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巖芯鉆取裝置及巖芯鉆取方法

703   編輯:中冶有色技術(shù)網(wǎng)   來源:中國石油大學(xué)(北京)  
2023-12-20 15:27:17
權(quán)利要求書: 1.一種巖芯鉆取裝置,其特征在于,包括:

鉆機;

設(shè)置在所述鉆機上的取芯鉆頭,所述取芯鉆頭具有用于容納巖芯的收納腔;

注膠裝置,所述注膠裝置包括設(shè)置在所述收納腔中的出膠結(jié)構(gòu)以及與所述出膠結(jié)構(gòu)相連通的打膠機構(gòu);

測距裝置,所述測距裝置用于獲取巖芯距離信號;

微機控制器,所述微機控制器與所述打膠機構(gòu)和所述測距裝置電連接,所述微機控制器接收所述巖芯距離信號輸出行程控制信號,所述打膠機構(gòu)接收所述行程控制信號用于控制出膠量。

2.如權(quán)利要求1所述的巖芯鉆取裝置,其特征在于,所述打膠機構(gòu)包括:注膠筒,所述注膠筒包括具有出膠口的筒體以及可活動地穿設(shè)在所述筒體內(nèi)的活塞,所述出膠口通過第一單向管路與所述出膠結(jié)構(gòu)相連通;

儲膠筒,所述儲膠筒通過第二單向管路與所述注膠筒相連通;

驅(qū)動器,所述驅(qū)動器與所述微機控制器電連接,所述驅(qū)動器與所述活塞相接,所述驅(qū)動器接收所述行程控制信號,控制所述活塞的運動行程。

3.如權(quán)利要求2所述的巖芯鉆取裝置,其特征在于,所述出膠結(jié)構(gòu)包括多個嵌設(shè)在所述取芯鉆頭的內(nèi)壁上注膠釘,所述注膠釘繞所述取芯鉆頭的轉(zhuǎn)動軸線均勻間隔排列設(shè)置,多個所述注膠釘均與所述第一單向管路相連通。

4.如權(quán)利要求2所述的巖芯鉆取裝置,其特征在于,所述儲膠筒與所述第二單向管路之間設(shè)有引流蓋,所述引流蓋的一端與所述第二單向管路相連通,所述引流蓋的另一端與所述儲膠筒通過螺紋相連接形成可拆卸結(jié)構(gòu)。

5.如權(quán)利要求1所述的巖芯鉆取裝置,其特征在于,所述微機控制器包括鉆深計算模塊和膠水用量計算模塊,所述鉆深計算模塊接收所述巖芯距離信號輸出巖芯長度信號,所述膠水用量計算模塊接收所述巖芯長度信號輸出所述行程控制信號。

6.如權(quán)利要求1所述的巖芯鉆取裝置,其特征在于,所述測距裝置包括紅外線電子測距儀,所述取芯鉆頭靠近所述鉆機的一端設(shè)有測距通孔,所述紅外線電子測距儀能夠發(fā)射測距光束,所述測距光束與所述取芯鉆頭的轉(zhuǎn)動軸線相平行,所述測距光束穿過所述測距通孔用于獲取所述巖芯距離信號。

7.如權(quán)利要求1所述的巖芯鉆取裝置,其特征在于,所述鉆機包括外殼以及設(shè)置在外殼內(nèi)的鉆頭驅(qū)動裝置,所述鉆頭驅(qū)動裝置與所述微機控制器電連接,所述鉆頭驅(qū)動裝置通過齒輪傳動結(jié)構(gòu)與所述取芯鉆頭相接。

8.如權(quán)利要求7所述的巖芯鉆取裝置,其特征在于,所述取芯鉆頭包括鉆筒以及設(shè)置在所述鉆筒上的鉆齒。

9.如權(quán)利要求8所述的巖芯鉆取裝置,其特征在于,所述鉆筒遠離所述鉆機的一端設(shè)有卡簧,所述卡簧凸設(shè)在所述收納腔中用于防止巖芯掉落。

10.一種利用如權(quán)利要求2所述的巖芯鉆取裝置的巖芯鉆取方法,其特征在于,包括如下步驟:將所述取芯鉆頭抵靠到待取芯巖層上,通過測距裝置獲取第一巖芯距離信號;

通過所述鉆機帶動所述取芯鉆頭鉆取到巖層的目標(biāo)深度,通過測距裝置獲取第二巖芯距離信號;

所述微機控制器接收所述第一巖芯距離信號和所述第二巖芯距離信號計算得出巖芯長度,根據(jù)巖芯長度計算得出所需的出膠量,再根據(jù)所述出膠量計算得到所述活塞所需的運行行程,輸出所述行程控制信號;

所述驅(qū)動器接收所述行程控制信號,帶動所述活塞運動,將所述注膠筒內(nèi)的膠水?dāng)D壓到所述出膠結(jié)構(gòu)中排出,進而使膠水包裹所述收納腔內(nèi)的巖芯;

待膠水凝固后,取出所述取芯鉆頭內(nèi)的巖芯得到巖芯樣本。

11.如權(quán)利要求10所述的巖芯鉆取方法,其特征在于,所述活塞所需的運行行程的計算公式為:

2 2

H活塞=ΠR巖芯*(S1?S2)*(Π?2)/(4Πr二單向)式中:H活塞為活塞需要移動的距離,單位:米/m;R巖芯為巖芯柱半徑,單位:米/m;S1為第一巖芯距離信號,S2為第二巖芯距離信號,單位:米/m;r二單向為第二單向管路的半徑,單位:米/m。

說明書: 巖芯鉆取裝置及巖芯鉆取方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及鉆機設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種巖芯鉆取裝置及巖芯鉆取方法。背景技術(shù)[0002] 磁性地層學(xué)研究方法與實驗技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于盆山系統(tǒng)演化、物源變遷、源匯過程以及地球動力學(xué)等多個研究領(lǐng)域。一些巖芯樣品中往往保留有更高的天然剩磁(NMR)和原生磁化強度(DRM),通過對巖芯樣本進行磁性研究能夠準(zhǔn)確揭示各地質(zhì)歷史時期地磁場變化特征及其倒轉(zhuǎn)頻率的差異,有利于構(gòu)建基于巖石單元地層層序的磁極性變化序列圖。但受限于環(huán)境及人為因素的影響,巖芯在鉆取、運輸以及保存等過程中容易出現(xiàn)碎裂、缺失及移位情況,進而破壞了巖芯的完整性,嚴(yán)重影響針對巖芯進行的地質(zhì)分析。發(fā)明內(nèi)容[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷,本發(fā)明實施例所要解決的技術(shù)問題是提供了一種巖芯鉆取裝置及巖芯鉆取方法,所述巖芯鉆取裝置在鉆取巖芯后,能夠在巖芯上涂覆適量的膠水形成防護層,進而保持巖芯的完整性,防止巖芯出現(xiàn)破損;所述巖芯鉆取方法通過運用所述巖芯鉆取裝置能夠獲得更加完整的巖芯。[0004] 本發(fā)明的上述目的可采用下列技術(shù)方案來實現(xiàn),本發(fā)明提供了一種巖芯鉆取裝置,包括:[0005] 鉆機;[0006] 設(shè)置在所述鉆機上的取芯鉆頭,所述取芯鉆頭具有用于容納巖芯的收納腔;[0007] 注膠裝置,所述注膠裝置包括設(shè)置在所述收納腔中的出膠結(jié)構(gòu)以及與所述出膠結(jié)構(gòu)相連通的打膠機構(gòu);[0008] 測距裝置,所述測距裝置用于獲取巖芯距離信號;[0009] 微機控制器,所述微機控制器與所述打膠機構(gòu)和所述測距裝置電連接,所述微機控制器接收所述巖芯距離信號輸出行程控制信號,所述打膠機構(gòu)接收所述行程控制信號用于控制出膠量。[0010] 在本發(fā)明的一較佳實施方式中,所述打膠機構(gòu)包括:[0011] 注膠筒,所述注膠筒包括具有出膠口的筒體以及可活動地穿設(shè)在所述筒體內(nèi)的活塞,所述出膠口通過第一單向管路與所述出膠結(jié)構(gòu)相連通;[0012] 儲膠筒,所述儲膠筒通過第二單向管路與所述注膠筒相連通;[0013] 驅(qū)動器,所述驅(qū)動器與所述微機控制器電連接,所述驅(qū)動器與所述活塞相接,所述驅(qū)動器接收所述行程控制信號,控制所述活塞的運動行程。[0014] 在本發(fā)明的一較佳實施方式中,所述出膠結(jié)構(gòu)包括多個嵌設(shè)在所述取芯鉆頭的內(nèi)壁上注膠釘,所述注膠釘繞所述取芯鉆頭的轉(zhuǎn)動軸線均勻間隔排列設(shè)置,多個所述注膠釘均與所述第一單向管路相連通。[0015] 在本發(fā)明的一較佳實施方式中,所述儲膠筒與所述第二單向管路之間設(shè)有引流蓋,所述引流蓋的一端與所述第二單向管路相連通,所述引流蓋的另一端與所述儲膠筒通過螺紋相連接形成可拆卸結(jié)構(gòu)。[0016] 在本發(fā)明的一較佳實施方式中,所述微機控制器包括鉆深計算模塊和膠水用量計算模塊,所述鉆深計算模塊接收所述巖芯距離信號輸出巖芯長度信號,所述膠水用量計算模塊接收所述巖芯長度信號輸出所述行程控制信號。[0017] 在本發(fā)明的一較佳實施方式中,所述測距裝置包括紅外線電子測距儀,所述取芯鉆頭靠近所述鉆機的一端設(shè)有測距通孔,所述紅外線電子測距儀能夠發(fā)射測距光束,所述測距光束與所述取芯鉆頭的轉(zhuǎn)動軸線相平行,所述測距光束穿過所述測距通孔用于獲取所述巖芯距離信號。[0018] 在本發(fā)明的一較佳實施方式中,所述鉆機包括外殼以及設(shè)置在外殼內(nèi)的鉆頭驅(qū)動裝置,所述鉆頭驅(qū)動裝置與所述微機控制器電連接,所述鉆頭驅(qū)動裝置通過齒輪傳動結(jié)構(gòu)與所述取芯鉆頭相接。[0019] 在本發(fā)明的一較佳實施方式中,所述取芯鉆頭包括鉆筒以及設(shè)置在所述鉆筒上的鉆齒。[0020] 在本發(fā)明的一較佳實施方式中,所述鉆筒遠離所述鉆機的一端設(shè)有卡簧,所述卡簧凸設(shè)在所述收納腔中用于防止巖芯掉落。[0021] 本發(fā)明還提供了一種利用前述的巖芯鉆取裝置的巖芯鉆取方法,包括如下步驟:[0022] 將所述取芯鉆頭抵靠到待取芯巖層上,通過測距裝置獲取第一巖芯距離信號;[0023] 通過所述鉆機帶動所述取芯鉆頭鉆取到巖層的目標(biāo)深度,通過測距裝置獲取第二巖芯距離信號;[0024] 所述微機控制器接收所述第一巖芯距離信號和所述第二巖芯距離信號計算得出巖芯長度,根據(jù)巖芯長度計算得出所需的出膠量,再根據(jù)所述出膠量計算得到所述活塞所需的運行行程,輸出所述行程控制信號;[0025] 所述驅(qū)動器接收所述行程控制信號,帶動所述活塞運動,將所述注膠筒內(nèi)的膠水?dāng)D壓到所述出膠結(jié)構(gòu)中排出,進而使膠水包裹所述收納腔內(nèi)的巖芯;[0026] 待膠水凝固后,取出所述取芯鉆頭內(nèi)的巖芯得到巖芯樣本。[0027] 在本發(fā)明的一較佳實施方式中,所述活塞所需的運行行程的計算公式為:[0028] H活塞=ΠR巖芯2*(S1?S2)*(Π?2)/(4Πr二單向2)[0029] 式中:H活塞為活塞需要移動的距離,單位:米/m;R巖芯為巖芯柱半徑,單位:米/m;S1為第一間隔距離的長度,S2為第二間隔距離的長度,單位:米/m;r二單向為第二單向管路的半徑,單位:米/m。[0030] 本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下顯著有益效果:[0031] 本申請所述巖芯鉆取裝置使用時,鉆機帶動取芯鉆頭抵靠在待取芯巖層上,此時可通過測距裝置測量距離巖層的第一巖芯距離信號;隨后鉆機帶動取芯鉆頭鉆進到巖層的目標(biāo)深度,此時可通過測距裝置測量距離巖芯的第二巖芯距離信號;通過第一巖芯距離信號和第二巖芯距離信號可以計算得到巖芯的長度,進而打膠機構(gòu)能夠根據(jù)巖芯的長度輸出適量的膠水,出膠結(jié)構(gòu)接收膠水并將膠水涂覆到收納腔內(nèi)的巖芯上,待膠水在巖芯上凝固后能夠形成防護層。通過防護層能夠防止巖芯在取芯以及搬運過程中出現(xiàn)破損,提高了巖芯樣本的完整性。且本申請通過將測距裝置與注膠裝置相結(jié)合,能夠根據(jù)巖芯的長度控制出膠量,提高了膠水涂覆的均勻性并減少了膠水的浪費。附圖說明[0032] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案,下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。[0033] 在此描述的附圖僅用于解釋目的,而不意圖以任何方式來限制本發(fā)明公開的范圍。另外,圖中的各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的,用于幫助對本發(fā)明的理解,并不是具體限定本發(fā)明各部件的形狀和比例尺寸。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的教導(dǎo)下,可以根據(jù)具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來實施本發(fā)明。[0034] 圖1為所述巖芯鉆取裝置的一種剖視結(jié)構(gòu)示意圖;[0035] 圖2為所述取芯鉆頭的一種剖視結(jié)構(gòu)示意圖;[0036] 圖3為所述取芯鉆頭的一種立體結(jié)構(gòu)示意圖;[0037] 圖4為注膠裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖;[0038] 圖5為微機控制器的主視圖。[0039] 以上附圖的附圖標(biāo)記:[0040] 1、鉆機;11、外殼;12、鉆頭驅(qū)動裝置;13、齒輪傳動結(jié)構(gòu);131、驅(qū)動軸;132、從動齒輪;133、主動軸;134、主動齒輪;[0041] 2、取芯鉆頭;21、鉆筒;22、鉆齒;23、卡簧;24、防護殼;[0042] 3、注膠裝置;31、出膠結(jié)構(gòu);311、注膠釘;32、打膠機構(gòu);321、注膠筒;322、活塞;323、第一單向管路;3231、第一單向閥;324、儲膠筒;325、第二單向管路;3251、第二單向閥;

326、驅(qū)動器;327、引流蓋;

[0043] 4、測距裝置;41、紅外線電子測距儀;42、測距通孔;[0044] 5、微機控制器;51、主板;52、顯示器;53、內(nèi)存卡槽模塊;54、功能按鈕模塊;55、電源開關(guān)模塊。具體實施方式[0045] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護的范圍。[0046] 巖芯樣本是研究礦產(chǎn)及地質(zhì)信息的一種重要地質(zhì)資料。由于巖芯樣本大多需要在野外環(huán)境進行采集,為了高效地采集巖芯,研究人員多攜帶便攜式巖芯鉆機進行采集工作。但在鉆取巖芯過程中容易受到環(huán)境影響及人為因素的影響,巖芯樣本容易在鉆頭腔體內(nèi)發(fā)生碎裂,使得巖芯樣本缺乏完整性,碎裂的巖芯樣本會影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此,當(dāng)巖芯碎裂后需要研究人員重新鉆取巖芯樣品,這大大降低了巖芯樣本的采集效率。本申請?zhí)峁┝艘环N巖芯鉆取裝置主要用于提高巖芯樣本的完整性。

[0047] 請結(jié)合參閱圖1至圖5,本申請實施例中提供了一種巖芯鉆取裝置,包括:鉆機1;設(shè)置在所述鉆機1上的取芯鉆頭2,所述取芯鉆頭2具有用于容納巖芯的收納腔;注膠裝置3,所述注膠裝置3包括設(shè)置在所述收納腔中的出膠結(jié)構(gòu)31以及與所述出膠結(jié)構(gòu)31相連通的打膠機構(gòu)32;測距裝置4,所述測距裝置4用于獲取巖芯距離信號;微機控制器5,所述微機控制器5與所述打膠機構(gòu)32和所述測距裝置4電連接,所述微機控制器5接收所述巖芯距離信號輸出行程控制信號,所述打膠機構(gòu)32接收所述行程控制信號用于控制出膠量。

[0048] 整體上,所述巖芯鉆取裝置使用時,鉆機1帶動取芯鉆頭2抵靠在待取芯巖層上,此時可通過測距裝置4測量距離巖層的第一巖芯距離信號;隨后鉆機1帶動取芯鉆頭2鉆進到巖層的目標(biāo)深度,此時可通過測距裝置4測量距離巖芯的第二巖芯距離信號;通過第一巖芯距離信號和第二巖芯距離信號可以計算得到巖芯的長度,進而打膠機構(gòu)32能夠根據(jù)巖芯的長度輸出適量的膠水,出膠結(jié)構(gòu)31接收膠水并將膠水涂覆到收納腔內(nèi)的巖芯上,待膠水在巖芯上凝固后能夠形成防護層,進而對巖芯起到防護作用,防止巖芯出現(xiàn)碎裂,提高了巖芯的完整性。[0049] 其中,當(dāng)取芯鉆頭2鉆入巖層后,取芯鉆頭2的收納腔內(nèi)的巖芯較為完整,但是一經(jīng)提鉆進行取芯時,巖芯受到外力作用容易發(fā)生碎裂。因此,為了提高巖芯樣本的完整性,可在提鉆前使用注膠裝置3對巖芯樣本進行粘結(jié)。在野外進行鉆取巖芯樣本作業(yè)時,采樣人員可根據(jù)巖石的種類調(diào)節(jié)鉆取的巖芯樣本的長度,以使巖芯樣本具有更好地質(zhì)量。并且為了便于在野外采集巖芯樣本,所述鉆機1可采用便攜式鉆機。采用便攜式鉆機能夠鉆取的較小的巖芯樣本,進而降低了巖芯樣本的質(zhì)量,便于研究人員攜帶巖芯樣本。[0050] 具體的,請結(jié)合參閱圖1至圖5,所述巖芯鉆取裝置可以包括:鉆機1;取芯鉆頭2;注膠裝置3;測距裝置4;微機控制器5。[0051] 在本實施例中,參閱圖1、圖2和圖4,所述打膠機構(gòu)32包括:注膠筒321,所述注膠筒321包括具有出膠口的筒體以及可活動地穿設(shè)在所述筒體內(nèi)的活塞322,所述出膠口通過第一單向管路323與所述出膠結(jié)構(gòu)31相連通;儲膠筒324,所述儲膠筒324通過第二單向管路

325與所述注膠筒321相連通;驅(qū)動器326,所述驅(qū)動器326與所述微機控制器5電連接,所述驅(qū)動器326與所述活塞322相接,所述驅(qū)動器326接收所述行程控制信號,控制所述活塞322的運動行程。

[0052] 具體的,所述第一單向管路323上設(shè)有第一單向閥3231,通過所述第一單向閥3231使得注膠筒321內(nèi)的膠水只能通過第一單向管路323進入出膠結(jié)構(gòu)31中;所述第二單向管路325上設(shè)有第二單向閥3251,通過第二單向閥3251使得儲膠筒324內(nèi)的膠水只能通過第二單向管路325進入注膠筒321中。

[0053] 其中,所述驅(qū)動器326可采用立式電機,立式電機可通過推桿與活塞322相接用于帶動活塞322做往復(fù)運動。當(dāng)采用立式電機時,可在立式電機與微機控制器5之間可設(shè)置解碼器用于將所述行程控制信號轉(zhuǎn)化為立式電機的控制信號。當(dāng)然,操作人員還可將所述驅(qū)動器326設(shè)置為其他結(jié)構(gòu),這里不做限制。[0054] 當(dāng)打膠機構(gòu)32使用時,驅(qū)動器326接收微機控制器5發(fā)出的所述行程控制信號,可帶動所述活塞322在注膠筒321的筒體中做往復(fù)運動進而將膠水?dāng)D壓到出膠結(jié)構(gòu)31中。具體使用過程為:[0055] 當(dāng)活塞322擠壓注膠筒321內(nèi)的膠水時,由于第二單向閥3251的存在,筒注膠筒321內(nèi)的膠水不會回流進儲膠筒324,而是沿著第一單向管路323進入出膠結(jié)構(gòu)31中,通過出膠結(jié)構(gòu)31將膠水涂覆到巖芯上,實現(xiàn)出膠過程。[0056] 當(dāng)活塞322在注膠筒321內(nèi)復(fù)位時,由于第一單向閥3231的存在,出膠結(jié)構(gòu)31內(nèi)的膠水無法回流到注膠筒321中,使得注膠筒321內(nèi)會產(chǎn)生負壓,進而儲膠筒324內(nèi)的膠水被負壓吸引會沿第二單向管路325進入筒體內(nèi),實現(xiàn)補膠過程。[0057] 當(dāng)活塞322在注膠筒321內(nèi)往復(fù)運動時,能夠持續(xù)地將儲膠筒324內(nèi)的膠水輸送至出膠結(jié)構(gòu)31中,實現(xiàn)出膠過程。[0058] 在本實施例中,參閱圖3,所述出膠結(jié)構(gòu)31包括多個嵌設(shè)在所述取芯鉆頭2的內(nèi)壁上注膠釘311,所述注膠釘311繞所述取芯鉆頭2的轉(zhuǎn)動軸線均勻間隔排列設(shè)置,多個所述注膠釘311均與所述第一單向管路323相連通。通過均勻間隔設(shè)置的注膠釘311能夠?qū)⒛z水均勻地涂覆到巖芯上。其中,設(shè)計人員可根據(jù)需要調(diào)整注膠釘311的排列方式和設(shè)置數(shù)量,這里不做限制。[0059] 由于儲膠筒324內(nèi)的膠水容量有限,當(dāng)儲膠筒324內(nèi)的膠水使用完畢后需要補充膠水,在本實施例中,所述儲膠筒324與所述第二單向管路325之間設(shè)有引流蓋327,所述引流蓋327的一端與所述第二單向管路325相連通,所述引流蓋327的另一端與所述儲膠筒324通過螺紋相連接形成可拆卸結(jié)構(gòu)。[0060] 通過在儲膠筒324與第二單向管路325之間設(shè)置引流蓋327,當(dāng)儲膠筒324內(nèi)的膠水使用完畢后,能夠快速地更換儲膠筒324用以補充膠水。當(dāng)然,設(shè)計人員還可在儲膠筒324與第二單向管路325之間設(shè)置其他可拆卸連通結(jié)構(gòu),這里不做限制。[0061] 在本實施例中,所述微機控制器5包括鉆深計算模塊和膠水用量計算模塊,所述鉆深計算模塊接收所述巖芯距離信號輸出巖芯長度信號,所述膠水用量計算模塊接收所述巖芯長度信號輸出所述行程控制信號。[0062] 其中,參閱圖5,所述微機控制器5還可包括主板51以及設(shè)置在主板51上的顯示器52、內(nèi)存卡槽模塊53、功能按鈕模塊54和電源開關(guān)模塊55。電源開關(guān)模塊55用于控制主板51的電流。主板51可與鉆深計算模塊和膠水用量模塊電連接。所述顯示器52用于接收鉆深計算模塊的信號以顯示鉆深數(shù)據(jù),使得采樣人員能夠更加直觀地獲取采樣的深度信息,便于采樣人員控制巖芯的長度。

[0063] 研究人員采集巖芯樣品時,有時需要采集上百個巖芯樣品,但由于野外環(huán)境惡劣,研究人員無法及時地記錄各巖芯樣品的長度數(shù)據(jù)。因此,可在所述內(nèi)存卡槽模塊53中插入內(nèi)存卡用于記錄鉆深數(shù)據(jù)。當(dāng)取芯工作完成后,可取出內(nèi)存卡插入電腦進而讀取采集到的巖芯長度數(shù)據(jù)。通過使用內(nèi)側(cè)卡槽模塊能夠快速地記錄巖芯長度數(shù)據(jù),提高了巖芯采集效率。[0064] 可通過設(shè)置所述功能按鈕模塊54用于控制鉆機1,所述功能按鈕模塊54可包括4個功能按鈕,分別為開設(shè)鉆進按鈕、停止鉆進按鈕、預(yù)備膠水按鈕以及注射膠水按鈕。其中,所述功能按鈕模塊54使用時,取芯鉆頭2對準(zhǔn)巖層,按下開設(shè)鉆進按鈕,進而取芯鉆頭2開設(shè)鉆取巖芯;當(dāng)鉆進到設(shè)定深度時,按下停止鉆進按鈕,使取芯鉆頭2停止;隨后按下預(yù)備膠水按鈕,微機控制器5計算得出活塞322所需的運動行程;最后按下注射膠水按鈕,驅(qū)動器326帶動活塞322運動,將膠水?dāng)D壓到出膠結(jié)構(gòu)31中進而涂覆到巖芯上。當(dāng)然,設(shè)計人員還可根據(jù)需要調(diào)整功能按鈕模塊54的結(jié)構(gòu),這里不做限制。[0065] 在本實施例中,所述測距裝置4包括紅外線電子測距儀41,所述取芯鉆頭2靠近所述鉆機1的一端設(shè)有測距通孔42,所述紅外線電子測距儀41能夠發(fā)射測距光束,所述測距光束與所述取芯鉆頭2的轉(zhuǎn)動軸線相平行,所述測距光束穿過所述測距通孔42用于獲取所述巖芯距離信號。[0066] 具體的,所述紅外線電子測距儀41固定安裝在鉆機1上。其中,由于取芯鉆頭2工作時會高速旋轉(zhuǎn),因此可僅在取芯鉆頭2上開設(shè)一個測距通孔42,紅外線電子測距儀41發(fā)出的測距光束能夠規(guī)律性地穿過測距通孔42,進而實時測量取芯鉆頭2內(nèi)的巖芯距離。設(shè)計人員還可在取芯鉆頭2上設(shè)置其他的窗口結(jié)構(gòu)用于供測距光束穿過,這里不做限制。當(dāng)然,設(shè)計人員還可根據(jù)需要選擇其他的測距裝置4,這里以紅外線測距儀為例,其他裝置不做限制。[0067] 在本實施例中,所述鉆機1包括外殼11以及設(shè)置在外殼11內(nèi)的鉆頭驅(qū)動裝置12,所述鉆頭驅(qū)動裝置12與所述微機控制器5電連接,所述鉆頭驅(qū)動裝置12通過齒輪傳動結(jié)構(gòu)13與所述取芯鉆頭2相接。具體的,所述齒輪傳動結(jié)構(gòu)13包括可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在鉆機1上的驅(qū)動軸131,所述驅(qū)動軸131的一端與所述取芯鉆頭2相接,所述驅(qū)動軸131上設(shè)有從動齒輪132;所述鉆頭驅(qū)動裝置12上設(shè)有主動軸133,所述主動軸133上設(shè)有主動齒輪134,所述主動齒輪

134與所述從動齒輪132嚙合設(shè)置用于傳動。

[0068] 進一步地,為了便于采樣人員取出取芯鉆頭2內(nèi)的巖芯,設(shè)計人員可將取芯鉆頭2與鉆機1采用可拆卸結(jié)構(gòu)相接。當(dāng)取芯鉆頭2與鉆機1可拆卸連接時,可在第一單向管路323上設(shè)置一個可拆卸對接接頭。當(dāng)取芯鉆頭2與鉆機1分離時,則斷開對接接頭;當(dāng)取芯鉆頭2與鉆機1連接時,則通過對接接頭使第一單向管路連通。[0069] 具體的,取芯鉆頭2與鉆機1之間的可拆卸結(jié)構(gòu)使用現(xiàn)有技術(shù)中用于鉆頭與鉆機間的可拆卸連接結(jié)構(gòu),對接接頭使用現(xiàn)有技術(shù)中的用于管路間的可拆卸對接接頭,設(shè)計人員可根據(jù)需要合理選擇上述結(jié)構(gòu),這里不做限制。[0070] 在本實施例中,所述取芯鉆頭2包括鉆筒21以及設(shè)置在所述鉆筒21上的鉆齒22。所述鉆齒22可包括多個破巖小鉆齒22,多個破巖小鉆齒22間隔排列焊接在鉆筒21上。其中,為了保護鉆齒22,當(dāng)取芯鉆頭2不使用時,可在鉆齒22上罩設(shè)防護殼24。[0071] 由于巖芯具有較大重量,巖芯容易在自重影響下從收納腔中掉落,巖芯掉落后會受到撞擊容易產(chǎn)生破損。為了避免上述現(xiàn)象發(fā)生,在本實施例中,所述鉆筒21遠離所述鉆機1的一端設(shè)有卡簧23,所述卡簧23凸設(shè)在所述收納腔中用于防止巖芯掉落。當(dāng)取芯鉆頭2鉆進時,巖芯能夠順利通過卡簧23;而當(dāng)提鉆取芯時,通過卡簧23能夠?qū)r芯起到一定的夾持作用,進而能夠防止巖芯從收納腔中掉落。設(shè)計人員可根據(jù)需要合理地設(shè)置卡簧23的結(jié)構(gòu),這里不做限制。

[0072] 本申請所述巖芯鉆取裝置使用時,鉆機1帶動取芯鉆頭2抵靠在待取芯巖層上,此時可通過紅外線電子測距儀41測量距離巖層的第一巖芯距離信號;隨后鉆機1帶動取芯鉆頭2鉆進到巖層的目標(biāo)深度,此時可通過紅外線電子測距儀41測量距離巖芯的第二巖芯距離信號;隨后根據(jù)第一巖芯距離信號和第二巖芯距離信號通過微機控制器5中的鉆深計算模塊計算得到巖芯的長度,進而根據(jù)巖芯的長度,通過驅(qū)動器326帶動活塞322推送出適量的膠水,通過注膠釘311將膠水涂覆到收納腔內(nèi)的巖芯上,待膠水在巖芯上凝固后能夠形成防護層。[0073] 通過防護層能夠防止巖芯在取芯以及搬運過程中出現(xiàn)破損,提高了巖芯樣本的完整性。且本申請通過將紅外線電子測距儀41與驅(qū)動器326相結(jié)合,能夠根據(jù)不同巖芯的長度控制出膠量,提高了膠水涂覆的均勻性并減少了膠水的浪費。[0074] 一種利用前述實施例中的巖芯鉆取裝置的巖芯鉆取方法,包括如下步驟:將所述取芯鉆頭2抵靠到待取芯巖層上,通過測距裝置4獲取第一巖芯距離信號;通過所述鉆機1帶動所述取芯鉆頭2鉆取到巖層的目標(biāo)深度,通過測距裝置4獲取第二巖芯距離信號;所述微機控制器5接收所述第一巖芯距離信號和所述第二巖芯距離信號計算得出巖芯長度,根據(jù)巖芯長度計算得出所需的出膠量,再根據(jù)所述出膠量計算得到所述活塞322所需的運行行程,輸出所述行程控制信號;所述驅(qū)動器326接收所述行程控制信號,帶動所述活塞322運動,將所述注膠筒321內(nèi)的膠水?dāng)D壓到所述出膠結(jié)構(gòu)31中排出,進而使膠水包裹所述收納腔內(nèi)的巖芯;待膠水凝固后,取出所述取芯鉆頭2內(nèi)的巖芯得到巖芯樣本。[0075] 所述活塞322所需的運行行程的計算公式為:[0076] H活塞=ΠR巖芯2*(S1?S2)*(Π?2)/(4Πr二單向2)[0077] 具體的,所述運動行程的計算公式可通過下列計算公式推導(dǎo)出:[0078] S巖芯=S1?S2[0079] 膠水=ΠR巖芯2*S巖芯*(ΠR巖芯*R巖芯*S巖芯?2R巖芯2*S巖芯)/(2R巖芯*2R巖芯*S巖芯)[0080] =ΠR巖芯2*S巖芯*(Π?2)/4[0081] 由上式進一步可得到:[0082] 膠水=巖芯*(Π?2)/4=M巖芯/ρ巖芯*(Π?2)/4[0083] H活塞=膠水/(Πr二單向2)[0084] 式中:膠水為所需膠水體積,單位:立方米/m3;H活塞為活塞322需要移動的距離,單位:米/m;R巖芯為巖芯柱半徑,單位:米/m;S1為第一巖芯距離信號測得的長度,S2為第二巖芯距離信號測得的長度,S巖芯為巖芯長度,單位:米/m;r二單向為第二單向管路325的半徑,單位:3

米/m;M巖芯為巖芯質(zhì)量,單位:Kg;ρ巖芯為巖芯密度,單位:Kg/m ;巖芯為巖芯體積,單位:立方

3

米/m。

[0085] 所述膠水可選用速干膠水。所述速干膠水的質(zhì)量組成配比為:14%?50%云石膠、36%?59%聚醋酸乙烯膠粘劑、5%?15%苯乙烯、5%?15%丙烯酸酯、2.5?4.5%水以及2.5?

3.5%碳黑。其中,所述聚醋酸乙烯膠粘劑為快干型,聚合度為550。

[0086] 所述速干膠水可按如下步驟制備:[0087] (1)可采用50kg型攪拌機,攪拌機的轉(zhuǎn)速≤85r/min,攪拌機的加熱溫度為40℃?75℃;[0088] (2)向攪拌機中加入水2.5wt%?4.5wt%,碳黑2.5wt%?3.5wt%;[0089] (3)向攪拌機中加入聚醋酸乙烯膠粘劑36wt%?59wt%、苯乙烯5wt%?15wt%以及丙烯酸酯5wt%?15wt%;[0090] (4)持續(xù)攪拌1.5h?2.0h,然后停機1.5h?1.8h,再開機運行連續(xù)均勻攪拌2.5h?3.6h即可得到所述速干膠水。

[0091] 通過多次模擬實驗可獲得速干膠水使用量與巖芯碎裂程度間的對應(yīng)數(shù)量關(guān)系,進而通過所述對應(yīng)數(shù)量關(guān)系能夠根據(jù)不同的巖芯樣本確定膠水的最佳使用量。[0092] 其中,實驗人員通過在不同巖芯樣本上注入不同的用量的膠水進行模擬實驗得出如下結(jié)論:[0093] 當(dāng)膠水用量大于巖芯樣品體積的5.3%時,膠水能夠固結(jié)在巖芯樣品上起到防護作用,能夠降低巖芯樣品的碎裂程度,且隨著膠水用量的增多,膠水對巖芯樣本的防護作用也隨之顯著提高;[0094] 當(dāng)膠水用量大于巖芯樣品體積的19.7%時,膠水能夠?qū)r芯樣品起到較好的防護作用,使巖芯樣本的碎裂程度顯著降低,且隨著膠水用量的增多,膠水對巖芯樣品的防護性能不再隨著膠水用量的增多而明顯地提高。[0095] 本發(fā)明通過使用所述巖芯鉆取裝置及活塞行程公式H活塞=ΠR巖芯2*(S1?S2)*(Π?2

2)/(4Πr二單向),能夠根據(jù)不同巖芯的長度自動控制出膠量,使得出膠量能夠略大于巖芯樣品體積的19.7%,進而膠水能夠?qū)r芯起到最佳的防護作用,避免了人工操作過程中出膠量人為確定所帶來的膠水用量不足或膠水浪費的情況。

[0096] 當(dāng)然,在實際使用過程中,為了使膠水對巖芯樣品起到最佳的防護效果,使用人員還需要考慮如下情況以確定膠水使用量:膠水的使用量需要大于巖芯樣品體積的19.7%,以使膠水能夠起到充分地防護作用;可根據(jù)速干膠水的用量及巖芯碎裂程度間的對應(yīng)數(shù)量關(guān)系確定膠水的最佳用量;需要考慮到隨機誤差及人為誤差,在滿足前述條件下可進一步增加膠水的使用量,用以避免誤差導(dǎo)致的膠水用量不足情況;可根據(jù)巖芯樣品形狀的特殊性以及不同巖層中的孔隙度情況,增加膠水的用量,防止膠水用量出現(xiàn)不足情況;需要考慮膠水揮發(fā)帶來的誤差。當(dāng)然,使用人員還可根據(jù)其他情況調(diào)整膠水使用量,這里不做限制。[0097] 披露的所有文章和參考資料,包括專利申請和出版物,出于各種目的通過援引結(jié)合于此。描述組合的術(shù)語“基本由…構(gòu)成”應(yīng)該包括所確定的元件、成分、部件或步驟以及實質(zhì)上沒有影響該組合的基本新穎特征的其他元件、成分、部件或步驟。使用術(shù)語“包含”或“包括”來描述這里的元件、成分、部件或步驟的組合也想到了基本由這些元件、成分、部件或步驟構(gòu)成的實施方式。這里通過使用術(shù)語“可以”,旨在說明“可以”包括的所描述的任何屬性都是可選的。多個元件、成分、部件或步驟能夠由單個集成元件、成分、部件或步驟來提供。另選地,單個集成元件、成分、部件或步驟可以被分成分離的多個元件、成分、部件或步驟。用來描述元件、成分、部件或步驟的公開“一”或“一個”并不說為了排除其他的元件、成分、部件或步驟。[0098] 本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述,每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處,各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點,其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施,并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。



聲明:
“巖芯鉆取裝置及巖芯鉆取方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究,如用于商業(yè)用途,請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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