CN109555493A - 保真取芯装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种保真取芯装置，包括外筒和保真舱，所述保真舱设置于所述外筒的中空腔体内，所述外筒用于钻取岩芯，所述保真舱用于容置所述岩芯，所述外筒内设有第一储液器和第二储液器，所述第一储液器和所述第二储液器通过管道与所述保真舱连接，所述第一储液器内储存有A液，所述第二储液器内设有B液，所述A液和所述B液在所述保真舱内混合而发生传质作用，进而产生相变，并在所述岩芯的四周表面形成一层保护膜，所述保护膜使得所述岩芯与外界环境隔离。通过设置保真舱，第一储液器内的A液和第二储液器内的B液可以在保真舱内的岩芯的四周表面混合而发生传质作用，形成保护膜而隔绝外界环境，达到保质、保湿和保光的效果。

Description

保真取芯装置

技术领域

本发明属于地质探测技术领域，尤其涉及一种保真取芯装置。

背景技术

目前在国内外深钻获取的“普通岩芯”释放了压力、温度、孔隙水等成份，已严重失真，已与所处深部原位环境无关。采用普通岩芯进行科学研究会导致以下四个方面的问题：1)无效岩芯(由于应力释放，到地面已破碎)；2)油气资源的储量评估失真，测不准算不准；3)深部岩层可能存在的生命体(微生物、病毒等)消亡；4)测不到不同深度真实状态的岩层物理力学参数。

其中，保质、保湿、保光是亟待解决的一大难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种保真取芯装置，能实现保真取芯，特别是实现保质、保湿、保光效果。

为实现本发明的目的，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供一种保真取芯装置，包括外筒和保真舱，所述保真舱设置于所述外筒的中空腔体内，所述外筒用于钻取岩芯，所述保真舱用于容置所述岩芯，所述外筒内设有第一储液器和第二储液器，所述第一储液器和所述第二储液器通过管道与所述保真舱连接，所述第一储液器内储存有A液，所述第二储液器内设有B液，所述A液和所述B液在所述保真舱内混合而发生传质作用，进而产生相变，并在所述岩芯的四周表面形成一层保护膜，所述保护膜使得所述岩芯与外界环境隔离。

其中，所述A液为滴水成膜剂，所述B液为溶液，所述A液中的溶剂更溶于所述B液，以把所述A液中的溶质分离出来，所述A液和所述B液混合并固化成膜，形成一层包裹所述岩芯的密封膜。

其中，所述保真舱的侧壁的内部设有流道，所述流道上设有联通所述保真舱的腔体的多个壁孔，所述第一储液器和所述第二储液器均与所述流道联通，所述A液和所述B液通过所述流道和所述壁孔进入所述保真舱内。

其中，所述多个壁孔均匀分布在所述保真舱的四周侧壁上。

其中，所述保真舱的顶壁上还设有进液口，所述进液口联通所述流道和所述第一储液器和所述第二储液器的管道。

其中，所述进液口上设有第一控制阀，所述第二储液器与所述进液口连接的管道上还设有第二控制阀，所述第一控制阀和所述第二控制阀依次打开，且两者不同时打开。

其中，所述保真取芯装置还包括处理单元，所述处理单元与所述第一控制阀和所述第二控制阀电连接，所述处理单元用于控制所述第一控制阀和所述第二控制阀的开闭。

其中，所述外筒上还设有封闭件，所述封闭件上设有弹片，当所述保真舱完全进入所述外筒的中空腔体内后，所述弹片驱动所述封闭件弹出，使得所述封闭件封闭所述外筒的中空腔体的空间呈封闭空间。

其中，所述保真舱的内壁设有石墨烯的层结构，用于减小所述岩芯与所述保真舱的内壁之间的摩擦。

其中，所述保真取芯装置还包括内筒，所述内筒设置于所述外筒的中空腔体内，所述保真舱为筒体结构并设置于所述内筒的中空腔体内，或者，所述保真舱为所述内筒的中空腔体的空间。

本发明提供的一种保真取芯装置，通过设置保真舱，并在外筒内设置第一储液器和第二储液器，第一储液器内的A液和第二储液器内的B液可以在保真舱内的岩芯的四周表面混合而发生传质作用，形成保护膜而隔绝外界环境，达到保质、保湿和保光的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种实施例的保真取芯装置的结构的剖面结构的模块化的示意图；

图2是一种实施例的的保真取芯装置的剖面结构示意图。

图3是一种实施例的封闭件的结构示意图；

图4是一种实施例的内筒的结构示意图；

图5是一种实施例的保真取芯的控制部分的示意图。

具体实施例

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，本发明实施例提供一种保真取芯装置，包括外筒10、内筒20和保真舱30，内筒20容置于外筒10的中空腔体内，保真舱30设于内筒20内。

请结合图1和图2，外筒10的端部设有钻头11，钻头11用于掘进土壤或岩石内部，并获得岩芯。内筒20上与外筒10同侧的端部也可以设置钻头，用于对外筒10钻探获得的岩芯进行精细切削加工，使得岩芯形成预设的形状，如圆柱形，从而可以被保真舱30收纳。外筒10和内筒20可以相对的移动，移动方向为沿外筒10的轴向，使得外筒10和内筒20的钻头可以在不同的时间进行切削，加快取芯效率。为了使得钻头11的钻削温度保持在正常范围，在外筒10和内筒20之间的间隙内还可设有冷却液流道，用于对钻头11进行冷却。

本发明实施例所提供的保真取芯装置的目的是为了获得和土壤或者岩石等原位置的实际环境相同的岩芯，从而可以为后续研究该处土壤或者岩石的性质提供依据。基于对本发明实施例提供的保真取芯装置所获得的岩芯的研究，可以应用于油气资源探测、地质结构分析、深部微生物研究等领域。

进一步而言，本发明实施例提供的保真取芯装置的“保真”可以包括保温、保压、保质、保湿或保光等，即获得的岩芯可以与取芯的原位置的土壤或岩石的温度、压力、成分、湿度或光通量一致。

请参考图1，保真舱30可以为内筒20自身的中空腔体的空间，也可以为一个独立的筒体结构设置在内筒20的中空腔体内，该筒体结构具有腔体可容纳岩芯。

一种实施例中，请参考图1和图2，保真舱30整体设置在外筒10内，在外筒10上可设封闭件3，取芯过程中，封闭件3打开以使得岩芯可以通过外筒10而伸入保真舱30的腔体内，封闭件3在岩芯完全进入保真舱30后将外筒10封闭，使得保真舱30容置在封闭的外筒10的中空腔体内。

一种实施例中，保真舱30整体设置在内筒20内，封闭件3可设置在内筒20上，取芯过程中，封闭件3打开以使得岩芯可以通过内筒20而伸入保真舱30的腔体内，岩芯完全进入保真舱30后，封闭件3将内筒20封闭，使得保真舱30容置在封闭的内筒20的中空腔体内。

一种实施例中，还可在保真舱30上设置封闭件3，在外筒10或内筒20的钻头钻取岩芯时，封闭件3打开，直至岩芯完全进入保真舱30后，封闭件3将保真舱30封闭，使得岩芯被容置在保真舱30的封闭的腔体内。

以上实施例的封闭件3可以采用合适的结构。以外筒10上设置封闭件3的实施例为例，请参考图3，封闭件3可以为一种翻板结构，当外筒10呈打开状态时，封闭件3贴合在外筒3的内壁上；当外筒10呈封闭状态时，封闭件3从外筒3的内壁上弹出而将外筒10封闭。封闭件3上可以设有弹片31等驱动封闭件3运动的结构，弹片31设置在封闭件3的背向内筒20的一侧表面，在封闭件3贴合在外筒3的内壁上时，弹片31呈被压缩的结构；当需要封闭外筒10时，弹片31的弹性释放而将封闭件3弹出而将外筒10封闭。封闭件3在弹片31的弹性作用下做旋转运动，如图3所示时的状态为封闭件31贴合在外筒3上时的状态，封闭件31旋转时，以图3所示的封闭件31的下端为圆心旋转，旋转角度为90°，最终形成如图2所示的封闭件3的结构。一种实施例中，封闭件3贴合在外筒3的内壁上时，弹片31抵持在外筒3的内壁上，由于内筒20和外筒10之间有相对移动，内筒20可以对封闭件3有抵持力，限制封闭件3的弹片31处于压缩状态；当内筒20移动到特定位置时，内筒20逐渐远离封闭件3，使得封闭件3失去内筒20的限制，弹片31可以释放弹性，从而使得封闭件3弹出而封闭外筒10，实现封闭件3的自动弹出。一种实施例中，封闭件3的弹片31的释放通过其他手段进行自动控制，例如，弹片31上设有电动释放结构，电动释放结构可以为电动控制的弹簧，弹簧的两端连接在弹片31上，通电时弹簧释放，解除对弹片31的压力(或拉力)；电动释放结构断电时保持对弹片31的压力(或拉力)，使得弹片31保持压缩状态。电动释放结构可以包括电源、开关和位置传感器，位置传感器设置在外筒10上，用于感测岩芯是否已经全部进入保真舱30中，如是，则开关闭合而通电，解除对弹片31的压力(或拉力)，弹片31的弹力驱动封闭件3运动，从而封闭外筒10，电动释放结构的控制可以采用后文中的处理单元100进行控制。其他实施例中，封闭件3还可以为其他类型的结构。

一种实施例中，为了使得封闭件3可以有效的进行封闭，以封闭件3设置在外筒10的内壁上为例，封闭件3的侧面上还可围设一圈密封结构，如密封圈。当封闭件3处于封闭外筒10的状态时，封闭件3的侧面与外筒10的内壁贴合，设置一圈密封结构，可以使得封闭件3可以与外筒10接触的更紧密，密封效果更好。

请参考图1和图2，在外筒10内设有第一储液器40和第二储液器50，第一储液器40和第二储液器50内装有液体，第一储液器40和第二储液器50与保真舱30之间通过管道等结构连通，使得液体可以进入到保真舱30内，而第一储液器40内的液体与第二储液器50内的液体可以在保真舱30内发生传质作用，进而产生相变，最终在岩芯的四周表面形成一层保护膜，以保证岩芯的成分、湿度等与取芯的原位置的土壤或岩石成分和湿度一致，实现保真效果。

具体而言，第一储液器40内储存的液体为A液，第二储液器50储存的液体为B液，A液具体可以为滴水成膜剂，如聚砜与DMF(N,N-Dimethylformamide N,N-二甲基甲酰胺)相混合后形成的溶液；B液具体可以为水或乙醇溶液。传质的原理为A液中溶剂更溶于B液，可把A液中的溶质分离出来，两种液体混合并固化成膜，形成一层包裹岩芯的密封膜。

请参考图1、图2和图4，以内筒20的内腔容置岩芯为例(即保真舱30为内筒20的中空腔体)说明，内筒20的侧壁的内部设有流道22，流道22环绕在内筒20的顶壁和四周侧壁。在内筒20的内壁上还设有多个壁孔23，多个壁孔23均匀分布在内筒20的四周侧壁上，当然，顶壁上也可以分布有壁孔23。壁孔联通流道22和内筒20的中空腔体。在内筒20上还设有进液口24，进液口24上设有第一控制阀25，第一控制阀25可以控制进液口24的开闭。进液口24优选开设在内筒20的顶壁上，且进液口24联通外界与流道22，此时进液口24进液后液体可在重力作用下往下流而充满流道22，并从壁孔23处流入内筒20的中空腔体内。第一储液器40和第二储液器50均通过管道与进液口24连接，使得A液和B液均可以通过进液口24流入内筒20的中空腔体内。优选的，A液和B液不同时流入进液口24，而是依次流入，也就是说，A液和B液发生传质作用进而产生相变的位置不会产生在流道22内，而是在内筒20的中空腔体内，由于岩芯容置在内筒20的中空腔体内，因此，A液和B液会在岩芯表面发生传质作用进而产生相变，形成包裹岩芯的保护膜，保护膜可以隔绝外界的环境条件，实现保持岩芯的成分、湿度和光通量等与取芯处的土壤或岩石等相同。

一种实施例中，请参考图2和图4，第一储液器40设置在内筒20的顶部，且两者相邻设置，第一储液器40与内筒20上的进液口24可以直接连接。第二储液器50设置在第一储液器40上方，第二储液器50通过管道与进液口23连接，在管道上还可设置有第二控制阀51，第二控制阀51用于控制B液是否向进液口24流动。

请参考图1和图2，一种实施例中，在外筒10内设有第三储液器60，第三储液器60用于储存冷却剂，冷却剂例如可以是液氮，用于对内筒20冷却，进而对保真舱30冷却，最终对岩芯进行冷却。在内筒20外周设有加热器12，加热器12例如可以是电阻丝，加热器12可以对内筒20加热，进而对保真舱30加热，最终对岩芯进行加热。在外筒10内还设有温度传感器4，温度传感器4用于检测保真舱30内的岩芯的温度，还可以用于在钻探时检测取芯处的土壤或岩石的温度。通过对保真舱30内的温度和取芯处的土壤或岩石的温度进行对比，并通过第三储液器60释放冷却剂进行冷却或加热器12加热的手段进行调节，使得保真舱30内的温度和取芯处的土壤或岩石的温度相同，从而实现保持原始温度条件的功能。

具体而言，请参考图1和图2，第三储液器60设置在第二储液器50的上方，第三储液器60通过管道与内筒20的外壁连接，内筒20的外壁四周可设置网状的毛细管道，冷却剂进入毛细管道内后，可对内筒20进行均匀的冷却。同样的，在内筒20的外壁四周设置的加热器12也可以为网状的结构，可对内筒20进行均匀的加热。为了避免短路，加热器12表面涂覆绝缘层。一种实施例中，加热器12还可以设置在外筒10的内壁上。温度传感器4设置在外筒10上的靠近内筒20的下端部出口的位置，且位于封闭件3封闭后的外筒10的内部，以接近保真舱30且不阻挡内筒20相对外筒10的移动。

请参考图1和图2，一种实施例中，外筒10内还设有蓄能器70，蓄能器70与保真舱30连接，蓄能器70用于对保真舱30增压或者减压，以使保真舱30内的压力与取芯处的压力相同。具体而言，蓄能器70与保真舱30之间设有压力调节件(图中未示出)，通过蓄能器70驱动压力调节件调节保真舱30的压力，以使保真舱30的压力保持平衡。压力调节件例如可以为活塞，蓄能器70可以提供压缩气体以推动活塞，或者抽气而拉回活塞。当保真舱30内的压力下降时，蓄能器70提供压缩气体推动活塞，可以使得保真舱30受压而体积缩小，从而保持保真舱30的压力不变。当保真舱30内的压力上升时，蓄能器抽气而拉回活塞，可以使得保真舱30失压而体积增大，从而保持保真舱30的压力不变。外筒10内还设有压力传感器5，压力传感器5用于检测保真舱30内的压力，也可以用于检测取芯处的土壤或岩石的压力。当岩芯内含有大量水分(或者液体成分)时，此处的压力是指渗透压。通过对保真舱30内的压力和取芯处的土壤或岩石的压力进行对比，并通过蓄能器70调节压力调节件的手段进行调节，使得保真舱30内的压力和取芯处的土壤或岩石的压力相同，从而实现保持原始压力条件的功能。

具体而言，请参考图2，蓄能器70设置在内筒20上部，优选为在第三储液器60上方。压力调节件可以设置在内筒20与蓄能器70之间的空间内。一种实施例中，请参考图1和图2，压力传感器5可设置在外筒10上的靠近内筒20的下端部出口的位置，且位于封闭件3封闭后的外筒10的内部，以接近保真舱30且不阻挡内筒20相对外筒10的移动。另一种实施例中，压力传感器5设置在保真舱30(也可以为内筒20)的顶壁上，可直接与岩芯接触。

上述各实施例介绍了对于土壤或者岩石取芯的保真手段，对于含有大量液体或气体，如探测石油、天然气时，本发明实施例的方案的原理也可以使用。区别在于，根据岩芯的成分不同进行适当调整，例如，探测石油或天然气时，石油为液体，天然气为气体，则保真舱30需要更好的密封。在保持成分、湿度和光通量时，A液和B液可与岩芯不直接接触，形成的保护膜可以包裹在保真舱30外壁上。

请参考图2，为了减小岩芯与保真舱30内壁之间的摩擦，在保真舱30的内壁上还设有润滑件，本实施例的润滑件可以为石墨烯的层结构。

请参考图5，并结合图1和图2，本发明实施例的保真取芯装置的控制部分包括处理单元100、电源200、连接线和各种阀门。处理单元100具有预设程序，预设程序可根据需要发出特定的指令。具体的，处理单元100可以为设置在外筒10内的PLC板或者设置在人活动区域的电子计算机等。电源200为处理单元100和加热器12供电，连接线连接在处理单元100和各个阀门之间，用于传递处理单元100的指令。阀门接收到处理单元100的指令后，执行打开或者关闭阀门的动作，从而实现上述实施例中所述的保真的功能。

具体而言，第三储液器60与保真舱30连接的管道上设有第三控制阀61，蓄能器70与保真舱30连接的管道上设有第四控制阀71，第三控制阀61和第四控制阀71为电控阀。处理单元100与电源200、温度传感器4、压力传感器5、第一控制阀25、第二控制阀51、第三控制阀61和第四控制阀71电连接。

电源200与加热器12之间连接的连接线上设有开关201，控制单元100控制开关201的开闭，开关201用于接通和断开电源200，实现加热器12的加热或者不加热。

第一控制阀25和第二控制阀51为电控阀，当岩芯完全进入保真舱30后，封闭件3将外筒10封闭，处理单元100控制第一控制阀25打开，第一储液器40内的A液进入保真舱30内，接着处理单元100控制第二控制阀51打开，第二储液器50内的B液进入保真舱30内，A液与B液发生传质作用进而相变，形成保护膜覆盖在岩芯上，实现岩芯与外界环境的隔绝。

温度传感器4和压力传感器5与处理单元100之间可以通过无线方式进行电连接，实现通信功能。

温度传感器4将保真舱30内的温度的电信号传递至处理单元100，处理单元100根据保真舱30内的温度与取芯处的土壤或岩石的温度进行对比，确定需要对保真舱30升温或降温。进一步的，如需升温，则处理单元100控制开关201闭合，加热器12对保真舱30加热，直至保真舱30的温度与取芯处的土壤或岩石的温度相同。如需降温，则处理单元100控制第三控制阀61打开，第三储液器60内的冷却剂流动到保真舱30并带走保真舱30的热量，进行降温，直至保真舱30的温度与取芯处的土壤或岩石的温度相同。上述进行升温和降温过程中，温度传感器4可实时反馈保真舱30的温度给处理单元100，以使得处理单元100的控制升温或降温的指令实时更新，以减小误差。

压力传感器5将保真舱30内的压力的电信号传递至处理单元100，处理单元100根据保真舱30内的温度与取芯处的土壤或岩石的压力进行对比，确定需要对保真舱30增压或降压。进一步的，如需增压，则处理单元100控制第四控制阀71打开，蓄能器70内的压缩控制进入保真舱30内，对岩芯增压，直至保真舱30的压力与取芯处的土壤或岩石的压力相同。如需降压，则关闭第四控制阀71，在蓄能器70与保真舱30之间连接的管道上还设有泄压阀72，泄压阀72为电控阀，处理单元100控制泄压阀72打开，保真舱30内的气体经管道通过泄压阀72卸掉，直至保真舱30的压力与取芯处的土壤或岩石的压力相同。上述增压或者降压过程中，压力传感器5可实时反馈保真舱30的压力给处理单元100，以使得处理单元100的控制增压或降压的指令实时更新，以减小误差。

上述第一控制阀25、第二控制阀51、第三控制阀61和第四控制阀71可以为截止阀，其中第四控制阀71可以为三通截止阀，第四控制阀71的一个接头连接至泄压阀72。

为了能实时观察保真舱30内的压力，还可设第五控制阀15连接至保真舱30内，第五控制阀15也可以为三通截止阀，其一个接口连接压力表151，压力表设置在人可以观察到的位置，压力表151可以实时显示保真舱30内的压力，便于人进行观察保真舱30的压力变化，防止压力传感器5、第四控制阀71或蓄能器70等故障而造成保真舱30内的压力与实际不符。

上述各个阀门可根据需要调节开度，使得调节温度、压力或者传质相变的速率不同。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种保真取芯装置，其特征在于，包括外筒和保真舱，所述保真舱设置于所述外筒的中空腔体内，所述外筒用于钻取岩芯，所述保真舱用于容置所述岩芯，所述外筒内设有第一储液器和第二储液器，所述第一储液器和所述第二储液器通过管道与所述保真舱连接，所述第一储液器内储存有A液，所述第二储液器内设有B液，所述A液和所述B液在所述保真舱内混合而发生传质作用，进而产生相变，并在所述岩芯的四周表面形成一层保护膜，所述保护膜使得所述岩芯与外界环境隔离。

2.如权利要求1所述的保真取芯装置，其特征在于，所述A液为滴水成膜剂，所述B液为溶液，所述A液中的溶剂更溶于所述B液，以把所述A液中的溶质分离出来，所述A液和所述B液混合并固化成膜，形成一层包裹所述岩芯的密封膜。

3.如权利要求2所述的保真取芯装置，其特征在于，所述保真舱的侧壁的内部设有流道，所述流道上设有联通所述保真舱的腔体的多个壁孔，所述第一储液器和所述第二储液器均与所述流道联通，所述A液和所述B液通过所述流道和所述壁孔进入所述保真舱内。

4.如权利要求3所述的保真取芯装置，其特征在于，所述多个壁孔均匀分布在所述保真舱的四周侧壁上。

5.如权利要求3所述的保真取芯装置，其特征在于，所述保真舱的顶壁上还设有进液口，所述进液口联通所述流道和所述第一储液器和所述第二储液器的管道。

6.如权利要求5所述的保真取芯装置，其特征在于，所述进液口上设有第一控制阀，所述第二储液器与所述进液口连接的管道上还设有第二控制阀，所述第一控制阀和所述第二控制阀依次打开，且两者不同时打开。

7.如权利要求6所述的保真取芯装置，其特征在于，所述保真取芯装置还包括处理单元，所述处理单元与所述第一控制阀和所述第二控制阀电连接，所述处理单元用于控制所述第一控制阀和所述第二控制阀的开闭。

8.如权利要求1所述的保真取芯装置，其特征在于，所述外筒上还设有封闭件，所述封闭件上设有弹片，当所述保真舱完全进入所述外筒的中空腔体内后，所述弹片驱动所述封闭件弹出，使得所述封闭件封闭所述外筒的中空腔体的空间呈封闭空间。

9.如权利要求1所述的保真取芯装置，其特征在于，所述保真舱的内壁设有石墨烯的层结构，用于减小所述岩芯与所述保真舱的内壁之间的摩擦。

10.如权利要求1至9任一项所述的保真取芯装置，其特征在于，所述保真取芯装置还包括内筒，所述内筒设置于所述外筒的中空腔体内，所述保真舱为筒体结构并设置于所述内筒的中空腔体内，或者，所述保真舱为所述内筒的中空腔体的空间。