阅读说明：本技术 一种海底无泵反循环钻具及钻机 (Seabed pump-free reverse circulation drilling tool and drilling machine ) 是由 卢猛 魏照宇 苏兴涛 陈宗恒 田烈余 王福海 郭强 宋殿兰 冉灵杰 祝强 卢倩 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种海底无泵反循环钻具及钻机,它包括钻具接头(3)、取样管(5)、钻头(6),其特征在于：钻具接头(3)与取样管(5)连接,取样管(5)与钻头(6)连接,所述钻头(6)底部开有进水口,所述取样管(5)上端的外部固定设有负压腔(4),取样管(5)内部通过负压腔(4)与外部连通,所述负压腔(4)为两侧封闭中心通水的腔体,所述取样管(5)上端内侧还固定设有导流叶片(7)。还包括海底钻机(1)、海底钻机输出轴(2),其特征在于：所述海底钻机输出轴(2)通过钻具接头(3)与海底无泵反循环钻具连接,海底钻机(1)驱动海底钻机输出轴(2)通过钻具接头(3)带动钻具转动。本发明具有成本低、重量轻、能提高钻进效率和取样效率、能自动建立冲洗反循环等优点。(The invention discloses a submarine pumpless reverse circulation drilling tool and a drilling machine, which comprise a drilling tool joint (3), a sampling tube (5) and a drill bit (6), and are characterized in that: drilling tool connects (3) and is connected with sampling tube (5), and sampling tube (5) are connected with drill bit (6), open drill bit (6) bottom has the water inlet, the external fixation of sampling tube (5) upper end is equipped with negative pressure chamber (4), and sampling tube (5) are inside to be passed through negative pressure chamber (4) and outside intercommunication, negative pressure chamber (4) are the cavity that the center leads to water for both sides seal, sampling tube (5) upper end inboard still fixedly is equipped with guide vane (7). Still include subsea drilling machine (1), subsea drilling machine output shaft (2), its characterized in that: the output shaft (2) of the submarine drilling machine is connected with a submarine pumpless reverse circulation drilling tool through a drilling tool joint (3), and the submarine drilling machine (1) drives the output shaft (2) of the submarine drilling machine to drive the drilling tool to rotate through the drilling tool joint (3). The invention has the advantages of low cost, light weight, capability of improving the drilling efficiency and the sampling efficiency, capability of automatically establishing flushing reverse circulation and the like.)

一种海底无泵反循环钻具及钻机

技术领域

本发明涉及海底钻探设备领域，尤其涉及一种海底无泵反循环钻具及钻机。

背景技术

辽阔的大洋底蕴藏着丰富的矿产资源，具有巨大的经济价值和战略意义。深海是人类在地球上为数不多的未知区域之一，科学家们对深海矿物成份、矿物年代、矿物形成机理、矿物物理化学特性以及矿物周围的生物和环境状况等具有浓厚的兴趣。这些涵盖海洋地质、海洋生物、海洋化学、海洋物理、海洋探矿、海洋采矿多个学科的研究均需要大量的深海矿物样品。因此，深海矿物岩芯样本的获取在海洋科学的研究与海底矿产开发中具有至关重要的作用。

在海底钻进岩石时，现有技术需要借助泥浆泵或水泵建立冲洗液循环，利用冲洗液排出岩屑、冷却钻头，当建立反循环时，流动的冲洗液还可以协助岩心样品进入取样管。但ROV即“水下机器人”钻机进行海底浅层钻探作业时，若配备深海泥浆泵将增加高额成本，并占用ROV宝贵的有效载荷。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种成本低、重量轻、能提高钻进效率和取样效率、能自动建立冲洗反循环的海底无泵反循环钻具及钻机。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种海底无泵反循环钻具，它包括钻具接头3、取样管5、钻头6，其特征在于：钻具接头3与取样管5连接，取样管5与钻头6连接，使钻具接头3能带动取样管5与钻头6转动，所述钻头6底部开有进水口，使水流能进入取样管5内部，所述取样管5上端的外部固定设有负压腔4，使负压腔4在取样管5从上端向下看逆时针转动时形成负压，取样管5内部通过负压腔4与外部连通，使取样管5内的水流能进入负压腔4，所述负压腔4为两侧封闭中心通水的腔体，水流能从负压腔4流出，所述取样管5还固定设有导流叶片7，通过导流叶片7推动取样管5内部的水旋转产生离心力。

作为以上技术方案的进一步改进：

所述负压腔4的外侧开口方向与取样管5旋转方向相反，有助于外缘的水分子对内部的水分子产生牵拉作用。

所述负压腔4以取样管5的中心轴线为轴心，中心对称设有至少2个，有助于水流均匀分布。

所述导流叶片7的轴向截面曲线为渐开线，有助于水沿着渐开线方向向外侧运动。

所述钻具接头3与取样管5通过螺纹连接，所述取样管5与钻头6通过螺纹连接，使连接更加牢固。

所述负压腔4焊接在取样管5上，使结构更加牢固。

所述导流叶片7焊接在取样管5的内部焊缝8处，有助于推动取样管5的内部水流转动。

由于属于一个总的发明构思，本发明还公开了一种使用海底无泵反循环钻具的钻机，它包括海底钻机1、海底钻机输出轴2，其特征在于：所述海底钻机输出轴2通过钻具接头3与海底无泵反循环钻具连接，海底钻机1驱动海底钻机输出轴2通过钻具接头3带动钻具转动。

作为以上技术方案的进一步改进：

所述海底钻机输出轴2与钻具接头3通过螺纹连接，使连接更加牢固。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

成本低、重量轻、能提高钻进效率和取样效率、能自动建立冲洗反循环。与现有技术相比，本技术通过在钻具上端内侧增加叶片，外侧增加负压腔，使置于海水中的钻具本身在钻进过程中即可自动建立冲洗液反循环，省去了海底泥浆泵，降低了海底钻探系统的成本和重量，使ROV可以搭载更多科学载荷，同时提高了钻进效率和取样质量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的A-A剖面图。

图3为本发明的工作时水流路径示意图。

图4为本发明的工作时负压腔内水流路径图。

图中：1-海底钻机，2-海底钻机输出轴，3-钻具接头，4-负压腔，5-取样管，6-钻头，7-导流叶片，8-焊缝。

具体实施方式

以下将结合具体的附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1，本发明包括钻具接头3、取样管5、钻头6，其特征在于：钻具接头3与取样管5连接，取样管5与钻头6连接，使钻具接头3能带动取样管5与钻头6转动，所述钻头6底部开有进水口，使水流能进入取样管5内部，所述取样管5上端的外部固定设有负压腔4，使负压腔4在取样管5从上端向下看逆时针转动时形成负压，所述取样管5内部通过负压腔4与外部连通，使取样管5内的水流能进入负压腔4，所述负压腔4为两侧封闭中心通水的腔体，水流能从负压腔4流出，所述取样管5还固定设有导流叶片7，通过导流叶片7推动取样管5内部的水旋转产生离心力。钻进时，因负压腔4外缘的直径较大，其外缘处水流的线速度要大于取样管5中心水流的速度，此时，负压腔4外缘的水分子沿其旋转的切线方向高速运动，在水分子间引力的作用下，外缘的水分子对内部的水分子产生牵拉作用，形成负压。同时，导流叶片7推动取样管5内部的水逆时针旋转，在离心力的作用下，旋转的水会沿着负压腔4向外运动。取样管5内部上端的水从负压腔4的出口向外运动，在压力作用下，取样管5内部下端的水向上补充，取样管5外面的水沿着钻头6底部的水口进入取样管5内部，并向上运动。水的运动路径如图3和图4所示。这样便在钻进过程中建立了反循环，取样管内部由下向上运动的水流会帮助岩心进入取样管5。图1-4。

实施例2，本发明还包括以下优化方案：所述负压腔4的外侧开口方向与取样管5旋转方向相反，有助于外缘的水分子对内部的水分子产生牵拉作用；所述负压腔4以取样管5的中心轴线为轴心，中心对称设有至少2个，有助于水流均匀分布；所述导流叶片7的轴向截面曲线为渐开线，有助于水沿着渐开线方向向外侧运动；所述钻具接头3与取样管5通过螺纹连接，所述取样管5与钻头6通过螺纹连接，使连接更加牢固；所述负压腔4焊接在取样管5上，使结构更加牢固；所述导流叶片7焊接在取样管5的内部焊缝8处，有助于推动取样管5的内部水流转动。图1-4，其余参考实施例1。

实施例3，本发明还包括包括海底钻机1、海底钻机输出轴2，其特征在于：所述海底钻机输出轴2通过钻具接头3与海底无泵反循环钻具连接，海底钻机1驱动海底钻机输出轴2通过钻具接头3带动钻具转动，在海底钻机1的驱动下，从上往下看海底无泵反循环钻具随海底钻机输出轴2做逆时针旋转。图1-4，其余参考上述实施例。

实施例4，本发明还包括以下优化方案：所述钻机驱动海底钻机输出轴2与钻具接头3通过螺纹连接，使连接更加牢固。图1-4，其余参考上述实施例。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。