[發明專利]一種月基隨鉆隨護裝置與快速固孔耦合冷卻鉆頭的方法

在審

• 申請號: 202010787226.6
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN111999098A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 高明忠;謝和平;劉濤;趙治宇;吳一凡;朱亮宇;蘭鋮;蔣文川;翟朔;廖海龍
• 申請（專利權）人: 深圳大學;四川大學
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08;E21B33/138;E21B23/01;E21B25/06;C09K8/508;C09K8/88
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑

1.一種月基隨鉆隨護裝置，其特征在于：包括控制器、取芯器外管和位于所述取芯器外管下方的取芯鉆頭；

在所述取芯器外管內設有鉆進機構，所述鉆進機構包括推桿和旋轉機構，所述推桿和旋轉機構分別與所述控制器連接，所述推桿用于對所述取芯鉆頭施加軸向的鉆壓，所述旋轉機構用于對所述取芯鉆頭施加扭矩；

在所述鉆進機構與取芯鉆頭之間設置有隨護機構，且所述隨護機構下端與取芯鉆頭固定連接，隨護機構的上端與鉆進機構連接，以使在取芯過程中，通過隨護機構將內置于取芯器外管內的隨護液外排到井道中。

2.根據權利要求1所述的月基隨鉆隨護裝置，其特征在于：所述隨護機構包括隨護筒和活塞，所述活塞設于所述鉆進機構和隨護筒之間并與兩者固定連接，所述隨護筒與所述取芯鉆頭呈一體連接，以使所述活塞能夠在所述鉆進機構的推動下向下移動；且所述隨護筒內具有隨護液流道，在所述隨護筒與取芯器外管之間具有用于盛裝隨護液的儲液腔，以使活塞在下移過程中，內置于所述儲液腔內的隨護液能夠進入隨護液流道內，并再經設于取芯鉆鉆頭上的泄流口外排。

3.根據權利要求2所述的月基隨鉆隨護裝置，其特征在于：在所述隨護筒靠近活塞的一端具有單向閥，以使在活塞在下移過程中，內置于所述儲液腔內的隨護液能夠通過所述單向閥進入隨護液流道內。

4.根據權利要求2所述的月基隨鉆隨護裝置，其特征在于：在所述取芯鉆頭表面設有螺旋線，以使外排到井道中的隨護液由設于取芯鉆頭表面的螺旋線均勻涂抹在井壁上。

5.根據權利要求1-4任一項所述的月基隨鉆隨護裝置，其特征在于：所述隨護液包括有溶劑、聚合物和填料；其中，優選地，所述溶劑包括甲胺、二甲胺、乙醚、戊烷、二氯甲烷、二硫化碳、丙酮、氯仿、甲醇、四氫呋喃、己烷、環己烷中的一種或多種；優選地，所述聚合物包括二醋酸纖維素、三醋酸纖維素、醋酸丙酸纖維素、硝酸纖維素、再生纖維素、芳香聚酰胺、尼龍-66、芳香聚酰胺酰肼、聚苯砜對苯二甲酰、聚苯并咪唑、聚酰亞胺、聚砜、聚醚砜、磺化聚砜、聚砜酰胺、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯中的一種或多種；進一步優選地，所述填料包括片層納米填料、纖維狀納米填料或顆粒狀填料中的一種或多種。

6.根據權利要求5所述的月基隨鉆隨護裝置，其特征在于：在所述取芯器外管上部內置有與取芯器外管固定連接的充氣機構，所述充氣機構與所述控制器連接，以使在取芯過程中，控制器能夠控制充氣機構沿取芯器外管徑向膨脹而擠壓井壁，并通過充氣機構與井壁間摩擦力使得取芯器外管徑向居中且軸向固定。

7.根據權利要求6所述的月基隨鉆隨護裝置，其特征在于：所述充氣機構包括儲氣缸和充氣膨脹環，所述儲氣缸內充填有氮氣或惰性氣體并通過控制器與所述充氣膨脹環連通，以使能夠通過控制器控制所述儲氣缸內的氮氣或惰性氣體排至所述充氣膨脹環內。

8.根據權利要求5所述的月基隨鉆隨護裝置，其特征在于：所述取芯鉆頭內設置有取芯內筒，所述取芯內筒頂部連接有軸承，以使所述取芯內筒通過軸承與所述取芯鉆頭連接。

9.根據權利要求8所述的月基隨鉆隨護裝置，其特征在于：在取芯內筒底部設置有巖芯密封器，且在所述取芯內筒中設有自愈合粘彈體，以使在取芯過程中，自愈合粘彈體能夠沿著所述取芯內筒與巖芯之間的環形間隙運動，以覆蓋包裹鉆取巖芯的表面。

10.一種快速固孔耦合冷卻鉆頭的方法，其特征在于：采用如權利要求1-9任一項所述的月基隨鉆隨護裝置，該方法包括以下步驟：

取芯前，在所述取芯器外管內預置隨護液，并通過懸掛器和電纜將所述月基隨鉆隨護裝置放至在月球已鉆出井道的位置；

取芯時，通過控制器控制所述鉆進機構對取芯鉆頭施加扭矩和軸向的鉆壓；同時通過隨護機構使預置于所述取芯器外管內的隨護液通過位于所述取芯器外管內的隨護液流道流動，并經位于取芯鉆頭上的泄流口外排到井道中，最后由取芯鉆頭表面的螺旋線均勻涂抹在井壁上；隨護液中具有溶劑和聚合物，以使隨護液滲透于新鉆取月巖層井壁巖石層的孔隙中，在月球真空作用下，隨護液中的溶劑快速揮干，使巖石層內松散的巖石顆間隙中留下聚合物相發生膠結固化，進而使巖層形成堅實穩定的固化層；同時利用揮發的溶劑帶走取芯鉆頭產生的熱量。