【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钻探设备，特别是涉及一种螺旋跟管式月壤钻采装置及其钻采方法。
技术介绍
1、月球探测是当今世界高新
中极具挑战性、创新性的重大活动之一，月壤采样装置是月面采样过程中不可缺少的重要环节。广义月壤一般指月表风化层的构成物，即分布在月球表面的一层厚达几米到几十米的松散的颗粒状、粉末状风化物，其流动性较差；也包括少许直径较大的岩石，它主要由角砾岩、玄武岩、斜长岩、玻璃体、熔融体、岩石矿物碎屑等组成。在与月表钻进取样钻具设计直接相关的科研领域，受限于月球环境的特殊性以及月壤性质的不确定性，钻具构型设计远未成熟。
2、当前在诸多问题上沿用了地面钻具的设计理念，采用经验方法进行设计，在实际使用时钻采过程中会存在功耗高，并且无法同时取出碎屑形态以及岩心柱形态的月壤。
3、因此，本领域亟需一种螺旋跟管式月壤钻采装置及其钻采方法，用于解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种螺旋跟管式月壤钻采装置及其钻采方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，能够同时收集碎屑形态以及岩心柱形态的月壤，并且整体功耗较低。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术公开了一种螺旋跟管式月壤钻采装置，包括打捞支架，所述打捞支架能够伸入到套管之中，所述打捞支架上设有打捞矛，所述打捞矛用于和上方缆绳连接，所述打捞支架上还设有定位装置，所述打捞装置能够通过所述定位装置固定于所述套管内；
4、所述打捞支架的下端
5、所述电机转子的下端设有螺旋外管，所述螺旋外管远离所述电机转子的一端设有取心钻头，所述螺旋外管内设有集壤管，所述集壤管的中心设有分隔板，所述分隔板能够将所述集壤管分为碎屑腔体和岩心柱腔体，所述碎屑腔体的侧壁设有碎屑回收孔，所述螺旋外管的侧壁上设有集壤口，所述集壤口和所述碎屑回收孔相连通，所述岩心柱腔体的远离所述碎屑腔体的一端开口。
6、优选的，所述打捞支架的中心通过第一弹簧销连接有回收管，所述回收管的侧壁上设有长条孔，所述第一弹簧销能够在所述长条孔内上下移动，所述回收管的上端通过第二弹簧销与所述打捞矛连接；
7、所述定位装置包括两个伸缩定位块，两个所述伸缩定位块之间连接有压缩弹簧，所述套管上设有两个定位槽，两个所述伸缩定位块的一端能够分别卡到两个所述定位槽中，两个所述伸缩定位块能够分别穿过所述打捞支架的两侧，每个所述伸缩定位块的下端均设有一个定位缺口，所述回收管的两侧分别设有一个定位通孔，所述定位缺口能够与所述定位通孔相抵。
8、优选的，所述加压驱动装置包括加压驱动电机，所述加压驱动电机的输出轴连接有加压驱动丝杠，所述加压驱动丝杠的外侧壁上螺纹连接有单动加压轴，所述单动加压轴能够带动所述回转驱动装置升降。
9、优选的，所述单动加压轴的横截面形状为矩形，所述电机定子的中心通道为矩形通道，所述单动加压轴位于所述中心通道内。
10、优选的，所述加压驱动电机上设有多个周向定位杆，所述电机定子上设有多个周向定位孔，所述周向定位杆和所述周向定位孔数量相同，多个所述周向定位杆分别滑动连接于多个所述周向定位孔内。
11、优选的，所述螺纹外管远离所述取心钻头的一端设有轴承安装腔，所述轴承安装腔内设有轴承壳，所述轴承壳与所述电机转子固定连接，所述轴承壳内设有两个推力轴承，所述单动加压轴的一端依次穿过两个所述推力轴承的内圈，所述单动加压轴上设有外凸缘结构，所述外凸缘结构设置于两个所述推力轴承之间。
12、优选的，所述取心钻头上设有多个装配孔，每个所述装配孔内设有一个扩孔pdc片和一个触底pdc片。
13、优选的，所述扩孔pdc片和所述触底pdc片位于所述装配孔内的一端分别设有燕尾槽和燕尾块，所述燕尾块滑动连接于所述燕尾槽内。
14、优选的，所述集壤管靠近所述取心钻头的一端铰接有多个拦片。
15、本专利技术还公开了一种螺旋跟管式月壤钻采装置的钻采方法，包括以下步骤：
16、s1、螺旋钻取：通过提拽缆绳将装置放到孔底，控制套管下入深度使得伸缩定位块能够卡到定位槽中，取心钻头在接触孔底后，在加压驱动装置和装置自身重力作用下，触底pdc片受到轴向向上压力，推动扩孔pdc片沿径向向外伸出并扩孔，使得钻孔直径大于套管外径；在加压回转驱动装置作用下，取心钻头回转取心钻进，螺旋外管回转排屑；
17、s2、集壤管集壤：拦片被岩心柱顶起而贴在集壤管的内壁上，形成的岩心柱进入岩心柱腔体中；形成的岩屑随着螺旋外管旋转而顺着螺旋槽上举而运移到集壤口，然后通过集壤口以及碎屑回收孔而进入到碎屑腔体内；
18、s3、打捞回收：在集壤管满管后，通过提拽缆绳将装置提离孔底，伸缩定位块收缩并解除定位，取心钻头在上提到达套管下端时，扩孔pdc片受到套管内倒角面的指向轴心的分力而收缩进装配孔内，取心钻头顺利进入套管，直到装置被提出钻孔外；通过依次拧卸取心钻头与螺旋外管之间的螺纹、拧卸集壤管与单动加压轴之间的螺纹，将集壤管回收存放，并更换新的集壤管后重新装配连接；
19、s4、扩孔跟管：在地表加接与上一钻进回次长度l相等的定尺长度的套管，并下入孔内；
20、s5、又一回次钻采：通过缆绳提拽打捞矛将装配好的钻具经由套管下入到孔底，重复步骤s1-s4；
21、s6、回收钻具：当钻入到设计孔深后，从套管内回收钻具，然后将套管提出钻孔。
22、本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
23、本专利技术使用螺旋钻与跟管钻进工艺结合，创新利用短螺旋单动双管绳索取心结构与电驱动井下加压回转，实现多回次绳索打捞取心钻具而获取岩屑并一级成孔，以螺旋钻取、集壤管集壤、打捞回收、扩孔跟管的工艺方法进行一定深度的月壤采样，具有一定的工程价值；
24、进一步的，在中空的螺旋外管内置集壤管，且在螺旋片上端设计集壤口并且连接集壤管上的碎屑回收孔，实现碎屑运移到集壤口后在螺旋片几何约束与惯性力作用下进入集壤管，而实现月壤碎屑的收集；
25、进一步的，可张敛式取心钻头，通过燕尾槽结构实现扩孔pdc片的伸出及伸入，结构简单，安装方便。
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1.一种螺旋跟管式月壤钻采装置，其特征在于：包括打捞支架，所述打捞支架能够伸入到套管之中，所述打捞支架上设有打捞矛，所述打捞矛用于和上方缆绳连接，所述打捞支架上还设有定位装置，所述打捞装置能够通过所述定位装置固定于所述套管内；
2.根据权利要求1所述的螺旋跟管式月壤钻采装置，其特征在于：所述打捞支架的中心通过第一弹簧销连接有回收管，所述回收管的侧壁上设有长条孔，所述第一弹簧销能够在所述长条孔内上下移动，所述回收管的上端通过第二弹簧销与所述打捞矛连接；
3.根据权利要求1所述的螺旋跟管式月壤钻采装置，其特征在于：所述加压驱动装置包括加压驱动电机，所述加压驱动电机的输出轴连接有加压驱动丝杠，所述加压驱动丝杠的外侧壁上螺纹连接有单动加压轴，所述单动加压轴能够带动所述回转驱动装置升降。
4.根据权利要求3所述的螺旋跟管式月壤钻采装置，其特征在于：所述单动加压轴的横截面形状为矩形，所述电机定子的中心通道为矩形通道，所述单动加压轴位于所述中心通道内。
5.根据权利要求3所述的螺旋跟管式月壤钻采装置，其特征在于：所述加压驱动电机上设有多个周向定位
6.根据权利要求3所述的螺旋跟管式月壤钻采装置，其特征在于：所述螺纹外管远离所述取心钻头的一端设有轴承安装腔，所述轴承安装腔内设有轴承壳，所述轴承壳与所述电机转子固定连接，所述轴承壳内设有两个推力轴承，所述单动加压轴的一端依次穿过两个所述推力轴承的内圈，所述单动加压轴上设有外凸缘结构，所述外凸缘结构设置于两个所述推力轴承之间。
7.根据权利要求1所述的螺旋跟管式月壤钻采装置，其特征在于：所述取心钻头上设有多个装配孔，每个所述装配孔内设有一个扩孔PDC片和一个触底PDC片。
8.根据权利要求7所述的螺旋跟管式月壤钻采装置，其特征在于：所述扩孔PDC片和所述触底PDC片位于所述装配孔内的一端分别设有燕尾槽和燕尾块，所述燕尾块滑动连接于所述燕尾槽内。
9.根据权利要求1所述的螺旋跟管式月壤钻采装置，其特征在于：所述集壤管靠近所述取心钻头的一端铰接有多个拦片。
10.一种螺旋跟管式月壤钻采装置的钻采方法，其特征在于，基于权利要求1-9中任意一项所述的螺旋跟管式月壤钻采装置，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种螺旋跟管式月壤钻采装置，其特征在于：包括打捞支架，所述打捞支架能够伸入到套管之中，所述打捞支架上设有打捞矛，所述打捞矛用于和上方缆绳连接，所述打捞支架上还设有定位装置，所述打捞装置能够通过所述定位装置固定于所述套管内；
2.根据权利要求1所述的螺旋跟管式月壤钻采装置，其特征在于：所述打捞支架的中心通过第一弹簧销连接有回收管，所述回收管的侧壁上设有长条孔，所述第一弹簧销能够在所述长条孔内上下移动，所述回收管的上端通过第二弹簧销与所述打捞矛连接；
3.根据权利要求1所述的螺旋跟管式月壤钻采装置，其特征在于：所述加压驱动装置包括加压驱动电机，所述加压驱动电机的输出轴连接有加压驱动丝杠，所述加压驱动丝杠的外侧壁上螺纹连接有单动加压轴，所述单动加压轴能够带动所述回转驱动装置升降。
4.根据权利要求3所述的螺旋跟管式月壤钻采装置，其特征在于：所述单动加压轴的横截面形状为矩形，所述电机定子的中心通道为矩形通道，所述单动加压轴位于所述中心通道内。
5.根据权利要求3所述的螺旋跟管式月壤钻采装置，其特征在于：所述加压驱动电机上设有多个周向定位杆，所述电机定子上设有多个周向定位孔，所述周向...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁健，王艳丽，尹浩，冉恒谦，许本冲，刘凡柏，朱文鉴，赵曾，
申请(专利权)人：中国地质科学院勘探技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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