原位保真取芯系统技术方案

原位保真取芯系统，属于岩体原位力学研究领域。包括取芯钻具和岩芯保真设备，取芯钻具包括钻头及与钻头相连接的钻具本体，钻具本体靠近钻头的一端侧壁上设置有压力测试装置，压力测试装置上方设有温度及湿度测试装置；岩芯保真设备包括设备本体，设备本体中设有可在其内部自由轴向滑动的储芯管，储芯管为中空腔体，用于存储钻取后的岩芯，设备本体外壁上设置有分别与储芯管相连的保压、保温及保湿装置，还包括与设备本体前端相连的球阀；打开球阀，进行岩芯钻取，随着取芯钻具的钻进，钻取的岩芯逐步进入到储芯管内，完成钻取岩芯后，关闭球阀，钻取的岩芯存储在封闭的储芯管内；适用于岩体力学特性研究。

In situ coring system

In situ fidelity coring system belongs to the field of in situ rock mechanics research. Including the core drill and core fidelity equipment, core drill comprises a drill bit and connected the drill bit body, one end side wall of drill bit is arranged on the body near the pressure test device, temperature and humidity test device is arranged above the pressure test device; core fidelity equipment including equipment body, equipment is arranged in the body in reservoir core the internal free axial sliding tube, the core storage tube is a hollow cavity for storing drill after the core device is arranged on the outer wall of the body are respectively connected with the core storage tube pressure, thermal insulation and moisture retention device, and also includes equipment connected to the valve body; to open the valve, core drilling, with the the drilling core drill, drill core gradually into the core storing tube to complete the drill core, close the valve, the cores are stored in the core storage tube is closed; Study on mechanical properties of rock mass.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于岩体原位力学研究领域，尤其是涉及一种原位保真取芯系统。
技术介绍
在进行岩石力学试验研究时，通常是先取出岩石或岩芯地表，并将其加工为标准试件后再进行试验。然而，将岩芯从原位环境中取出后，原本的压力释放，岩芯接触外界空气后部分成分被氧化，且温度和湿度均与原位环境中不同，此时的岩石力学行为分析并不能体现真实原位环境下的岩体力学行为特征。为了实现对岩体原位环境进行探索，其前提是在进行岩石钻探时实现原位保真(保压、保温、保湿、保光)取芯。目前，国内已然开展了大量的科学岩石钻探研究，但暂时还没有关于原位高保真取芯系统及取芯方法的介绍。为了能够保证钻取出的岩芯能够在试验过程中再现其在原位环境下的特性，亟需一种原位高保真取芯系统。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是为了克服现有技术中钻取出的岩芯不能体现真实原位环境下的岩体力学特性的缺点，提供一种原位保真取芯系统。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：原位保真取芯系统，包括取芯钻具和岩芯保真设备，取芯钻具包括钻头及与钻头上端相连接的钻具本体，所述钻具本体靠近钻头的一端侧壁上设置有压力测试装置，压力测试装置上方设置有温度测试装置及湿度测试装置；岩芯保真设备包括设备本体，设备本体中心设置有可在其内部自由轴向滑动的储芯管，所述储芯管为中空腔体，用于存储钻取后的岩芯，设备本体外壁上设置有保压装置、保温装置及保湿装置，保压装置、保温装置及保湿装置分别与储芯管相连，还包括与设备本体前端相连的球阀，通过控制球阀的转动能够控制岩芯保真设备的启闭；压力测试装置、温度测试装置及湿度测试装置分别与保压装置、保温装置及保湿装置一一相连，保压装置、保温装置及保湿装置分别能够根据压力测试装置、温度测试装置及湿度测试装置测得的数据控制保持所取岩芯的压力、温度及湿度；打开球阀，进行岩芯钻取，随着取芯钻具的钻进，钻取的岩芯逐步进入到储芯管内，完成钻取岩芯后，关闭球阀，钻取的岩芯完全存储在封闭的储芯管内。进一步的，压力测试装置包括压力测量模块、第一数据收集模块、第一数据发射模块，第一数据收集模块分别与压力测量模块及第一数据发射模块相连，第一数据收集模块用于收
集处理压力测量模块测得的数据，所述第一数据发射模块用于将数据发送给保压装置；温度测试装置包括温度测量模块、第二数据收集模块、第二数据发射模块，第二数据收集模块分别与温度测量模块及第二数据发射模块相连，第二数据收集模块用于收集处理温度测量模块测得的数据，所述第二数据发射模块用于将数据发送给保温装置；湿度测试装置包括湿度测量模块、第三数据收集模块、第三数据发射模块，第三数据收集模块分别与湿度测量模块及第三数据发射模块相连，第三数据收集模块用于收集处理湿度测量模块测得的数据，所述第三数据发射模块用于将数据发送给保湿装置。具体的，保压装置包括压力调整模块、活塞、气体充放装置及浆液箱，第一数据接收模块与压力调整模块相连，压力调整模块与气体充放装置相连，浆液箱与储芯管内部连通，气体充放装置推动活塞在浆液箱中自由滑动；保湿装置包括湿度调整模块、纯净水箱及钻孔浆液箱，纯净水箱用于存放纯净水，钻孔浆液箱用于收集系统钻进过程中产生的钻孔浆液，浆液箱用于存放由钻孔浆液箱和/或纯净水箱注入的液体，形成混合溶液，纯净水箱及钻孔浆液箱分别通过单向阀门与浆液箱相连，纯净水箱内设有第一气体充放装置及第一活塞，第一气体充放装置推动第一活塞在纯净水箱中自由滑动，钻孔浆液箱内设有第二气体充放装置及第二活塞，第二气体充放装置推动第二活塞在纯净水箱中自由滑动，湿度调整模块分别与第一气体充放装置、第二气体充放装置及单向阀门相连，通过纯净水箱中的纯净水及钻孔浆液箱的钻孔浆液流入浆液箱来调节浆液箱中的浓度，而后再推动混合后的浆液流入储芯管。优选的，保温装置包括相互连接的温度控制模块及温度调节模块，温度调节模块位于储芯管外侧，温度调节模块根据温度控制模块发出的信号对储芯管进行温度调节。本技术的有益效果是：装置易于操作，在取芯过程中能够实时测量周围环境的压力、温度及湿度以，反馈给岩芯保真设备进行调节，保持保真岩芯所处原始环境中的原始压力、温度、湿度状态，并且在取样后能够密封储存在密闭的储芯管，使岩芯处于与原始环境同等光度条件下，始终保证岩芯的原位性和保真性，实现对岩芯的保压、保温、保湿、保光，完成原位保真取芯，有助于探知原位环境和研究岩体力学行为，为评估岩体力学特性研究提供了更加精确的数据。本技术适用于岩体力学特性研究。附图说明图1是本技术取芯过程中岩芯刚达到预定长度时的系统结构示意图；图2是本技术完成取芯后的系统结构示意图；图3是图1中A-A面的剖视图；图4是图1中B-B面的剖视图；图5是保压装置、保湿装置与储芯管的结构示意图；图6是图5中C-C面的剖视图；图7是保温装置储芯管的结构示意图；其中，1为取芯钻具，2为设备本体，3为压力测试装置，4为温度测试装置，5为湿度测试装置，6为储芯管，61为钻取的岩芯，7为保压装置，8为保湿装置，9为保湿装置，10为球阀，71为压力调整模块，72为活塞，73为气体充放装置，74为浆液箱，81为温度控制模块，82为温度调节模块，91为湿度调整模块，92为纯净水箱，93为钻孔浆液箱。具体实施方式下面结合附图，详细描述本技术的技术方案。如图1-4所示，本技术的原位保真取芯系统，包括取芯钻具1和岩芯保真设备，取芯即钻取岩芯，取芯钻具1包括钻头及与钻头上端相连接的钻具本体，钻头及钻具本体选用现有技术的针对岩石的钻具即可，所述钻具本体上靠近钻头的一端侧壁上设置有压力测试装置3，压力测试装置3上方设置有温度测试装置4及湿度测试装置5，换言之，压力测试装置3集成于取芯钻具1钻头附近，温度测试装置4与湿度测试装置5集成在取芯钻具1上。岩芯保真设备包括设备本体2，设备本体中心设置有可在其内部自由轴向滑动的储芯管6，所述储芯管6为只有首端开启而末端密封的中空腔体，在钻取过程中利用储芯管6存储钻取的岩芯61，设备本体2的外壁内侧上设置有保压装置7、保温装置8及保湿装置9，保压装置7、保温装置8及保湿装置9分别与储芯管6相连。压力测试装置3、温度测试装置4及湿度测试装置5分别与保压装置7、保温装置8及保湿装置9一一相连，保压装置7、保温装置8及保湿装置9分别能够根据压力测试装置3、温度测试装置4及湿度测试装置5测得的数据控制保持所取岩芯的压力、温度及湿度。此外，也可以不根据压力测试装置3、温度测试装置4及湿度测试装置5测得的数据，而直接根据理论值设定保压装置7、保温装置8及保湿装置9的压力值、温度及湿度，但为了达到高保真效果，优先采用根据测试装置实测得的数据进行调节。还包括与设备本体2前端相连的球阀10，球阀10为球形，球阀10轴承焊接在岩芯保真设备2前端，球阀10中间开孔直径略大于岩芯直径，通过控制球阀10的转动能够控制岩芯保真设备的启闭。打开球阀10，进行岩芯钻取，随着取芯钻具1的钻进钻孔中，钻取的岩芯逐步进入到储芯管6内，完成钻取岩芯后，关闭球阀10，钻取的岩芯完全存储在
封闭的储芯管6内，此时，岩芯接收不到光照，与其在岩体里的光照环境一样，即可实现保光；而保压装置7、保温装置8及保湿装本文档来自技高网...

【技术保护点】
原位保真取芯系统，其特征在于，包括取芯钻具(1)和岩芯保真设备，取芯钻具(1)包括钻头及与钻头上端相连接的钻具本体，所述钻具本体靠近钻头的一端侧壁上设置有压力测试装置(3)，压力测试装置(3)上方设置有温度测试装置(4)及湿度测试装置(5)，岩芯保真设备包括设备本体(2)，设备本体中心设置有可在其内部自由轴向滑动的储芯管(6)，所述储芯管(6)为末端密封的中空腔体，用于存储钻取后的岩芯，设备本体外壁上设置有保压装置(7)、保温装置(8)及保湿装置(9)，保压装置(7)、保温装置(8)及保湿装置(9)分别与储芯管(6)相连，还包括与设备本体(2)前端相连的球阀(10)，通过控制球阀(10)的转动能够控制岩芯保真设备的启闭；压力测试装置(3)、温度测试装置(4)及湿度测试装置(5)分别与保压装置(7)、保温装置(8)及保湿装置(9)一一相连，保压装置(7)、保温装置(8)及保湿装置(9)分别能够根据压力测试装置(3)、温度测试装置(4)及湿度测试装置(5)测得的数据控制保持所取岩芯的压力、温度及湿度；打开球阀(10)，进行岩芯钻取，随着取芯钻具(1)的钻进，钻取的岩芯逐步进入到储芯管(6)内，完成钻取岩芯后，关闭球阀(10)，钻取的岩芯完全存储在封闭的储芯管(6)内。...

【技术特征摘要】
1.原位保真取芯系统，其特征在于，包括取芯钻具(1)和岩芯保真设备，取芯钻具(1)包括钻头及与钻头上端相连接的钻具本体，所述钻具本体靠近钻头的一端侧壁上设置有压力测试装置(3)，压力测试装置(3)上方设置有温度测试装置(4)及湿度测试装置(5)，岩芯保真设备包括设备本体(2)，设备本体中心设置有可在其内部自由轴向滑动的储芯管(6)，所述储芯管(6)为末端密封的中空腔体，用于存储钻取后的岩芯，设备本体外壁上设置有保压装置(7)、保温装置(8)及保湿装置(9)，保压装置(7)、保温装置(8)及保湿装置(9)分别与储芯管(6)相连，还包括与设备本体(2)前端相连的球阀(10)，通过控制球阀(10)的转动能够控制岩芯保真设备的启闭；压力测试装置(3)、温度测试装置(4)及湿度测试装置(5)分别与保压装置(7)、保温装置(8)及保湿装置(9)一一相连，保压装置(7)、保温装置(8)及保湿装置(9)分别能够根据压力测试装置(3)、温度测试装置(4)及湿度测试装置(5)测得的数据控制保持所取岩芯的压力、温度及湿度；打开球阀(10)，进行岩芯钻取，随着取芯钻具(1)的钻进，钻取的岩芯逐步进入到储芯管(6)内，完成钻取岩芯后，关闭球阀(10)，钻取的岩芯完全存储在封闭的储芯管(6)内。2.如权利要求1所述的原位保真取芯系统，其特征在于，压力测试装置(3)包括压力测量模块、第一数据收集模块、第一数据发射模块，第一数据收集模块分别与压力测量模块及第一数据发射模块相连，第一数据收集模块用于收集处理压力测量模块测得的数据，所述第一数据发射模块用于将数据发送给保压装置(7)；温度测试装置(4)包括温度测量模块、第二数据收集模块、第二数据发射模块，第二数据收集模块分别与温度测量模块及第二数据发射模块相连，第二数据收集模块用于收集处理温度测量模块测得的数据，所述第二数据发射模块用于将数...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢和平，侯正猛，高峰，高明忠，张茹，鞠杨，贾哲强，谢晶，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：新型
国别省市：四川;51