007] 取芯舱的上端与下输水管下端的连接处设有分流体，分流体的下部在取芯舱的外侧壁上设有四个导流管，四个导流管的下端与下部喷嘴相连接，下输水管内的水流经分流体后通过四个导流管进入到下部喷嘴后被喷出。

[0008] 本发明的工作原理：

[0009] 在热水取芯钻下降前，手动顺时针旋转触发器，并且下拉打开锁止器，使下输水管下移到底部后上移触发器并逆时针锁紧，此时，上输水管和下输水管之间的接头位于下连通槽内，通过下连通槽使上输水管和下输水管相连通，这样上输水管内的高压热水就会通过下输水管与取芯舱之间的分流体进入到导流管流向下部喷嘴被喷出，使取芯舱顺利割取冰芯。

[0010] 取芯舱割取冰芯后，下输水管受压向上移动，锁止器再次锁紧，此时上输水管和下输水管之间的接头位于上连通槽内，此时，上输水管内的高压热水就会通过上连通槽侧壁上的通孔流入到上部喷嘴被喷出，从而扩大冰井直径，使钻头顺利收回防止冻在井下。

[0011] 本发明的有益效果：

[0012] 本发明提供的热水取芯钻原理清晰、结构简单、拆装方便，能够有效解决下钻过程出现的卡钻现象，不仅能够快速钻进冰层，还能获得冰芯样品，是目前研究极地冰盖及冰架的重要手段之一，对于南极钻探以及极地研究有着极其重要的意义。

附图说明

[0013] 图1为本发明所述钻头上部结构示意图。

[0014] 图2为本发明所述钻头取芯状态上部剖视结构示意图。

[0015] 图3为本发明所述钻头扩孔状态上部剖视结构示意图。

[0016] 图4为本发明所述取芯舱结构示意图。

[0017] 1、上输水管 2、下输水管 3、套管 4、上部喷嘴 5、取芯舱

[0018] 6、接头 7、通水孔 8、上连通槽 9、下连通槽 10、通孔

[0019] 11、导流管 12、下部喷嘴 13、连接管 14、触发器 15、锁止器[0020] 16、锁紧销 17、连接法兰 18、分流体。

具体实施方式

[0021] 请参阅图1、图2、图3和图4所示：

[0022] 本发明提供的用于极地冰雪钻进的热水取芯钻头包括有上输水管1、下输水管2、套管3、上部喷嘴4和取芯舱5，其中上输水管1和下输水管2之间通过接头6相连接，接头6顶端上输水管1下部的侧壁上开设有通水孔7，接头6底部下输水管2的上部侧壁上也开设有通水7孔，上输水管1的下部和下输水管2的上部均装配在套管3内，套管3上部的内侧壁上开设有上连通槽8，套管3下部的内侧壁上开设有下连通槽9，上部喷嘴4套设在套管3的上连通槽8对应部位，上连通槽8的侧壁上开设有通孔10与上部喷嘴4的内腔相连通，取芯舱5的上端与下输水管2的下端相连接，下输水管2的内腔与取芯舱5外侧的导流管11相连通，导流管11的下端取芯舱5的底部设有下部喷嘴12，下输水管2内的水流能够通过导流管11输送到下部喷嘴12后被喷出。

[0023] 上部喷嘴4的上端装配有连接管13，连接管13的上部设有触发器14，连接管13与触发器14的连接处装配有锁止器15，触发器14的上部还设置有锁紧销16，触发器14的顶端设置有连接法兰17。

[0024] 取芯舱5的上端与下输水管2下端的连接处设有分流体18，分流体18的下部在取芯舱5的外侧壁上设有四个导流管11，四个导流管11的下端与下部喷嘴12相连接，下输水管2内的水流经分流体18后通过四个导流管11进入到下部喷嘴12后被喷出。

[0025] 本发明的工作原理：

[0026] 在热水取芯钻下降前，手动顺时针旋转触发器14，并且下拉打开锁止器15，使下输水管2下移到底部后上移触发器14并逆时针锁紧，此时，上输水管1和下输水管2之间的接头6位于下连通槽9内，通过下连通槽9使上输水管1和下输水管2相连通，这样上输水管1内的高压热水就会通过下输水管2与取芯舱5之间的分流体18进入到导流管11流向下部喷嘴12被喷出，使取芯舱5顺利割取冰芯。

[0027] 取芯舱5割取冰芯后，下输水管2受压向上移动，锁止器15再次锁紧，此时上输水管1和下输水管2之间的接头6位于上连通槽8内，此时，上输水管1内的高压热水就会通过上连通槽8侧壁上的通孔10流入到上部喷嘴4被喷出，从而扩大冰井直径，使钻头顺利收回防止冻在井下。