专利名称：深海硬岩保真取芯器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可以应用于现有各种深海底岩取芯钻机的深海硬岩保真取芯器。
背景技术：
目前深海钻机或取芯器一般都不能实现在与深海原位基本相同的压力和温度条件下对所取岩芯进行保存(即不具备保真储芯功能)，当岩芯取回实验室后，其吸附的生物和化学成份发生了变化，故对这种岩芯所做的一些生化实验和测试数据将是不精确的。200310107888.0公开了一种带预进给和预定位装置的深海取芯器。主要由取芯钻机和预进给预定位装置组成。取芯钻机与推进面板连接固定，预推进液压缸的活塞通过耳环与推进面板连接，利用两个平行安装的预推进液压缸代替机构复杂的机械手臂。该取芯器不带岩芯保真储存功能。200420036287.5公开了我们申请的“一种深海自动更换岩芯内管多点取芯钻机”，是在机架的上部框架内安装有将已钻取岩芯的岩芯内管取出并换入一根空岩芯内管的换内管机构，其钻机的钻进取芯机构包括为钻具提供钻进压力的推进机构，贯通式液压钻进动力机构及其补偿与稳杆机构，贯通式钻进动力头上设有下端连接钻具的岩芯外套管和钻头、上端供插拔更换岩芯内管的空心通轴、通过齿轮驱动通轴旋转的旁置式液压马达，推动动力头使其推进导轨沿补偿机架内滑槽钻进和提钻的推进油缸，推进滑架、滑轨架等结构。它实现了多点取芯，但仍不具备保真储芯功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备对所取岩芯在保持深海原位基本相同的压力和温度条件下进行转移和储存功能的深海硬岩保真取芯器，实现对岩芯及所吸附的生物和化学成份的更加精确的分析和测试；其体积小、重量轻、结构简单，可以在现有各种深海岩芯取样钻机上应用，且改装工作量小、成本低廉。
本发明的技术方案是包括由密封充油箱体及其内部安装的主动齿轮轴、从动齿轮轴、轴承、密封件组成的贯通式钻进动力头、贯通式钻进动力头下部与从动齿轮轴相连接的岩芯外管、由岩芯内管、内管短接、岩芯卡簧、卡簧座构成的取芯组件通过从动齿轮轴中心通孔的上部插入贯通式钻进动力头及岩芯外管中，岩芯外管下部连接的切取岩芯的钻头、贯通式钻进动力头通过推进滑板固定在滑轨架上并在推进油缸作用下可沿滑轨架上下移动，为钻头提供压力冲洗水的水泵及供水管与贯通式钻进动力头上的旋转给水装置连通，其特征在于在贯通式钻进动力头上部设有一个保真储芯装置，所述保真储芯装置的中间是保存岩芯的储芯管，储芯管的顶部及下部各设有一个高压阀门，其中下部与贯通式钻进动力头连接的高压阀门的内径大于或等于岩芯内管内径，在高压阀门开启状态下储芯管与岩芯内管上端通过下部高压阀门直通连接，储芯管外部管壁上设有保温装置，其内部通过高压管道与外置的保压装置连通，在钻头下面设有可移动式钻头密封垫板，密封垫板中心垂直处装有一根外径略小于岩芯内管内径的岩芯释放顶针，密封垫板下部装有将密封垫板移送至钻头正下方或从钻头正下方移开的已有技术中的移送动力机构，移送动力机构可以与密封垫板下部直接连接，也可以在密封垫板下部装上一个转动轴承，通过转动轴承与已有技术中的移送机构连接。当密封垫板及岩芯释放顶针移送至钻头正下方时，使贯通式钻进动力头及其上固定连接的岩芯外管和内管、钻头等沿滑轨架向下移动，岩芯释放顶针将岩芯从岩芯卡簧中顶入岩芯内管内，钻头与密封垫板顶紧密封，开启保真储芯装置上的两个高压阀门，与水泵连通的压力冲洗水通过岩芯内管向上流出，通过水流作用将岩芯内管里的岩芯送入与岩芯内管直通的储芯管内。
所述输送岩芯的压力水的水泵是与贯通式钻进动力头上的旋转给水装置连通的钻头冲洗水泵。
所述输送岩芯的压力水的水泵也可以为另一台水泵，并在岩芯释放顶针上开有开孔，开孔与输送岩芯的压力水的水泵连通。
所述保压装置可为常用的气囊式或弹簧式保压装置；也可以为弹簧加活塞的保压装置，保压装置的功能是在本取芯器从海底回收的过程中，对保真储芯装置内部可能的压力变化进行补偿，以保持储芯管内的压力与海底原位的压力基本相同。储芯管内的压力变化可以因密封不严产生微量泄露或外压变化下管壁的微小形变等原因造成。
所述弹簧加活塞的保压装置是在高压缸筒内装有活塞，活塞一端设有弹簧且缸筒内充有高压惰性气体、其缸筒的一端设有充放惰性气体的充气阀，高压缸筒另一端设有与储芯管连通的高压管。缸筒内所充惰性气体的压力应小于或等于海底原位的水压力，最好略小于海底原位的水压力，弹簧与惰性气体对活塞总的作用力应等于活塞另一面水压力对活塞的作用力。
所述保温装置是按已有技术在储芯管外部包裹保温材料或在其外部包裹保温材料、内部设有恒温调节装置。以确保岩芯回收上船后短期内储芯管内部的温度与海底原位的温度相同或近似。
所述移送动力机构是已有技术的电机传送机构或液压传送机构。
硬岩保真取芯器的取样方法，包括以下步骤(1)关闭保真储芯装置的二个高压阀门，移送动力机构将密封垫板及岩芯释放顶针从钻头正下方移开，开动贯通式钻进动力头上的旋转动力装置和推进油缸、带动钻头旋转并沿滑轨架下移、伸入海底岩层切取岩芯，同时打开为钻头提供压力冲洗水的水泵冲洗钻头；(2)钻进取芯过程结束后，贯通式钻进动力头和钻具沿滑轨架上移回到原位。将保真储芯装置上、下2个高压阀门开启，将钻头密封垫板及岩芯释放顶针移至钻头正下方，此时钻进动力头下降，岩芯释放顶针将岩芯从岩芯卡簧中顶入岩芯内管内，使之呈可自由移动状态；同时钻头端面顶紧钻头密封垫板；(3)水泵继续送水，由于钻头唇面与密封垫板接触顶紧并密封，迫使冲洗水只能从岩芯内管中向上流出，利用水流将岩芯送入与岩芯内管直通连接的储芯管内。
本发明专利的优点是能实现保存在储芯管内的岩芯的温度与压力在取芯器从海底回收过程中及回收上船后短期内与深海原位的温度与压力基本相同，使对岩芯的分析测试的数据更精确，使科学研究工作更加准确；所取得的裸岩芯样品便于在勘探船上或实验室进行样品转移、取用或直接分析、测试，减少勘探船上或实验室中样品转移和取出设备的设计难度与成本；它体积小、重量轻、结构简单，便于在各种深海底岩芯取样钻机上应用，改装工作量很小，成本低。
图1为实施例1结构示意图；图2为图1中A部分结构示意图；图3为实施例2结构示意图；图4为图2中A部分结构示意图。
具体实施例方式
实施例1结合附图1和2
本实施例与已有技术相同的有由密封充油箱体5及其内部安装的主动齿轮轴6和从动齿轮轴11和轴承7、密封件10等部件组成的贯通式钻进动力头由动力装置4驱动旋转，从动齿轮轴11具有中心通孔，设在贯通式钻进动力头下部的岩芯外管14与从动齿轮轴11相连接，并由从动齿轮轴带动旋转，钻头20通过螺纹连接于岩芯外管下部，并由岩芯外管14带动旋转，由岩芯内管16、内管短接17、岩芯卡簧19、卡簧座18构成的取芯组件通过从动齿轮轴11中心通孔的上部插入贯通式钻进动力头及岩芯外管中，并与从动齿轮轴中心通孔之间通过密封圈10密封，贯通式钻进动力头通过推进滑板30固定在滑轨架31上并在推进油缸29作用下可沿滑轨架上下移动，为钻头提供压力冲洗水的水泵24及供水管12与贯通式钻进动力头上的旋转给水装置13连通。本实施例的发明点是在贯通式钻进动力头上部设有一个保真储芯装置，所述保真储芯装置的中间是保存岩芯的储芯管2，储芯管的顶部及下部各设有一个高压阀门1和3，其中下部与贯通式钻进动力头连接的高压阀门3的内径大于或等于岩芯内管内径，在高压阀门开启状态下，保真储芯装置与岩芯内管上端直通连接，储芯管外部管壁上设有保温装置9，其内部通过高压管道与外置的保压装置连通，本实施例的保压装置是在高压缸筒23内装有活塞，活塞一端设有弹簧26，缸筒内充有高压惰性气体、其缸筒上端部设有充放惰性气体的充气阀27，高压缸筒另一端设有与储芯管连通的高压管8。缸筒内所充惰性气体的压力应小于等于海底原位的水压力，最好略小于海底原位的水压力，弹簧与惰性气体对活塞总的作用力应等于活塞另一面水压力对活塞的作用力。
在钻头下面设有可移开式钻头密封垫板21，密封垫板中心垂直处装有一根外径略小于岩芯内管内径的岩芯释放顶针22，密封垫板下部与已有技术的移送机构15连接，本实施例是采用已有技术的液压传送机械，在钻取岩芯之后，钻头密封垫板21及岩芯释放顶针22移至钻头20正下方，使贯通式钻进动力头及其上固定连接的岩芯外管和内管、钻头等沿滑轨架31向下移动，岩芯释放顶针22将岩芯从岩芯卡簧19中顶入岩芯内管16内，使之呈可自由移动状态；同时钻头20唇面与密封垫板21接触顶紧并密封。此时将储芯管顶部及下部的两个高压阀门1和3开启，然后通过水泵24继续向冲洗给水装置13送水，压力水经过岩芯外管14和岩芯内管16之间的环状间隙到达钻头20后，由于钻头20唇面与密封垫板21接触顶紧并密封，迫使冲洗水只能从岩芯内管16中向上流出，水流将岩芯送入与岩芯内管直通的储芯管。由于储芯管上高压阀门1在开启状态时不能容许岩芯通过，故岩芯最终留在储芯管内。在继续通水的条件下关闭上下高压阀门3和1，则可以使岩芯实现保真储存。
实施例2结合附图3和4与实施例1不同有是本实施例设有二台水泵，其中一台24-1是为钻头提供压力冲洗水的水泵及供水管。另外加设有一台输送水泵24-2，输送水泵通过水管与岩芯释放顶针22上的开孔28连通，在将保真储芯装置上下两高压阀门1和3开启后，水泵24-2通过岩芯释放顶针22上的开孔向岩芯内管16内部直接送水，水流将岩芯送入与岩芯内管直通的储芯管，实现对岩芯进行保真储存。
权利要求
1.一种深海硬岩保真取芯器，包括由密封充油箱体及其内部安装的主动齿轮轴、从动齿轮轴、轴承、密封件组成的贯通式钻进动力头、贯通式钻进动力头下部与从动齿轮轴相连接的岩芯外管、由岩芯内管、内管短接、岩芯卡簧、卡簧座构成的取芯组件通过从动齿轮轴中心通孔的上部插入贯通式钻进动力头及岩芯外管中，岩芯外管下部连接的切取岩芯的钻头、贯通式钻进动力头通过推进滑板固定在滑轨架上并在推进油缸作用下沿滑轨架上下移动，为钻头提供压力冲洗水的水泵及供水管与贯通式钻进动力头上的旋转给水装置连通，其特征在于在贯通式钻进动力头上部设有一个保真储芯装置，所述保真储芯装置的中间是保存岩芯的储芯管，储芯管的顶部及下部各设有一个高压阀门，其中下部与贯通式钻进动力头连接的高压阀门的内径大于或等于岩芯内管内径，在高压阀门开启状态下储芯管与岩芯内管上端通过下部高压阀门直通连接，储芯管外部管壁上设有保温装置，其内部通过高压管道与外置的保压装置连通，在钻头下面设有可移动式钻头密封垫板，密封垫板中心垂直处装有一根外径略小于岩芯内管内径的岩芯释放顶针，密封垫板下部装有将密封垫板移送至钻头正下方或从钻头正下方移开的移送动力机构，当密封垫板及岩芯释放顶针移送至钻头正下方时，岩芯释放顶针将岩芯从岩芯卡簧中顶入岩芯内管内，钻头与密封垫板顶紧密封，与水泵连通的压力冲洗水通过岩芯内管向上流出，将岩芯内管里的岩芯送入与岩芯内管直通的储芯管内。
2.根据权利要求1所述的硬岩保真取芯器，其特征在于所述输送岩芯的压力水的水泵是与贯通式钻进动力头上的旋转给水装置连通的钻头冲洗水泵。
3.根据权利要求1所述的硬岩保真取芯器，其特征在于岩芯释放顶针上开有开孔，所述输送岩芯的压力水泵是与岩芯释放顶针上的开孔连通的一台水泵。
4.根据权利要求1所述的硬岩保真取芯器，其特征在于所述保压装置是在高压缸筒内装有活塞、活塞一端设有弹簧、该端缸筒内充高压惰性气体、该端缸筒端部设有可进行惰性气体充放的充气阀，高压缸筒另一端设有与储芯管连通的高压管。
5.一种硬岩保真取芯器的保真取芯方法，其特征在于包括以下步骤(1)关闭保真储芯装置的二个高压阀门，移送动力机构将密封垫板及岩芯释放顶针从钻头正下方移开，开动贯通式钻进动力头上的旋转动力装置和推进油缸、带动钻头旋转并沿滑轨架下移、伸入海底岩层切取岩芯，同时打开为钻头提供压力冲洗水的水泵冲洗钻头；(2)钻进取芯过程结束后，贯通式钻进动力头和钻具沿滑轨架上移回到原位。将保真储芯装置上、下2个高压阀门开启，将钻头密封垫板及岩芯释放顶针移至钻头正下方，此时钻进动力头下降，岩芯释放顶针将岩芯从岩芯卡簧中顶入岩芯内管内，使之呈可自由移动状态；同时钻头端面顶紧钻头密封垫板；(3)水泵继续送水，由于钻头唇面与密封垫板接触顶紧并密封，迫使冲洗水只能从岩芯内管中向上流出，利用水流将岩芯送入与岩芯内管直通连接的储芯管内。
全文摘要
本发明公开了一种深海硬岩保真取芯器。在贯通式钻进动力头上部设有一个保真储芯装置，在高压阀门开启状态下保真储芯装置中的储芯管与岩芯内管上端直通连接，储芯管上设有保温装置并通过高压管道与外置的保压装置连通，在钻头下面设有可移动的钻头密封垫板，在垫板中心垂直处装有一根岩芯释放顶针，密封垫板下部装有移送动力机构，当密封垫板及岩芯释放顶针移送至钻头正下方时，顶针将岩芯从岩芯卡簧中顶入岩芯内管内，钻头与密封垫板密封，与水泵连通的压力水通过岩芯内管向上流出并将岩芯输送到储芯管内，实现岩芯在原海底温度与压力基本相同条件下贮存。
文档编号G01N1/08GK1948940SQ20061003236
公开日2007年4月18日 申请日期2006年9月30日 优先权日2006年9月30日
发明者黄筱军, 万步炎, 钱鑫炎 申请人:长沙矿山研究院