一种月基随钻随护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随钻随护装置，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推杆和旋转机构，用于对取芯钻头施加扭矩和轴向的钻压；在钻进机构与取芯钻头之间设置有随护机构，采用随钻随护装置实现的快速固孔耦合冷却钻头的方法，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,随护液渗透进入周围岩层而形成坚硬的稳固层；通过实施本技术方案，旨在解决现有月基取芯容易出现卡钻及钻头损坏、干钻产生的钻头温度过高的技术问题，能够有效防止卡钻；同时使取芯钻头实时降温，保证月基取芯钻进顺利进行。

【技术实现步骤摘要】
一种月基随钻随护装置
本技术涉及月球探索与钻探
，具体地讲，涉及一种月基随钻随护装置。
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；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，导致获取样品埋深浅，难以获取深层样品；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；同时在月球微重力环境下，现有钻井装置难以克服月球微重力环境影响而向月层施加向下的钻压，进而存在无法钻取深层月岩。由此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存在以下不足：现有月基取芯仅能获取浅层岩样，无法做到大深度保真取芯，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随钻随护装置，旨在解决现有月基取芯容易出现卡钻及钻头损坏的技术问题，通过在随钻过程中采用随护液渗透进入周围岩层，与岩层发生固化胶结作用，形成坚硬的稳固层，防止卡钻；同时随护液通过在月球真空作用下溶剂快速挥干带走大量热量，使取芯钻头实时降温，有利于取芯钻头的长期使用，并保证月基取芯钻进顺利进行。本技术采用的技术方案如下：一种月基随钻随护装置，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；在所述取芯器外管内设有钻进机构，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。本技术方案针对现有月基取芯容易出现卡钻及钻头损坏、存在“取不深”的技术问题，研究发现现有月基取芯除了岩性松散而影响钻进取芯，还存在钻进过程中产生大量热量，导致取芯钻头极具升温，进而损坏破坏钻头；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，保证月基取芯钻进顺利进行。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，并再经设于取芯钻钻头上的泄流口外排。采用上述结构，本技术方案提供的随护机构结构简单但设计巧妙，其通过活塞和随护筒的配合设计以使在利用钻进机构对取芯钻头施加钻压的过程中内置于储液腔内的随护液能够自然进入随护液流道内，并由设于取芯钻头上的泄流口外排到井道中，无需额外动力设备；以简单便捷的方式将随护液排至靠近取芯钻头位置。作为上述技术方案的优选，在所述随护筒靠近活塞的一端具有单向阀，以使在活塞在下移过程中，内置于所述储液腔内的随护液能够通过所述单向阀进入随护液流道内。如此，随护液流道内的液体不会出现回流至储液腔内，以利于保护储液腔内随护液。作为上述技术方案的优选，在所述取芯钻头表面设有螺旋线，以使外排到井道中的随护液由设于取芯钻头表面的螺旋线均匀涂抹在井壁上。采用上述结构，能够使得随护液更加均匀的涂抹在井壁上，以达到快速冷却取芯钻头的目的，同时使松散的岩石间隙中留下聚合物相发生胶结并快速固化，由此在提高井壁强度的同时实时降低钻头温度，提高钻头寿命。作为上述技术方案的优选，所述随护液包括有溶剂、聚合物和填料；其中，优选地，所述溶剂包括甲胺、二甲胺、乙醚、戊烷、二氯甲烷、二硫化碳、丙酮、氯仿、甲醇、四氢呋喃、己烷、环己烷中的一种或多种；优选地，所述聚合物包括二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、硝酸纤维素、再生纤维素、芳香聚酰胺、尼龙-66、芳香聚酰胺酰肼、聚苯砜对苯二甲酰、聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、磺化聚砜、聚砜酰胺、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯中的一种或多种；进一步优选地，所述填料包括片层纳米填料、纤维状纳米填料或颗粒状填料中的一种或多种。作为本技术方案的进一步优选，片层纳米填料可以是氮化硼、蒙拓土石墨烯、Mxene、层状双金属氢氧化物等；纤维状纳米填料可以是纤维素纳米晶、碳纳米管等；颗粒状填料可以是纳米碳酸钙、纳米氧化锌、纳米三氧化二铁、金颗粒、银颗粒。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。所述充气机构包括储气缸和充气膨胀环，所述储气缸内充填有氮气或惰性气体并通过控制器与所述充气膨胀环连通，以使能够通过控制器控制所述储气缸内的氮气或惰性气体排至所述充气膨胀环内。采用上述结构在钻井装置放下至井底后，通过控制器可以控制储气缸与充气膨胀环之间的阀门打开，以使储气缸内的氮气或惰性气体排至充气膨胀环内，充气膨胀环沿取芯器外管径向胀大后挤压已固化层的井壁，通过充气膨胀环与井壁间摩擦力使得取芯器外管径向居中且轴向固定，该结构设计简单但巧妙合理；作为优选，充气膨胀环可以选用硅橡胶或氟橡胶等，其具有较好的延展性且为耐高低温、防辐射宇宙射线的材质。作为上述技术方案的优选，所述取芯钻头内设置有取芯内筒，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；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。采用上述结构，可有效避免岩芯随取芯钻头旋转，利于保护钻取岩芯；本技术方案提出在月基取芯中采用自愈合粘弹体进行保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种月基随钻随护装置，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。/n

【技术特征摘要】
1.一种月基随钻随护装置，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。


2.根据权利要求1所述的月基随钻随护装置，其特征在于：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，并再经设于取芯钻钻头上的泄流口外排。


3.根据权利要求2所述的月基随钻随护装置，其特征在于：在所述随护筒靠近活塞的一端具有单向阀，以使在活塞在下移过程中，内置于所述储液腔内的随护液能够通过所述单向阀进入随护液流道内。

【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