CN104499976A - 酒精与液氮混合制冷的孔底冷冻绳索取芯钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉公开了一种酒精与液氮混合制冷的孔底冷冻绳索取芯钻具，尤其适用于海洋及陆地冻土带天然气水合物钻探孔底冷冻取样。本发明采用单纯的冷冻取样，利用酒精与液氮混合形成低温酒精，在钻进过程中液氮汽化成低温氮气对酒精进行预冷，当钻探结束后已经被预冷的酒精与剩下的少量液氮混合进行二次制冷，形成低温酒精对水合物岩心进行冷冻，这种先预冷再混合的方法可以提高液氮作为制冷剂的利用率，同时经过预冷后酒精与液氮的温度差变小，酒精与液氮的混合过程就不会太过剧烈，混合过程更容易实现，混合后酒精的温度更低，并且避免了液氮在存储过程中汽化产生的低温氮气直接排出而带来的冷量浪费。
Description
技术领域
本发明涉及一种酒精与液氮混合制冷的孔底冷冻绳索取芯钻具，尤其适用于海洋及陆地冻土带天然气水合物钻探孔底冷冻取样。
背景技术
天然气水合物是一种清洁能源，其燃烧后产生二氧化碳和水，其储量巨大(海底天然气水合物中甲烷的碳总量相当于当前已知煤、石油和天然气等化石燃料总资源量的两倍)被视为未来的主要能源。天然气水合物形成和赋存在高压低温的环境下，超过其温压平衡范围时水合物就会发生分解。目前国内外所使用的水合物保真取样器主要是孔底保温保压取样器。保温保压取样器是通过球阀或翻板阀关闭岩芯管底部使水合物岩芯处于密封的保压岩芯室内，利用压力补偿装置控制压力使岩芯保持初始压力，并通过保温材料来实现被动式保温，提到地表后再进行冷冻保存。这种保压方式对球阀或翻板阀的强度和密封性的要求是很高的，如果球阀或翻板阀的密封性稍有些下降，就会导致取芯失败。
另一种不同的思路是通过外部冷源将水合物岩芯冷冻从而抑制水合物的分解。现有的孔底冷冻取样器采用干冰作为冷冻剂，酒精做为载冷剂，酒精与干冰反应成为低温酒精后再注入冷冻腔内实现冷冻，这就使取样器结构更加复杂且冷冻效果差。采用液氮作为冷冻剂冷冻效果较好，但是在注入过程当中液氮会大量气化，导致液氮无法注入到冷冻腔内，在此过程中液氮大量浪费，这样就导致液氮的使用量加大，同时取样器的尺寸和重量增加。液氮注入过程中大量气化降低了液氮的使用效率，同时会导致对岩芯的冷冻不均匀，从而导致水合物岩芯部分分解。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种酒精与液氮混合制冷的孔底冷冻绳索取芯钻具，本发明利用酒精与液氮混合形成低温酒精，在钻进过程中液氮汽化成低温氮气对酒精进行预冷，当钻探结束后已经被预冷的酒精与剩下的少量液氮混合进行二次制冷，形成低温酒精对水合物岩心进行冷冻，这种先预冷再混合的方法可以提高液氮作为制冷剂的利用率，同时经过预冷后酒精与液氮的温度差变小，酒精与液氮的混合过程就不会太过剧烈，混合过程更容易实现，混合后酒精的温度更低。
本发明是由内管总成和外管总成组成；
所述的内管总成是由捞矛头、第一弹性销和弹卡回收管组成，捞矛头通过第一弹性销与弹卡回收管铰接形成打捞机构，在钻进结束后通过打捞机构实现回收内管总成的功能，同时开通酒精与液氮混合通道。
弹卡回收管与弹卡架通过第二弹性销铰接，弹卡回收管可在自身重力和打捞器拉力作用下延竖直方向移动固定的距离。弹卡为两片，弹卡可通过第三弹性销进行转动，扭簧保持弹卡在弹卡架内保持张开，第三弹性销与弹卡架形成固定连接，两片弹卡卡在弹卡挡头上，保证在钻进过程中内管总成不会因为岩芯进入岩芯管时产生的上顶力使内管总成向上移动导致取芯失败。
内接手与弹卡架通过螺纹连接，内接手通过螺纹与悬挂环连接，内接手上下均有四个斜孔，当悬挂环与座环接触后，内管总成与外管之间间隙流动的泥浆通道被阻断，泥浆通过内接手上部的斜孔进入，从内接手下部的斜孔流出完成泥浆循环。悬挂环与座环的接触式连接使内管总成悬挂在外管总成内，使卡簧座与钻头之间保持3～4毫米间隙，保证外岩芯管不会因为与钻头接触而转动并保证外岩芯管的通水性能。
上轴承座与内接手通过螺纹连接，当岩芯在内岩芯管内卡住时，第一轴承作为易损件承受上顶力，第二轴承上部与下轴承座接触，第二轴承下部与上轴承座接触，第二轴承提供上顶力使下轴承座不向下移动，油嘴与下轴承座通过螺纹接触。第一轴承与上轴承座构成上单动机构，下轴承座和第二轴承构成下单动机构，第一轴承与第二轴承实现了内管总成的单动功能，保证在钻进过程中岩芯管中的水合物岩芯不会受到扰动。
第一弹簧上部与第二轴承接触并提供上顶力使第二轴承能够保持下轴承座不动，第一弹簧下部与档环接触，档环与上轴承座接触，垫片上部与档环连接，第一弹簧下部与圆螺母连接，圆螺母为第一弹簧提供上顶力，圆螺母将第二轴承和下轴承座连接起来；在内管总成投入到孔内时，悬挂环坐落在座环上，内管总成下部的机构由于自身重力会向下移动，第一弹簧可起到缓冲作用；在卡断岩芯时，卡簧带动卡簧座下移压缩第一弹簧，卡簧座与钻头接触将拔断岩芯的力传递到外管上。
回收管与下轴承座通过螺纹连接，酒精腔体位于回收管内，酒精腔体整体为焊接件。酒精保冷层位于酒精腔体内部，在低温氮气对酒精进行预冷的过程中对酒精进行保冷，第一排气阀球通过第一弹簧预紧在酒精腔体的排气孔外，当酒精腔体内部压力大于第一排气阀球预紧力时氮气排出酒精腔内。第一排气阀座与酒精腔体通过螺纹连接，控制阀座为第一弹簧提供上顶力，控制阀座底部为斜面结构与回收管的斜面结构接触，当回收管上行时，回收管上的斜面会将控制阀座压入第一排气阀座的空腔内并将氮气的排除通道堵死，此时液氮无法排气酒精腔内压力升高。第二排气阀球由第二弹簧堵在酒精腔体的下部排气孔上，第二排气阀座与酒精腔体通过螺纹连接，第二弹簧下部与第二排气阀座接触，液氮腔体内的液氮在存储过程中会因为传热管的导热作用二产生大量氮气使液氮腔体内的压力升高，当液氮腔体内的压力大于第二弹簧的预紧力时，第二弹簧受到第二排气阀球的压力而收缩，氮气从液氮腔体的排气孔排出进入到酒精腔体对酒精腔体内的酒精进行混合前的预冷却。
第二堵头与回收管通过螺纹连接，第一堵头与液氮腔体通过螺纹连接，当回收内管总成时，回收管随打捞器上行将酒精腔体上部的排气通道堵死。液氮腔体在在重力作用下下行，酒精腔体的下行距离小于液氮腔体的下行距离，此时液氮腔与酒精腔联通，被预冷的酒精进入液氮腔与液氮进行混合。液氮保冷层位于液氮腔和冷冻腔内部对液氮和低温酒精进行保冷。聚四氟阀套与液氮保冷层及液氮腔体为过盈配合链接，控制阀球位于聚四氟阀套内部阶梯结构的上部阻止液氮向下流动，当回收管上行后，酒精腔体上部排气通道堵死，酒精腔体与液氮腔体内部压力增大导致控制阀球从聚四氟阀套内挤出，低温酒精向下流动的通道被打开，低温酒精作为冷源进入冷冻腔对水合物岩心进行冷冻。
止逆阀体与内岩心管通过螺纹连接，外岩心管通过螺纹与液氮腔体连接。止逆阀球座于止逆阀座的上部，在岩芯进入岩芯管内部时岩芯管内部的冲洗液顶开止逆阀球从止逆阀体上的泄流口流入内管总成和外管的间隙中，同时保证外部的泥浆冲洗液不会流回岩芯管内。
卡簧于卡簧座的锥形孔中，在钻进结束后卡簧抱死岩芯柱带动卡簧座下移与钻头接触，将拔断岩芯的力传递到外管上保证内管总成不受力。
外管总成的结构是，弹卡挡头与第一外管通过螺纹连接，第一外管通过螺纹与第二扩孔器连接，第二扩孔器与第二外管通过螺纹连接，第二外管通过螺纹与第一扩孔器连接，第一扩孔器与钻头通过螺纹连接。
本发明的取芯方法包括以下步骤：
a、在井台上首先将第一排气阀球、第一排气阀座和第一弹簧卸下，将酒精注入酒精腔体内。
b、将第一排气阀球、第一排气阀座、第一弹簧安装到酒精腔体上，并调好排气阀的排气压力。
c.将控制阀球放到聚四氟阀套上。
d.对液氮腔体进行预冷，预冷结束后将液氮注入到液氮腔体内，在注入液氮之前，要根据孔深估算出液氮的用量，将乘以消耗系数后的液氮量注入液氮腔体内。
e、通过油嘴将润滑油分别注入到第一轴承和第二轴承，满足单动机构的第一轴承和第二轴承在转动过程中的润滑、散热和防水的要求。
f、将酒精腔体与液氮腔体安装到指定位置后将内管总成投入到孔内进行钻进。钻进过程中液氮腔体内的液氮由于传热管作用而气化，产生的氮气通过第二排气阀进入酒精腔体内对酒精进行预冷却。
g、钻进结束后投入打捞器，打捞器上的打捞钩将捞矛头锁住后上提，酒精腔体下行，回收管上的斜面将控制阀座压入第一排气阀座内，将酒精腔体排气通道堵死，同时液氮腔体下行，酒精腔体和液氮腔体之间的通道打开，酒精与液氮混合，酒精腔体与液氮腔体内压力增大，控制阀球所受压力增大，从聚四氟阀套内挤出，低温酒精流入冷冻腔对水合物岩心进行冷冻。
h、提内管总成，当内管总成到达地面后卸下卡簧座将冷冻的岩芯取出后放入液氮鑵中保存。
本发明的有益效果：
本发明采用单纯的冷冻取样，利用酒精与液氮混合形成低温酒精，在钻进过程中液氮汽化成低温氮气对酒精进行预冷，当钻探结束后已经被预冷的酒精与剩下的少量液氮混合进行二次制冷，形成低温酒精对水合物岩心进行冷冻，这种先预冷再混合的方法可以提高液氮作为制冷剂的利用率，同时经过预冷后酒精与液氮的温度差变小，酒精与液氮的混合过程就不会太过剧烈，混合过程更容易实现，混合后酒精的温度更低，并且避免了液氮在存储过程中汽化产生的低温氮气直接排出而带来的冷量浪费。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的上段部分示意图。
图3是本发明的中段部分示意图。
图4是本发明的下段部分示意图。
其中：1.捞矛头、2.第一弹性销、3.弹卡回收管、4.第二弹性销、5.弹卡挡头、6.扭簧、7.弹卡、8.第三弹性销、9.弹卡架、10.第一外管、11.内接手、12.悬挂环、13.座环、14.第一轴承、15.上轴承座、16.油嘴、17.第二轴承、18.下轴承座、19.第一弹簧、20.档环、21.垫片、22.圆螺母、23.酒精腔体、24.回收管、25.酒精保冷层、26.第一排气阀球、27.第一排气阀座、28.控制阀座、29.第一弹簧、30.第二排气阀座、31.第二弹簧、32.第二排气阀球、33.第一堵头、34.第二堵头、35.液氮腔体、36.传热管、37、液氮保冷层、38.聚四氟阀套、39.控制阀球、40.止逆阀体、41.止逆阀球、42.止逆阀座、43.第二外管、44.外岩心管、45.内岩心管、46.第一扩孔器、47.卡簧、48.卡簧座、49.钻头、50.第二扩孔器。
具体实施方式
请参阅图1、图2、图3和图4所示，本发明是由内管总成和外管总成组成；
所述的内管总成是由捞矛头1、第一弹性销2和弹卡回收管3组成，捞矛头1通过第一弹性销2与弹卡回收管3铰接形成打捞机构，在钻进结束后通过打捞机构实现回收内管总成的功能，同时开通酒精与液氮混合通道。
弹卡回收管3与弹卡架9通过第二弹性销4铰接，弹卡回收管3可在自身重力和打捞器拉力作用下延竖直方向移动固定的距离。弹卡7为两片，弹卡7可通过第三弹性销8进行转动，扭簧6保持弹卡7在弹卡架9内保持张开，第三弹性销8与弹卡架9形成固定连接，两片弹卡7卡在弹卡挡头5上，保证在钻进过程中内管总成不会因为岩芯进入岩芯管时产生的上顶力使内管总成向上移动导致取芯失败。
内接手11与弹卡架9通过螺纹连接，内接手11通过螺纹与悬挂环12连接，内接手11上下均有四个斜孔，当悬挂环12与座环13接触后，内管总成与外管之间间隙流动的泥浆通道被阻断，泥浆通过内接手11上部的斜孔进入，从内接手11下部的斜孔流出完成泥浆循环。悬挂环12与座环13的接触式连接使内管总成悬挂在外管总成内，使卡簧座48与钻头49之间保持3～4毫米间隙，保证外岩芯管44不会因为与钻头接触而转动并保证外岩芯管44的通水性能。
上轴承座15与内接手11通过螺纹连接，当岩芯在内岩芯管45内卡住时，第一轴承14作为易损件承受上顶力，第二轴承17上部与下轴承座接18触，第二轴承下17部与上轴承座15接触，第二轴承17提供上顶力使下轴承座18不向下移动，油嘴16与下轴承座18通过螺纹接触。第一轴承14与上轴承座15构成上单动机构，下轴承座18和第二轴承17构成下单动机构，第一轴承14与第二轴承17实现了内管总成的单动功能，保证在钻进过程中岩芯管中的水合物岩芯不会受到扰动。
第一弹簧19上部与第二轴承17接触并提供上顶力使第二轴承17能够保持下轴承座18不动，第一弹簧19下部与档环20接触，档环20与上轴承座15接触，垫片21上部与档环20连接，第一弹簧19下部与圆螺母22连接，圆螺母22为第一弹簧19提供上顶力，圆螺母22将第二轴承17和下轴承座18连接起来；在内管总成投入到孔内时，悬挂环12坐落在座环13上，内管总成下部的机构由于自身重力会向下移动，第一弹簧19可起到缓冲作用；在卡断岩芯时，卡簧47带动卡簧座48下移压缩第一弹簧19，卡簧座48与钻头49接触将拔断岩芯的力传递到外管上。
回收管24与下轴承座18通过螺纹连接，酒精腔体23位于回收管24内，酒精腔体23整体为焊接件。酒精保冷层25位于酒精腔体23内部，在低温氮气对酒精进行预冷的过程中对酒精进行保冷，第一排气阀球26通过第一弹簧19预紧在酒精腔体23的排气孔外，当酒精腔体23内部压力大于第一排气阀球26预紧力时氮气排出酒精腔内。第一排气阀座27与酒精腔体23通过螺纹连接，控制阀座28为第一弹簧19提供上顶力，控制阀座28底部为斜面结构与回收管24的斜面结构接触，当回收管24上行时，回收管24上的斜面会将控制阀座28压入第一排气阀座27的空腔内并将氮气的排除通道堵死，此时液氮无法排气酒精腔内压力升高。第二排气阀球32由第二弹簧31堵在酒精腔体23的下部排气孔上，第二排气阀座30与酒精腔体23通过螺纹连接，第二弹簧31下部与第二排气阀座32接触，液氮腔体35内的液氮在存储过程中会因为传热管36的导热作用二产生大量氮气使液氮腔体35内的压力升高，当液氮腔体35内的压力大于第二弹簧31的预紧力时，第二弹簧31受到第二排气阀球32的压力而收缩，氮气从液氮腔体35的排气孔排出进入到酒精腔体23对酒精腔体23内的酒精进行混合前的预冷却。
第二堵头34与回收管24通过螺纹连接，第一堵头33与液氮腔体35通过螺纹连接，当回收内管总成时，回收管24随打捞器上行将酒精腔体23上部的排气通道堵死。液氮腔体35在在重力作用下下行，酒精腔体23的下行距离小于液氮腔体35的下行距离，此时液氮腔与酒精腔联通，被预冷的酒精进入液氮腔与液氮进行混合。液氮保冷层37位于液氮腔和冷冻腔内部对液氮和低温酒精进行保冷。聚四氟阀套38与液氮保冷层37及液氮腔体35为过盈配合链接，控制阀球39位于聚四氟阀套38内部阶梯结构的上部阻止液氮向下流动，当回收管24上行后，酒精腔体23上部排气通道堵死，酒精腔体23与液氮腔体35内部压力增大导致控制阀球39从聚四氟阀套内38挤出，低温酒精向下流动的通道被打开，低温酒精作为冷源进入冷冻腔对水合物岩心进行冷冻。
止逆阀体40与内岩心管45通过螺纹连接，外岩心管44通过螺纹与液氮腔体35连接。止逆阀球41座于止逆阀座42的上部，在岩芯进入岩芯管内部时岩芯管内部的冲洗液顶开止逆阀球从止逆阀体40上的泄流口流入内管总成和外管的间隙中，同时保证外部的泥浆冲洗液不会流回岩芯管内。
卡簧47于卡簧座48的锥形孔中，在钻进结束后卡簧47抱死岩芯柱带动卡簧座48下移与钻头接触，将拔断岩芯的力传递到外管上保证内管总成不受力。
外管总成的结构是，弹卡挡头5与第一外管10通过螺纹连接，第一外管10通过螺纹与第二扩孔器50连接，第二扩孔器50与第二外管43通过螺纹连接，第二外管43通过螺纹与第一扩孔器46连接，第一扩孔器46与钻头49通过螺纹连接。
本发明的取芯方法包括以下步骤：
a、在井台上首先将第一排气阀球26、第一排气阀座27和第一弹簧29卸下，将酒精注入酒精腔体23内。
b、将第一排气阀球26、第一排气阀座27、第一弹簧29安装到酒精腔体上，并调好排气阀的排气压力。
c.将控制阀球39放到聚四氟阀套38上。
d.对液氮腔体35进行预冷，预冷结束后将液氮注入到液氮腔体35内，在注入液氮之前，要根据孔深估算出液氮的用量，将乘以消耗系数后的液氮量注入液氮腔体35内。
e、通过油嘴16将润滑油分别注入到第一轴承14和第二轴承17，满足单动机构的第一轴承14和第二轴承17在转动过程中的润滑、散热和防水的要求。
f、将酒精腔体23与液氮腔体35安装到指定位置后将内管总成投入到孔内进行钻进。钻进过程中液氮腔体35内的液氮由于传热管36作用而气化，产生的氮气通过第二排气阀进入酒精腔体23内对酒精进行预冷却。
g、钻进结束后投入打捞器，打捞器上的打捞钩将捞矛头1锁住后上提，酒精腔体23下行，回收管24上的斜面将控制阀座28压入第一排气阀座26内，将酒精腔体23排气通道堵死，同时液氮腔体35下行，酒精腔体23和液氮腔体35之间的通道打开，酒精与液氮混合，酒精腔体23与液氮腔体35内压力增大，控制阀球39所受压力增大，从聚四氟阀套38内挤出，低温酒精流入冷冻腔对水合物岩心进行冷冻。
h、提内管总成，当内管总成到达地面后卸下卡簧座48将冷冻的岩芯取出后放入液氮鑵中保存。
Claims (1)
1.一种酒精与液氮混合制冷的孔底冷冻绳索取芯钻具，是由内管总成和外管总成组成；
所述的内管总成是由捞矛头(1)、第一弹性销(2)和弹卡回收管(3)组成，捞矛头(1)通过第一弹性销(2)与弹卡回收管(3)铰接形成打捞机构，在钻进结束后通过打捞机构实现回收内管总成的功能，同时开通酒精与液氮混合通道；
弹卡回收管(3)与弹卡架(9)通过第二弹性销(4)铰接，弹卡回收管(3)可在自身重力和打捞器拉力作用下延竖直方向移动固定的距离；弹卡(7)为两片，弹卡(7)可通过第三弹性销(8)进行转动，扭簧(6)保持弹卡(7)在弹卡架(9)内保持张开，第三弹性销(8)与弹卡架(9)形成固定连接，两片弹卡(7)卡在弹卡挡头(5)上，保证在钻进过程中内管总成不会因为岩芯进入岩芯管时产生的上顶力使内管总成向上移动导致取芯失败；
内接手(11)与弹卡架(9)通过螺纹连接，内接手(11)通过螺纹与悬挂环(12)连接，内接手(11)上下均有四个斜孔，当悬挂环(12)与座环(13)接触后，内管总成与外管之间间隙流动的泥浆通道被阻断，泥浆通过内接手(11)上部的斜孔进入，从内接手(11)下部的斜孔流出完成泥浆循环；悬挂环(12)与座环(13)的接触式连接使内管总成悬挂在外管总成内，使卡簧座(48)与钻头(49)之间保持3～4毫米间隙，保证外岩芯管(44)不会因为与钻头接触而转动并保证外岩芯管(44)的通水性能；
上轴承座(15)与内接手(11)通过螺纹连接，当岩芯在内岩芯管(45)内卡住时，第一轴承(14)作为易损件承受上顶力，第二轴承(17)上部与下轴承座接(18)触，第二轴承下(17)部与上轴承座(15)接触，第二轴承(17)提供上顶力使下轴承座(18)不向下移动，油嘴(16)与下轴承座(18)通过螺纹接触；第一轴承(14)与上轴承座(15)构成上单动机构，下轴承座(18)和第二轴承(17)构成下单动机构，第一轴承(14)与第二轴承(17)实现了内管总成的单动功能，保证在钻进过程中岩芯管中的水合物岩芯不会受到扰动；
第一弹簧(19)上部与第二轴承(17)接触并提供上顶力使第二轴承(17)能够保持下轴承座(18)不动，第一弹簧(19)下部与档环(20)接触，档环(20)与上轴承座(15)接触，垫片(21)上部与档环(20)连接，第一弹簧(19)下部与圆螺母(22)连接，圆螺母(22)为第一弹簧(19)提供上顶力，圆螺母(22)将第二轴承(17)和下轴承座(18)连接起来；在内管总成投入到孔内时，悬挂环(12)坐落在座环(13)上，内管总成下部的机构由于自身重力会向下移动，第一弹簧(19)可起到缓冲作用；在卡断岩芯时，卡簧(47)带动卡簧座(48)下移压缩第一弹簧(19)，卡簧座(48)与钻头(49)接触将拔断岩芯的力传递到外管上；
回收管(24)与下轴承座(18)通过螺纹连接，酒精腔体(23)位于回收管(24)内，酒精腔体(23)整体为焊接件；酒精保冷层(25)位于酒精腔体(23)内部，在低温氮气对酒精进行预冷的过程中对酒精进行保冷，第一排气阀球(26)通过第一弹簧(19)预紧在酒精腔体(23)的排气孔外，当酒精腔体(23)内部压力大于第一排气阀球(26)预紧力时氮气排出酒精腔内；第一排气阀座(27)与酒精腔体(23)通过螺纹连接，控制阀座(28)为第一弹簧(19)提供上顶力，控制阀座(28)底部为斜面结构与回收管(24)的斜面结构接触，当回收管(24)上行时，回收管(24)上的斜面会将控制阀座(28)压入第一排气阀座(27)的空腔内并将氮气的排除通道堵死，此时液氮无法排气酒精腔内压力升高；第二排气阀球(32)由第二弹簧(31)堵在酒精腔体(23)的下部排气孔上，第二排气阀座(30)与酒精腔体(23)通过螺纹连接，第二弹簧(31)下部与第二排气阀座(32)接触，液氮腔体(35)内的液氮在存储过程中会因为传热管(36)的导热作用二产生大量氮气使液氮腔体(35)内的压力升高，当液氮腔体(35)内的压力大于第二弹簧(31)的预紧力时，第二弹簧(31)受到第二排气阀球(32)的压力而收缩，氮气从液氮腔体(35)的排气孔排出进入到酒精腔体(23)对酒精腔体(23)内的酒精进行混合前的预冷却；
第二堵头(34)与回收管(24)通过螺纹连接，第一堵头(33)与液氮腔体(35)通过螺纹连接，当回收内管总成时，回收管(24)随打捞器上行将酒精腔体(23)上部的排气通道堵死；液氮腔体(35)在在重力作用下下行，酒精腔体(23)的下行距离小于液氮腔体(35)的下行距离，此时液氮腔与酒精腔联通，被预冷的酒精进入液氮腔与液氮进行混合；液氮保冷层(37)位于液氮腔和冷冻腔内部对液氮和低温酒精进行保冷；聚四氟阀套(38)与液氮保冷层(37)及液氮腔体(35)为过盈配合链接，控制阀球(39)位于聚四氟阀套(38)内部阶梯结构的上部阻止液氮向下流动，当回收管(24)上行后，酒精腔体(23)上部排气通道堵死，酒精腔体(23)与液氮腔体(35)内部压力增大导致控制阀球(39)从聚四氟阀套内(38)挤出，低温酒精向下流动的通道被打开，低温酒精作为冷源进入冷冻腔对水合物岩心进行冷冻；
止逆阀体(40)与内岩心管(45)通过螺纹连接，外岩心管(44)通过螺纹与液氮腔体(35)连接；止逆阀球(41)座于止逆阀座(42)的上部，在岩芯进入岩芯管内部时岩芯管内部的冲洗液顶开止逆阀球从止逆阀体(40)上的泄流口流入内管总成和外管的间隙中，同时保证外部的泥浆冲洗液不会流回岩芯管内；
卡簧(47)于卡簧座(48)的锥形孔中，在钻进结束后卡簧(47)抱死岩芯柱带动卡簧座(48)下移与钻头接触，将拔断岩芯的力传递到外管上保证内管总成不受力；
外管总成的结构是，弹卡挡头(5)与第一外管(10)通过螺纹连接，第一外管(10)通过螺纹与第二扩孔器(50)连接，第二扩孔器(50)与第二外管(43)通过螺纹连接，第二外管(43)通过螺纹与第一扩孔器(46)连接，第一扩孔器(46)与钻头(49)通过螺纹连接。
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