深部岩石原位主动保温取芯装置及其保温取芯方法与流程

本发明属于科学钻探技术领域，尤其涉及一种深部岩石原位主动保温取芯装置及其保温取芯方法。

背景技术：

随着世界经济的迅速发展，地球浅部资源逐渐枯竭，资源开发逐渐走向地球深部。目前，煤炭开采深度已达1500m，地热开采深度超过3000m，有色金属矿开采深度超过4350m，油气资源开采深度达7500m，未来深部资源开采将成为常态。探索和发展深部原位岩石力学理论与测试技术是实现向深部开采的重要基础和关键支撑，而取得原位主动保温岩心是一项基本前提。

国内已经开展了大量的科学钻探研究，但原位主动保温取芯技术少有涉及，只在天然气水合物(软岩)钻探领域有所报道，而其余保真取芯器几乎不能主动保温。与海底沉积物相比，深部岩层岩芯往往处于高温状态，保温取芯技术的目的是防止岩芯温度降低，而海底沉积物保真取芯则恰好相反，因此已有的保温技术不能直接适用于深部岩层。目前，深部岩层原位主动保温取芯技术仍处于空白，亟需探索能够适用于深部岩层的原位主动温取芯方法，为建立深部原位岩石力学理论提供坚实基础。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于提供一种深部岩石原位主动保温取芯装置及其保温取芯方法，旨在解决现有技术无法做到深地岩石原位主动保温取芯，对探知深地环境、研究深部岩体力学行为造成不利的问题。

本发明实施例是这样实现的，提供一种深部岩石原位主动保温取芯装置，该装置包括原位取芯系统和原位保真移位系统，所述原位取芯系统包括驱动模块、取芯模块以及保温模块，所述原位保真移位系统包括保真舱储存模块和机械手臂；

所述保温模块包括取芯保真舱和温度调节控制系统，所述温度调节控制系统集成于所述取芯保真舱内，所述保真舱储存模块包括存储保真舱和温度平衡控制系统，温度平衡控制系统集成于所述存储保真舱内，所述机械手臂安装于所述存储保真舱内，所述取芯保真舱与所述存储保真舱相互对接；

所述驱动模块驱动所述取芯模块提取地层原位温度的岩芯，所述取芯模块将提取的岩芯输送至所述取芯保真舱内，并通过所述温度调节控制系统监测地层原位温度，并调节取芯过程中所述取芯保真舱内岩芯温度与地层原位温度保持一致，所述温度平衡控制系统调节所述存储保真舱内温度与取芯保真舱内温度保持一致，并且通过所述机械手臂将所述岩芯移动至所述存储保真舱内。

进一步地，所述驱动模块为液压马达。

进一步地，所述取芯模块包括钻具、钻头、卡爪以及中心杆，所述驱动模块驱动所述钻具旋转，所述钻头安装在所述钻具的下端，所述卡爪安装在钻具的下端内部，所述中心杆连接所述取芯保真舱，并带动所述取芯保真舱在所述钻具内沿钻具的长度方向移动。

进一步地，所述取芯保真舱为可保持岩芯地层原始温度的保温筒。

进一步地，所述原位保真移位系统还包括保真控制器，所述取芯保真舱与所述存储保真舱之间通过所述保真控制器相互对接。

本发明实施例还提供了一种如上所述的深部岩石原位主动保温取芯装置的保温取芯方法，该深部岩石原位主动保温取芯装置的保温取芯方法包括如下步骤：

首先，通过所述驱动模块驱动所述取芯模块提取地层原始温度的岩芯，接着，所述取芯模块将提取的岩芯输送至所述取芯保真舱内，并通过所述温度调节控制系统调节所述取芯保真舱内的岩芯温度与岩芯地层原始温度相一致，然后通过所述机械手臂将所述取芯保真舱内的岩芯移动至所述存储保真舱内储存，同时，所述温度平衡控制系统调节所述存储保真舱内温度与取芯保真舱内温度相同，实现提取岩芯至岩芯保存全过程中岩芯温度与原位温度一致。

本发明实施例与现有技术相比，有益效果在于：本发明通过原位取芯系统实时监测岩芯原位温度，并能够保证取芯过程中取芯保真舱内岩芯温度与地层原位温度保持一致；通过原位保真移位系统将岩芯从取芯保真舱内移位至存储保真舱内，并能够保证取芯至岩芯保持过程中岩芯温度与原位温度保持一致，以实现取芯至岩芯保存过程中岩芯温度与原位温度始终保持一致，并且可以长期储存。

附图说明

图1是本发明实施例提供的深部岩石原位主动保温取芯装置中的原位取芯系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的深部岩石原位主动保温取芯装置中的原位保真移位系统与取芯保真舱对接的结构示意图。

在附图中，各附图标记表示：

1、驱动模块；2、保真控制器；3、机械手臂；4、取芯保真舱；5、存储保真舱；6、钻具；7、钻头；8、卡爪；9、中心杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1与图2所示，是本发明实施例提供的一种深部岩石原位主动保温取芯装置。该深部岩石原位主动保温取芯装置包括原位取芯系统和原位保真移位系统，原位取芯系统包括驱动模块1、取芯模块以及保温模块，原位保真移位系统包括保真控制器2、保真舱储存模块以及机械手臂3。其中，保温模块包括取芯保真舱4和温度调节控制系统，温度调节控制系统集成于取芯保真舱内，保真舱储存模块包括存储保真舱5和温度平衡控制系统，温度平衡控制系统集成于存储保真舱5内，机械手臂3安装于存储保真舱5内，取芯保真舱4与存储保真舱5之间通过保真控制器2相互对接。

上述实施例中，驱动模块驱动取芯模块提取地层原位温度的岩芯，取芯模块将提取的岩芯输送至取芯保真舱4内，并通过温度调节控制系统监测地层原位温度，并调节取芯过程中取芯保真舱4内岩芯温度与地层原位温度保持一致，温度平衡控制系统调节存储保真舱5内温度与取芯保真舱4内温度保持一致，并且通过机械手臂3将取芯保真舱4内的岩芯通过保真控制器2移动至存储保真舱5内。

上述实施例中，取芯保真舱4为保温筒，可保持岩芯地层原始温度。驱动模块1为液压马达，取芯模块包括钻具6、钻头7、卡爪8以及中心杆9，驱动模块1中的液压马达驱动钻具6旋转，钻头7安装在钻具6的下端，以带动钻头7钻取岩芯。卡爪8安装在钻具6的下端内部，利用卡爪8抓紧岩芯。中心杆9连接取芯保真舱4，并带动取芯保真舱4在钻具6内沿钻具6的长度方向移动。

本发明实施例还提供了一种上述的深部岩石原位主动保温取芯装置的保温取芯方法，该深部岩石原位主动保温取芯装置的保温取芯方法包括如下步骤：

开始取芯前，需在地面上进行取芯钻机的前序准备工作，安装剪力销钉，完成钻机的安装工作，通过绳索管线，向钻机通入压力钻井液，钻井液进入驱动模块，通过驱动模块1驱动取芯模块上的钻头7开始切割岩石，实现钻进提取地层原始温度的岩芯，当所取岩芯达到预定设计的长度时，利用钻具6内的卡爪8抓紧岩芯，接着，取芯模块上的中心杆9向上提拉，由于岩芯不能抵抗较大的拉力，岩芯会在卡爪8处被拉断，断裂的岩芯继续上行输送至取芯保真舱4内，通过温度调节控制系统调节取芯保真舱4内的岩芯温度与岩芯地层原始温度相一致。

岩芯进入取芯保真舱4后，将取芯保真舱4拆卸后，通过原位保真移位系统中的保真控制器2实现取芯保真舱4与存储保真舱5智能对接，在对接完成后，通过机械手臂3将取芯保真舱4内的岩芯通过保真控制器2移动至存储保真舱5内储存，同时，利用温度平衡控制系统调节存储保真舱5内温度与取芯保真舱4内温度相同，以实现岩芯移位至存储保真舱5过程中岩芯温度与原位温度保持一致。

综上所述，本发明通过原位取芯系统实时监测岩芯原位温度，并能够保证取芯过程中取芯保真舱4内岩芯温度与地层原位温度保持一致；通过原位保真移位系统将岩芯从取芯保真舱4内移位至存储保真舱5内，并能够保证取芯至岩芯保持过程中岩芯温度与原位温度保持一致，以实现取芯至岩芯保存过程中岩芯温度与原位温度始终保持一致，并且可以长期储存。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。