[發明專利]一種月基保真取芯裝置及原位自愈合密封方法

在審

• 申請號: 202010787411.5
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN111999099A
• 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
• 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

1.一種月基保真取芯裝置，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與所述取芯鉆頭連接的鉆進機構，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；

在所述取芯鉆頭內設置有取芯內筒，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流動，以覆蓋包裹鉆取巖芯的表面。

2.根據權利要求1所述的月基保真取芯裝置，其特征在于：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。

3.根據權利要求1所述的月基保真取芯裝置，其特征在于：所述巖芯密封器包括若干片能夠開合的花瓣片，若干片花瓣片采用的材質為具有彈性和記憶力的金屬材料，以使在受力變形后能夠恢復至原始狀態；若干片花瓣片固定在所述取芯內筒底部并在閉合時將其底部端口密封。

4.根據權利要求3所述的月基保真取芯裝置，其特征在于：所述巖芯密封器在閉合時整體呈圓臺狀，并能夠形成與取芯內筒內徑尺寸相適配的圓盤結構面，圓盤結構面具有凸起的一側朝向取芯內筒內側，以使在取芯后，位于所述取芯內筒中的巖芯與所述凸起相接觸。

5.根據權利要求1-4任一項所述的月基保真取芯裝置，其特征在于：所述自愈合粘彈體選用的材質包括有聚硅氧烷、硼酸系列酸和片層填料；優選地，所述聚硅氧烷為粘度10-100000mpa.s的任意羥基封端的聚硅氧烷或任意氨基封端的聚硅氧烷；進一步地，所述聚硅氧烷為具有羥基封端的聚二甲基硅氧烷、氨基封端的聚苯基甲基硅氧烷、羥基封端的聚苯基甲基硅氧烷、氨基封端的聚二甲基硅氧烷中的一種或多種；所述硼酸系列酸為硼酸、4-羥基苯硼酸、2-氨基苯硼酸、4-羧基苯硼酸和苯硼酸中的一種或多種；所述片層填料為氮化硼、蒙拓土、石墨烯、Mxene、層狀雙金屬氫氧化物中的一種或多種。

6.根據權利要求5所述的月基保真取芯裝置，其特征在于：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。

7.根據權利要求6所述的月基保真取芯裝置，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，并由設于取芯鉆鉆頭上的泄流口外排。

8.根據權利要求5所述的月基保真取芯裝置，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。

9.一種原位自愈合密封方法，其特征在于：利用如權利要求1-8任一項所述的月基保真取芯裝置實現原位自愈合密封，該方法包括如下步驟：

取芯前，先制備自愈合粘彈體，再將制備的自愈合粘彈體內置于所述月基保真取芯裝置的取芯內筒中；最后通過懸掛器和電纜將月基保真取芯裝置放至在月球已鉆出井道的位置；

取芯時，利用取芯鉆頭破巖獲取巖芯，獲取的巖芯向上頂開取芯內筒底部的巖芯密封器，自愈合粘彈體受到巖芯上移的作用力發生形變，順著取芯內筒和巖芯之間的環形間隙運動，逐漸覆蓋包覆于鉆取巖芯的表面；

取芯后，待巖芯完全進入取芯內筒后，使巖芯密封器回收以實現取芯內筒底部機械密封；同時自愈合粘彈體運動至巖芯底部，自身相互接觸，發生動態鍵鍵合作用，以完全包覆于鉆取巖芯，實現原位化學密封。

10.一種原位自愈合密封方法，其特征在于：制備所述自愈合粘彈體包括如下步驟：將聚硅氧烷與硼酸系列酸在室溫下真空混合攪拌均勻，然后向其中加入片層填料繼續在室溫下真空混合攪拌，直至混合液呈現均相無明顯顆粒團聚后，在室溫下放置；當其從液態轉變為固態膜后將其取出，放置在真空烘箱中緩慢加熱至120℃-150℃并維持3-4h，最后緩慢冷卻至室溫，放置一段時間后，自愈合粘彈體即形成。