CN110005338A - 一种用于极地热水取芯钻进的孔壁自适应式反扭装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于极地热水取芯钻进的孔壁自适应式反扭装置，是在装置本体的周圈开设有数个滑槽，滑槽内嵌设有支撑片，支撑片的一端为固定端被固连在滑槽的一端，支撑片的另一端为自由端能够在滑槽内进行滑动，装置本体内开设有输水通道。支撑片为弹性体，支撑片由弹性材料制成，支撑片的固定端固连在滑槽的底部，支撑片的自由端连接在一滚轮的中轴上，滚轮设在滑槽内，支撑片的自由端能够在滚轮的带动下沿滑槽进行滑动，支撑片的固定端和自由端之间装配有螺旋弹簧，支撑片的外边缘设有刀刃。有益效果：能够自动调节反扭片直径以适用于不同孔径，极大地提高了钻进和取芯效率，彻底杜绝了热水软管随钻具回转而扭结甚至断裂的情况发生。
Description
本发明涉及一种孔壁自适应式反扭装置，特别涉及一种用于极地热水取芯钻进的孔壁自适应式反扭装置。
背景技术
目前，热水钻进技术与机械取芯钻进技术的结合使用能够快速获得冰盖底部冰芯，这种方法是首先利用热水钻进快速获得成孔，在到达具有科研需求的冰层深度后采用机械取芯装置包括螺杆马达、取芯管及取芯钻头代替热水钻具进行取芯工作，共用同一套地表设备和热水输送软管，利用热水驱动螺杆马达转动带动钻头回转取芯，目前这种技术已经广泛应用在极地钻探领域，但是由于热水钻进获得的钻孔直径较大、孔径大小不一、形状也极其不规则，常规机械取芯钻进技术中所采用的反扭装置尺寸固定且偏小，并不能有效地应用在热水钻进形成的钻孔内，反扭装置是当钻具回转时卡入孔壁内，起到平衡钻进时产生扭矩的重要作用，因此如果采用常规的反扭装置，不但无法保证有效钻进，而且还有可能导致热水软管随钻具回转而扭结甚至断裂，需要设计一套能够适用于热水钻孔大直径且不规则特点的新型反扭装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前在极地进行钻探过程中采用的常规反扭装置，无法保证有效钻进，而且还有可能导致热水软管随钻具回转而扭结甚至断裂的问题而提供的一种用于极地热水取芯钻进的孔壁自适应式反扭装置。
本发明提供的用于极地热水取芯钻进的孔壁自适应式反扭装置是在装置本体的周圈开设有数个滑槽，滑槽内嵌设有支撑片，支撑片的一端为固定端被固连在滑槽的一端，支撑片的另一端为自由端能够在滑槽内进行滑动，装置本体内开设有输水通道。
支撑片为弹性体，支撑片由弹性材料制成，支撑片的固定端固连在滑槽的底部，支撑片的自由端连接在一滚轮的中轴上，滚轮设在滑槽内，支撑片的自由端能够在滚轮的带动下沿滑槽进行滑动，支撑片的固定端和自由端之间装配有螺旋弹簧，支撑片的外边缘设有刀刃。
装置本体的上端装配有上接头，上接头螺接有输水管，输水管与装置本体内的输水通道相连通，装置本体的下端装配有下接头，下接头的下端依次螺接有螺杆马达、取芯管和冰钻钻头。
本发明的工作原理：
本发明提供的用于极地热水取芯钻进的孔壁自适应式反扭装置主要利用螺旋弹簧和支撑片的受力变形特性，在进入不规则孔壁的钻孔时根据变化的孔径进行自动调整。最初状态时，螺旋弹簧由于自身形变向滚轮施加拉力，从而使支撑片轴向受力，支撑片下端被固定销固定，因此滚轮将带动支撑片上端即自由端逐渐向下移动致使支撑片发生弹性形变，径向直径逐渐扩大最终接触到钻孔孔壁，支撑片外边缘锋利的刀刃在对孔壁挤压后会深切进孔壁内，从而提供钻进所需要的反扭矩。当孔径逐渐减小，钻具继续向下移动时，孔壁施加给支撑片的径向压力会逐渐增大，当径向压力超过螺旋弹簧施加给支撑片的拉力时，螺旋弹簧则会发生形变逐渐伸长，滚轮将带动支撑片上端逐渐向上移动使支撑片恢复部分形变，致使径向直径减小以适应变化后的孔径，从而达到新的孔内受力平衡状态。装置本体两端的上接头与下接头通过螺纹可与钻具其它部分快速连接，包括反扭装置上端的输水管，反扭装置下端的螺杆马达、取芯管以及冰钻钻头，装置本体内设置的输水通道能够保证反扭装置在提供反扭矩的同时持续输送热水至下部装置内进行冰层的钻进。
本发明的有益效果：
本发明提供的用于极地热水取芯钻进的孔壁自适应式反扭装置解决了常规反扭装置无法应用在热水钻进不规则钻孔内的难题，能够自动调节反扭片直径以适用于不同孔径，原理清晰，结构简洁，极大地提高了钻进和取芯效率，彻底杜绝了热水软管随钻具回转而扭结甚至断裂的情况发生。
附图说明
图1为本发明所述反扭装置整体结构示意图。
图2为本发明所述反扭装置横断面剖视结构示意图。
图3为本发明所述反扭装置在大孔径工作时的原理示意图。
图4为本发明所述反扭装置在小孔径工作时的原理示意图。
图5为本发明所述支撑片断面结构示意图。
图6为本发明所述反扭装置与螺杆钻具连接结构示意图。
上图中的标注如下：
1、装置本体 2、滑槽 3、支撑片 4、输水通道 5、滚轮
6、螺旋弹簧 7、刀刃 8、上接头 9、输水管 10、下接头
11、螺杆马达 12、取芯管 13、冰钻钻头。
具体实施方式
请参阅图1至图6所示：
本发明提供的用于极地热水取芯钻进的孔壁自适应式反扭装置是在装置本体1的周圈开设有数个滑槽2，滑槽2内嵌设有支撑片3，支撑片3的一端为固定端被固连在滑槽2的一端，支撑片3的另一端为自由端能够在滑槽2内进行滑动，装置本体1内开设有输水通道4。
支撑片3为弹性体，支撑片3由弹性材料制成，支撑片3的固定端固连在滑槽2的底部，支撑片3的自由端连接在一滚轮5的中轴上，滚轮5设在滑槽2内，支撑片3的自由端能够在滚轮5的带动下沿滑槽2进行滑动，支撑片3的固定端和自由端之间装配有螺旋弹簧6，支撑片3的外边缘设有刀刃7。
装置本体1的上端装配有上接头8，上接头8螺接有输水管9，输水管9与装置本体1内的输水通道4相连通，装置本体1的下端装配有下接头10，下接头10的下端依次螺接有螺杆马达11、取芯管12和冰钻钻头13。
本发明的工作原理：
本发明提供的用于极地热水取芯钻进的孔壁自适应式反扭装置主要利用螺旋弹簧6和支撑片3的受力变形特性，在进入不规则孔壁的钻孔时根据变化的孔径进行自动调整。最初状态时，螺旋弹簧6由于自身形变向滚轮5施加拉力，从而使支撑片3轴向受力，支撑片3下端被固定销固定，因此滚轮5将带动支撑片3上端即自由端逐渐向下移动致使支撑片3发生弹性形变，径向直径逐渐扩大最终接触到钻孔孔壁，支撑片3外边缘锋利的刀刃7在对孔壁挤压后会深切进孔壁内，从而提供钻进所需要的反扭矩。当孔径逐渐减小，钻具继续向下移动时，孔壁施加给支撑片3的径向压力会逐渐增大，当径向压力超过螺旋弹簧6施加给支撑片3的拉力时，螺旋弹簧6则会发生形变逐渐伸长，滚轮将带动支撑片3上端逐渐向上移动使支撑片3恢复部分形变，致使径向直径减小以适应变化后的孔径，从而达到新的孔内受力平衡状态。装置本体1两端的上接头8与下接头10通过螺纹可与钻具其它部分快速连接，包括反扭装置上端的输水管9，反扭装置下端的螺杆马达11、取芯管12以及冰钻钻头13，装置本体1内设置的输水通道4能够保证反扭装置在提供反扭矩的同时持续输送热水至下部装置内进行冰层的钻进。
Claims (3)
1.一种用于极地热水取芯钻进的孔壁自适应式反扭装置，其特征在于：是在装置本体的周圈开设有数个滑槽，滑槽内嵌设有支撑片，支撑片的一端为固定端被固连在滑槽的一端，支撑片的另一端为自由端能够在滑槽内进行滑动，装置本体内开设有输水通道。
2.根据权利要求1所述的一种用于极地热水取芯钻进的孔壁自适应式反扭装置，其特征在于：所述的支撑片为弹性体，支撑片由弹性材料制成，支撑片的固定端固连在滑槽的底部，支撑片的自由端连接在一滚轮的中轴上，滚轮设在滑槽内，支撑片的自由端能够在滚轮的带动下沿滑槽进行滑动，支撑片的固定端和自由端之间装配有螺旋弹簧，支撑片的外边缘设有刀刃。
3.根据权利要求1所述的一种用于极地热水取芯钻进的孔壁自适应式反扭装置，其特征在于：所述的装置本体的上端装配有上接头，上接头螺接有输水管，输水管与装置本体内的输水通道相连通，装置本体的下端装配有下接头，下接头的下端依次螺接有螺杆马达、取芯管和冰钻钻头。
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