一种月基保真取芯装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种月基保真取芯装置，涉及月球探索与钻探技术领域；该装置包括控制器、取芯器外管和位于取芯器外管下方的取芯钻头，在取芯器外管内设有与取芯钻头连接的钻进机构，钻进机构与控制器连接，用于对取芯钻头施加扭矩和轴向的钻压；在取芯钻头内设置有取芯内筒，在取芯内筒底部设置有岩芯密封器，且在取芯内筒中设有自愈合粘弹体，以使在取芯过程中，自愈合粘弹体能够沿着取芯内筒与岩芯之间的环形间隙运动，以覆盖包裹钻取岩芯的表面；通过实施本技术方案，旨在解决现有月基取芯存在难以获取原位保真岩芯的技术问题，提出在月基取芯的取芯内筒中预置自愈合粘弹体，逐渐包覆于岩芯以完成化学密封，实现对岩芯的完全包覆和保真取芯。

【技术实现步骤摘要】
一种月基保真取芯装置
本技术涉及月球探索与钻探
，具体地讲，涉及一种月基保真取芯装置。
技术介绍
月球钻探对于人类研究月球表面的物质组成、月球起源、地球气候和水域潮汛现象、未来资源等问题具有重大战略意义。但现有月基取芯存在“取不深、取不真”的技术瓶颈；一方面月球岩层岩性松散，钻机在钻进过程中受到松散颗粒影响，存在卡钻、机械扰动等现象，同时钻机在钻进过程中，产生大量热量，导致钻头极具升温，损坏破坏钻头，从而导致获取样品埋深浅，难以获取深层样品；另一方面，现有月基取芯使用的无滑差软袋难以实现取芯内筒底部密封，导致获取岩层层理结构改变、内部物质信息失真，难以做到真正保真取芯。针对现有月基取芯使用无滑差软袋密封取芯内筒底部以完成对岩芯的获取，而无滑差软袋常用超弹性合金封口、紧缩环式封口、收紧拉索式封口、扭转式封口等，根据本申请专利技术人在实施本专利技术实施例过程中，发现现有的月基取芯密封存在以下不足：其存在内翻时所需空间大、封口难、封口可靠性低的问题；且无法实现岩芯全密封，封口效果差，存在岩芯从无滑差滑袋底部泄露的风险，进而导致无法获取保真岩芯和岩芯层理结构，难以获取原位保真岩芯，这对于探究月球原位物理力学特性、准确评估月球资源潜力、确定水资源是否存在及状态、获取挥发性气体等特殊物质都十分不利。
技术实现思路
针对上述技术问题，本技术的目的在于提供一种月基保真取芯装置，旨在解决现有月基取芯存在难以获取原位保真岩芯的技术问题，提出在月基取芯的取芯内筒中预置自愈合粘弹体，以使岩芯进入取芯内筒时与自愈合粘弹体接触，自愈合粘弹体在岩芯向上力的作用下发生形变，逐渐包覆于岩芯以完成化学密封，实现对岩芯的完全包覆和保真取芯。本技术采用的技术方案如下：一种月基保真取芯装置，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钻头；在所述取芯器外管内设有与所述取芯钻头连接的钻进机构，所述钻进机构包括推杆和旋转机构，所述推杆和旋转机构分别与所述控制器连接；所述推杆用于对所述取芯钻头施加轴向的钻压，所述旋转机构用于对所述取芯钻头施加扭矩；在所述取芯钻头内设置有取芯内筒，在取芯内筒底部设置有岩芯密封器，且在所述取芯内筒中设有自愈合粘弹体，以使在取芯过程中，自愈合粘弹体能够沿着所述取芯内筒与岩芯之间的环形间隙运动，以覆盖包裹钻取岩芯的表面。本技术方案针对现有月基取芯存在“取不真”的技术问题，研究发现问题存在的根本原因在于采用机械结构密封难以改动设计，且会增加设备本身重量；本技术方案以提出应用自愈合粘弹体在月基取芯中，具体在月基取芯的取芯内筒中预置自愈合粘弹体，以使岩芯进入取芯内筒时与自愈合粘弹体接触，自愈合粘弹体在岩芯向上力的作用下发生形变，逐渐包覆于岩芯以完成化学密封，最终通过结合机械结构密封与化学密封的方式实现取芯内筒底部完全密封，如此能够将岩芯完全包覆，同时保持钻取岩芯层理结构；其中自愈合粘弹体作为独立部分，将岩芯包覆后便于从取芯装置中取出，以实现对岩芯的完全包覆和保真取芯。作为上述技术方案的优选，所述取芯内筒顶部连接有轴承，以使所述取芯内筒通过轴承与所述取芯钻头连接。采用上述结构，可有效避免提取岩芯随取芯钻头旋转，利于保护钻取岩芯。作为上述技术方案的优选，所述岩芯密封器包括若干片能够开合的花瓣片，若干片花瓣片采用的材质为具有弹性和记忆力的金属材料，以使在受力变形后能够恢复至原始状态；若干片花瓣片固定在所述取芯内筒底部并在闭合时将其底部端口密封。如此，在岩芯进入取芯筒时，其底部岩芯密封器的花瓣片张开，花瓣片由具有良好弹性和记忆性的金属材料制成，在受力变形后能迅速恢复原始状态，以实现自动开合关闭，无需额外动力设备，具有较好的实用性。作为上述技术方案的优选，所述岩芯密封器在闭合时整体呈圆台状，并能够形成与取芯内筒内径尺寸相适配的圆盘结构面，圆盘结构面具有凸起的一侧朝向取芯内筒内侧，以使在取芯后，位于所述取芯内筒中的岩芯与所述凸起相接触。采用上述结构，岩芯密封器在完全取芯后关闭托住岩芯底部，以使岩芯底部与花瓣凸起之间具有容纳自愈合粘弹体的间隙，能够使自愈合粘弹体在岩芯底部形成完整的保护膜膜层。作为上述技术方案的优选，所述自愈合粘弹体的材质包括有聚硅氧烷、硼酸系列酸和片层填料；优选地，所述聚硅氧烷为粘度10-100000mpa.s的任意羟基封端的聚硅氧烷或任意氨基封端的聚硅氧烷；进一步地，所述聚硅氧烷为具有羟基封端的聚二甲基硅氧烷、氨基封端的聚苯基甲基硅氧烷、羟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种或多种；所述硼酸系列酸为硼酸、4-羟基苯硼酸、2-氨基苯硼酸、4-羧基苯硼酸和苯硼酸中的一种或多种；所述片层填料为氮化硼、蒙拓土(尤其指的是改性蒙拓土)、石墨烯、Mxene、层状双金属氢氧化物中的一种或多种。作为上述技术方案的优选，在所述钻进机构与取芯钻头之间设置有随护机构，且所述随护机构下端与取芯钻头固定连接，随护机构的上端与钻进机构连接，以使在取芯过程中，通过随护机构将内置于取芯器外管内的随护液外排到井道中。本技术方案应用随护液在月基取芯中，在取芯过程中，利用随护机构将内置于取芯器外管内的随护液外排到井道中，使其能够渗透进入周围岩层，并在月球真空作用随护液中的溶剂快速挥干，带走热量；一方面，溶剂挥干带走大量热量，能够使取芯钻头实时降温，有利于取芯钻头的长期使用，保证钻进顺利进行；另一方面，溶剂挥干留下聚合物在岩层孔隙中，与岩层发生固化胶结作用，形成坚硬的稳固层，能够防止卡钻等现象出现，以保证大深度保真取芯顺利进行。作为上述技术方案的优选，所述随护机构包括随护筒和活塞，所述活塞设于所述钻进机构和随护筒之间并与两者固定连接，所述随护筒与所述取芯钻头呈一体连接，以使所述活塞能够在所述钻进机构的推动下向下移动；且所述随护筒内具有随护液流道，在所述随护筒与取芯器外管之间具有用于盛装随护液的储液腔，以使活塞在下移过程中，内置于所述储液腔内的随护液能够进入随护液流道内，并由设于取芯钻钻头上的泄流口外排。作为上述技术方案的优选，在所述取芯器外管上部内置有与取芯器外管固定连接的充气机构，所述充气机构与所述控制器连接，以使在取芯过程中，控制器能够控制充气机构沿取芯器外管径向膨胀而挤压井壁，并通过充气机构与井壁间摩擦力使得取芯器外管径向居中且轴向固定。本技术方案通过取芯器外管上部配置的充气机构沿取芯器外管径向膨胀而挤压井壁，通过充气机构与井壁间摩擦力使得取芯器外管径向居中且轴向固定，进而实现取芯器外管与井壁牢靠固定；再通过取芯器内部钻进机构向下推动取芯钻头以对取芯钻头施加扭矩和轴向的钻压，能够向取芯钻头施加足以吃入月岩层的钻压，进而克服月球的低重力环境使现有钻井装置难以向月层施加向下的钻压的技术问题，达到钻取深层月岩，进而做到大深度保真取芯，大大提高钻井装置的钻井效率及稳定性。作为上述技术方案的优选，在所述取芯器外管的顶部设置有悬挂器和电缆，用于将钻井装置放置在已钻出井道的月球位置。如上所述，本技术相对于现有技术至少具有如下有益效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种月基保真取芯装置，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钻头；/n在所述取芯器外管内设有与所述取芯钻头连接的钻进机构，所述钻进机构包括推杆和旋转机构，所述推杆和旋转机构分别与所述控制器连接；所述推杆用于对所述取芯钻头施加轴向的钻压，所述旋转机构用于对所述取芯钻头施加扭矩；/n在所述取芯钻头内设置有取芯内筒，在取芯内筒底部设置有岩芯密封器，且在所述取芯内筒中设有自愈合粘弹体，以使在取芯过程中，自愈合粘弹体能够沿着所述取芯内筒与岩芯之间的环形间隙流动，以覆盖包裹钻取岩芯的表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种月基保真取芯装置，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钻头；
在所述取芯器外管内设有与所述取芯钻头连接的钻进机构，所述钻进机构包括推杆和旋转机构，所述推杆和旋转机构分别与所述控制器连接；所述推杆用于对所述取芯钻头施加轴向的钻压，所述旋转机构用于对所述取芯钻头施加扭矩；
在所述取芯钻头内设置有取芯内筒，在取芯内筒底部设置有岩芯密封器，且在所述取芯内筒中设有自愈合粘弹体，以使在取芯过程中，自愈合粘弹体能够沿着所述取芯内筒与岩芯之间的环形间隙流动，以覆盖包裹钻取岩芯的表面。


2.根据权利要求1所述的月基保真取芯装置，其特征在于：所述取芯内筒顶部连接有轴承，以使所述取芯内筒通过轴承与所述取芯钻头连接。


3.根据权利要求1所述的月基保真取芯装置，其特征在于：所述岩芯密封器包括若干片能够开合的花瓣片，若干片花瓣片采用的材质为具有弹性和记忆力的金属材料，以使在受力变形后能够恢复至原始状态；若干片花瓣片固定在所述取芯内筒底部并在闭合时将其底部端口密封。


4.根据权利要求3所述的月基保真取芯装置，其特征在于：所述岩芯密封器在闭合时整体呈圆台状，并能够形成与取芯内筒内径尺寸相适配的圆盘结构面，圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明忠，谢和平，刘涛，赵治宇，吴一凡，朱亮宇，兰铖，蒋文川，翟朔，廖海龙，
申请(专利权)人：深圳大学，四川大学，
类型：新型
国别省市：广东;44