[發明專利]月球月壤淺層鉆孔取心方法

有效

• 申請號: 200910272392.6
• 申請日: 2009-10-13
• 公開（公告）號: CN101694424A
• 公開（公告）日: 2010-04-14
• 發明（設計）人: 李天明;李大佛;陳洪俊;劉紅旗;許少寧
• 申請（專利權）人: 武漢地大長江鉆頭有限公司
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 何英君

技術領域

本發明月球月壤淺層鉆孔取心方法，屬地質鉆探領域，具體涉及月球松散層月壤鉆探取樣方法。

背景技術

目前用于地球地質鉆探領域的取心的方法都是用取心鉆頭(即鉆頭具有內徑和外徑)，隨著鉆頭旋轉往下鉆進，巖心從鉆頭內徑進入其內，鉆頭上方裝有巖心管，然后利用卡心裝置將進入巖心管的巖心鎖緊在巖心管內而提出地面獲取巖心。取心方式一般采用單動單管或單動雙管。

單動單管鉆頭鉆進：當巖心裝滿巖心管后采用卡料，利用卡料與巖心之間的摩擦力卡緊巖心，從而拉斷巖心提取巖心的方式。

單動雙管鉆頭鉆進：主要是采用卡簧、卡簧座。巖心通過卡簧座進入巖心管，當巖心管裝滿巖心后鉆具上升卡簧座也隨之上升，這時卡簧座內孔的錐度就會擠壓卡簧，卡簧收縮對巖心產生楔緊力，拔斷巖心從而獲取巖心。

無論是單動單管還是單動雙管，均是在一定膠結性的巖層中獲取巖心。當在沒有膠結性的砂粒中鉆進時這兩種方式均不適用。

隨著當今空間技術的發展和世人對月球探索的深入，人們對于月球的了解也越來越多，眾所周知，月球巖石與地球巖石有很大區別，月球表面覆蓋著一層松散層，由巖石碎塊、角礫狀巖塊、砂和塵土組成，稱為月壤。在月海中月壤厚為2～10米，在月陸上月壤厚達20米。它是月球外層的巖石受隕石撞擊破碎以及因晝夜溫差變化懸殊發生脹縮差異崩碎而成。月球上沒有水，因此月巖極其干燥。而在地球上，即使是最干燥地區形成的巖石總是會以物理和化學方式含有一定量的水份，因此，當前適用于地球地質鉆探領域的鉆取巖心的方法及鉆具，勻不能滿足探月工程的月壤淺層取心需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種月球月壤淺層鉆孔取心方法，以解決從月球極為干燥松散的淺層月壤鉆取巖心的問題。

本發明的目的是通過如下技術方案實現的：

本發明月球月壤淺層鉆孔取心方法，是針對月球淺層月壤為全無膠結性的松散砂子的特質，采用鉆頭中心鉆孔，隨著鉆頭鉆進深入，使被鉆動的干燥松散的巖心由鉆頭外圍的取心套管加以收集的取心方法。

實施本發明方法的鉆具，由螺桿鉆頭、取心套管、連接套和軸承組成，螺桿鉆頭下部為鉆頭葉片，上部階梯式軸承座與軸承靜配合連接，連接套與軸承固定連接，軸承底部連接有軸承蓋，取心套管通過其外管口上端與連接套的螺紋連接而套裝在螺桿鉆頭外圍，取心套管內管口高度低于鉆頭葉片段高度。

本發明技術創新，技術效果突出，本發明鉆外管取心方法和傳統的鉆內管取心方式相比，將傳統的鉆內管取心方法的最大取心率30.7％提高到95％以上，試驗數據參見附表1、2所示，全面解決了松散砂粒層中取心的難題，為探月地質研究提供了切實可行的月壤淺層鉆孔取心方法和實施鉆具。

附圖說明

圖1本發明鉆具結構示意圖

圖2本發明鉆具螺桿鉆頭示意圖

圖3本發明鉆具連接套示意圖

圖4本發明鉆具取心套管主視圖

圖5本發明鉆具取心套管俯視圖

圖6本發明鉆具軸承蓋主視圖

圖7本發明鉆具軸承蓋仰視圖

具體實施方式

現結合附圖進一步說明本發明是如何實施的：

本發明月球月壤淺層鉆孔取心方法，是針對月球淺層月壤為全無膠結性的松散砂子的特質，采用鉆頭中心鉆孔，隨著鉆頭鉆進深入，使被鉆動的干燥松散的巖心由鉆頭外圍的取心套管加以收集的鉆外管取心方法。

實施本發明方法的鉆具，由螺桿鉆頭、取心套管、連接套和軸承組成，螺桿鉆頭5下部為鉆頭葉片5-1，兩個軸承1靜配合連接在螺桿鉆頭5上部的階梯式軸承座5-2，連接套2與軸承1固定連接，取心套管4外管口上端LY段與連接套2的LN段螺紋連接而套裝在螺桿鉆頭5外圍，取心套管4內管口高度適度低于鉆頭葉片高度，實施取心作業時，將螺桿鉆頭5的頂端螺紋5-3與鉆機設備連接。

在1米的干河沙中，按發明方法和鉆具進行了模擬月壤(散松砂子)取心試驗，當鉆頭旋轉鉆進時，在一定壓力作用下鉆頭5向下移動，巖心沿螺桿鉆頭5-1葉片斜面向上移動，鉆頭底部形成空隙，取心套管4隨鉆頭向下移動，由于取心套管4通過連接套2與螺桿鉆頭5上部軸承1相對固定，故而當鉆頭旋轉鉆進時，僅螺桿鉆頭單獨旋轉，而取心套管4只前移不旋轉。

當巖心(砂子)沿螺桿葉片5-1斜面上升到一定高度，在重力作用下巖心則從取心套管4內管口進入取心套管4內，連續鉆進巖心不斷進入管內，直到取心套管4內裝滿巖心為止，再隨鉆具一起從壤中退出，而取出巖心。由于軸承1底部裝有軸承蓋，故在鉆進時避免砂子等異物進入軸承，以提高軸承的使用壽命。