CN104929554A - 气动循环冷冻式天然气水合物绳索取心钻具及取心方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动循环冷冻式天然气水合物绳索取心钻具及取心方法,其中的钻具是由内管总成和外管总成组成，钻具采用干冰为冷源，酒精为载冷剂，利用干冰酒精混合时产生的高压二氧化碳气体推动酒精循环流动，将冷冻能量由干冰所在的储冷腔持续不断的传递到冷冻腔并实现快速冷冻岩心；结合了孔底冷冻方法与绳索取心工艺，可实现不提钻快速取心，且钻进过程中内管不回转，减少了对水合物岩心的机械扰动。本发明结构合理，冷冻效率高，钻具的操作过程简单。

Description

气动循环冷冻式天然气水合物绳索取心钻具及取心方法

技术领域

本发明涉及一种气动循环冷冻式天然气水合物绳索取心钻具及取心方法，尤其适用于海洋和陆地永冻层的天然气水合物钻探取心。

背景技术

在全球经济的飞速发展的形势下，石化能源的消耗量居高不下，就其已探明剩余储量来看，常规石化能源难以长期支持现代工业的生存和发展，而天然气水合物的资源量极其丰富，且是一种清洁能源，因此天然气水合物被视为未来的替代能源。天然气水合物形成和赋存在高压、低温的环境下，温压条件超过平衡条件会导致天然气水合物分解，所以获取高保真度的天然气水合物样品，是天然气水合物勘探领域的一大难题。目前国内外的天然气水合物保真取样器主要有两种设计思路：一种是孔底保温保压取样器，另一种是孔底冷冻取样器。

保温保压取样器通过球阀或翻板阀等对岩心管进行密封、加上压力补偿装置使岩心保持原位压力，再通过保温材料实现被动式保温以实现保真取样。这种保压方式对球阀或翻板阀密封效果的要求很高，只要球阀或翻板阀的密封性稍有些下降，就会导致取心失败。孔底冷冻取样器的思路是：钻进回次结束后，利用冷冻剂在孔底将岩心冷冻到水合物常压下可以稳定存在的温度后再进行提取。

现有的天然气水合物孔底冷冻取心钻具利用冲洗液压力或重力将冷冻剂注入到岩心管周围环状密封的冷冻腔体内部，冷冻剂与水合物岩心通过热交换实现对水合物岩心的冷冻。但由于岩心管外围的冷冻腔容积小，且其中的冷冻剂依靠与上部储冷腔中低温冷冻剂的自然对流换热来维持低温，因此冷冻效率低，可靠性无法保证。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种冷冻效率高、可靠性高的一种气动循环冷冻式天然气水合物绳索取心钻具及取心方法。

本发明采用排气阀、止逆阀和连通酒精腔、冷冻腔的内置管路，实现二氧化碳气体推动酒精沿酒精腔→储冷腔→冷冻腔→酒精腔循环流动，并以酒精为载冷剂，将冷冻能量由储冷腔冷持续传递至冷冻腔并冷冻岩心，以此提高取样器冷冻效率。

本发明之气动循环冷冻式天然气水合物绳索取心钻具由内管总成和外管总成两大部分组成，其中内管总成包括:打捞机构、弹卡定位机构、悬挂机构、单动机构、调节机构、酒精存储机构、储冷机构、孔底冷冻机构和气动循环控制机构。

打捞机构由捞矛头、第一弹性销和弹卡回收管组成，捞矛头与弹卡回收管通过第一弹性销连接；打捞器下入孔内后与捞矛头连接，通过打捞器与打捞机构的连接实现将钻具内管总成放入孔内和回收的过程；同时通过打捞器提起打捞机构时带动岩心管向上移动，捞矛头可带动弹卡回收管向上移动，从而实现绳索取心的过程。

弹卡定位机构由弹卡挡头、弹卡回收管、弹卡架、第二弹性销、第一扭簧、弹卡和第三弹性销组成。弹卡回收管与弹卡架通过第二弹性销铰接，第二弹性销与弹卡架的连接为可动连接，第二弹性销与弹卡回收管之间为固定连接，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。弹卡为两片通过第二弹性销形成可转动的连接，第一扭簧保持弹卡在弹卡架内保持张开，弹卡回收管与弹卡架通过第三弹性销形成固定连接，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钻进时上顶力使内管总成向上移动造成“飞管”事故。

悬挂机构由弹卡架、第一连接管、悬挂环、座环和上轴承座组成。第一连接管与弹卡架通过螺纹连接，悬挂环与第一连接管通过螺纹连接，第一连接管上开有均匀分布的八个斜孔，分别位于悬挂环上部和下部相对的位置，当悬挂环与座环接触后，内管总成与外管之间的泥浆通道被堵死，泥浆通过第一连接管上部的斜孔进入，从第一连接管下部的斜孔流出实现泥浆向下流动。悬挂环与座环的连接方式为接触式连接，这种连接方式使内管总成克服自身重力悬挂在外管总成内，使卡簧座与钻头之间保持2-4毫米间隙，以防止损坏卡簧座和钻头，并保证岩心管不会因为与钻头接触而转动和堵塞泥浆通道。

单动机构由上轴承座、第一单动轴承、下轴承座、油嘴和第二单动轴承组成。第一连接管与上轴承座通过螺纹连接，第一单动轴承上部与上轴承座接触，并随上轴承座转动，第一单动轴承下部与下轴承座接触保持不动，当岩心在岩心管内卡住时，第一单动轴承作为易损件承受上顶力，第二单动轴承上部与下轴承座接触，第二单动轴承下部与上轴承座接触，第二单动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连接，每次钻进开始前通过油嘴上的小口将润滑油加入上轴承座和下轴承座的间隙内，润滑油可对转动的第一单动轴承和第二单动轴承起到润滑、散热和防水的作用。第一单动轴承与第二单动轴承实现了岩心管、储冷机构、孔底冷冻机构和循环控制机构的单动功能，保证在钻进过程中岩心管中的水合物岩心不会受到扰动。

调节机构上轴承座、弹簧、挡环、防松垫片、圆螺母和排气接手。弹簧上部与第二单动轴承接触并提供上顶力使第二单动轴承能够保持下轴承座不动，弹簧下部与档环接触，档环与上轴承座接触，防松垫片上部与挡环连接，弹簧下部与圆螺母连接，圆螺母为弹簧提供上顶力，将单动机构上部的机构与下部的机构连接起来；上轴承座通过螺纹与排气接手连接；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，弹簧可起到缓冲作用；在卡断岩心时，卡簧带动卡簧座下移压缩弹簧，卡簧座坐于钻头内的台阶上，进而将拔断岩心的力传递到外管上，保证内管在整个取样过程中不受力。

酒精存储机构由酒精腔上接手、排气阀座、排气阀弹簧、排气阀球、酒精腔上保温垫片、酒精腔体管、酒精腔保温管、酒精腔下保温垫片、酒精腔端盖外套、酒精腔端盖体组成。酒精腔上接手通过螺纹与酒精腔体管连接，酒精腔体管与酒精腔端盖体接触连接，酒精腔端盖外套通过螺纹与酒精腔体管连接连接并压紧酒精腔端盖体，酒精腔上接手、酒精腔体管、酒精腔端盖体共同组成了酒精腔。排气阀座与酒精腔上接手通过螺纹连接，排气阀弹簧坐于排气阀座内并通过一定预紧力将排气阀球顶在酒精腔上接手上，酒精腔上接手、排气阀、排气阀球和有一定预紧力的排气阀弹簧组成排气阀，当酒精腔内压力大于一定值时排气阀被打开，将腔内气体排至钻井液中。酒精腔上保温垫片与酒精腔上接手接触连接，酒精腔下保温垫片与酒精腔端盖体接触连接，酒精腔保温管与酒精腔体管接触连接，酒精腔上保温垫片、酒精腔保温管和酒精腔下保温垫片共同组成了酒精腔保温系统，利用保温材料导热系数低的性质减少低温酒精循环过程中冷冻能量的散失。

储冷机构由储冷腔端盖体、单向阀球、单向阀弹簧、单向阀座、储冷腔端盖外套、储冷腔上保温垫片、储冷腔体管、储冷腔保温管、储冷腔下保温垫片、冷冻腔上接手组成。储冷腔端盖体与储冷腔体管接触连接，储冷腔端盖外套与储冷腔体管通过螺纹连接并压紧储冷腔端盖体，冷冻腔上接手与储冷腔体管通过螺纹连接，储冷腔端盖体、储冷腔体管和冷冻腔上接手共同组成储冷腔，用来存储冷源干冰。单向阀座与储冷腔端盖体通过螺纹连接，单向阀弹簧弹簧坐于单向阀座内并通过一定预紧力将单向阀球顶在储冷腔端盖体上，储冷腔端盖体、单向阀球、单向阀弹簧、单向阀座共同组成单向阀，允许酒精在由酒精腔进入储冷腔而阻止储冷腔中气体和液体经单向阀进入酒精腔。储冷腔上保温垫片与储冷腔端盖体接触连接，储冷腔下保温垫片与冷冻腔上接手接触连接，储冷腔保温管与储冷腔体管接触连接，储冷腔上保温垫片、储冷腔保温管和储冷腔下保温垫片共同组成了储冷腔保温系统，利用保温材料导热系数低的性质减少冷源存储和低温酒精循环循过程中冷冻能量的散失。

孔底冷冻机构由冷冻腔上接手、止逆阀球、止逆阀座、岩心管上接手、密封圈、限位螺钉、岩心管、冷冻腔保温管、卡簧、卡簧座组成，其中岩心管由岩心管内管、岩心管外管和岩心管底座组成，岩心管内管和岩心管外管分别与岩心管底座焊接。岩心管上接手与冷冻腔上接手插接，岩心管内管与岩心管上接手通过螺纹连接，岩心管外管与冷冻腔上接手插接，冷冻腔上接手、岩心管上接手、岩心管组成了冷冻腔，冷冻腔通过冷冻腔上接手上多个圆孔与储冷腔连通。止逆阀座与冷冻腔上接手通过螺纹连接，止逆阀球置于止逆阀座中，止逆阀座、止逆阀球和冷冻腔上接手共同组成止逆阀，在岩心进入到岩心管内的过程中，岩心管内的泥浆顶开止逆阀球经岩心腔上接手内部的泄流口流出，止逆阀同时保证泥浆不会流回岩心管内。限位螺钉与冷冻腔上接手通过螺纹连接，与岩心管接触连接，限位螺钉嵌入岩心管外管上部的环形凹槽中以防止钻进及取心过程中岩心管脱落。冷冻腔保温管与岩心管外管接触连接，利用保温材料导热系数低的性质减少低温酒精循环过程中冷冻能量的散失。卡簧座与岩心管座通过螺纹连接，卡簧坐于卡簧座内，钻进结束后，上提内管总成，卡簧由于自身重力和岩心的摩擦力作用下行将岩心抱死，卡簧座座于钻头内部的台阶上将岩心卡断，实现岩心的回收。

气动循环控制机构由第二连接管、球阀、开阀挡环、第三连接管、上连通管、第一快速接头、中连通管、第二快速接头、环隙密封接头、下连通管组成；其中球阀由阀座、阀体、阀心、阀座密封圈、启闭阀杆、密封件、阀柄、第二扭簧、销轴和Y形曲柄组成，球阀连接方式与普通球阀相同，不同点在于本球阀有对称的两套启闭阀杆和阀柄，且添加了Y形曲柄、销轴和第二扭簧，Y形曲柄通过销轴与阀柄铰接，第二扭簧套装在销轴上，扭簧两臂分别固定在阀柄与Y曲柄杆上且有一定预紧力使Y形曲柄与阀柄保持张开状态；其中第一快速接头和第二快速接头结构相同，都是由接头外套、阳接头、阴接头组成，阳接头与阴接头接触连接，接头外套与阴接头通过螺纹连接并将阳接头与阴接头的连接锁紧；其中环隙密封接头由环封外套、压环、环封底座、环封密封圈组成，环封底座焊接在储冷腔端盖体上，密封圈坐于环封底座内，压环与环隙底座插接并压在环隙密封圈上，环封外套与环封底座通过螺纹连接并压紧压环以实现密封。第二连接管与酒精腔端盖体通过螺纹连接，球阀与第二连接管通过螺纹连接，第三连接管与球阀通过螺纹连接，储冷腔端盖体与第三连接管通过螺纹连接，下连通管与储冷腔端盖体插接并穿过储冷腔和冷冻腔上接手的圆孔伸入到冷冻腔的底部，下连通管与环隙密封接头插接，第二快速接头与下连通管焊接，中连通管与第二接头焊接，第一快速接头与中连通管焊接，上连通管与第一快速接头焊接，上连通管与酒精腔端盖体焊接并伸入酒精腔顶部，上、下连通管选择刚性大的材料使其维持在工作位置，中连通管选刚性小的材料且留有长度余量以适应安装需求。通过上述连接，钻具形成了酒精循环流动通道和气体单向流动通道，其中：酒精循环流动通道由酒精腔、第二连接管、球阀、第三连接管、单向阀、储冷腔、冷冻腔上接手、冷冻腔、下连通管、中连通管、上连通管、组成，酒精由酒精腔出发经循环通道可流回酒精腔，通过单向阀实现酒精的单向流动；气体单向流动通道由单向阀、储冷腔、冷冻腔上接手、冷冻腔、下连通管、中连通管、上连通管、酒精腔、排气阀组成，气体从气体发生地(储冷腔)出发经气体单向流动通道后最终由排气阀排出，该过程通过单向阀实现气体单向流动；沿流体流动方向，两条通道在单向阀之后开始重合，到酒精腔时通道分开。下放内管总成时，球阀保持关闭状态，Y形曲柄经过开阀挡环时压缩第二扭簧并顺利通过；提升内管总成时Y形曲柄末端与开阀挡环挡接触处形成铰接，至此，以Y形曲柄为曲柄、阀柄为连杆、内管总成为滑块、外管总成为机架形成曲柄滑块机构；继续牵引内管总成上升，阀柄带动阀杆、阀芯转动，球阀被打开，至Y形曲柄转至水平，开阀挡环处铰接失效，第二扭簧张开、Y形曲柄通过开阀挡环。冷冻岩心的过程从球阀被打开时开始，酒精由酒精腔经单向阀流入储冷腔与冷源干冰混合，干冰吸热产生大量二氧化然气体，高压气体关闭了单向阀、酒精被冷冻并在重力作用下流入冷冻腔对岩心进行冷冻，气体在气压推动下流入冷冻腔，高压气体将冷冻腔底部的酒精压入下连通管并推动管内酒精沿下连通管→中连通管→上连通管上行流入酒精腔，重力作用下酒精下行、气体则在酒精腔上部聚集，到酒精腔内气压大于钻井液液柱压力后排气阀被打开并排气且压力维持不变，随着储冷腔产生的气体逐渐排出，储冷腔与酒精腔的压差逐渐减小，直到单向阀再次打开。在上述的流体流动过程中，流体流动的动力来自储冷腔与酒精腔之间的压力差：储冷腔内高压产生原因是干冰气化产生的二氧化碳气体在储冷腔内的积累，假设储冷腔全封闭，则随着储冷腔压力升高，产气速率逐渐下降，腔内压力趋于一稳定值，即“干冰酒精最大混合压力”；酒精腔内的压力产生原因是由储冷腔流动来的二氧化碳气体的积累，但其上限受排气阀(液柱压力)控制，因此储冷腔最大气压为液柱压力加上排气阀开启压力，所以当“干冰酒精最大混合压力”与“储冷腔最大气压”的压力差大于“与酒精上行通道竖直高度等高的酒精液柱压力”时，上文所述酒精循环与气体流动便可持续发生，直到干冰消耗完，循环(流动)速度与该压力差值呈正相关，且根据循环(流动)速度的大小不同，一到多个酒精循环可能同时存在。

外管总成由弹卡挡头、第一外管、第一扩孔器、第二外管、第三外管、第四外管、第二扩孔器和钻头组成，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一扩孔器连接，第二外管通过螺纹与第一扩孔器连接，第三外管通过螺纹与第二外管连接，第四外管通过螺纹与第三外管通过螺纹连接，第四外管与第二扩孔器通过螺纹连接，第二扩孔器通过螺纹与钻头连接。

本发明之气动循环冷冻式天然气水合物绳索取心方法，包括以下步骤：

a、在地表向由酒精腔上接手、酒精腔体管、酒精腔端盖体组成酒精腔内装酒精腔一半容积的酒精；根据不同孔深所需的冷量在储冷腔端盖体、储冷腔体管和冷冻腔上接手组成的干冰腔内放入一定量的干冰，将内管总成组装完毕。使用打捞器或直接将内管总成通过钻杆送入到孔内，内管总成到达孔底之后开钻；

b、回次结束，岩心充满岩心管，停泵，投入打捞器将内管总成上提；

c、上提一定距离，使弹卡被回收、内管总成上行、Y形曲柄卡在开阀挡环上并推开球阀；

d、酒精与干冰在储冷腔内混合形成低温酒精并产生高压气体，低温酒精流经冷冻腔实现冷冻岩心，高压气体推动酒精一起上行回到酒精腔并通过排气阀排气，如此循环即实现气动循环制冷岩心；

e、根据钻孔深度确定冷冻时间，之后将内管总成从孔内提出；

f、将岩心样品用液氮储存罐或者高压容器保存。

本发明的有益效果：

本发明采用干冰为冷源，酒精为载冷剂，设计了酒精腔、储冷腔、冷冻腔和循环控制机构，形成了酒精循环流动通道和气体单向流动通道，利用干冰酒精混合产生的高压二氧化碳气体推动低温酒精循环制冷，具有较高的可行性与冷冻效率；将绳索取心与孔底冷冻结合，实现不提钻快速取心，且钻进时内管总成不回转，因而在较大程度上避免了因钻具回转产生的机械力对水合物岩心的破坏，更有效地提高了岩心采取率、完整度和代表性。

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。

图5是图3中的A-A截面图。

图6是图3中的B处局部放大图。

图7是图3中的C处局部放大图。

图8是图4中的D-D截面图

其中：1—弹卡挡头；2—捞矛头；3第一弹性销；4—弹卡回收管；5—弹卡架；6—第二弹性销；7—第一扭簧；8—弹卡；9—第三弹性销；10—第一外管；11—第一连接管；12—悬挂环；13—座环；14—第一扩孔器；15—上轴承座；16—第一单动轴承；17—油嘴；18—第二外管；19—下轴承座；20—第二单动轴承；21—弹簧；22—挡环；23—防松垫片；24—圆螺母；25—排气接手；26—酒精腔上接手；27—排气阀座；28—排气阀弹簧；29—排气阀球；30—酒精腔上保温垫片；31—酒精腔保温管；32—酒精腔体管；33—酒精腔下保温垫片；34—上连通管；35—酒精腔端盖外套；36—酒精腔端盖体；37—第二连接管；38第一快速接头；39—开阀挡环；40—球阀；40a—阀座；40b—阀体；40c—阀心；40d—阀座密封圈；40e—启闭阀杆；40f—密封件；40g—阀柄；40h—第二扭簧；40i—销轴；40j；Y形曲柄；41—中连通管；42—第三连接管；43—第二快速接头；43a—接头外套；43b—阳接头；43c—阴接头；44；环隙密封接头；44a—环封外套；44b—压环；44c—环封底座；44d—环封密封圈；45—储冷腔端盖体；46—储冷腔端盖外套；47—单向阀球；48—单向阀弹簧；49—单向阀座；50—储冷腔上保温垫片；51—储冷腔体管；52—储冷腔保温管；53—下连通管；54—第三外管；55—储冷腔下保温垫片；56—冷冻腔上接手；57—止逆阀球；58—止逆阀座；59—密封圈；60—岩心管上接手；61—限位螺钉；62—冷冻腔保温管；63—第四外管；64—岩心管；64a—岩心管外管；64b—岩心管内管；64c—岩心管座；65—第二扩孔器；66—卡簧；67—卡簧座；68—钻头。

具体实施方式

本发明之气动循环冷冻式天然气水合物绳索取心钻具采用干冰为冷源，酒精为载冷剂和助冷催化剂；

如图1至图8所示，本发明之气动循环冷冻式天然气水合物绳索取心钻具由内管总成和外管总成组成，其中内管总成包括有打捞机构、弹卡定位机构、悬挂机构、单动机构、调节机构、酒精存储机构、储冷机构、孔底冷冻机构和气动循环控制机构；

打捞机构是由捞矛头2、第一弹性销3和弹卡回收管4组成，捞矛头2与弹卡回收管4通过第一弹性销3连接；打捞器下入孔内后与捞矛头2连接，通过打捞器与打捞机构的连接实现将钻具内管总成放入孔内和回收的过程；同时通过打捞器提起打捞机构时带动岩心管向上移动，捞矛头2可带动弹卡回收管4向上移动，从而实现绳索取心的过程。

弹卡定位机构由弹卡挡头1、弹卡回收管4、弹卡架5、第二弹性销6、第一扭簧7、弹卡8和第三弹性销9组成。弹卡回收管4与弹卡架5通过第二弹性销6铰接，第二弹性销6与弹卡架5的连接为可动连接，第二弹性销6与弹卡回收管4之间为固定连接，弹卡回收管4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8为两片通过第二弹性销6形成可转动的连接，第一扭簧7保持弹卡8在弹卡架5内保持张开，弹卡回收管4与弹卡架5通过第三弹性销9形成固定连接，两片弹卡8卡在弹卡挡头1上，保证在钻进过程中内管总成不会因为钻进时上顶力使内管总成向上移动造成“飞管”事故。

悬挂机构由弹卡架5、第一连接管11、悬挂环12、座环13和上轴承座15组成。第一连接管11与弹卡架5通过螺纹连接，悬挂环12与第一连接管11通过螺纹连接，第一连接管11上开有均匀分布的八个斜孔，分别位于悬挂环12上部和下部相对的位置，当悬挂环12与座环13接触后，内管总成与外管之间的泥浆通道被堵死，泥浆通过第一连接管11上部的斜孔进入，从第一连接管11下部的斜孔流出实现泥浆向下流动。悬挂环12与座环13的连接方式为接触式连接，这种连接方式使内管总成克服自身重力悬挂在外管总成内，使卡簧座67与钻头68之间保持2-4毫米间隙，以防止损坏卡簧座67和钻头68，并保证岩心管64不会因为与钻头68接触而转动和堵塞泥浆通道。

单动机构由上轴承座15、第一单动轴承16、下轴承座19、油嘴17和第二单动轴承20组成。第一连接管11与上轴承座15通过螺纹连接，第一单动轴承16上部与上轴承座15接触，并随上轴承座15转动，第一单动轴承16下部与下轴承座19接触保持不动，当岩心在岩心管64内卡住时，第一单动轴承16作为易损件承受上顶力，第二单动轴承20上部与下轴承座19接触，第二单动轴承20下部与上轴承座15接触，第二单动轴承20提供上顶力使下轴承座19不向下移动，油嘴17与下轴承座19通过螺纹连接，每次钻进开始前通过油嘴17上的小口将润滑油加入上轴承座15和下轴承座19的间隙内，润滑油可对转动的第一单动轴承16和第二单动轴承20起到润滑、散热和防水的作用。第一单动轴承16与第二单动轴承20实现了岩心管64、储冷机构、孔底冷冻机构和循环控制机构的单动功能，保证在钻进过程中岩心管64中的水合物岩心不会受到扰动。

调节机构上轴承座15、弹簧21、挡环22、防松垫片23、圆螺母24和排气接手25。弹簧21上部与第二单动轴承20接触并提供上顶力使第二单动轴承20能够保持下轴承座19不动，弹簧21下部与档环22接触，挡环22与上轴承座15接触，防松垫片23上部与挡环22连接，弹簧21下部与圆螺母24连接，圆螺母24为弹簧21提供上顶力，将单动机构上部的机构与下部的机构连接起来；上轴承座15通过螺纹与排气接手25连接；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，弹簧21可起到缓冲作用；在卡断岩心时，卡簧66带动卡簧座67下移压缩弹簧21，卡簧座67坐于钻头68内的台阶上，进而将拔断岩心的力传递到外管上，保证内管在整个取样过程中不受力。

酒精存储机构由酒精腔上接手26、排气阀座27、排气阀弹簧28、排气阀球29、酒精腔上保温垫片、酒精腔体管32、酒精腔保温管31、酒精腔下保温垫片33、酒精腔端盖外套35、酒精腔端盖体36组成。酒精腔上接手26通过螺纹与酒精腔体管32连接，酒精腔体管32与酒精腔端盖体36接触连接，酒精腔端盖外套35通过螺纹与酒精腔体管32连接连接并压紧酒精腔端盖体36，酒精腔上接手26、酒精腔体管32、酒精腔端盖体36共同组成了酒精腔。排气阀座27与酒精腔上接手26通过螺纹连接，排气阀弹簧28坐于排气阀座27内并通过一定预紧力将排气阀球29顶在酒精腔上接手26上，酒精腔上接手26、排气阀、排气阀球29和有一定预紧力的排气阀弹簧28组成排气阀，当酒精腔内压力大于一定值时排气阀被打开，将腔内气体排至钻井液中。酒精腔上保温垫片30与酒精腔上接手26接触连接，酒精腔下保温垫片33与酒精腔端盖体36接触连接，酒精腔保温管31与酒精腔体管32接触连接，酒精腔上保温垫片30、酒精腔保温管31和酒精腔下保温垫片33共同组成了酒精腔保温系统，利用保温材料导热系数低的性质减少低温酒精循环过程中冷冻能量的散失。

储冷机构由储冷腔端盖体45、单向阀球47、单向阀弹簧48、单向阀座49、储冷腔端盖外套46、储冷腔上保温垫片50、储冷腔体管51、储冷腔保温管52、储冷腔下保温垫片55、冷冻腔上接手56组成。储冷腔端盖体45与储冷腔体管51接触连接，储冷腔端盖外套46与储冷腔体管51通过螺纹连接并压紧储冷腔端盖体45，冷冻腔上接手56与储冷腔体管51通过螺纹连接，储冷腔端盖体45、储冷腔体管51和冷冻腔上接手56共同组成储冷腔，用来存储冷源干冰。单向阀座49与储冷腔端盖体45通过螺纹连接，单向阀弹簧48坐于单向阀座49内并通过一定预紧力将单向阀球47顶在储冷腔端盖体45上，储冷腔端盖体45、单向阀球47、单向阀弹簧48、单向阀座49共同组成单向阀，允许酒精在由酒精腔进入储冷腔而阻止储冷腔中气体和液体经单向阀进入酒精腔。储冷腔上保温垫片50与储冷腔端盖体45接触连接，储冷腔下保温垫片55与冷冻腔上接手56接触连接，储冷腔保温管52与储冷腔体管51接触连接，储冷腔上保温垫片50、储冷腔保温管52和储冷腔下保温垫片55共同组成了储冷腔保温系统，利用保温材料导热系数低的性质减少冷源存储和低温酒精循环循过程中冷冻能量的散失。

孔底冷冻机构由冷冻腔上接手56、止逆阀球57、止逆阀座58、岩心管64上接手60、密封圈59、限位螺钉61、岩心管64、冷冻腔保温管62、卡簧66、卡簧座67组成，其中岩心管64由岩心管内管64b、岩心管外管64a和岩心管64底座组成，岩心管内管64b和岩心管外管64a分别与岩心管64底座焊接。岩心管64上接手60与冷冻腔上接手56插接，岩心管内管64b与岩心管64上接手60通过螺纹连接，岩心管外管64a与冷冻腔上接手56插接，冷冻腔上接手56、岩心管64上接手60、岩心管64组成了冷冻腔，冷冻腔通过冷冻腔上接手56上多个圆孔与储冷腔连通。止逆阀座58与冷冻腔上接手56通过螺纹连接，止逆阀球57置于止逆阀座58中，止逆阀座58、止逆阀球57和冷冻腔上接手56共同组成止逆阀，在岩心进入到岩心管64内的过程中，岩心管64内的泥浆顶开止逆阀球57经岩心腔上接手内部的泄流口流出，止逆阀同时保证泥浆不会流回岩心管64内。限位螺钉61与冷冻腔上接手56通过螺纹连接，与岩心管64接触连接，限位螺钉61嵌入岩心管外管64a上部的环形凹槽中以防止钻进及取心过程中岩心管64脱落。冷冻腔保温管62与岩心管外管64a接触连接，利用保温材料导热系数低的性质减少低温酒精循环过程中冷冻能量的散失。卡簧座67与岩心管座64c通过螺纹连接，卡簧66坐于卡簧座67内，钻进结束后，上提内管总成，卡簧66由于自身重力和岩心的摩擦力作用下行将岩心抱死，卡簧座67座于钻头68内部的台阶上将岩心卡断，实现岩心的回收。

气动循环控制机构由第二连接管37、球阀40、开阀挡环39、第三连接管42、上连通管34、第一快速接头、中连通管41、第二快速接头43、环隙密封接头44、下连通管53组成；其中球阀40由阀座40a、阀体40b、阀芯40c、阀座密封圈5940d、启闭阀杆40e、密封件40f、阀柄40g、第二扭簧40h、销轴40i和Y形曲柄40J组成，球阀40连接方式与普通球阀相同，不同点在于本球阀40有对称的两套启闭阀杆40e和阀柄40g，且添加了Y形曲柄40J、销轴40i和第二扭簧40h，Y形曲柄40J通过销轴40i与阀柄40g铰接，第二扭簧40h套装在销轴40i上，扭簧两臂分别固定在阀柄40g与Y曲柄杆上且有一定预紧力使Y形曲柄40J与阀柄40g保持张开状态；其中第一快速接头和第二快速接头43结构相同，都是由接头外套43a、阳接头43b、阴接头43c组成，阳接头43b与阴接头43c接触连接，接头外套43a与阴接头43c通过螺纹连接并将阳接头43b与阴接头43c的连接锁紧；其中环隙密封接头44由环封外套44a、压环44b、环封底座44c、环封密封圈59组成，环封底座44c焊接在储冷腔端盖体45上，密封圈59坐于环封底座44c内，压环44b与环隙底座插接并压在环隙密封圈59上，环封外套44a与环封底座44c通过螺纹连接并压紧压环44b以实现密封。第二连接管37与酒精腔端盖体36通过螺纹连接，球阀40与第二连接管37通过螺纹连接，第三连接管42与球阀40通过螺纹连接，储冷腔端盖体45与第三连接管42通过螺纹连接，下连通管53与储冷腔端盖体45插接并穿过储冷腔和冷冻腔上接手56的圆孔伸入到冷冻腔的底部，下连通管53与环隙密封接头44插接，第二快速接头43与下连通管53焊接，中连通管41与第二接头焊接，第一快速接头38与中连通管41焊接，上连通管34与第一快速接头38焊接，上连通管34与酒精腔端盖体36焊接并伸入酒精腔顶部，上、下连通管选择刚性大的材料使其维持在工作位置，中连通管41选刚性小的材料且留有长度余量以适应安装需求。通过上述连接，钻具形成了酒精循环流动通道和气体单向流动通道，其中：酒精循环流动通道由酒精腔、第二连接管37、球阀40、第三连接管42、单向阀、储冷腔、冷冻腔上接手56、冷冻腔、下连通管53、中连通管41、上连通管34组成，酒精由酒精腔出发经循环通道可流回酒精腔，通过单向阀实现酒精的单向流动；气体单向流动通道由单向阀、储冷腔、冷冻腔上接手56、冷冻腔、下连通管53、中连通管41、上连通管34、酒精腔、排气阀组成，气体从气体发生地(储冷腔)出发经气体单向流动通道后最终由排气阀排出，该过程通过单向阀实现气体单向流动；沿流体流动方向，两条通道在单向阀之后开始重合，到酒精腔时通道分开。下放内管总成时，球阀40保持关闭状态，Y形曲柄40J经过开阀挡环39时压缩第二扭簧40h并顺利通过；提升内管总成时Y形曲柄40J末端与开阀挡环39挡接触处形成铰接，至此，以Y形曲柄40J为曲柄、阀柄40g为连杆、内管总成为滑块、外管总成为机架形成曲柄滑块机构；继续牵引内管总成上升，阀柄40g带动阀杆、阀芯40c转动，球阀40被打开，至Y形曲柄40J转至水平，开阀挡环39处铰接失效，第二扭簧40h张开、Y形曲柄40J通过开阀挡环39。冷冻岩心的过程从球阀40被打开时开始，酒精由酒精腔经单向阀流入储冷腔与冷源干冰混合，干冰吸热产生大量二氧化然气体，高压气体关闭了单向阀、酒精被冷冻并在重力作用下流入冷冻腔对岩心进行冷冻，气体在气压推动下流入冷冻腔，高压气体将冷冻腔底部的酒精压入下连通管53并推动管内酒精沿下连通管53→中连通管41→上连通管34上行流入酒精腔，重力作用下酒精下行、气体则在酒精腔上部聚集，到酒精腔内气压大于钻井液液柱压力后排气阀被打开并排气且压力维持不变，随着储冷腔产生的气体逐渐排出，储冷腔与酒精腔的压差逐渐减小，直到单向阀再次打开。在上述的流体流动过程中，流体流动的动力来自储冷腔与酒精腔之间的压力差：储冷腔内高压产生原因是干冰气化产生的二氧化碳气体在储冷腔内的积累，假设储冷腔全封闭，则随着储冷腔压力升高，产气速率逐渐下降，腔内压力趋于一稳定值，即“干冰酒精最大混合压力”；酒精腔内的压力产生原因是由储冷腔流动来的二氧化碳气体的积累，但其上限受排气阀(液柱压力)控制，因此储冷腔最大气压为液柱压力加上排气阀开启压力，所以当“干冰酒精最大混合压力”与“储冷腔最大气压”的压力差大于“与酒精上行通道竖直高度等高的酒精液柱压力”时，上文所述酒精循环与气体流动便可持续发生，直到干冰消耗完，循环(流动)速度与该压力差值呈正相关，且根据循环(流动)速度的大小不同，一到多个酒精循环可能同时存在。

外管总成由弹卡挡头1、第一外管10、第一扩孔器14、第二外管18、第三外管54、第四外管63、第二扩孔器65和钻头68组成，弹卡挡头1与第一外管10通过螺纹连接，第一外管10通过螺纹与第一扩孔器14连接，第二外管18通过螺纹与第一扩孔器14连接，第三外管54通过螺纹与第二外管18连接，第四外管63通过螺纹与第三外管54通过螺纹连接，第四外管63与第二扩孔器65通过螺纹连接，第二扩孔器65通过螺纹与钻头68连接。

本发明之气动循环冷冻式天然气水合物绳索取心方法，包括以下步骤：

a、在地表向由酒精腔上接手26、酒精腔体管32、酒精腔端盖体36组成的酒精腔内装酒精腔一半容积的酒精；根据不同孔深所需的冷量在储冷腔端盖体45、储冷腔体管51和冷冻腔上接手56组成的干冰腔内放入一定量的干冰，将内管总成组装完毕。使用打捞器或直接将内管总成通过钻杆送入到孔内，内管总成到达孔底之后开钻；

b、回次结束，岩心充满岩心管64，停泵，投入打捞器将内管总成上提；

c、上提一定距离，使弹卡8被回收、内管总成上行、Y形曲柄40J卡在开阀挡环39上并推开球阀40；

d、酒精与干冰在储冷腔内混合形成低温酒精并产生高压气体，低温酒精流经冷冻腔实现冷冻岩心，高压气体推动酒精一起上行回到酒精腔并通过排气阀排气，如此循环即实现气动循环制冷岩心；

e、根据钻孔深度确定冷冻时间，之后将内管总成从孔内提出；

f、将岩心样品用液氮储存罐或者高压容器保存。

Claims (2)

1.一种气动循环冷冻式天然气水合物绳索取心钻具，其特征在于：由内管总成和外管总成组成，其中内管总成包括有打捞机构、弹卡定位机构、悬挂机构、单动机构、调节机构、酒精存储机构、储冷机构、孔底冷冻机构和气动循环控制机构；

打捞机构是由捞矛头2、第一弹性销3和弹卡回收管4组成，捞矛头2与弹卡回收管4通过第一弹性销3连接；打捞器下入孔内后与捞矛头2连接，通过打捞器与打捞机构的连接实现将钻具内管总成放入孔内和回收的过程；同时通过打捞器提起打捞机构时带动岩心管向上移动，捞矛头2可带动弹卡回收管4向上移动，从而实现绳索取心的过程；

弹卡定位机构由弹卡挡头1、弹卡回收管4、弹卡架5、第二弹性销6、第一扭簧7、弹卡8和第三弹性销9组成；弹卡回收管4与弹卡架5通过第二弹性销6铰接，第二弹性销6与弹卡架5的连接为可动连接，第二弹性销6与弹卡回收管4之间为固定连接，弹卡回收管4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8为两片通过第二弹性销6形成可转动的连接，第一扭簧7保持弹卡8在弹卡架5内保持张开，弹卡回收管4与弹卡架5通过第三弹性销9形成固定连接，两片弹卡8卡在弹卡挡头1上；

悬挂机构由弹卡架5、第一连接管11、悬挂环12、座环13和上轴承座15组成；第一连接管11与弹卡架5通过螺纹连接，悬挂环12与第一连接管11通过螺纹连接，第一连接管11上开有均匀分布的八个斜孔，分别位于悬挂环12上部和下部相对的位置，当悬挂环12与座环13接触后，内管总成与外管之间的泥浆通道被堵死，泥浆通过第一连接管11上部的斜孔进入，从第一连接管11下部的斜孔流出实现泥浆向下流动；悬挂环12与座环13的连接方式为接触式连接，这种连接方式使内管总成克服自身重力悬挂在外管总成内，使卡簧座67与钻头68之间保持2-4毫米间隙，以防止损坏卡簧座67和钻头68，并保证岩心管64不会因为与钻头68接触而转动和堵塞泥浆通道；

单动机构由上轴承座15、第一单动轴承16、下轴承座19、油嘴17和第二单动轴承20组成；第一连接管11与上轴承座15通过螺纹连接，第一单动轴承16上部与上轴承座15接触，并随上轴承座15转动，第一单动轴承16下部与下轴承座19接触保持不动，当岩心在岩心管64内卡住时，第一单动轴承16作为易损件承受上顶力，第二单动轴承20上部与下轴承座19接触，第二单动轴承20下部与上轴承座15接触，第二单动轴承20提供上顶力使下轴承座19不向下移动，油嘴17与下轴承座19通过螺纹连接，每次钻进开始前通过油嘴17上的小口将润滑油加入上轴承座15和下轴承座19的间隙内，润滑油可对转动的第一单动轴承16和第二单动轴承20起到润滑、散热和防水的作用；第一单动轴承16与第二单动轴承20实现了岩心管64、储冷机构、孔底冷冻机构和循环控制机构的单动功能，保证在钻进过程中岩心管64中的水合物岩心不会受到扰动；

调节机构上轴承座15、弹簧21、挡环22、防松垫片23、圆螺母24和排气接手25；弹簧21上部与第二单动轴承20接触并提供上顶力使第二单动轴承20能够保持下轴承座19不动，弹簧21下部与档环22接触，挡环22与上轴承座15接触，防松垫片23上部与挡环22连接，弹簧21下部与圆螺母24连接，圆螺母24为弹簧21提供上顶力，将单动机构上部的机构与下部的机构连接起来；上轴承座15通过螺纹与排气接手25连接；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，弹簧21可起到缓冲作用；在卡断岩心时，卡簧66带动卡簧座67下移压缩弹簧21，卡簧座67坐于钻头68内的台阶上，进而将拔断岩心的力传递到外管上，保证内管在整个取样过程中不受力；

酒精存储机构由酒精腔上接手26、排气阀座27、排气阀弹簧28、排气阀球29、酒精腔上保温垫片、酒精腔体管32、酒精腔保温管31、酒精腔下保温垫片33、酒精腔端盖外套35、酒精腔端盖体36组成；酒精腔上接手26通过螺纹与酒精腔体管32连接，酒精腔体管32与酒精腔端盖体36接触连接，酒精腔端盖外套35通过螺纹与酒精腔体管32连接并压紧酒精腔端盖体36，酒精腔上接手26、酒精腔体管32、酒精腔端盖体36共同组成了酒精腔；排气阀座27与酒精腔上接手26通过螺纹连接，排气阀弹簧28坐于排气阀座27内并通过一定预紧力将排气阀球29顶在酒精腔上接手26上，酒精腔上接手26、排气阀、排气阀球29和有一定预紧力的排气阀弹簧28组成排气阀，当酒精腔内压力大于一定值时排气阀被打开，将腔内气体排至钻井液中；酒精腔上保温垫片30与酒精腔上接手26接触连接，酒精腔下保温垫片33与酒精腔端盖体36接触连接，酒精腔保温管31与酒精腔体管32接触连接，酒精腔上保温垫片30、酒精腔保温管31和酒精腔下保温垫片33共同组成了酒精腔保温系统；

储冷机构由储冷腔端盖体45、单向阀球47、单向阀弹簧48、单向阀座49、储冷腔端盖外套46、储冷腔上保温垫片50、储冷腔体管51、储冷腔保温管52、储冷腔下保温垫片55、冷冻腔上接手56组成；储冷腔端盖体45与储冷腔体管51接触连接，储冷腔端盖外套46与储冷腔体管51通过螺纹连接并压紧储冷腔端盖体45，冷冻腔上接手56与储冷腔体管51通过螺纹连接，储冷腔端盖体45、储冷腔体管51和冷冻腔上接手56共同组成储冷腔，用来存储冷源干冰；单向阀座49与储冷腔端盖体45通过螺纹连接，单向阀弹簧48坐于单向阀座49内并通过一定预紧力将单向阀球47顶在储冷腔端盖体45上，储冷腔端盖体45、单向阀球47、单向阀弹簧48、单向阀座49共同组成单向阀，允许酒精在由酒精腔进入储冷腔而阻止储冷腔中气体和液体经单向阀进入酒精腔；储冷腔上保温垫片50与储冷腔端盖体45接触连接，储冷腔下保温垫片55与冷冻腔上接手56接触连接，储冷腔保温管52与储冷腔体管51接触连接，储冷腔上保温垫片50、储冷腔保温管52和储冷腔下保温垫片55共同组成了储冷腔保温系统，利用保温材料导热系数低的性质减少冷源存储和低温酒精循环循过程中冷冻能量的散失；

孔底冷冻机构由冷冻腔上接手56、止逆阀球57、止逆阀座58、岩心管64上接手60、密封圈59、限位螺钉61、岩心管64、冷冻腔保温管62、卡簧66、卡簧座67组成，其中岩心管64由岩心管内管64b、岩心管外管64a和岩心管64底座组成，岩心管内管64b和岩心管外管64a分别与岩心管64底座焊接；岩心管64上接手60与冷冻腔上接手56插接，岩心管内管64b与岩心管64上接手60通过螺纹连接，岩心管外管64a与冷冻腔上接手56插接，冷冻腔上接手56、岩心管64上接手60、岩心管64组成了冷冻腔，冷冻腔通过冷冻腔上接手56上多个圆孔与储冷腔连通；止逆阀座58与冷冻腔上接手56通过螺纹连接，止逆阀球57置于止逆阀座58中，止逆阀座58、止逆阀球57和冷冻腔上接手56共同组成止逆阀，在岩心进入到岩心管64内的过程中，岩心管64内的泥浆顶开止逆阀球57经岩心腔上接手内部的泄流口流出，止逆阀同时保证泥浆不会流回岩心管64内；限位螺钉61与冷冻腔上接手56通过螺纹连接，与岩心管64接触连接，限位螺钉61嵌入岩心管外管64a上部的环形凹槽中以防止钻进及取心过程中岩心管64脱落；冷冻腔保温管62与岩心管外管64a接触连接，利用保温材料导热系数低的性质减少低温酒精循环过程中冷冻能量的散失；卡簧座67与岩心管座64c通过螺纹连接，卡簧66坐于卡簧座67内，钻进结束后，上提内管总成，卡簧66由于自身重力和岩心的摩擦力作用下行将岩心抱死，卡簧座67座于钻头68内部的台阶上将岩心卡断，实现岩心的回收；

气动循环控制机构由第二连接管37、球阀40、开阀挡环39、第三连接管42、上连通管34、第一快速接头、中连通管41、第二快速接头43、环隙密封接头44、下连通管53组成；其中球阀40由阀座40a、阀体40b、阀芯40c、阀座密封圈5940d、启闭阀杆40e、密封件40f、阀柄40g、第二扭簧40h、销轴40i和Y形曲柄40J组成，球阀40连接方式与普通球阀相同，不同点在于本球阀40有对称的两套启闭阀杆40e和阀柄40g，且添加了Y形曲柄40J、销轴40i和第二扭簧40h，Y形曲柄40J通过销轴40i与阀柄40g铰接，第二扭簧40h套装在销轴40i上，扭簧两臂分别固定在阀柄40g与Y曲柄杆上且有一定预紧力使Y形曲柄40J与阀柄40g保持张开状态；其中第一快速接头和第二快速接头43结构相同，都是由接头外套43a、阳接头43b、阴接头43c组成，阳接头43b与阴接头43c接触连接，接头外套43a与阴接头43c通过螺纹连接并将阳接头43b与阴接头43c的连接锁紧；其中环隙密封接头44由环封外套44a、压环44b、环封底座44c、环封密封圈59组成，环封底座44c焊接在储冷腔端盖体45上，密封圈59坐于环封底座44c内，压环44b与环隙底座插接并压在环隙密封圈59上，环封外套44a与环封底座44c通过螺纹连接并压紧压环44b以实现密封；第二连接管37与酒精腔端盖体36通过螺纹连接，球阀40与第二连接管37通过螺纹连接，第三连接管42与球阀40通过螺纹连接，储冷腔端盖体45与第三连接管42通过螺纹连接，下连通管53与储冷腔端盖体45插接并穿过储冷腔和冷冻腔上接手56的圆孔伸入到冷冻腔的底部，下连通管53与环隙密封接头44插接，第二快速接头43与下连通管53焊接，中连通管41与第二接头焊接，第一快速接头38与中连通管41焊接，上连通管34与第一快速接头38焊接，上连通管34与酒精腔端盖体36焊接并伸入酒精腔顶部，钻具形成了酒精循环流动通道和气体单向流动通道，酒精循环流动通道由酒精腔、第二连接管37、球阀40、第三连接管42、单向阀、储冷腔、冷冻腔上接手56、冷冻腔、下连通管53、中连通管41、上连通管34组成，酒精由酒精腔出发经循环通道可流回酒精腔，通过单向阀实现酒精的单向流动；气体单向流动通道由单向阀、储冷腔、冷冻腔上接手56、冷冻腔、下连通管53、中连通管41、上连通管34、酒精腔、排气阀组成，气体从气体发生地出发经气体单向流动通道后最终由排气阀排出，该过程通过单向阀实现气体单向流动；沿流体流动方向，两条通道在单向阀之后开始重合，到酒精腔时通道分开；下放内管总成时，球阀40保持关闭状态，Y形曲柄40J经过开阀挡环39时压缩第二扭簧40h并顺利通过；提升内管总成时Y形曲柄40J末端与开阀挡环39挡接触处形成铰接，至此，以Y形曲柄40J为曲柄、阀柄40g为连杆、内管总成为滑块、外管总成为机架形成曲柄滑块机构；继续牵引内管总成上升，阀柄40g带动阀杆、阀芯40c转动，球阀40被打开，至Y形曲柄40J转至水平，开阀挡环39处铰接失效，第二扭簧40h张开、Y形曲柄40J通过开阀挡环39；冷冻岩心的过程从球阀40被打开时开始，酒精由酒精腔经单向阀流入储冷腔与冷源干冰混合，干冰吸热产生大量二氧化然气体，高压气体关闭了单向阀、酒精被冷冻并在重力作用下流入冷冻腔对岩心进行冷冻，气体在气压推动下流入冷冻腔，高压气体将冷冻腔底部的酒精压入下连通管53并推动管内酒精沿下连通管53、中连通管41、上连通管34上行流入酒精腔，重力作用下酒精下行、气体则在酒精腔上部聚集，到酒精腔内气压大于钻井液液柱压力后排气阀被打开并排气且压力维持不变，随着储冷腔产生的气体逐渐排出，储冷腔与酒精腔的压差逐渐减小，直到单向阀再次打开；在上述的流体流动过程中，流体流动的动力来自储冷腔与酒精腔之间的压力差：储冷腔内高压产生原因是干冰气化产生的二氧化碳气体在储冷腔内的积累，假设储冷腔全封闭，则随着储冷腔压力升高，产气速率逐渐下降，腔内压力趋于一稳定值；酒精腔内的压力产生原因是由储冷腔流动来的二氧化碳气体的积累，但其上限受排气阀控制，因此储冷腔最大气压为液柱压力加上排气阀开启压力；

外管总成由弹卡挡头1、第一外管10、第一扩孔器14、第二外管18、第三外管54、第四外管63、第二扩孔器65和钻头68组成，弹卡挡头1与第一外管10通过螺纹连接，第一外管10通过螺纹与第一扩孔器14连接，第二外管18通过螺纹与第一扩孔器14连接，第三外管54通过螺纹与第二外管18连接，第四外管63通过螺纹与第三外管54通过螺纹连接，第四外管63与第二扩孔器65通过螺纹连接，第二扩孔器65通过螺纹与钻头68连接。

2.一种气动循环冷冻式天然气水合物绳索取心方法，包括以下步骤：

a、在地表向由酒精腔上接手26、酒精腔体管32、酒精腔端盖体36组成的酒精腔内装酒精腔一半容积的酒精；根据不同孔深所需的冷量在储冷腔端盖体45、储冷腔体管51和冷冻腔上接手56组成的干冰腔内放入一定量的干冰，将内管总成组装完毕；使用打捞器或直接将内管总成通过钻杆送入到孔内，内管总成到达孔底之后开钻；

b、回次结束，岩心充满岩心管64，停泵，投入打捞器将内管总成上提；

c、上提一定距离，使弹卡8被回收、内管总成上行、Y形曲柄40J卡在开阀挡环39上并推开球阀40；

d、酒精与干冰在储冷腔内混合形成低温酒精并产生高压气体，低温酒精流经冷冻腔实现冷冻岩心，高压气体推动酒精一起上行回到酒精腔并通过排气阀排气，如此循环即实现气动循环制冷岩心；

e、根据钻孔深度确定冷冻时间，之后将内管总成从孔内提出；

f、将岩心样品用液氮储存罐或者高压容器保存。