海洋天然气水合物相变制冷绳索取心钻具及取心方法

摘要

海洋天然气水合物相变制冷绳索取心钻具及取心方法，本发明采用相变流体作为冷冻剂通过快速排气机构将相变流体气化产生的气体从钻具内部排出，解决由于冷冻剂相变产生的气体在深海静水压力作用下无法排出，致使腔体内的压力过大，达到流体的相变压力临界点，流体不再相变吸热，导致钻具的制冷量不足的问题；在取心结束后，向钻具内投入钢球，堵住钻井液循环通道，通过钻井液压力为快速排气机构提供动力，并且实现冷冻剂注入孔底冷冻机构的过程。将绳索取心与孔底冷冻结合，实现不提钻快速取心；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天然气水合物岩心的破坏，更有效地提高了岩心采取率、完整度和代表性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋天然气水合物相变制冷绳索取心钻具及取心方法，尤其适用于深海含天然气水合物沉积物钻探取心。

背景技术

天然气水合物作为一种潜在能源，具有分布范围广、资源量大、埋藏浅、能量密度高、洁净等特点，是国际公认的最具商业开发前景的新型清洁能源，也是石油天然气最理想的接替能源。要想真正的认识天然气水合物，必须获得高保真的天然气水合物样品。钻探取心是获取天然气水合物样品最直接的方法，也是验证其他方法调查成果的必要手段。由于天然气水合物赋存的不稳定性，只能存在于温度低于0℃～10℃，压力高于10MPa的条件下，一旦温度升高或压力降低，甲烷气体则会逸出，固体天然气水合物便会分解；因此，在进行天然气水合物钻探取样时，伴随温度压力的改变，天然气水合物很容易从固态变为气态，很难获得原状没有分解的天然气水合物保真样品。

目前针对海洋天然气水合物的取样方法一种可行思路是通过制冷剂将天然气水合物岩心冷冻至常压时的临界温度值以下，确保天然气水合物岩心处在相平衡的稳定区域，抑制天然气水合物分解。但是由于常规的冷冻剂很难实现将天然气水合物岩心快速冷冻至要求的低温。因此提出采用相变流体：液氮、酒精-干冰混合物、液氨、丙酮-干冰混合物等，采用具有较大汽化潜热的相变流体作为冷冻剂通过相变吸热实现天然气水合物岩心的快速冷冻；然而，在实际应用中由于孔底的静水压力较大，例如我国南海天然气水合物的储层位于海面1400米以下，静水压力大于14Mpa，在静水压力的作用下，制冷剂相变产生的气体无法通过简单的排气机构排出，导致钻具内的压力升高达到制冷剂的相平衡临界点以上，此时制冷剂停止气化吸热，导致提供的冷冻能量不足以将天然气水合物岩心冷冻至要求的温度，导致冷冻天然气水合物岩心失败。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种结构简单、能够实现在孔底高压下将冷冻剂气化产生的气体从钻具内排出的天然气水合物相变制冷绳索取心钻具及取心方法。

为达到上述目的，本所发明采用如下的技术方案：

海洋天然气水合物相变制冷绳索取心钻具，由打捞器、内管总成和外管总成组成，其特征在于，内管总成包括悬挂机构、调节机构、快速排气机构、冷源存储机构和孔底冷冻机构，

所述打捞器包括钢丝绳、固定套、连接轴、第一上轴承座、第一轴承、第二圆螺母、第一下轴承座、紧固螺钉、第一弹簧、打捞钩、第一弹性销与轴套，钢丝绳的端部通过固定套压紧在连接轴上部；第一上轴承座与第一下轴承座通过螺纹连接；第一轴承安装在第一上轴承座的内孔中，并通过第二圆螺母与连接轴之间的螺纹连接固定第一轴承；第一下轴承座与轴套通过紧固螺钉连接；第一弹簧通过打捞钩上的凸起压紧在连接轴上；打捞钩的一端与连接轴通过第一弹性销连接，打捞钩的另一端卡在捞矛头上；

所述悬挂机构包括捞矛头、悬挂环及座环，捞矛头与悬挂环通过螺纹连接；悬挂环的外径大于座环的外径，悬挂环坐在座环上，二者为接触式连接；座环与第一外管通过螺纹连接，使内管总成整体悬挂在外管总成内，内管总成底部与钻头之间具有2mm～4mm的间隙；

所述调节机构包括第二上轴承座、第二轴承、第二下轴承座、第三轴承、第二弹簧、挡环、第三圆螺母、连接管及第一密封圈；第二上轴承座通过螺纹与捞矛头连接，第二轴承由第二上轴承座与第二下轴承座配合固定在第二上轴承座的外径上；第二上轴承座的外径与第二下轴承座的内径之间具有空隙用于确保在第二轴承的作用下，第二上轴承座和第二下轴承座实现单动；第三轴承位于第二上轴承座与第二下轴承座之间，第三轴承与第二轴承一起来实现第二上轴承座与第二下轴承座之间的单动；第三轴承的下部与第二弹簧的上部接触，第二弹簧的下部坐在挡环上，挡环用于为第二弹簧提供预紧力；第三圆螺母与第二上轴承座之间通过螺纹连接；连接管与第二上轴承座通过螺纹连接；第一密封圈用于实现连接管与位于其下部的机构的密封；在卡断岩心时，卡簧带动内卡簧座下移压缩第二弹簧；内卡簧座置于钻头的内部台阶上，进而将拔断岩心的力传递到外管上，保证内管在整个取心过程中不受力；

所述快速排气机构包括排气阀座、钢球、第一排气阀芯、第三弹簧、弹性挡环、第二排气阀芯、第四弹簧、第一钻井液出口、第二钻井液出口、第一换气阀及第二换气阀，排气阀座与第二下轴承座之间通过螺纹连接；钢球在取心过程时不投入钻具的中心孔内，取心结束后将钢球投入钻具的中心孔内，堵塞第一排气阀芯的钻井液通道；第一排气阀芯与第二排气阀芯通过螺纹连接；第三弹簧上部与第一排气阀芯接触为其提供预紧力，第三弹簧下部抵靠在第二排气阀芯上；弹性挡环位于排气阀座与第二排气阀芯之间；第四弹簧的上部与第二排气阀芯接触并为其提供预紧力，第四弹簧的下部抵靠在排气阀座上；第一换气阀通过螺纹与排气阀座连接，第二换气阀与第二排气阀芯通过螺纹连接，在取心过程中，通过第一换气阀与第二换气阀之间的抽吸作用将储冷腔内的气体排出；第一钻井液出口开设在第一排气阀芯；第二钻井液出口开设在排气阀座；

所述冷源存储机构包括第二密封圈、控制阀体、控制阀芯、第一保温套、扶正套、储冷腔外管、储冷腔内管、控制杆保温套、控制杆、下保温垫、第三密封圈、第五弹簧、止动阀体、保温套管、扭簧、弹卡、第四密封圈、弹卡座、第二弹性销、止动阀杆、第三弹性销及止动阀座；整个冷源存储机构上部采用第二密封圈密封；控制阀体与控制杆通过螺纹连接，控制阀体的上部与第二排气阀芯的下部接触，当第二排气阀芯向下移动推动控制阀体一起向下移动；控制阀体与第一保温套通过螺纹连；控制阀芯设置在控制阀体内部，控制阀芯与控制杆连接；扶正套套设在控制杆保温套外部；控制杆保温套套设在控制杆外部；储冷腔外管与控制阀体通过螺纹连接；储冷腔外管与储冷腔内管同轴布置，储冷腔外管与储冷腔内管之间设置有储冷腔保温层；下保温垫设置在储冷腔底部；第三密封圈与第四密封圈分别设置在位于止动阀体上部和下部的环槽内；第五弹簧上部与止动阀杆接触为其提供预紧力，弹卡座用于支撑第五弹簧；止动阀杆与控制杆之间通过螺纹连接；保温套管位于止动阀体内部；扭簧用于使弹卡保持张开状态；弹卡与止动阀杆通过第二弹性销连接；止动阀座与止动阀杆之间通过第三弹性销连接，止动阀座用于使得弹卡张开预定角度；

所述孔底冷冻机构包括分流块、连接手、第五密封圈、第二保温套、止动阀球、止动阀芯、冷冻腔外管、岩心管、半合管、冷冻腔内管、外卡簧座、卡簧及内卡簧座；分流块固定在连接手上部，分流块用于将冷冻剂的流道分开，使冷冻剂直接注入到连接手的孔内；第五密封圈用于实现整个冷冻腔腔体的密封；第二保温套位于孔底冷冻机构上部的空腔内；止动阀芯与连接手之间通过螺纹连接，止动阀球坐在止动阀芯之上；冷冻腔外管与连接手通过螺纹连接；冷冻腔内管与冷冻腔外管同轴布置，冷冻腔内管与冷冻腔外管之间设置有冷冻腔保温层；岩心管与连接手通过螺纹连接，岩心管内部设置有半合管，半合管将整根岩心管从轴向剖开；外卡簧座与冷冻腔外管通过螺纹连接；内卡簧座与岩心管通过螺纹连接；卡簧坐于内卡簧座上，卡簧用于卡断岩心；

所述外管总成包括第一外管、第二外管、第一扶正环、第一扩孔器、第三外管、第四外管、第二扶正环、第二扩孔器、钻头和第五外管，第二外管的上端与第一外管通过螺纹连接，第二外管的下端通过螺纹与第一扩孔器连接；第一扶正环位于第二外管的环槽内，并由第一扩孔器夹紧；第一扩孔器通过螺纹与第三外管连接；第四外管的上端与第三外管通过螺纹连接，第四外管的下端与第五外管通过螺纹连接；第五外管与第二扩孔器通过螺纹连接；第二扶正环位于第五外管的环槽内，并由第二扩孔器夹紧；第二扩孔器通过螺纹与钻头连接。

其中，所述固定套与连接轴通过螺纹连接，并采用第一圆螺母预紧固定套。

所述的海洋天然气水合物相变制冷绳索取心钻具，还包括油嘴，所述油嘴通过螺纹与第二下轴承座连接，油嘴用于将润滑油加入由第二上轴承座、第二轴承、第二下轴承座、油嘴及第三轴承组成的单动机构的空腔内。

其中，所述第三圆螺母与第二上轴承座之间设置有用于固定第三圆螺母的固定挡环。

所述的海洋天然气水合物相变制冷绳索取心钻具，还包括储冷腔保温层，所述储冷腔保温层设置在储冷腔外管与储冷腔内管之间预留的空隙内。

所述的海洋天然气水合物相变制冷绳索取心钻具，还包括冷冻腔保温层，所述冷冻腔保温层位于冷冻腔外管与冷冻腔内管之间。

海洋天然气水合物相变制冷绳索取心方法，其特征在于，该取心方法采用所述的海洋天然气水合物相变制冷绳索取心钻具进行取心，包括以下步骤：

a、在孔口进行钻进之前，首先调节悬挂机构以保证内管总成下部与钻头之间保持2mm～4mm的距离，并在储冷腔内装入冷冻剂；

b、回次结束，岩心充满岩心管，停泵，向钻具的中心孔内投入钢球；

c、投入钢球后，开泵，开始循环钻进液，使快速排气机构、冷源存储机构和孔底冷冻机构开始动作，进行冷冻剂注入、冷冻岩心及孔底快速排气的过程；

d、冷冻10分钟～20分钟后将内管总成从孔内提出；

e、将岩心样品用液氮储存罐或者高压容器保存。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明采用相变流体作为冷冻剂冷冻天然气水合物岩心，确保天然气水合物岩心不发生分解；并且设计了快速排气机构，解决相变流体气化产生的气体在孔底高压的情况下无法排出的问题，使冷冻剂能够全部气化实现相变冷冻剂的高效利用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明的打捞器示意图。

图2是本发明的悬挂机构及调节机构装配示意图。

图3是本发明快速排气机构及冷源存储机构上半部分装配示意图。

图4是本发明冷源存储机构下半部分示意图。

图5是本发明孔底冷冻机构示意图。

图中各标记如下：1-钢丝绳，2-固定套，3-第一圆螺母，4-连接轴，5-第一上轴承座，6-第一轴承，7-第二圆螺母，8-第一下轴承座，9-紧固螺钉，10-第一弹簧，11-打捞钩，12-第一弹性销，13-轴套，14-捞矛头，15-第一外管，16-悬挂环，17-座环，18-第二上轴承座，19-第二外管，20-第二轴承，21-第二下轴承座，22-油嘴，23-第三轴承，24-第二弹簧，25-挡环，26-固定挡环，27-第三圆螺母，28-连接管，29-第一密封圈，30-排气阀座，31-钢球，32-第一排气阀芯，33-第三弹簧，34-弹性挡环，35-第二排气阀芯，36-第四弹簧，37-第一钻井液出口，38-第二钻井液出口，39-第一换气阀，40-第一扶正环，41-第二换气阀，42-第二密封圈，43-控制阀体，44-第一扩孔器，45-控制阀芯，46-第一保温套，47-扶正套，48-储冷腔外管，49-储冷腔内管，50-储冷腔保温层，51-控制杆保温套，52-控制杆，53-第三外管，54-下保温垫，55-第三密封圈，56-第五弹簧，57-止动阀体，58-保温套管，59-第四外管，60-扭簧，61-弹卡，62-第四密封圈，63-弹卡座，64-第二弹性销，65-止动阀杆，66-第三弹性销，67-止动阀座，68-分流块，69-连接手，70-第五密封圈，71-第二保温套，72-止动球阀，73-止动阀芯，74-冷冻腔外管，75-岩心管，76-冷冻腔保温层，77-半合管，78-冷冻腔内管，79-第二扶正环，80-第二扩孔器，81-外卡簧座，82-卡簧，83-内卡簧座，84-钻头，85-第五外管。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程及元件并没有详细的叙述。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”及“第五”并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。

本发明所采用的相变流体即冷冻剂包括液氮、酒精-干冰混合物、液氨、丙酮-干冰混合物；请参阅图1、图2、图3、图4及图5，本实施例海洋天然气水合物相变制冷绳索取心钻具由打捞器、内管总成和外管总成组成，内管总成包括悬挂机构、调节机构、快速排气机构、冷源存储机构和孔底冷冻机构；

打捞器包括钢丝绳1、固定套2、连接轴4、第一上轴承座5、第一轴承6、第二圆螺母7、第一下轴承座8、紧固螺钉9、第一弹簧10、打捞钩11、第一弹性销12与轴套13，固定套2与连接轴4通过螺纹连接，并采用第一圆螺母3预紧固定套2，避免由于振动导致固定套2松动，钢丝绳1的端部需要通过固定套2将其压紧在连接轴4上部；第一上轴承座5与第一下轴承座8通过螺纹连接，第一轴承6安装在第一上轴承座5内孔中，并通过第二圆螺母7与连接轴4之间的螺纹连接固定第一轴承6；第一下轴承座8与轴套13通过紧固螺钉9连接，第一弹簧10由打捞钩11上的凸起将其压紧在连接轴4上，保证打捞钩11保持在工作位置；打捞钩11的一端与连接轴4通过第一弹性销12连接，打捞钩11的另一端卡在捞矛头14上。

悬挂机构包括捞矛头14、悬挂环16及座环17，捞矛头14与悬挂环16通过螺纹连接，悬挂环16的外径大于座环17的外径，悬挂环16坐在座环17上，二者为接触式连接，座环17与第一外管15通过螺纹连接，使内管总成整体悬挂在外管总成内，确保内管总成底部与钻头84之间保持2mm～4mm间隙，以防止损坏外卡簧座81和钻头84，并保证岩心管75不会因为与钻头84接触而转动和岩心管75的通水性能。

调节机构包括第二上轴承座18、第二轴承20、第二下轴承座21、油嘴22、第三轴承23、第二弹簧24、挡环25、固定挡环26、第三圆螺母27、连接管28及第一密封圈29；第二上轴承座18通过螺纹与捞矛头14连接，第二轴承20由第二上轴承座18与第二下轴承座21配合固定在第二上轴承座18的外径上；第二上轴承座18的外径与第二下轴承座21的内径之间有2mm～3mm空隙，保证在第二轴承20作用下，二者可以实现单动；油嘴22通过螺纹与第二下轴承座21连接，经由油嘴22将润滑油加入由第二上轴承座18、第二轴承20、第二下轴承座21、油嘴22、第三轴承23组成的单动机构的空腔内，对第二轴承20和第三轴承23进行润滑、散热和防水；第三轴承23位于第二上轴承座18与第二下轴承座21之间，第三轴承23与第二轴承20一起来实现第二上轴承座18与第二下轴承座21之间的单动；第三轴承23下部由第二弹簧24实现预紧，第二弹簧24下部坐在挡环25上，挡环25为第二弹簧24提供预紧力；第三圆螺母27与第二上轴承座18之间通过螺纹连接，并由固定挡环26固定第三圆螺母27确保其不会因为振动而发生松动；连接管28与第二上轴承座18通过螺纹连接，并通过第一密封圈29实现与与位于其下部的机构的密封；在卡断岩心时，卡簧82带动内卡簧座83下移压缩第二弹簧24，内卡簧座83置于钻头84内部台阶上，进而将拔断岩心的力传递到外管上，保证内管在整个取心过程中不受力。

快速排气机构包括排气阀座30、钢球31、第一排气阀芯32、第三弹簧33、弹性挡环34、第二排气阀芯35、第四弹簧36、第一钻井液出口37、第二钻井液出口38、第一换气阀39及第二换气阀41；排气阀座30与第二下轴承座21之间通过螺纹连接，通过单动机构保证下部钻具不随上部钻具一同转动；钢球31在正常取心时不投入钻具的中心孔内，取心结束后将钢球31投入，堵塞第一排气阀芯32的钻井液通道；第一排气阀芯32与第二排气阀芯35通过螺纹连接，第三弹簧33上部与第一排气阀芯32接触为其提供预紧力，第二排气阀芯35为第三弹簧33提供支撑；弹性挡环34位于排气阀座30与第二排气阀芯35之间，在第二排气阀芯35往复运动时为其提供缓冲；第四弹簧36上部与第二排气阀芯35接触并为其提供预紧力，排气阀座30为第四弹簧36提供支撑；第一换气阀39通过螺纹与排气阀座30连接，第二换气阀41与第二排气阀芯35通过螺纹连接，取心时通过第一换气阀39与第二换气阀41之间的抽吸作用将储冷腔内的气体排出；在正常取心过程中钢球31不投入钻具的中心孔内，钻井液通过钻具中间的钻井液通道进入钻具内部，然后进入第一排气阀芯32中部的通道后从第一排气阀芯32上的第一钻井液出口37排出，最后经过位于排气阀座30上的第二钻井液出口38进入内管与外管的间隙，实现钻井液的循环；在取心结束后将钢球31投入到钻具的中心孔内，钢球31坐落到第一排气阀芯32上，将第一排气阀芯32中部的钻井液通道堵住，钻井液从排气阀座30中部的孔进入第二排气阀芯35上部，钻井液压力升高，推动第二排气阀芯35压缩第四弹簧36向下移动；当第二排气阀芯35向下移动到第二钻井液出口38下部时，钻井液自第二钻井液出口38流出，导致钻井液压力下降，第二排气阀芯35在第四弹簧36的作用下向上移动，实现第一排气阀芯32和第二排气阀芯35往复运动；当第二排气阀芯35向下移动时与排气阀座30之间产生负压，此时储冷腔内的气体由第二换气阀41进入第二排气阀芯35与排气阀座30之间的空腔；当第二排气阀芯35向上移动时压缩与排气阀座30之间的空腔，空腔内的气体通过第一换气阀39排到钻井液中；通过第二排气阀芯35的往复运动将冷冻剂气化产生的气体排到钻井液中，实现孔底高压状态下的排气。

冷源存储机构包括第二密封圈42、控制阀体43、控制阀芯45、第一保温套46、扶正套47、储冷腔外管48、储冷腔内管49、储冷腔保温层50、控制杆保温套51、控制杆52、下保温垫54、第三密封圈55、第五弹簧56、止动阀体57、保温套管58、扭簧60、弹卡61、第四密封圈62、弹卡座63、第二弹性销64、止动阀杆65、第三弹性销66及止动阀座67；整个冷源存储机构上部由第二密封圈42保证整个储冷腔的密封性；控制阀体43与控制杆52通过螺纹连接，控制阀体43的上部与第二排气阀芯35的下部接触，当第二排气阀芯35向下移动推动控制阀体43向下移动；控制阀体43与第一保温套46通过螺纹连接，第一保温套46保证控制阀体43与储冷腔内的冷冻剂发生换热；控制阀芯45设置在控制阀体43内部，控制阀芯45与控制杆52连接；扶正套47套设在控制杆保温套51外部，确保控制杆52在储冷腔内保持正中；控制杆保温套51套设在控制杆52外部，保证控制杆52与冷冻剂之间不发生换热；控制阀体43与储冷腔外管48通过螺纹连接；储冷腔保温层50夹在储冷腔外管48与储冷腔内管49之间，保证储冷腔内的冷冻剂不与外界钻井液发生换热；下保温垫54设置在储冷腔底部保证储冷腔的密封性及绝热性；第三密封圈55与第四密封圈62设置在位于止动阀体57上部和下部的环槽内保证冷源存储机构腔体的密封性；第五弹簧56上部与止动阀杆65接触为其提供预紧力，弹卡座63为第五弹簧56提供支撑；止动阀杆65与控制杆52之间通过螺纹连接，止动阀杆65与控制杆52共同移动；保温套管58位于止动阀体57内部，保证在冷冻剂流过时保证冷冻剂不会发生气化；扭簧60确保弹卡61保持张开状态，弹卡61与止动阀杆65通过第二弹性销64连接；止动阀座67与止动阀杆65之间通过第三弹性销66连接，止动阀座67保证弹卡61张开一定的角度；在第二排气阀芯35第一次向下移动时推动控制阀芯45向下移动，控制阀芯45带动控制杆52与止动阀杆65向下移动，储冷腔被打开，冷冻剂自储冷腔内流出；当止动阀杆65向下移动至弹卡座63下部时，弹卡61卡在弹卡座63上，保证第二排气阀芯35向上移动时控制杆52不会向上移动而堵住储冷腔。

孔底冷冻机构包括分流块68、连接手69、第五密封圈70、第二保温套71、止动阀球72、止动阀芯73、冷冻腔外管74、岩心管75、冷冻腔保温层76、半合管77、冷冻腔内管78、外卡簧座81、卡簧82及内卡簧座83；本实施例中分流块68采用胶水粘在连接手69上部，实现在冷冻剂向冷冻腔腔体内注入时，能够将冷冻剂的流道分开，使冷冻剂能够直接注入到连接手69的孔内；第五密封圈70实现整个冷冻腔腔体的密封；第二保温套71位于冷冻机构上部的空腔内，保证冷冻剂在流动过程中不会与外界发生换热；止动阀芯73与连接手69之间通过螺纹连接，止动阀球72坐在止动阀芯73之上，保证外界的钻井液不会进入岩心腔体内；冷冻腔外管74与连接手69通过螺纹连接，冷冻腔内管78与冷冻腔外管74同轴布置，冷冻腔内管78与冷冻腔外管74之间预留有间隙；冷冻腔保温层76位于冷冻腔外管74与冷冻腔内管78之间，保证冷冻过程中冷冻剂不会与外界发生换热，导致冷量损失；岩心管75与连接手69通过螺纹连接，岩心管75内部设置有半合管77，半合管77将整根岩心管75从轴向剖开，使岩心更容易从岩心管75内取出；外卡簧座81与冷冻腔外管74通过螺纹连接，内卡簧座83与岩心管75通过螺纹连接，卡簧82坐于内卡簧座83上，用于卡断岩心；当冷冻剂注入到冷冻腔腔体内部，冷冻剂与天然气水合物岩心通过岩心管75和半合管77进行换热，保证将天然气水合物岩心冷冻到要求的温度。

外管总成包括第一外管15、第二外管19、第一扶正环40、第一扩孔器44、第三外管53、第四外管59、第二扶正环79、第二扩孔器80、钻头84和第五外管85，第一外管15与第二外管19通过螺纹连接，第二外管19通过螺纹与第一扩孔器44连接，第一扶正环40位于第二外管19的环槽内，并由第一扩孔器44夹紧，第一扩孔器44通过螺纹与第三外管53连接，第三外管53与第四外管59通过螺纹连接，第四外管59与第五外管85通过螺纹连接，第五外管85与第二扩孔器80通过螺纹连接，第二扶正环79位于第五外管85的环槽内，并由第二扩孔器80夹紧，第二扩孔器80通过螺纹与钻头84连接。

海洋天然气水合物相变制冷绳索取心方法，其特征在于，该取心方法采用所述的海洋天然气水合物相变制冷绳索取心钻具进行取心，包括以下步骤：

a、在孔口进行钻进之前，首先调节悬挂机构以保证内管总成下部与钻头84之间保持2mm～4mm的距离，并在储冷腔内装入冷冻剂；

b、回次结束，岩心充满岩心管75，停泵，向钻具的中心孔内投入钢球31；

c、投入钢球31后，开泵，开始循环钻进液，使快速排气机构、冷源存储机构和孔底冷冻机构开始动作，进行冷冻剂注入、冷冻岩心及孔底快速排气的过程；

d、冷冻10分钟～20分钟后将内管总成从孔内提出；

e、将岩心样品用液氮储存罐或者高压容器保存。

本发明提出了一种新的钻具结构及其取心方法，采用钢球31控制钻井液流动的方式，控制快速排气机构实现将冷冻剂气化产生的气体排出钻具外，实现冷冻剂能量的最大限度利用。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所做的同等结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。