專利名稱：深海硬巖保真取芯器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以應(yīng)用于現(xiàn)有各種深海底巖取芯鉆機(jī)的深海硬巖保真取芯器。
背景技術(shù)：
目前深海鉆機(jī)或取芯器一般都不能實(shí)現(xiàn)在與深海原位基本相同的壓力和溫度條件下對(duì)所取巖芯進(jìn)行保存(即不具備保真儲(chǔ)芯功能)，當(dāng)巖芯取回實(shí)驗(yàn)室后，其吸附的生物和化學(xué)成份發(fā)生了變化，故對(duì)這種巖芯所做的一些生化實(shí)驗(yàn)和測(cè)試數(shù)據(jù)將是不精確的。200310107888.0公開了一種帶預(yù)進(jìn)給和預(yù)定位裝置的深海取芯器。主要由取芯鉆機(jī)和預(yù)進(jìn)給預(yù)定位裝置組成。取芯鉆機(jī)與推進(jìn)面板連接固定，預(yù)推進(jìn)液壓缸的活塞通過耳環(huán)與推進(jìn)面板連接，利用兩個(gè)平行安裝的預(yù)推進(jìn)液壓缸代替機(jī)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械手臂。該取芯器不帶巖芯保真儲(chǔ)存功能。200420036287.5公開了我們申請(qǐng)的“一種深海自動(dòng)更換巖芯內(nèi)管多點(diǎn)取芯鉆機(jī)”，是在機(jī)架的上部框架內(nèi)安裝有將已鉆取巖芯的巖芯內(nèi)管取出并換入一根空巖芯內(nèi)管的換內(nèi)管機(jī)構(gòu)，其鉆機(jī)的鉆進(jìn)取芯機(jī)構(gòu)包括為鉆具提供鉆進(jìn)壓力的推進(jìn)機(jī)構(gòu)，貫通式液壓鉆進(jìn)動(dòng)力機(jī)構(gòu)及其補(bǔ)償與穩(wěn)桿機(jī)構(gòu)，貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭上設(shè)有下端連接鉆具的巖芯外套管和鉆頭、上端供插拔更換巖芯內(nèi)管的空心通軸、通過齒輪驅(qū)動(dòng)通軸旋轉(zhuǎn)的旁置式液壓馬達(dá)，推動(dòng)動(dòng)力頭使其推進(jìn)導(dǎo)軌沿補(bǔ)償機(jī)架內(nèi)滑槽鉆進(jìn)和提鉆的推進(jìn)油缸，推進(jìn)滑架、滑軌架等結(jié)構(gòu)。它實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)取芯，但仍不具備保真儲(chǔ)芯功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具備對(duì)所取巖芯在保持深海原位基本相同的壓力和溫度條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存功能的深海硬巖保真取芯器，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖芯及所吸附的生物和化學(xué)成份的更加精確的分析和測(cè)試；其體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以在現(xiàn)有各種深海巖芯取樣鉆機(jī)上應(yīng)用，且改裝工作量小、成本低廉。
本發(fā)明的技術(shù)方案是包括由密封充油箱體及其內(nèi)部安裝的主動(dòng)齒輪軸、從動(dòng)齒輪軸、軸承、密封件組成的貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭、貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭下部與從動(dòng)齒輪軸相連接的巖芯外管、由巖芯內(nèi)管、內(nèi)管短接、巖芯卡簧、卡簧座構(gòu)成的取芯組件通過從動(dòng)齒輪軸中心通孔的上部插入貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭及巖芯外管中，巖芯外管下部連接的切取巖芯的鉆頭、貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭通過推進(jìn)滑板固定在滑軌架上并在推進(jìn)油缸作用下可沿滑軌架上下移動(dòng)，為鉆頭提供壓力沖洗水的水泵及供水管與貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭上的旋轉(zhuǎn)給水裝置連通，其特征在于在貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭上部設(shè)有一個(gè)保真儲(chǔ)芯裝置，所述保真儲(chǔ)芯裝置的中間是保存巖芯的儲(chǔ)芯管，儲(chǔ)芯管的頂部及下部各設(shè)有一個(gè)高壓閥門，其中下部與貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭連接的高壓閥門的內(nèi)徑大于或等于巖芯內(nèi)管內(nèi)徑，在高壓閥門開啟狀態(tài)下儲(chǔ)芯管與巖芯內(nèi)管上端通過下部高壓閥門直通連接，儲(chǔ)芯管外部管壁上設(shè)有保溫裝置，其內(nèi)部通過高壓管道與外置的保壓裝置連通，在鉆頭下面設(shè)有可移動(dòng)式鉆頭密封墊板，密封墊板中心垂直處裝有一根外徑略小于巖芯內(nèi)管內(nèi)徑的巖芯釋放頂針，密封墊板下部裝有將密封墊板移送至鉆頭正下方或從鉆頭正下方移開的已有技術(shù)中的移送動(dòng)力機(jī)構(gòu)，移送動(dòng)力機(jī)構(gòu)可以與密封墊板下部直接連接，也可以在密封墊板下部裝上一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸承與已有技術(shù)中的移送機(jī)構(gòu)連接。當(dāng)密封墊板及巖芯釋放頂針移送至鉆頭正下方時(shí)，使貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭及其上固定連接的巖芯外管和內(nèi)管、鉆頭等沿滑軌架向下移動(dòng)，巖芯釋放頂針將巖芯從巖芯卡簧中頂入巖芯內(nèi)管內(nèi)，鉆頭與密封墊板頂緊密封，開啟保真儲(chǔ)芯裝置上的兩個(gè)高壓閥門，與水泵連通的壓力沖洗水通過巖芯內(nèi)管向上流出，通過水流作用將巖芯內(nèi)管里的巖芯送入與巖芯內(nèi)管直通的儲(chǔ)芯管內(nèi)。
所述輸送巖芯的壓力水的水泵是與貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭上的旋轉(zhuǎn)給水裝置連通的鉆頭沖洗水泵。
所述輸送巖芯的壓力水的水泵也可以為另一臺(tái)水泵，并在巖芯釋放頂針上開有開孔，開孔與輸送巖芯的壓力水的水泵連通。
所述保壓裝置可為常用的氣囊式或彈簧式保壓裝置；也可以為彈簧加活塞的保壓裝置，保壓裝置的功能是在本取芯器從海底回收的過程中，對(duì)保真儲(chǔ)芯裝置內(nèi)部可能的壓力變化進(jìn)行補(bǔ)償，以保持儲(chǔ)芯管內(nèi)的壓力與海底原位的壓力基本相同。儲(chǔ)芯管內(nèi)的壓力變化可以因密封不嚴(yán)產(chǎn)生微量泄露或外壓變化下管壁的微小形變等原因造成。
所述彈簧加活塞的保壓裝置是在高壓缸筒內(nèi)裝有活塞，活塞一端設(shè)有彈簧且缸筒內(nèi)充有高壓惰性氣體、其缸筒的一端設(shè)有充放惰性氣體的充氣閥，高壓缸筒另一端設(shè)有與儲(chǔ)芯管連通的高壓管。缸筒內(nèi)所充惰性氣體的壓力應(yīng)小于或等于海底原位的水壓力，最好略小于海底原位的水壓力，彈簧與惰性氣體對(duì)活塞總的作用力應(yīng)等于活塞另一面水壓力對(duì)活塞的作用力。
所述保溫裝置是按已有技術(shù)在儲(chǔ)芯管外部包裹保溫材料或在其外部包裹保溫材料、內(nèi)部設(shè)有恒溫調(diào)節(jié)裝置。以確保巖芯回收上船后短期內(nèi)儲(chǔ)芯管內(nèi)部的溫度與海底原位的溫度相同或近似。
所述移送動(dòng)力機(jī)構(gòu)是已有技術(shù)的電機(jī)傳送機(jī)構(gòu)或液壓傳送機(jī)構(gòu)。
硬巖保真取芯器的取樣方法，包括以下步驟(1)關(guān)閉保真儲(chǔ)芯裝置的二個(gè)高壓閥門，移送動(dòng)力機(jī)構(gòu)將密封墊板及巖芯釋放頂針從鉆頭正下方移開，開動(dòng)貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭上的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置和推進(jìn)油缸、帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)并沿滑軌架下移、伸入海底巖層切取巖芯，同時(shí)打開為鉆頭提供壓力沖洗水的水泵沖洗鉆頭；(2)鉆進(jìn)取芯過程結(jié)束后，貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭和鉆具沿滑軌架上移回到原位。將保真儲(chǔ)芯裝置上、下2個(gè)高壓閥門開啟，將鉆頭密封墊板及巖芯釋放頂針移至鉆頭正下方，此時(shí)鉆進(jìn)動(dòng)力頭下降，巖芯釋放頂針將巖芯從巖芯卡簧中頂入巖芯內(nèi)管內(nèi)，使之呈可自由移動(dòng)狀態(tài)；同時(shí)鉆頭端面頂緊鉆頭密封墊板；(3)水泵繼續(xù)送水，由于鉆頭唇面與密封墊板接觸頂緊并密封，迫使沖洗水只能從巖芯內(nèi)管中向上流出，利用水流將巖芯送入與巖芯內(nèi)管直通連接的儲(chǔ)芯管內(nèi)。
本發(fā)明專利的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)保存在儲(chǔ)芯管內(nèi)的巖芯的溫度與壓力在取芯器從海底回收過程中及回收上船后短期內(nèi)與深海原位的溫度與壓力基本相同，使對(duì)巖芯的分析測(cè)試的數(shù)據(jù)更精確，使科學(xué)研究工作更加準(zhǔn)確；所取得的裸巖芯樣品便于在勘探船上或?qū)嶒?yàn)室進(jìn)行樣品轉(zhuǎn)移、取用或直接分析、測(cè)試，減少勘探船上或?qū)嶒?yàn)室中樣品轉(zhuǎn)移和取出設(shè)備的設(shè)計(jì)難度與成本；它體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于在各種深海底巖芯取樣鉆機(jī)上應(yīng)用，改裝工作量很小，成本低。


圖1為實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中A部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖2中A部分結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1結(jié)合附圖1和2
本實(shí)施例與已有技術(shù)相同的有由密封充油箱體5及其內(nèi)部安裝的主動(dòng)齒輪軸6和從動(dòng)齒輪軸11和軸承7、密封件10等部件組成的貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭由動(dòng)力裝置4驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)齒輪軸11具有中心通孔，設(shè)在貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭下部的巖芯外管14與從動(dòng)齒輪軸11相連接，并由從動(dòng)齒輪軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，鉆頭20通過螺紋連接于巖芯外管下部，并由巖芯外管14帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，由巖芯內(nèi)管16、內(nèi)管短接17、巖芯卡簧19、卡簧座18構(gòu)成的取芯組件通過從動(dòng)齒輪軸11中心通孔的上部插入貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭及巖芯外管中，并與從動(dòng)齒輪軸中心通孔之間通過密封圈10密封，貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭通過推進(jìn)滑板30固定在滑軌架31上并在推進(jìn)油缸29作用下可沿滑軌架上下移動(dòng)，為鉆頭提供壓力沖洗水的水泵24及供水管12與貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭上的旋轉(zhuǎn)給水裝置13連通。本實(shí)施例的發(fā)明點(diǎn)是在貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭上部設(shè)有一個(gè)保真儲(chǔ)芯裝置，所述保真儲(chǔ)芯裝置的中間是保存巖芯的儲(chǔ)芯管2，儲(chǔ)芯管的頂部及下部各設(shè)有一個(gè)高壓閥門1和3，其中下部與貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭連接的高壓閥門3的內(nèi)徑大于或等于巖芯內(nèi)管內(nèi)徑，在高壓閥門開啟狀態(tài)下，保真儲(chǔ)芯裝置與巖芯內(nèi)管上端直通連接，儲(chǔ)芯管外部管壁上設(shè)有保溫裝置9，其內(nèi)部通過高壓管道與外置的保壓裝置連通，本實(shí)施例的保壓裝置是在高壓缸筒23內(nèi)裝有活塞，活塞一端設(shè)有彈簧26，缸筒內(nèi)充有高壓惰性氣體、其缸筒上端部設(shè)有充放惰性氣體的充氣閥27，高壓缸筒另一端設(shè)有與儲(chǔ)芯管連通的高壓管8。缸筒內(nèi)所充惰性氣體的壓力應(yīng)小于等于海底原位的水壓力，最好略小于海底原位的水壓力，彈簧與惰性氣體對(duì)活塞總的作用力應(yīng)等于活塞另一面水壓力對(duì)活塞的作用力。
在鉆頭下面設(shè)有可移開式鉆頭密封墊板21，密封墊板中心垂直處裝有一根外徑略小于巖芯內(nèi)管內(nèi)徑的巖芯釋放頂針22，密封墊板下部與已有技術(shù)的移送機(jī)構(gòu)15連接，本實(shí)施例是采用已有技術(shù)的液壓傳送機(jī)械，在鉆取巖芯之后，鉆頭密封墊板21及巖芯釋放頂針22移至鉆頭20正下方，使貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭及其上固定連接的巖芯外管和內(nèi)管、鉆頭等沿滑軌架31向下移動(dòng)，巖芯釋放頂針22將巖芯從巖芯卡簧19中頂入巖芯內(nèi)管16內(nèi)，使之呈可自由移動(dòng)狀態(tài)；同時(shí)鉆頭20唇面與密封墊板21接觸頂緊并密封。此時(shí)將儲(chǔ)芯管頂部及下部的兩個(gè)高壓閥門1和3開啟，然后通過水泵24繼續(xù)向沖洗給水裝置13送水，壓力水經(jīng)過巖芯外管14和巖芯內(nèi)管16之間的環(huán)狀間隙到達(dá)鉆頭20后，由于鉆頭20唇面與密封墊板21接觸頂緊并密封，迫使沖洗水只能從巖芯內(nèi)管16中向上流出，水流將巖芯送入與巖芯內(nèi)管直通的儲(chǔ)芯管。由于儲(chǔ)芯管上高壓閥門1在開啟狀態(tài)時(shí)不能容許巖芯通過，故巖芯最終留在儲(chǔ)芯管內(nèi)。在繼續(xù)通水的條件下關(guān)閉上下高壓閥門3和1，則可以使巖芯實(shí)現(xiàn)保真儲(chǔ)存。
實(shí)施例2結(jié)合附圖3和4與實(shí)施例1不同有是本實(shí)施例設(shè)有二臺(tái)水泵，其中一臺(tái)24-1是為鉆頭提供壓力沖洗水的水泵及供水管。另外加設(shè)有一臺(tái)輸送水泵24-2，輸送水泵通過水管與巖芯釋放頂針22上的開孔28連通，在將保真儲(chǔ)芯裝置上下兩高壓閥門1和3開啟后，水泵24-2通過巖芯釋放頂針22上的開孔向巖芯內(nèi)管16內(nèi)部直接送水，水流將巖芯送入與巖芯內(nèi)管直通的儲(chǔ)芯管，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖芯進(jìn)行保真儲(chǔ)存。
權(quán)利要求
1.一種深海硬巖保真取芯器，包括由密封充油箱體及其內(nèi)部安裝的主動(dòng)齒輪軸、從動(dòng)齒輪軸、軸承、密封件組成的貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭、貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭下部與從動(dòng)齒輪軸相連接的巖芯外管、由巖芯內(nèi)管、內(nèi)管短接、巖芯卡簧、卡簧座構(gòu)成的取芯組件通過從動(dòng)齒輪軸中心通孔的上部插入貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭及巖芯外管中，巖芯外管下部連接的切取巖芯的鉆頭、貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭通過推進(jìn)滑板固定在滑軌架上并在推進(jìn)油缸作用下沿滑軌架上下移動(dòng)，為鉆頭提供壓力沖洗水的水泵及供水管與貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭上的旋轉(zhuǎn)給水裝置連通，其特征在于在貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭上部設(shè)有一個(gè)保真儲(chǔ)芯裝置，所述保真儲(chǔ)芯裝置的中間是保存巖芯的儲(chǔ)芯管，儲(chǔ)芯管的頂部及下部各設(shè)有一個(gè)高壓閥門，其中下部與貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭連接的高壓閥門的內(nèi)徑大于或等于巖芯內(nèi)管內(nèi)徑，在高壓閥門開啟狀態(tài)下儲(chǔ)芯管與巖芯內(nèi)管上端通過下部高壓閥門直通連接，儲(chǔ)芯管外部管壁上設(shè)有保溫裝置，其內(nèi)部通過高壓管道與外置的保壓裝置連通，在鉆頭下面設(shè)有可移動(dòng)式鉆頭密封墊板，密封墊板中心垂直處裝有一根外徑略小于巖芯內(nèi)管內(nèi)徑的巖芯釋放頂針，密封墊板下部裝有將密封墊板移送至鉆頭正下方或從鉆頭正下方移開的移送動(dòng)力機(jī)構(gòu)，當(dāng)密封墊板及巖芯釋放頂針移送至鉆頭正下方時(shí)，巖芯釋放頂針將巖芯從巖芯卡簧中頂入巖芯內(nèi)管內(nèi)，鉆頭與密封墊板頂緊密封，與水泵連通的壓力沖洗水通過巖芯內(nèi)管向上流出，將巖芯內(nèi)管里的巖芯送入與巖芯內(nèi)管直通的儲(chǔ)芯管內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬巖保真取芯器，其特征在于所述輸送巖芯的壓力水的水泵是與貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭上的旋轉(zhuǎn)給水裝置連通的鉆頭沖洗水泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬巖保真取芯器，其特征在于巖芯釋放頂針上開有開孔，所述輸送巖芯的壓力水泵是與巖芯釋放頂針上的開孔連通的一臺(tái)水泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬巖保真取芯器，其特征在于所述保壓裝置是在高壓缸筒內(nèi)裝有活塞、活塞一端設(shè)有彈簧、該端缸筒內(nèi)充高壓惰性氣體、該端缸筒端部設(shè)有可進(jìn)行惰性氣體充放的充氣閥，高壓缸筒另一端設(shè)有與儲(chǔ)芯管連通的高壓管。
5.一種硬巖保真取芯器的保真取芯方法，其特征在于包括以下步驟(1)關(guān)閉保真儲(chǔ)芯裝置的二個(gè)高壓閥門，移送動(dòng)力機(jī)構(gòu)將密封墊板及巖芯釋放頂針從鉆頭正下方移開，開動(dòng)貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭上的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置和推進(jìn)油缸、帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)并沿滑軌架下移、伸入海底巖層切取巖芯，同時(shí)打開為鉆頭提供壓力沖洗水的水泵沖洗鉆頭；(2)鉆進(jìn)取芯過程結(jié)束后，貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭和鉆具沿滑軌架上移回到原位。將保真儲(chǔ)芯裝置上、下2個(gè)高壓閥門開啟，將鉆頭密封墊板及巖芯釋放頂針移至鉆頭正下方，此時(shí)鉆進(jìn)動(dòng)力頭下降，巖芯釋放頂針將巖芯從巖芯卡簧中頂入巖芯內(nèi)管內(nèi)，使之呈可自由移動(dòng)狀態(tài)；同時(shí)鉆頭端面頂緊鉆頭密封墊板；(3)水泵繼續(xù)送水，由于鉆頭唇面與密封墊板接觸頂緊并密封，迫使沖洗水只能從巖芯內(nèi)管中向上流出，利用水流將巖芯送入與巖芯內(nèi)管直通連接的儲(chǔ)芯管內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種深海硬巖保真取芯器。在貫通式鉆進(jìn)動(dòng)力頭上部設(shè)有一個(gè)保真儲(chǔ)芯裝置，在高壓閥門開啟狀態(tài)下保真儲(chǔ)芯裝置中的儲(chǔ)芯管與巖芯內(nèi)管上端直通連接，儲(chǔ)芯管上設(shè)有保溫裝置并通過高壓管道與外置的保壓裝置連通，在鉆頭下面設(shè)有可移動(dòng)的鉆頭密封墊板，在墊板中心垂直處裝有一根巖芯釋放頂針，密封墊板下部裝有移送動(dòng)力機(jī)構(gòu)，當(dāng)密封墊板及巖芯釋放頂針移送至鉆頭正下方時(shí)，頂針將巖芯從巖芯卡簧中頂入巖芯內(nèi)管內(nèi)，鉆頭與密封墊板密封，與水泵連通的壓力水通過巖芯內(nèi)管向上流出并將巖芯輸送到儲(chǔ)芯管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)巖芯在原海底溫度與壓力基本相同條件下貯存。
文檔編號(hào)G01N1/08GK1948940SQ20061003236
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月30日
發(fā)明者黃筱軍, 萬步炎, 錢鑫炎 申請(qǐng)人:長沙礦山研究院