[發(fā)明專利]一種月基隨鉆隨護(hù)裝置與快速固孔耦合冷卻鉆頭的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010787226.6
• 申請(qǐng)日: 2020-08-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111999098A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué);四川大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N1/08
• 分類號(hào): G01N1/08;E21B33/138;E21B23/01;E21B25/06;C09K8/508;C09K8/88
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑

本發(fā)明公開(kāi)了一種月基隨鉆隨護(hù)裝置與快速固孔耦合冷卻鉆頭的方法，涉及月球探索與鉆探技術(shù)領(lǐng)域；該裝置包括控制器、取芯器外管和位于取芯器外管下方的取芯鉆頭，在取芯器外管內(nèi)設(shè)有推桿和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，用于對(duì)取芯鉆頭施加扭矩和軸向的鉆壓；在鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)與取芯鉆頭之間設(shè)置有隨護(hù)機(jī)構(gòu)，采用隨鉆隨護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)的快速固孔耦合冷卻鉆頭的方法，以使在取芯過(guò)程中，通過(guò)隨護(hù)機(jī)構(gòu)將內(nèi)置于取芯器外管內(nèi)的隨護(hù)液外排到井道中,隨護(hù)液滲透進(jìn)入周圍巖層而形成堅(jiān)硬的穩(wěn)固層；通過(guò)實(shí)施本技術(shù)方案，旨在解決現(xiàn)有月基取芯容易出現(xiàn)卡鉆及鉆頭損壞、干鉆產(chǎn)生的鉆頭溫度過(guò)高的技術(shù)問(wèn)題，能夠有效防止卡鉆；同時(shí)使取芯鉆頭實(shí)時(shí)降溫，保證月基取芯鉆進(jìn)順利進(jìn)行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及月球探索與鉆探技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種月基隨鉆隨護(hù)裝置與快速固孔耦合冷卻鉆頭的方法。

背景技術(shù)

月球鉆探對(duì)于人類研究月球表面的物質(zhì)組成、月球起源、地球氣候和水域潮汛現(xiàn)象、未來(lái)資源等問(wèn)題具有重大戰(zhàn)略意義。但現(xiàn)有月基取芯存在“取不深、取不真”的技術(shù)瓶頸；月球巖層巖性松散，鉆機(jī)在鉆進(jìn)過(guò)程中受到松散顆粒影響，存在卡鉆、機(jī)械擾動(dòng)等現(xiàn)象，導(dǎo)致獲取樣品埋深淺，難以獲取深層樣品；同時(shí)鉆機(jī)在鉆進(jìn)過(guò)程中，產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致鉆頭極具升溫，損壞破壞鉆頭；同時(shí)在月球微重力環(huán)境下，現(xiàn)有鉆井裝置難以克服月球微重力環(huán)境影響而向月層施加向下的鉆壓，進(jìn)而存在無(wú)法鉆取深層月巖。

由此根據(jù)本申請(qǐng)發(fā)明人在實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的月基取芯存在以下不足：現(xiàn)有月基取芯僅能獲取淺層巖樣，無(wú)法做到大深度保真取芯，這對(duì)于探究月球原位物理力學(xué)特性、準(zhǔn)確評(píng)估月球資源潛力、確定水資源是否存在及狀態(tài)、獲取揮發(fā)性氣體等特殊物質(zhì)都十分不利。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種月基隨鉆隨護(hù)裝置，旨在解決現(xiàn)有月基取芯容易出現(xiàn)卡鉆及鉆頭損壞的技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)在隨鉆過(guò)程中采用隨護(hù)液滲透進(jìn)入周圍巖層，與巖層發(fā)生固化膠結(jié)作用，形成堅(jiān)硬的穩(wěn)固層，防止卡鉆；同時(shí)隨護(hù)液通過(guò)在月球真空作用下溶劑快速揮干帶走大量熱量，使取芯鉆頭實(shí)時(shí)降溫，有利于取芯鉆頭的長(zhǎng)期使用，并保證月基取芯鉆進(jìn)順利進(jìn)行。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種月基隨鉆隨護(hù)裝置，包括控制器、取芯器外管和位于取芯器外管下方的取芯鉆頭；

在所述取芯器外管內(nèi)設(shè)有鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)，所述鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)包括推桿和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述推桿和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分別與所述控制器連接，所述推桿用于對(duì)所述取芯鉆頭施加軸向的鉆壓，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于對(duì)所述取芯鉆頭施加扭矩；

在所述鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)與取芯鉆頭之間設(shè)置有隨護(hù)機(jī)構(gòu)，且所述隨護(hù)機(jī)構(gòu)下端與取芯鉆頭固定連接，隨護(hù)機(jī)構(gòu)的上端與鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)連接，以使在取芯過(guò)程中，通過(guò)隨護(hù)機(jī)構(gòu)將內(nèi)置于取芯器外管內(nèi)的隨護(hù)液外排到井道中。

本技術(shù)方案針對(duì)現(xiàn)有月基取芯容易出現(xiàn)卡鉆及鉆頭損壞、存在“取不深”的技術(shù)問(wèn)題，研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有月基取芯除了巖性松散而影響鉆進(jìn)取芯，還存在鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致取芯鉆頭極具升溫，進(jìn)而損壞破壞鉆頭；本技術(shù)方案應(yīng)用隨護(hù)液在月基取芯中，在取芯過(guò)程中，利用隨護(hù)機(jī)構(gòu)將內(nèi)置于取芯器外管內(nèi)的隨護(hù)液外排到井道中，使其能夠滲透進(jìn)入周圍巖層，并在月球真空作用隨護(hù)液中的溶劑快速揮干，帶走熱量；一方面，溶劑揮干帶走大量熱量，能夠使取芯鉆頭實(shí)時(shí)降溫，有利于取芯鉆頭的長(zhǎng)期使用，保證鉆進(jìn)順利進(jìn)行；另一方面，溶劑揮干留下聚合物在巖層孔隙中，與巖層發(fā)生固化膠結(jié)作用，形成堅(jiān)硬的穩(wěn)固層，能夠防止卡鉆等現(xiàn)象出現(xiàn)，保證月基取芯鉆進(jìn)順利進(jìn)行。