[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

本發明公開了一種月基保真取芯裝置及原位自愈合密封方法，涉及月球探索與鉆探技術領域；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，在取芯器外管內設有與取芯鉆頭連接的鉆進機構，用于對取芯鉆頭施加扭矩和軸向的鉆壓；在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；通過實施本技術方案，旨在解決現有月基取芯存在難以獲取原位保真巖芯的技術問題，提出在月基取芯的取芯內筒中預置自愈合粘彈體，逐漸包覆于巖芯以完成化學密封，實現對巖芯的完全包覆和保真取芯。

技術領域

本發明涉及月球探索與鉆探技術領域，具體地講，涉及一種月基保真取芯裝置及原位自愈合密封方法。

背景技術

月球鉆探對于人類研究月球表面的物質組成、月球起源、地球氣候和水域潮汛現象、未來資源等問題具有重大戰略意義。但現有月基取芯存在“取不深、取不真”的技術瓶頸；一方面月球巖層巖性松散，鉆機在鉆進過程中受到松散顆粒影響，存在卡鉆、機械擾動等現象，同時鉆機在鉆進過程中，產生大量熱量，導致鉆頭極具升溫，損壞破壞鉆頭，從而導致獲取樣品埋深淺，難以獲取深層樣品；另一方面，現有月基取芯使用的無滑差軟袋難以實現取芯內筒底部密封，導致獲取巖層層理結構改變、內部物質信息失真，難以做到真正保真取芯。

針對現有月基取芯使用無滑差軟袋密封取芯內筒底部以完成對巖芯的獲取，而無滑差軟袋常用超彈性合金封口、緊縮環式封口、收緊拉索式封口、扭轉式封口等，根據本申請發明人在實施本發明實施例過程中，發現現有的月基取芯密封存在以下不足：其存在內翻時所需空間大、封口難、封口可靠性低的問題；且無法實現巖芯全密封，封口效果差，存在巖芯從無滑差滑袋底部泄露的風險，進而導致無法獲取保真巖芯和巖芯層理結構，難以獲取原位保真巖芯，這對于探究月球原位物理力學特性、準確評估月球資源潛力、確定水資源是否存在及狀態、獲取揮發性氣體等特殊物質都十分不利。

發明內容

針對上述技術問題，本發明的目的在于提供一種月基保真取芯裝置，旨在解決現有月基取芯存在難以獲取原位保真巖芯的技術問題，提出在月基取芯的取芯內筒中預置自愈合粘彈體，以使巖芯進入取芯內筒時與自愈合粘彈體接觸，自愈合粘彈體在巖芯向上力的作用下發生形變，逐漸包覆于巖芯以完成化學密封，實現對巖芯的完全包覆和保真取芯。

本發明采用的技術方案如下：

一種月基保真取芯裝置，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運動，以覆蓋包裹鉆取巖芯的表面。

本技術方案針對現有月基取芯存在“取不真”的技術問題，研究發現問題存在的根本原因在于采用機械結構密封難以改動設計，且會增加設備本身重量；本技術方案以提出應用自愈合粘彈體在月基取芯中，具體在月基取芯的取芯內筒中預置自愈合粘彈體，以使巖芯進入取芯內筒時與自愈合粘彈體接觸，自愈合粘彈體在巖芯向上力的作用下發生形變，逐漸包覆于巖芯以完成化學密封，最終通過結合機械結構密封與化學密封的方式實現取芯內筒底部完全密封，如此能夠將巖芯完全包覆，同時保持鉆取巖芯層理結構；其中自愈合粘彈體作為獨立部分，將巖芯包覆后便于從取芯裝置中取出，以實現對巖芯的完全包覆和保真取芯。

作為上述技術方案的優選，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。采用上述結構，可有效避免提取巖芯隨取芯鉆頭旋轉，利于保護鉆取巖芯。