CN105156056A - 天然气水合物孔底冷冻液动绳索取心钻具及取心方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气水合物孔底冷冻绳索取心钻具及取心方法，本发明适用于深海和陆地永冻层的天然气水合物钻探取心。本发明采用单纯的冷冻取样，采用干冰为冷源，酒精为助冷催化剂和载冷剂，能过实现天然气水合物岩心快速冷冻；将绳索取心与孔底冷冻结合，实现不提钻快速取心；采用钻井液压力来驱动控制阀机构实现冷源注入冷冻机构的过程，具有较高的可行性。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。

Description

天然气水合物孔底冷冻液动绳索取心钻具及取心方法

技术领域

本发明涉及一种通过液动控制的天然气水合物孔底冷冻绳索取心钻具及取心方法，尤其适用于深海和陆地永冻层的天然气水合物钻探取心。

背景技术

随着现代工业对能源需求的日益增长，石油、煤和天然气等常规能源已无法满足需求，天然气水合物以其丰富的资源量，已成为世界公认的可以在将来成为石油、煤和天然气等常规能源的替代能源。天然气水合物形成并赋存在高压低温的环境下。根据天然气水合物稳压特性曲线，如果温度或者压力条件变化超过平衡条件，就会导致天然气水合物分解。目前国内外的天然气水合物取样器主要由两种设计思路：一种是孔底保压取样器，一种是孔底冷冻取样器。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，或采用液氮作为冷冻剂，通过将液氮注入到冷冻腔内冷冻岩心。取样器结果为投球提钻取心，在钻进回次结束后，通过钻杆向取样器内投入钢球来改变冲洗液流通道，以实现对冷冻过程的控制。这就决定了回次结束后只能采用提钻的方法获取岩心，提钻时间长，工作量大。而且在提钻过程中，水合物岩心会产生二次分解。目前提出的采用绳索取心方式的孔底冷冻取样器的冷源注入过程不好控制，目前尚未有一种高可靠性地能够适用于陆地和海洋水合物冷冻取样的天然气水合物孔底冷冻绳索取心钻具。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种适用于深海和陆地永冻层的天然气水合物钻探取心，并通过液动控制的天然气水合物孔底冷冻绳索取心钻具及取心方法。采用钻井液压力驱动控制阀来控制冷源注入岩心管周围的过程，通过低温冷源降低水合物岩心的温度，进而抑制天然气水合物的分解。

本发明所述的天然气水合物孔底冷冻液动卡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、控制机构、悬挂机构、钢球定位机构、单动机构、调节机构、冷源存储机构和孔底冷冻机构。

打捞机构由捞矛头、第一内接手组成，捞矛头与第一内接手通过螺纹连接；打捞器下入孔内后与捞矛头连接从而实现将钻具内管总成放入孔内和回收；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。

控制机构是由第一内接手、控制活塞、第一弹簧、控制阀和重力管组成，第一内接手与重力管通过螺纹连接，控制活塞位于第一内接手的内部，并可在第一内接手内部实现竖直方向的上行和下行；第一弹簧上部与控制活塞接触，下部与重力管接触，第一弹簧为控制活塞提供上顶力保证控制活塞位于上下进水口之间；第一内接手上开有均匀分布的12个斜孔，分别位于控制活塞的上部，悬挂环上部和下部相对的位置，当悬挂环与座环接触后，原本从内管总成与外管之间间隙流动的泥浆通道被堵死，泥浆通过第一内接手的下进水口进入，从第一内接手下部的出水口流出完成泥浆循环，在实际钻进结束后，向钻杆内投入塞流环，塞流环座于悬挂环上并将下进水口堵住，此时开泵循环泥浆，泥浆从第一内接手的上进水口进入，克服第一弹簧的预紧力使控制活塞下行，同时控制活塞带动控制阀下行将冷源压入到冷冻机构中。

悬挂机构是由第一内接手、第一悬挂环、第一座环和第一扩孔器组成，第一内接手通过螺纹与悬挂环连接，座环通过螺纹与第一扩孔器连接；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岩心管的通水性能。

钢球定位机构是由定位管、重力管、中间管、定位钢球、第二内接手、第二悬挂环和第二座环组成，定位管通过螺纹与第一内接手连接，重力管通过螺纹与第一内接手连接，中间管与第二内接手通过螺纹连接，定位钢球位于重力管和中间管上的斜孔之间，控制活塞通过螺纹与控制阀连接；钻进时首先将内管总成投入孔内，重力管将定位钢球从中间管的斜孔内挤出进入到定位管的环装槽内，实现内管总成的上定位；当打捞器带动打捞机构上行时，第一内接手带动重力管上行，上行距离为重力管的外凸台和中间管的内凸台之间的距离，此时重力管和第二内接手脱离并且二者之间的距离小于定位钢球的直径，因此当内管总成上行时定位钢球会由于定位管的推力而进入到重力管和第二内接手的间隙中，实现内管总成的回收，第二悬挂环座于第二座环上，为钢球定位机构提供上顶力，确保钢球定位机构实现功能。

单动机构是由上轴承座、第一轴承、油嘴、下轴承座和第二轴承组成。第二内接手通过螺纹与上轴承座连接，上轴承座下部与第一轴承上部接触，第一轴承上部随上轴承座转动，下轴承座上部与第一轴承下部接触并保持不动，第一轴承承受由于岩心卡堵而产生的上顶力，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，油嘴与下轴承座通过螺纹连接，钻进开始前通过油嘴将润滑油注入上轴承座和下轴承座的间隙内对轴承进行润滑和散热。

调节机构是由下轴承座、第二弹簧、挡环、垫片、圆螺母和连接管构成，第二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，第二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，第二弹簧下部与圆螺母连接，圆螺母为第二弹簧提供上顶力，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连接管连接；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，第一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第二弹簧，卡簧座座与钻头内的台阶上，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。

冷源存储机构是由酒精腔上接手、酒精腔体管、酒精腔下接手、控制阀球、控制阀座、排气阀座、第三弹簧、排气阀球、第四弹簧、干冰腔保温层、第二密封圈和岩心腔上接手组成。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下接手通过螺纹连接，酒精腔上接手、酒精腔体管和酒精腔下接手共同组成酒精存储腔。控制阀球上部与酒精腔下接手接触，下部为第三弹簧；第三弹簧上部与控制阀球接触并通过一定的预紧力将其压紧在酒精腔下接手上，下部座于控制阀座内；控制阀座与酒精腔下接手通过螺纹连接，酒精腔下接手、控制阀球、控制阀座和具有一定预紧力的第三弹簧组成单向阀，在钻进过程中，单向阀将酒精腔下接手上的酒精流动通道堵死，确保在钻进过程中酒精不会流出。当酒精腔内部的压力升高到一定值时，液体压力使单向阀打开，酒精流出。排气阀座通过螺纹与酒精腔下接手连接，第四弹簧座于排气阀座内，并通过预紧力将排气阀球顶在酒精腔下接手上，排气阀座、排气阀球、第四弹簧和酒精腔下接手组成排气阀，当冷源腔内的气体压力升高时将排气阀顶开，气体排出。酒精腔下接手与岩心腔上接手通过螺纹连接，冷源腔保温层位于酒精腔下接手内部，保温层保证干冰在存储过程中不气化。

孔底冷冻机构是由第二密封圈、岩心腔上接手、止逆阀球、止逆阀座、冷冻腔体管、冷冻腔保温层、岩心管、保温垫片、卡簧和卡簧座组成。岩心腔上接手与冷冻腔体管通过螺纹连接，岩心管通过螺纹与岩心腔上接手连接，冷冻腔体管与岩心管之间的环状间隙为冷冻腔，当钻进结束后将冷源注入到冷冻腔内，冷源与水合物岩心之间通过岩心管进行换热，从而冷冻水合物岩心，冷冻腔体管的内壁包裹有冷冻腔保温层。岩心腔上接手与止逆阀座通过螺纹连接，止逆阀球位于止逆阀座上部，岩心腔上接手、止逆阀座和止逆阀球组成止逆阀，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。卡簧座与冷冻腔体管通过螺纹连接，卡簧座于卡簧座内，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。

外管总成是由第一外管、第一扩孔器、定位管、第二外管、第二扩孔器和钻头组成，第一外管通过螺纹与第一扩孔器连接，第一扩孔器与定位管通过螺纹连接，定位管通过螺纹与第二外管连接，第二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。

天然气水合物孔底冷冻双弹卡绳索取心方法，包括以下步骤：

a、根据不同的钻进深度调节第一弹簧的预紧力确保控制活塞的位置在第一内接手的上下进水口之间。

b、在地表向由酒精腔上接手、酒精腔体管和酒精腔下接手组成的酒精腔内装满酒精；根据不同孔深所需的冷量在酒精腔下接手和岩心腔下接手组成的干冰腔内放入适当的干冰，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；

c、钻进结束后，投入塞流管将下进水口堵住，然后循环泥浆泥浆从上进水口进入推动控制活塞带动控制阀下行将酒精腔内的酒精压入到干冰腔内。

d、酒精与干冰在干冰腔内混合形成低温酒精后进入冷冻机构内对水合物岩心进行冷冻。

e、冷冻10-20分钟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：

本发明采用单纯的冷冻取样，采用干冰为冷源，酒精为助冷催化剂和载冷剂，能过实现天然气水合物岩心快速冷冻；将绳索取心与孔底冷冻结合，实现不提钻快速取心；采用钻井液压力来驱动控制阀机构实现冷源注入冷冻机构的过程，具有较高的可行性。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。

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。

1.第一外管，2.捞矛头，3.第一内接手，4.控制活塞，5.第一扩孔器，6.第一悬挂环，7.第一座环，8.定位管，9.第一弹簧，10.控制阀，11.重力管，12.中间管，13.定位钢球，14.第二内接手，15.上轴承座，16.第一轴承，17.下轴承座，18.油嘴，19.第二轴承，20.第二弹簧，21.挡环，22.垫片，23.圆螺母，24.连接管，25.酒精腔上接手，26.第一密封圈，27.酒精腔体管，28.酒精腔下接手，29.控制阀球，30.控制阀座，31.排气阀座，32.第三弹簧，33.排气阀球，34.第四弹簧，35.冷源腔保温层，36第二密封圈，37.岩心腔上接手，38.第二外管，39.止逆阀球，40.冷冻腔体管，41.止逆阀座，42.冷冻腔保温层，43.岩心管，44.第二扩孔器，45.保温垫片，46.卡簧，47.卡簧座，48.钻头，49.第二悬挂环，50第二座环，51塞流管。

具体实施方式

墙参阅图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，其中内管总成包括有打捞机构、控制机构、悬挂机构、钢球定位机构、单动机构、调节机构、冷源存储机构和孔底冷冻机构；

打捞机构由捞矛头2、第一内接手3组成，捞矛头2与第一内接手3通过螺纹连接；打捞器下入孔内后与捞矛头2连接从而实现将钻具内管总成放入孔内和回收；打捞机构时带动岩心管43向上移动。

控制机构是由第一内接手3、控制活塞4、第一弹簧9、控制阀10和重力管11组成，第一内接手3与重力管11通过螺纹连接，控制活塞4位于第一内接手3的内部，并可在第一内接手3内部实现竖直方向的上行和下行；第一弹簧9上部与控制活塞4接触，下部与重力管11接触，第一弹簧9为控制活塞4提供上顶力保证控制活塞4位于上下进水口之间；第一内接手3上开有均匀分布的12个斜孔，分别位于控制活塞4的上部，悬挂环6上部和下部相对的位置，当悬挂环6与座环7接触后，原本从内管总成与外管之间间隙流动的泥浆通道被堵死，泥浆通过第一内接手3的下进水口进入，从第一内接手3下部的出水口流出完成泥浆循环，在实际钻进结束后，向钻杆内投入塞流环，塞流环座于悬挂环6上并将下进水口堵住，此时开泵循环泥浆，泥浆从第一内接手3的上进水口进入，克服第一弹簧9的预紧力使控制活塞4下行，同时控制活塞4带动控制阀10下行将冷源压入到冷冻机构中。

悬挂机构是由第一内接手3、悬第一挂环6、第一座环7和第一扩孔器5组成，第一内接手3通过螺纹与悬挂环6连接，座环7通过螺纹与第一扩孔器5连接；悬挂环6与座环7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47与钻头48之间保持2-4毫米间隙，以防止损坏卡簧座47和钻头48，并保证岩心管43不会因为与钻头48接触而转动和岩心管43的通水性能。

钢球定位机构是由定位管8、重力管11、中间管12、定位钢球13、第二内接手14、第二悬挂环49和第二座环50组成，定位管8通过螺纹与第一扩孔器5连接，重力管11通过螺纹与第一内接手3连接，中间管12与第二内接手14通过螺纹连接，定位钢球13位于重力管11和中间管12上的斜孔之间；钻进时首先将内管总成投入孔内，重力管11将定位钢球13从中间管12的斜孔内挤出进入到定位管8的环装槽内，实现内管总成的上定位；当打捞器带动打捞机构上行时，第一内接手3带动重力管11上行，上行距离为重力管11的外凸台和中间管12的内凸台之间的距离，此时重力管11和第二内接手14脱离并且二者之间的距离小于定位钢球13的直径，因此当内管总成上行时定位钢球13会由于定位管8的推力而进入到重力管11和第二内接手14的间隙中，实现内管总成的回收，第二悬挂环49座于第二座环50上，为钢球定位机构提供上顶力，确保钢球定位机构实现功能。

单动机构是由上轴承座15、第一轴承16、油嘴18、下轴承座17和第二轴承19组成。第二内接手14通过螺纹与上轴承座15连接，上轴承座15下部与第一轴承16上部接触，第一轴承16上部随上轴承座15转动，下轴承座17上部与第一轴承16下部接触并保持不动，第一轴承16承受由于岩心卡堵而产生的上顶力，第二轴承19上部与下轴承座17接触，第二轴承17下部与上轴承座15接触，油嘴18与下轴承座17通过螺纹连接，钻进开始前通过油嘴18将润滑油注入上轴承座15和下轴承座17的间隙内对轴承进行润滑和散热。

调节机构是由下轴承座17、第二弹簧20、挡环21、垫片22、圆螺母23和连接管24构成。第二弹簧20上部与第二轴承19接触并提供上顶力使第二轴承19能够保持下轴承座17不动，第二弹簧20下部与档环21接触，档环21与上轴承座15接触，垫片22上部与档环21连接，第二弹簧20下部与圆螺母23连接，圆螺母23为第二弹簧20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通过螺纹与连接管24连接；在内管总成投入到孔内时，悬挂环6坐落在座环7上，内管总成下部的机构由于自身重力会向下移动，第二弹簧20可起到缓冲作用；在卡断岩心时，卡簧46带动卡簧座47下移压缩第二弹簧20，卡簧座47座与钻头48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。

冷源存储机构是由酒精腔上接手25、第一密封圈26、酒精腔体管27、酒精腔下接手28、控制阀球29、控制阀座30、排气阀座31、第三弹簧32、排气阀球33、第四弹簧34、冷源腔保温层35、第二密封圈36和岩心腔上接手37组成。酒精腔上接手25通过螺纹与酒精腔体管27连接，酒精腔体管27与酒精腔下接手28通过螺纹连接，酒精腔上接手25、酒精腔体管27和酒精腔下接手28共同组成酒精存储腔。控制阀球29上部与酒精腔下接手28接触，下部为第三弹簧32；第三弹簧32上部与控制阀球29接触并通过一定的预紧力将其压紧在酒精腔下接手28上，下部座于控制阀座30内；控制阀座30与酒精腔下接手28通过螺纹连接，酒精腔下接手28、控制阀球29、控制阀座30和具有一定预紧力的第三弹簧32组成单向阀，在钻进过程中，单向阀将酒精腔下接手28上的酒精流动通道堵死，确保在钻进过程中酒精不会流出。当酒精腔内部的压力升高到一定值时，液体压力使单向阀打开，酒精流出。排气阀座通过螺纹与酒精腔下接手28连接，第四弹簧34座于排气阀座31内，并通过预紧力将排气阀球33顶在酒精腔下接手28上，排气阀座31、排气阀球33、第四弹簧34和酒精腔下接手28组成排气阀，当冷源腔内的气体压力升高时将排气阀顶开，气体排出。酒精腔下接手28与岩心腔上接手37通过螺纹连接，冷源腔保温层35位于酒精腔下接手28内部，保温层保证干冰在存储过程中不气化。

孔底冷冻机构是由第二密封圈36、岩心腔上接手37、止逆阀球39、冷冻腔体管40、止逆阀座41、冷冻腔保温层42、岩心管43、保温垫片45、卡簧46和卡簧座47组成。岩心腔上接手37与冷冻腔体管40通过螺纹连接，岩心管43通过螺纹与岩心腔上接手37连接，冷冻腔体管40与岩心管43之间的环状间隙为冷冻腔，当钻进结束后将冷源注入到冷冻腔内，冷源与水合物岩心之间通过岩心管43进行换热，从而冷冻水合物岩心，冷冻腔体管40的内壁包裹有冷冻腔保温层42。岩心腔上接手37与止逆阀座41通过螺纹连接，止逆阀球39位于止逆阀座41上部，岩心腔上接手37、止逆阀座41和止逆阀39球组成止逆阀，在岩心进入到岩心管43内的过程中，岩心管43内的泥浆顶开止逆阀球39经岩心腔上接手37内部的泄流口流出，止逆阀同时保证泥浆不会流回岩心管43内。卡簧座47与冷冻腔体管40通过螺纹连接，卡簧46座于卡簧座47内，钻进结束后，上提内管总成，卡簧46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47座于钻头48内部的台阶上将岩心卡断，实现岩心的回收。

外管总成是由第一外管1、第一扩孔器5、定位管8、第二外管38、第二扩孔器44和钻头48组成，第一外管1通过螺纹与第一扩孔器5连接，第一扩孔器5与定位管8通过螺纹连接，定位管8通过螺纹与第二外管38连接，第二外管38与第二扩孔器44通过螺纹连接，第二扩孔器44通过螺纹与钻头48连接。

天然气水合物孔底冷冻液动绳索取心方法，包括以下步骤：

a、根据不同的钻进深度调节第一弹簧9的预紧力确保控制活塞4的位置在第一内接手的上下进水口之间。

b、在地表向由酒精腔上接手25、酒精腔体管27和酒精腔下接手28组成的酒精腔内装满酒精；根据不同孔深所需的冷量在酒精腔下接手28和岩心腔上接手37组成的干冰腔内放入适当的干冰，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；

c、钻进结束后，投入塞流管51将第一内接手3下进水口堵住，然后循环泥浆，泥浆从第一内接手3上进水口进入推动控制活塞4带动控制阀10下行将酒精腔内的酒精压入到干冰腔内。

d、酒精与干冰在干冰腔内混合形成低温酒精后进入冷冻机构内对水合物岩心进行冷冻。

e、冷冻10-20分钟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)

1.一种天然气水合物孔底冷冻液动卡绳索取心钻具，其特征在于：是由内管总成和外管总成组成，内管总成包括有打捞机构、控制机构、悬挂机构、钢球定位机构、单动机构、调节机构、冷源存储机构和孔底冷冻机构；

打捞机构由捞矛头2、第一内接手3组成，捞矛头2与第一内接手3通过螺纹连接；打捞器下入孔内后与捞矛头2连接从而实现将钻具内管总成放入孔内和回收；打捞机构时带动岩心管43向上移动；

控制机构是由第一内接手3、控制活塞4、第一弹簧9、控制阀10和重力管11组成，第一内接手3与重力管11通过螺纹连接，控制活塞4位于第一内接手3的内部，并可在第一内接手3内部实现竖直方向的上行和下行；第一弹簧9上部与控制活塞4接触，下部与重力管11接触，第一弹簧9为控制活塞4提供上顶力保证控制活塞4位于上下进水口之间；第一内接手3上开有均匀分布的12个斜孔，分别位于控制活塞4的上部，悬挂环6上部和下部相对的位置，当悬挂环6与座环7接触后，原本从内管总成与外管之间间隙流动的泥浆通道被堵死，泥浆通过第一内接手3的下进水口进入，从第一内接手3下部的出水口流出完成泥浆循环，在实际钻进结束后，向钻杆内投入塞流环，塞流环座于悬挂环6上并将下进水口堵住，此时开泵循环泥浆，泥浆从第一内接手3的上进水口进入，克服第一弹簧9的预紧力使控制活塞4下行，同时控制活塞4带动控制阀10下行将冷源压入到冷冻机构中；

悬挂机构是由第一内接手3、悬第一挂环6、第一座环7和第一扩孔器5组成，第一内接手3通过螺纹与悬挂环6连接，座环7通过螺纹与第一扩孔器5连接；悬挂环6与座环7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47与钻头48之间保持2-4毫米间隙，以防止损坏卡簧座47和钻头48，并保证岩心管43不会因为与钻头48接触而转动和岩心管43的通水性能；

钢球定位机构是由定位管8、重力管11、中间管12、定位钢球13、第二内接手14、第二悬挂环49和第二座环50组成，定位管8通过螺纹与第一扩孔器5连接，重力管11通过螺纹与第一内接手3连接，中间管12与第二内接手14通过螺纹连接，定位钢球13位于重力管11和中间管12上的斜孔之间；钻进时首先将内管总成投入孔内，重力管11将定位钢球13从中间管12的斜孔内挤出进入到定位管8的环装槽内，实现内管总成的上定位；当打捞器带动打捞机构上行时，第一内接手3带动重力管11上行，上行距离为重力管11的外凸台和中间管12的内凸台之间的距离，此时重力管11和第二内接手14脱离并且二者之间的距离小于定位钢球13的直径，因此当内管总成上行时定位钢球13会由于定位管8的推力而进入到重力管11和第二内接手14的间隙中，实现内管总成的回收，第二悬挂环49座于第二座环50上，为钢球定位机构提供上顶力，确保钢球定位机构实现功能；

单动机构是由上轴承座15、第一轴承16、油嘴18、下轴承座17和第二轴承19组成；第二内接手14通过螺纹与上轴承座15连接，上轴承座15下部与第一轴承16上部接触，第一轴承16上部随上轴承座15转动，下轴承座17上部与第一轴承16下部接触并保持不动，第一轴承16承受由于岩心卡堵而产生的上顶力，第二轴承19上部与下轴承座17接触，第二轴承17下部与上轴承座15接触，油嘴18与下轴承座17通过螺纹连接，钻进开始前通过油嘴18将润滑油注入上轴承座15和下轴承座17的间隙内对轴承进行润滑和散热；

调节机构是由下轴承座17、第二弹簧20、挡环21、垫片22、圆螺母23和连接管24构成；第二弹簧20上部与第二轴承19接触并提供上顶力使第二轴承19能够保持下轴承座17不动，第二弹簧20下部与档环21接触，档环21与上轴承座15接触，垫片22上部与档环21连接，第二弹簧20下部与圆螺母23连接，圆螺母23为第二弹簧20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通过螺纹与连接管24连接；在内管总成投入到孔内时，悬挂环6坐落在座环7上，内管总成下部的机构由于自身重力会向下移动，第二弹簧20可起到缓冲作用；在卡断岩心时，卡簧46带动卡簧座47下移压缩第二弹簧20，卡簧座47座与钻头48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；

冷源存储机构是由酒精腔上接手25、第一密封圈26、酒精腔体管27、酒精腔下接手28、控制阀球29、控制阀座30、排气阀座31、第三弹簧32、排气阀球33、第四弹簧34、冷源腔保温层35、第二密封圈36和岩心腔上接手37组成；酒精腔上接手25通过螺纹与酒精腔体管27连接，酒精腔体管27与酒精腔下接手28通过螺纹连接，酒精腔上接手25、酒精腔体管27和酒精腔下接手28共同组成酒精存储腔；控制阀球29上部与酒精腔下接手28接触，下部为第三弹簧32；第三弹簧32上部与控制阀球29接触并通过一定的预紧力将其压紧在酒精腔下接手28上，下部座于控制阀座30内；控制阀座30与酒精腔下接手28通过螺纹连接，酒精腔下接手28、控制阀球29、控制阀座30和具有一定预紧力的第三弹簧32组成单向阀，在钻进过程中，单向阀将酒精腔下接手28上的酒精流动通道堵死，确保在钻进过程中酒精不会流出；当酒精腔内部的压力升高到一定值时，液体压力使单向阀打开，酒精流出；排气阀座通过螺纹与酒精腔下接手28连接，第四弹簧34座于排气阀座31内，并通过预紧力将排气阀球33顶在酒精腔下接手28上，排气阀座31、排气阀球33、第四弹簧34和酒精腔下接手28组成排气阀，当冷源腔内的气体压力升高时将排气阀顶开，气体排出；酒精腔下接手28与岩心腔上接手37通过螺纹连接，冷源腔保温层35位于酒精腔下接手28内部，保温层保证干冰在存储过程中不气化；

孔底冷冻机构是由第二密封圈36、岩心腔上接手37、止逆阀球39、冷冻腔体管40、止逆阀座41、冷冻腔保温层42、岩心管43、保温垫片45、卡簧46和卡簧座47组成；岩心腔上接手37与冷冻腔体管40通过螺纹连接，岩心管43通过螺纹与岩心腔上接手37连接，冷冻腔体管40与岩心管43之间的环状间隙为冷冻腔，当钻进结束后将冷源注入到冷冻腔内，冷源与水合物岩心之间通过岩心管43进行换热，从而冷冻水合物岩心，冷冻腔体管40的内壁包裹有冷冻腔保温层42；岩心腔上接手37与止逆阀座41通过螺纹连接，止逆阀球39位于止逆阀座41上部，岩心腔上接手37、止逆阀座41和止逆阀39球组成止逆阀，在岩心进入到岩心管43内的过程中，岩心管43内的泥浆顶开止逆阀球39经岩心腔上接手37内部的泄流口流出，止逆阀同时保证泥浆不会流回岩心管43内；卡簧座47与冷冻腔体管40通过螺纹连接，卡簧46座于卡簧座47内，钻进结束后，上提内管总成，卡簧46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47座于钻头48内部的台阶上将岩心卡断，实现岩心的回收；

外管总成是由第一外管1、第一扩孔器5、定位管8、第二外管38、第二扩孔器44和钻头48组成，第一外管1通过螺纹与第一扩孔器5连接，第一扩孔器5与定位管8通过螺纹连接，定位管8通过螺纹与第二外管38连接，第二外管38与第二扩孔器44通过螺纹连接，第二扩孔器44通过螺纹与钻头48连接。

2.一种天然气水合物孔底冷冻液动绳索取心方法，该方法包括以下步骤：

a、根据不同的钻进深度调节第一弹簧9的预紧力确保控制活塞4的位置在第一内接手的上下进水口之间；

b、在地表向由酒精腔上接手25、酒精腔体管27和酒精腔下接手28组成的酒精腔内装满酒精；根据不同孔深所需的冷量在酒精腔下接手28和岩心腔上接手37组成的干冰腔内放入适当的干冰，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；

c、钻进结束后，投入塞流管51将第一内接手3下进水口堵住，然后循环泥浆，泥浆从第一内接手3上进水口进入推动控制活塞4带动控制阀10下行将酒精腔内的酒精压入到干冰腔内；

d、酒精与干冰在干冰腔内混合形成低温酒精后进入冷冻机构内对水合物岩心进行冷冻；

e、冷冻10-20分钟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。