CN107023270B - 具有连续震动功能的极地深部冰层钻进冰屑打捞筒 - Google Patents

具有连续震动功能的极地深部冰层钻进冰屑打捞筒 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有连续震动功能的极地深部冰层钻进冰屑打捞筒，属于深部冰层钻进领域。是由回转盘，上、下定位套，运动转换盘以及冰屑收集筒组成；回转盘通过固定销与上部回转机构连接；上定位套通过管螺纹形式与上部外管整体连接；下固定套与上固定套之间通过四个径向的螺钉连接，下固定套与回转盘之间通过轴承连接；运动转换盘与冰屑收集筒通过螺母进行固定。上部回转机构驱动回转盘低速转动，回转盘将慢速的回转运动通过运动转换滑道转换为缓慢的上下震动，进而驱动冰屑收集筒低频率震动收集钻孔内冰屑。本发明结构紧凑并且能够最大限度的提高冰屑筒收集冰屑的效率，从而为深部冰层钻进节约时间，提高冰芯钻取的效率。

Description

具有连续震动功能的极地深部冰层钻进冰屑打捞筒
技术领域
本发明涉及极地深部冰层钻进技术领域，具体涉及一种具有连续震动功能的极地深部冰层钻进冰屑打捞筒。
背景技术
冰芯样品不仅包含着冰川年龄及其形成过程等信息，还是目前唯一记录相应年代温度和温室气体的载体，由此开辟了一条恢复古气候和古环境的新途径，冰芯也因此被誉为“气候史书”。在钻取冰芯的过程中，钻孔内剩余冰屑的多少是影响钻取冰芯效率的重要因素。当进入深部冰层钻进时，每隔几个钻进回次就需要对钻孔内残留的冰屑进行打捞。常见的重力式冰屑筒在打捞冰屑的过程中效率很低，通常需要多个回次进行打捞冰屑。当进入深部冰层钻进时，这种多回次打捞冰屑的情况会严重影响整个钻取冰芯的进度。
因此，有必要设计一种新的冰屑打捞筒快速有效的清理孔内冰屑，提高钻取冰芯的效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何最高效率的打捞起深部冰层钻孔内由于钻取冰芯而产生的冰屑，本发明提供一种利用低频震动高效打捞钻孔内冰屑的极地深部冰层钻进冰屑打捞筒。
本发明包括有上部回转机构、上固定套、回转盘、下固定套、运动转换盘及冰屑收集筒；上固定套具有上固定套外螺纹和上固定套侧面定位孔；回转盘具有回转盘连接轴孔、回转盘上部轴和回转盘驱动轴；下固定套具有下固定套侧面定位孔、轴承台阶、弹簧定位轴、窗口和弹簧定位下槽；运动转换盘具有冰屑管定位孔、运动转换槽、运动转换槽内滑动面和弹簧定位上槽，运动转换槽内是曲面抬升的运动转换槽内滑动面；
上部回转机构通过固定销与回转盘连接，上固定套与上部回转机构通过螺纹连接，上固定套下部通过螺钉与下固定套连接，下固定套通过轴承与回转盘之间实现运动分离，下固定套内的凹槽用于轴承的限位，通过上固定套将轴承进行固定，回转盘的回转驱动轴与运动转换盘的运动转换槽内滑道面相接触，实现运动的转换；冰屑收集筒与运动转换盘通过冰屑管固定柱的固定螺母及冰屑管定位孔锁紧为一体，冰屑收集筒筒壁上分布钻井液流出孔；冰屑收集筒底部为单向板阀，单向板阀通过合叶实现转动，单向板阀通过内部的台阶实现限位转动。
所述的上部回转机构能够调节转速，上部回转机构具有反扭装置，平衡回转盘与运动转换盘之间的运动转化所产生的反扭矩。
运动转换盘与下固定套之间具有压缩弹簧，压缩弹簧置于弹簧定位轴上，压缩弹簧上下面分别与弹簧定位上槽与弹簧定位下槽相接触。
所述的上固定套与下固定套通过上固定套侧面定位孔与下固定套侧面定位孔之间的螺钉连接。
本发明的筒工作原理和过程如下所述：
1、上部回转机构内部的电机缓慢转动启动回转盘转动。由于回转盘下部的回转驱动轴与运动转换盘滑道槽内的抬升滑道面紧密接触，在回转驱动轴、运动转化槽内滑动面以及共同作用下，回转盘慢速的回转运动会转换成运动转换体低频的上来回来震动。冰屑收集筒与运动转换盘通过固定螺母、冰屑管定位孔锁紧为一体，因此会随着上部回转机构的低速转动而低频震动。
2、回转盘通过轴承与上固定套连接，实现运动分离。上固定套与上部回转机构外管螺纹连接、上固定套与下固定套通过上固定套侧面定位孔与下固定套侧面定位孔之间的螺钉连接保证了冰屑管在整体震动过程中产生的反扭矩能够传递到上部回转机构的反扭装置上，实现整体单一低频震动过程。
3、冰屑打捞筒底部的单向板阀能够有效的收集钻孔内的冰屑，同时保证在低频震动的条件下，已收集的冰屑不会从底部露出。冰屑打捞筒筒壁的钻井液流出孔用于将筒内的钻井液顺利排出，减轻整个钻具的回收提吊重量。
本发明的有益效果：
本发明能够高效快速的打捞起深部冰层钻孔内由于多回次冰芯钻进而产生的冰屑，有效的减少了冰屑打捞的回次，为深部冰层钻探纯取芯钻进赢得了时间，同时减少了孔内事故的可能性。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图。
图2为本发明的上固定套示意图。
图3为本发明的回转盘示意图。
图4为本发明的下固定套示意图。
图5为本发明的运动转换盘示意图。
图6为本发明的冰屑收集筒示意图。
其中：1—上部回转机构；2—上固定套；3—回转盘；4—轴承；5—回转盘驱动轴；6—固定螺母；7—下固定套；8—运动转换盘；9—压缩弹簧；10—冰屑管固定柱；11—冰屑管上部通气孔；12—冰屑管整体；13—钻井液流出孔；14—单向板阀；21—上固定套外螺纹；22—上固定套侧面定位孔；31—回转盘连接轴孔；32—回转盘上部轴；33—回转盘驱动轴；71—下固定套侧面定位孔；72—轴承台阶；73—弹簧定位轴；74—窗口；75—弹簧定位下槽；81—冰屑管定位孔；82—运动转换槽；83—运动转换槽内滑动面；84—弹簧定位上槽。
具体实施方式
请参阅图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明包括有上部回转机构1、上固定套2、回转盘3、下固定套7、运动转换盘8及冰屑收集筒12；上固定套2具有上固定套外螺纹21和上固定套侧面定位孔22；回转盘3具有回转盘连接轴孔31、回转盘上部轴32和回转盘驱动轴33；下固定套7具有下固定套侧面定位孔71、轴承台阶72、弹簧定位轴73、窗口74和弹簧定位下槽75；运动转换盘8具有冰屑管定位孔81、运动转换槽82、运动转换槽内滑动面83和弹簧定位上槽84，运动转换槽82内是曲面抬升的运动转换槽内滑动面83；
上部回转机构1通过固定销与回转盘3连接，上固定套2与上部回转机构1通过螺纹连接，上固定套2下部通过螺钉与下固定套7连接，下固定套7通过轴承4与回转盘3之间实现运动分离，下固定套7内的凹槽用于轴承4的限位，通过上固定套2将轴承4进行固定，回转盘3的回转驱动轴33与运动转换盘8的运动转换槽内滑道面83相接触，实现运动的转换；冰屑收集筒12与运动转换盘8通过冰屑管固定柱10的固定螺母6及冰屑管定位孔81锁紧为一体，冰屑收集筒12筒壁上分布钻井液流出孔13；冰屑收集筒12底部为单向板阀14，单向板阀14通过内部的台阶实现限位转动。
所述的上部回转机构1能够调节转速，上部回转机构1具有反扭装置，平衡回转盘3与运动转换盘之间8的运动转化所产生的反扭矩。
运动转换盘8与下固定套7之间具有压缩弹簧9，压缩弹簧9置于弹簧定位轴73上，压缩弹簧9上下面分别与弹簧定位上槽84与弹簧定位下槽75相接触。
所述的上固定套2与下固定套7通过上固定套侧面定位孔22与下固定套侧面定位孔71之间的螺钉连接。
本实施例的工作原理和过程：
上部回转机构1内部的电机缓慢转动启动回转盘3转动，由于回转盘3下部的回转驱动轴33与运动转换盘滑道槽内抬升的运动转换槽内滑道面83紧密接触，在回转驱动轴33、运动转换槽内滑动面83以及共同作用下，回转盘3慢速的回转运动会转换成运动转换体低频的上来回来震动。冰屑收集筒12与运动转换盘8通过固定螺母6、冰屑管定位孔81锁紧为一体，因此会随着上部回转机构1的低速转动而低频震动。回转盘3通过轴承4与上固定套2连接，实现运动分离。上固定套2与上部回转机构1外管螺纹连接，上固定套2与下固定套7通过上固定套侧面定位孔22与下固定套侧面定位孔71之间的螺钉连接保证了冰屑管12在整体震动过程中产生的反扭矩能够传递到上部回转机构1的反扭装置上，实现整体单一低频震动过程。冰屑打捞筒底部的单向板阀14能够有效的收集钻孔内的冰屑，同时保证在低频震动的条件下，已收集的冰屑不会从底部露出。冰屑打捞筒筒壁的钻井液流出孔13用于将筒内的钻井液顺利排出，减轻整个钻具的回收提吊重量。

Claims (1)

1.一种具有连续震动功能的极地深部冰层钻进冰屑打捞筒，其特征在于：包括有上部回转机构(1)、上固定套(2)、回转盘(3)、下固定套(7)、运动转换盘(8)及冰屑收集筒(12)；上固定套(2)具有上固定套外螺纹(21)和上固定套侧面定位孔(22)；回转盘(3)具有回转盘连接轴孔(31)、回转盘上部轴(32)和回转盘驱动轴(33)；下固定套(7)具有下固定套侧面定位孔(71)、轴承台阶(72)、弹簧定位轴(73)、窗口(74)和弹簧定位下槽(75)；运动转换盘(8)具有冰屑管定位孔(81)、运动转换槽(82)、运动转换槽内滑动面(83)和弹簧定位上槽(84)，运动转换槽(82)内是曲面抬升的运动转换槽内滑动面(83)；
上部回转机构(1)通过固定销与回转盘(3)连接，上固定套(2)与上部回转机构(1)通过螺纹连接，上固定套(2)下部通过螺钉与下固定套(7)连接，下固定套(7)通过轴承(4)与回转盘(3)之间实现运动分离，下固定套(7)内的凹槽用于轴承(4)的限位，通过上固定套(2)将轴承(4)进行固定，回转盘(3)的回转驱动轴(33)与运动转换盘(8)的运动转换槽内滑动面(83)相接触，实现运动的转换；冰屑收集筒(12)与运动转换盘(8)通过冰屑管固定柱(10)的固定螺母(6)及冰屑管定位孔(81)锁紧为一体，冰屑收集筒(12)筒壁上分布钻井液流出孔(13)，冰屑收集筒(12)底部为单向板阀(14)，单向板阀(14)通过内部的台阶实现限位转动；
运动转换盘(8)与下固定套(7)之间具有压缩弹簧(9)，压缩弹簧(9)置于弹簧定位轴(73)上，压缩弹簧(9)上下面分别与弹簧定位上槽(84)与弹簧定位下槽(75)相接触；
所述的上固定套(2)与下固定套(7)通过上固定套侧面定位孔(22)与下固定套侧面定位孔(71)之间的螺钉连接；
所述的上部回转机构(1)能够调节转速，上部回转机构(1)具有反扭装置。
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