本發(fā)明涉及軟巖試驗(yàn)研究領(lǐng)域，更具體地，涉及一種使用高速霧化水降溫的軟巖取芯裝置，還涉及一種使用高速霧化水降溫的軟巖取芯方法。

背景技術(shù)：

1、軟巖是一種巖石分類(lèi)，指的是一類(lèi)由在較低溫度和較低壓力條件下形成的巖石，軟巖在地質(zhì)學(xué)中起著重要的作用。軟巖通常由含有高比例的粘土礦物、石英和長(zhǎng)石等礦物的碎屑巖或化學(xué)沉積巖組成。此類(lèi)巖石強(qiáng)度低、孔隙度大、膠結(jié)程度差，易受外界環(huán)境影響，形成多組裂隙。

2、工程建設(shè)中地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，需要測(cè)得各類(lèi)巖石的強(qiáng)度信息，中高強(qiáng)度的巖石有比較成熟的設(shè)備及方法取樣測(cè)試。在取芯過(guò)程中通常采用鉆取的方式進(jìn)行取樣，鉆桿在鉆取巖樣的過(guò)程中，會(huì)與巖體產(chǎn)生距離的摩擦，產(chǎn)生大量的熱量，在此過(guò)程中，需要借助水進(jìn)行沖刷降溫。

3、但是，軟巖取樣異常困難，這是因?yàn)檐泿r質(zhì)地較軟，多裂隙，遇水易溶崩解、破裂，很難實(shí)現(xiàn)軟巖取樣。若直接采用干鉆的方式進(jìn)行取樣，鉆頭無(wú)法得到降溫，容易導(dǎo)致鉆頭溫度過(guò)高而熔化受損，也無(wú)法有效地實(shí)現(xiàn)軟巖鉆取。

4、因此需要提出一種新的方案來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種使用高速霧化水降溫的軟巖取芯裝置及方法，采用攜帶霧化水的氣體對(duì)鉆桿進(jìn)行降溫，能夠有效對(duì)鉆桿進(jìn)行散熱，也不會(huì)對(duì)軟巖產(chǎn)生破壞影響。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種使用高速霧化水降溫的軟巖取芯裝置，包括鉆桿、罩體和氣體發(fā)生器和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，所述鉆桿兩端貫通，鉆桿的兩端分別為連接端和鉆頭端，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器包括轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)接頭，所述鉆桿的連接端能夠安裝于轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸內(nèi)設(shè)連通鉆桿內(nèi)腔的中心孔，所述旋轉(zhuǎn)接頭轉(zhuǎn)動(dòng)連接于轉(zhuǎn)軸外周，并連通中心孔，所述旋轉(zhuǎn)接頭的外周設(shè)置旋轉(zhuǎn)接口一；所述鉆桿的鉆頭端用于鉆入軟巖取芯，所述罩體呈環(huán)形，套設(shè)于鉆桿外周，能夠?qū)@頭端與軟巖之間的外間隙罩合在內(nèi)，所述罩體外設(shè)置有罩體接口一，所述罩體接口一連接有出氣管路；所述氣體發(fā)生器用于產(chǎn)生帶有霧化水的氣體，氣體發(fā)生器的輸出端通過(guò)進(jìn)氣管路連接旋轉(zhuǎn)接口一，能夠向鉆桿內(nèi)輸送帶有霧化水的氣體，帶有霧化水的氣體經(jīng)過(guò)鉆頭端進(jìn)行降溫。

4、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為，所述氣體發(fā)生器包括高壓氣源、霧化加濕器和控制閥，所述高壓氣源用于輸出高壓氣體，所述霧化加濕器用于對(duì)輸出的高壓氣體霧化加濕，所述控制閥用于控制高壓氣體通斷；所述進(jìn)氣管路安裝有溫濕度檢測(cè)器一，所述出氣管路安裝有溫濕度檢測(cè)器二。

5、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為，還包括抽吸裝置，用于對(duì)出氣管路負(fù)壓抽吸。

6、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為，所述罩體背向軟巖的一側(cè)安裝密封環(huán)一，所述密封環(huán)一套設(shè)于鉆桿外周，并與鉆桿外徑適配；所述罩體朝向軟巖的一側(cè)安裝密封環(huán)二，所述密封環(huán)二用于與軟巖表面相抵。

7、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為，還包括螺旋除渣機(jī)，所述螺旋除渣機(jī)具有進(jìn)氣口，所述出氣管路與所述進(jìn)氣口連接。

8、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為，所述螺旋除渣機(jī)包括筒狀殼體和螺旋葉，所述螺旋葉位于筒狀殼體內(nèi)部，并能夠通過(guò)驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)；所述螺旋葉將筒狀殼體內(nèi)腔形成螺旋狀的腔室；所述進(jìn)氣口位于筒狀殼體的一端，筒狀殼體的另一端開(kāi)設(shè)出氣口。

9、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為，所述罩體外還設(shè)置有罩體接口二，所述進(jìn)氣管路包括三通閥一，所述三通閥一具有三個(gè)連接端，所述三通閥一的三個(gè)連接端分別連接氣體發(fā)生器的輸出端、旋轉(zhuǎn)接口一和罩體接口二，所述三通閥一能夠控制氣體發(fā)生器的輸出端連通旋轉(zhuǎn)接口一或罩體接口二；

10、所述旋轉(zhuǎn)接頭的外周設(shè)置旋轉(zhuǎn)接口二，所述出氣管路包括三通閥二，所述三通閥二具有三個(gè)連接端，所述三通閥二的三個(gè)連接端分別連接出氣管路的排氣末端、旋轉(zhuǎn)接口二和罩體接口一，所述三通閥二能夠控制出氣管路的排氣末端連通罩體接口一或旋轉(zhuǎn)接口二。

11、本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為，所述三通閥一和三通閥二具有兩種狀態(tài)，第一種狀態(tài)，三通閥一控制氣體發(fā)生器的輸出端連通旋轉(zhuǎn)接口一，同時(shí)，三通閥二控制出氣管路的排氣末端連通罩體接口一；

12、第二種狀態(tài)，三通閥一控制氣體發(fā)生器的輸出端連通罩體接口二，同時(shí)，三通閥二控制出氣管路的排氣末端連通旋轉(zhuǎn)接口二。

13、本發(fā)明還提供一種使用高速霧化水降溫的軟巖取芯方法，采用如上述的軟巖取芯裝置，取芯過(guò)程中，氣體發(fā)生器產(chǎn)生攜帶霧化水的氣體，氣體能夠順著進(jìn)氣管路、旋轉(zhuǎn)接口一，進(jìn)入到鉆桿的內(nèi)腔流通，在鉆桿的內(nèi)腔向下流通，沿著鉆桿與巖芯之間的內(nèi)間隙運(yùn)動(dòng)，對(duì)鉆頭端冷卻降溫；而后，氣體將從鉆桿與軟巖之間的外間隙處離開(kāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆桿的鉆頭端冷卻降溫。

14、本發(fā)明還提供一種使用高速霧化水降溫的軟巖取芯方法，采用如上述的述軟巖取芯裝置，取芯過(guò)程中，氣體發(fā)生器產(chǎn)生攜帶霧化水的氣體，對(duì)鉆桿的鉆頭端冷卻降溫；在鉆孔取芯的初期，以第一種狀態(tài)運(yùn)行，將鉆桿的鉆頭端鉆入到軟巖當(dāng)中，并達(dá)到預(yù)設(shè)深度；而后，以第二種狀態(tài)運(yùn)行，持續(xù)對(duì)鉆桿的鉆頭端進(jìn)行冷卻降溫，直至鉆孔取樣完成。

15、綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：

16、通過(guò)采用攜帶霧化水的氣體對(duì)鉆桿進(jìn)行降溫，能夠有效對(duì)鉆桿進(jìn)行散熱，霧化水在接觸到高溫的鉆頭端時(shí)，能夠通過(guò)直接換熱對(duì)鉆頭端進(jìn)行降溫；在散熱過(guò)程中霧化水的溫度將升高后，霧化水當(dāng)中原本的霧氣液滴也有部分能夠蒸，蒸發(fā)的過(guò)程也能夠吸熱，共同起到散熱的作用。而且，含有霧化水的氣體，當(dāng)中的含水量較少，不會(huì)產(chǎn)生大量水集中沖刷的影響，不會(huì)導(dǎo)致軟巖遇水過(guò)多而軟化、崩解、破裂，避免軟巖遇水過(guò)量而產(chǎn)生損壞，又能夠有效地對(duì)鉆頭端進(jìn)行散熱。

17、在鉆取巖芯的過(guò)程中，采用兩種狀態(tài)進(jìn)行進(jìn)氣，先通過(guò)第一種狀態(tài)進(jìn)行進(jìn)氣冷卻，在鉆孔至一定深度后，需要切換為第二種狀態(tài)。其中，第一種狀態(tài)時(shí)，對(duì)鉆桿和鉆頭部的散熱更加直接。而隨著鉆孔達(dá)到一定深度后，鉆桿內(nèi)的巖芯的長(zhǎng)度增加，霧化水的氣體流經(jīng)內(nèi)間隙的路徑邊長(zhǎng)，若繼續(xù)以第一種狀態(tài)運(yùn)行，可能會(huì)導(dǎo)致鉆桿內(nèi)部的巖芯會(huì)吸附較多的水，因此，再鉆取預(yù)定深度時(shí)切換為第二種狀態(tài)運(yùn)行；第二種狀態(tài)時(shí)，攜帶霧化水的氣體先從鉆桿的外間隙進(jìn)入，再?gòu)膬?nèi)間隙流出，內(nèi)間隙為與巖芯接觸的位置。氣體從鉆桿外壁與軟巖之間的外間隙經(jīng)過(guò)時(shí)，鉆桿外壁的軟巖會(huì)將大部分的水分吸收，而當(dāng)氣體從鉆頭端經(jīng)過(guò)進(jìn)入鉆桿內(nèi)部時(shí)，所攜帶的水分將大大減少，即使適當(dāng)提高氣體當(dāng)中的霧化水含量，也不會(huì)對(duì)鉆取的巖芯產(chǎn)生破壞，能夠?qū)⒉杉膸r芯保護(hù)在內(nèi)，能夠形成狀態(tài)良好的巖芯樣品。

技術(shù)特征：

1.一種使用高速霧化水降溫的軟巖取芯裝置，其特征在于，包括鉆桿(10)、罩體(20)和氣體發(fā)生器(30)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器(70)，所述鉆桿(10)兩端貫通，鉆桿(10)的兩端分別為連接端(11)和鉆頭端(12)，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器(70)包括轉(zhuǎn)軸(71)和旋轉(zhuǎn)接頭(74)，所述鉆桿(10)的連接端(11)能夠安裝于轉(zhuǎn)軸(71)，所述轉(zhuǎn)軸(71)內(nèi)設(shè)連通鉆桿(10)內(nèi)腔的中心孔(73)，所述旋轉(zhuǎn)接頭(74)轉(zhuǎn)動(dòng)連接于轉(zhuǎn)軸(71)外周，并連通中心孔(73)，所述旋轉(zhuǎn)接頭(74)的外周設(shè)置旋轉(zhuǎn)接口一(75)；所述鉆桿(10)的鉆頭端(12)用于鉆入軟巖(100)取芯，所述罩體(20)呈環(huán)形，套設(shè)于鉆桿(10)外周，能夠?qū)@頭端(12)與軟巖(100)之間的外間隙(121)罩合在內(nèi)，所述罩體(20)外設(shè)置有罩體接口一(22)，所述罩體接口一(22)連接有出氣管路(60)；所述氣體發(fā)生器(30)用于產(chǎn)生帶有霧化水的氣體，氣體發(fā)生器(30)的輸出端通過(guò)進(jìn)氣管路(40)連接旋轉(zhuǎn)接口一(75)，能夠向鉆桿(10)內(nèi)輸送帶有霧化水的氣體，帶有霧化水的氣體經(jīng)過(guò)鉆頭端(12)進(jìn)行降溫。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用高速霧化水降溫的軟巖取芯裝置，其特征在于，所述氣體發(fā)生器(30)包括高壓氣源(31)、霧化加濕器(32)和控制閥(33)，所述高壓氣源(31)用于輸出高壓氣體，所述霧化加濕器(32)用于對(duì)輸出的高壓氣體霧化加濕，所述控制閥(33)用于控制高壓氣體通斷；所述進(jìn)氣管路(40)安裝有溫濕度檢測(cè)器一(41)，所述出氣管路(60)安裝有溫濕度檢測(cè)器二(61)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用高速霧化水降溫的軟巖取芯裝置，其特征在于，還包括抽吸裝置(80)，用于對(duì)出氣管路(60)負(fù)壓抽吸。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用高速霧化水降溫的軟巖取芯裝置，其特征在于，所述罩體(20)背向軟巖(100)的一側(cè)安裝密封環(huán)一(21)，所述密封環(huán)一(21)套設(shè)于鉆桿(10)外周，并與鉆桿(10)外徑適配；所述罩體(20)朝向軟巖(100)的一側(cè)安裝密封環(huán)二(23)，所述密封環(huán)二(23)用于與軟巖(100)表面相抵。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用高速霧化水降溫的軟巖取芯裝置，其特征在于，還包括螺旋除渣機(jī)(50)，所述螺旋除渣機(jī)(50)具有進(jìn)氣口(53)，所述出氣管路(60)與所述進(jìn)氣口(53)連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的使用高速霧化水降溫的軟巖取芯裝置，其特征在于，所述螺旋除渣機(jī)(50)包括筒狀殼體(51)和螺旋葉(52)，所述螺旋葉(52)位于筒狀殼體(51)內(nèi)部，并能夠通過(guò)驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)；所述螺旋葉(52)將筒狀殼體(51)內(nèi)腔形成螺旋狀的腔室；所述進(jìn)氣口(53)位于筒狀殼體(51)的一端，筒狀殼體(51)的另一端開(kāi)設(shè)出氣口(54)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的使用高速霧化水降溫的軟巖取芯裝置，其特征在于，所述罩體(20)外還設(shè)置有罩體接口二(24)，所述進(jìn)氣管路(40)包括三通閥一(401)，所述三通閥一(401)具有三個(gè)連接端，所述三通閥一(401)的三個(gè)連接端分別連接氣體發(fā)生器(30)的輸出端、旋轉(zhuǎn)接口一(75)和罩體接口二(24)，所述三通閥一(401)能夠控制氣體發(fā)生器(30)的輸出端連通旋轉(zhuǎn)接口一(75)或罩體接口二(24)；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用高速霧化水降溫的軟巖取芯裝置，其特征在于，所述三通閥一(401)和三通閥二(601)具有兩種狀態(tài)，第一種狀態(tài)，三通閥一(401)控制氣體發(fā)生器(30)的輸出端連通旋轉(zhuǎn)接口一(75)，同時(shí)，三通閥二(601)控制出氣管路(60)的排氣末端(62)連通罩體接口一(22)；

9.一種使用高速霧化水降溫的軟巖取芯方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述軟巖取芯裝置，取芯過(guò)程中，氣體發(fā)生器(30)產(chǎn)生攜帶霧化水的氣體，氣體能夠順著進(jìn)氣管路(40)、旋轉(zhuǎn)接口一(75)，進(jìn)入到鉆桿(10)的內(nèi)腔流通，在鉆桿(10)的內(nèi)腔向下流通，沿著鉆桿(10)與巖芯之間的內(nèi)間隙(122)運(yùn)動(dòng)，對(duì)鉆頭端(12)冷卻降溫；而后，氣體將從鉆桿(10)與軟巖(100)之間的外間隙(121)處離開(kāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆桿(10)的鉆頭端(12)冷卻降溫。

10.一種使用高速霧化水降溫的軟巖取芯方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求8所述軟巖取芯裝置，取芯過(guò)程中，氣體發(fā)生器(30)產(chǎn)生攜帶霧化水的氣體，對(duì)鉆桿(10)的鉆頭端(12)冷卻降溫；在鉆孔取芯的初期，以第一種狀態(tài)運(yùn)行，將鉆桿(10)的鉆頭端(12)鉆入到軟巖(100)當(dāng)中，并達(dá)到預(yù)設(shè)深度；而后，以第二種狀態(tài)運(yùn)行，持續(xù)對(duì)鉆桿(10)的鉆頭端(12)進(jìn)行冷卻降溫，直至鉆孔取樣完成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)一種使用高速霧化水降溫的軟巖取芯裝置及方法，包括鉆桿、罩體和氣體發(fā)生器和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，鉆桿中空，鉆桿的兩端分別為連接端和鉆頭端，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器包括轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)接頭，鉆桿的連接端能夠安裝于轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸內(nèi)設(shè)連通鉆桿內(nèi)腔的中心孔，旋轉(zhuǎn)接頭轉(zhuǎn)動(dòng)連接于轉(zhuǎn)軸外周，并連通中心孔，旋轉(zhuǎn)接頭的外周設(shè)置旋轉(zhuǎn)接口一；鉆桿的鉆頭端用于鉆入軟巖取芯，罩體呈環(huán)形，套設(shè)于鉆桿外周，能夠?qū)@頭端與軟巖之間的外間隙罩合在內(nèi)，罩體外設(shè)置有罩體接口一，罩體接口一連接有出氣管路；氣體發(fā)生器的輸出端通過(guò)進(jìn)氣管路連接旋轉(zhuǎn)接口一。本發(fā)明采用攜帶霧化水的氣體對(duì)鉆桿進(jìn)行降溫，能夠有效對(duì)鉆桿進(jìn)行散熱，也不會(huì)對(duì)軟巖產(chǎn)生破壞影響。

技術(shù)研發(fā)人員：彭俊,喬磊,伍法權(quán),朱君星,吳小剛,彭坤,王林飛,潘堃,周曉霞,戴燕華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：紹興文理學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2