CN107461166B - 磁制冷管式保温取样钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于极地冰心与陆地冻土区天然气水合物钻探的磁制冷管式保温取样钻具，是由双臂钻杆、滚动轴承、磁性岩心管、碳钢岩心管、分割器、钻头组成。其中双壁钻杆由内外岩心管组成，内外岩心管由普通岩心管和磁性岩心管组成；内外岩心管的环状间隙内填充顺磁性盐类：内外岩心管由滚动轴承连接，滚动轴承坐落在轴承支座上。正常钻进时保持内管随钻杆带动钻头转动，而外管不动。当岩心充满岩心管之后通过卡簧卡断岩心，提钻取心即可。岩心管的内外管设计合理，使得顺磁性盐类可以持续不断地从岩心吸收热量而释放到钻井液中，实现天然气水合物岩心和极地冰心的低温保温取样。
Description
技术领域
本发明涉及岩矿心取样钻具领域，特别涉及一种用于极地冰心与陆地冻土区天然气水合物钻探的磁制冷管式保温取样钻具。
背景技术
固体磁性物质（磁性离子构成的系统）在受磁场作用磁化时，系统的磁有序度加强（磁熵减小），对外放出热量；再将其去磁，则磁有序度下降（磁熵增大），又要从外界吸收热量。这种磁性离子系统在磁场施加与除去过程中所出现的热现象称为磁热效应。如果把这样两个绝热去磁引起的吸热过程和绝热磁化引起的放热过程用一个循环连接起来，通过外加磁场，有意识地控制磁惰，就可使得磁性材料不断地从一端吸热而在另一端放热，从而达到制冷的目的。
发明内容
针对天然气水合物与冰心的赋存条件，为有效节省材料、节约能源、可持续利用的原则，本发明旨在提供一种工艺简单无污染，样品采取效率高，对冰心与天然气水合物的的原生状态扰动小的磁制冷管式保温取样钻具。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于极地冰心与陆地冻土区天然气水合物钻探的磁制冷管式保温取样钻具，主要由双臂钻杆、滚动轴承、磁性岩心管、碳钢岩心管、分隔器组成。其中双壁钻杆由内外岩心管组成，而内岩心管由普通岩心管和磁性岩心管组成，外岩心管由普通岩心管和磁性岩心管组成；内外岩心管由滚动轴承连接，滚动轴承坐落在轴承支座上。正常钻进时保持内管随钻杆带动钻头转动，在内管的外壁上设计有滑轨，而在外管的内壁上上设计有滑槽，外管的外壁设计有扶正器，正常运转时，由于扶正器紧靠岩层，滑轨可以抵抗来自磁性岩心管的吸引力，所以外管保持不转动；
内岩心管的环状间隙与内岩心管设计为一体式结构，由分隔器分隔成对称的两部分，并且在环状间隙的半环内填充顺磁性盐类，受磁场作用磁化时，系统的磁有序度加强（磁熵减小），对外放出热量；再将其去磁，则磁有序度下降（磁熵增大），又要从外界吸收热量，通过合理设计岩心管的内外管，使得在正常钻进时，由于钻杆带动岩心管的内管转动，导致磁场发生变化，顺磁性盐类可以持续不断地从岩心吸收热量而释放到钻井液中，实现天然气水合物岩心和极地冰心的低温保温取样。当岩心充满岩心管之后通过卡簧卡断岩心，提钻取心即可；
顺磁性盐类为铁铵矾[NH4Fe(SO4)2•12H2O]或铬钾矾[KCr(SO4)2•12H2O]或硝酸饰镁[Ce2Mg3(NO3)12•14H2O]等。
本发明的工作原理和过程：
使用时，外螺纹接口连接到钻杆上，底端连接钻头，钻杆带动内岩心管和钻头转动，扶正器可以使取样器在井底保持稳定状态并且保持外岩心管不随内岩心管的转动而转动。当岩心进入内岩心管之后，由于内岩心管与外岩心管分别由普通岩心管和磁性岩心管组成，所以当磁性外岩心管转动至与磁性内岩心管同一侧时，内岩心管与外岩心管之间的环状间隙内填充的顺磁性盐类便处于磁场中，被磁化，顺磁性盐类的磁有序度加强（磁熵减小），对外放出热量，放出的热量扩散到钻井液中，随钻井液循环至井外；外管继续转动，顺磁性盐类逐渐处于无磁场的状态下，磁有序度下降（磁熵增大），又要从内岩心管吸收热量，而吸收的热量来自于被采取的岩心，岩心的温度降低，获得有效地低温保存。
本发明的有益效果：
该用于极地冰心与陆地冻土区天然气水合物钻探的磁制冷管式保温取样钻具，不仅可以作用在以液体为循环介质的钻孔冲洗介质中，还可以作用在以气体为钻孔循环介质的环境下，取心钻进时地效果突出，无污染，针对天然气水合物与冰心的赋存条件，对冰心与天然气水合物的的原生状态扰动小。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的原理构示意图一。
图3为本发明的原理构示意图二。
具体实施方式
请参阅图1、图2和图3所示，本发明提供了一种用于极地冰心与陆地冻土区天然气水合物钻探的磁制冷管式保温取样钻具，一种用于极地冰心与陆地冻土区天然气水合物钻探的磁制冷管式保温取样钻具，主要由双臂钻杆7、滚动轴承2、内磁性岩心管51、外磁性岩心管62、内普通岩心管52、外普通岩心管61、分隔器9、组成。其中双壁钻杆7由内岩心管5和外岩心管6组成，而内岩心管5由普通内岩心管51和磁性内岩心管52组成，外岩心管6由普通外岩心管61和磁性外岩心管62组成；内岩心管5和外岩心管6由滚动轴承2连接，滚动轴承2坐落在轴承支座4上。正常钻进时保持内岩心管5随钻杆带动钻头转动，而外岩心管6不转动，扶正器3可以保持取样钻具的稳定；
顺磁性盐类主要有：铁铵矾[NH4Fe(SO4)2•12H2O]、铬钾矾[KCr(SO4)2•12H2O]、硝酸饰镁[Ce2Mg3(NO3)12•14H2O]等。
本发明的工作原理和过程：
请参阅图1、图2和图3所示，使用时，外螺纹接口1连接到钻杆上，底端连接钻头，钻杆带动内岩心管5和钻头转动，扶正器3可以使取样器在井底保持稳定状态并且保持外岩心管6不随内岩心管5的转动而转动。当岩心进入内岩心管5之后，由于内岩心管5与外岩心管6分别由普通岩心管和磁性岩心管组成，所以当磁性外岩心管62转动至与磁性内岩心管52同一侧时，内岩心管5与外岩心管6之间的环状间隙内填充的顺磁性盐类8便处于磁场中，被磁化，顺磁性盐类8的磁有序度加强（磁熵减小），对外放出热量，放出的热量扩散到钻井液中，随钻井液循环至井外；外管继续转动，顺磁性盐类逐渐处于无磁场的状态下，磁有序度下降（磁熵增大），又要从内岩心管吸收热量，而吸收的热量来自于被采取的岩心，岩心的温度降低，获得有效地低温保存。
Claims (1)
1.一种磁制冷管式保温取样钻具，其特征在于：包括双臂钻杆（7）、滚动轴承（2）、内磁性岩心管（51）、磁性外岩心管（62）、磁性内岩心管（52）、普通外岩心管（61）和分隔器（9）；双臂钻杆（7）由内岩心管（5）和外岩心管（6）组成，内岩心管（5）由内磁性岩心管（51）和磁性内岩心管（52）组成，外岩心管（6）由普通外岩心管（61）和磁性外岩心管（62）组成；内岩心管（5）和外岩心管（6）由滚动轴承（2）连接，滚动轴承（2）坐落在轴承支座（4）上；
外螺纹接口（1）连接到钻杆上，底端连接钻头，钻杆带动内岩心管（5）和钻头转动，扶正器（3）能使取样器在井底保持稳定状态并且保持外岩心管（6）不随内岩心管（5）的转动而转动；当岩心进入内岩心管（5）之后，当磁性外岩心管（62）转动至与磁性内岩心管（52）同一侧时，内岩心管（5）与外岩心管（6）之间的环状间隙内填充的顺磁性盐类（8）便处于磁场中，被磁化，顺磁性盐类（8）的磁有序度加强，对外放出热量，放出的热量扩散到钻井液中，随钻井液循环至井外；外岩心管（6）继续转动，顺磁性盐类逐渐处于无磁场的状态下，磁有序度下降，又要从内岩心管（5）吸收热量，而吸收的热量来自于被采取的岩心，岩心的温度降低，获得有效地低温保存；
在内岩心管（5）的外壁上设计有滑轨（12），而在外岩心管（6）的内壁上设计有滑槽（13），外岩心管（6）的外壁设计有扶正器（3），正常运转时，由于扶正器（3）紧靠岩层，滑轨（12）可以抵抗来自磁性岩心管的吸引力，所以外岩心管（6）保持不转动；
内岩心管（5）与外岩心管（6）之间的环状间隙与内岩心管（5）设计为一整体式结构，其腔体内采用分隔器（9）设计为对称的两个半圆环状结构，在磁性内岩心管的一侧填装顺磁性盐类（8）；
所述的顺磁性盐类（8）为铁铵矾或铬钾矾。
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