CN110847835A - 一种深部岩石原位保温取芯器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种深部岩石原位保温取芯器，属于原位取芯技术领域，它包括钻机外筒和储芯舱，储芯舱位于钻机外筒内，所述储芯舱外壁有石墨烯涂层，所述石墨烯涂层连接供电装置，储芯舱连接有温度感应装置；钻机外筒内壁和外壁有镀银层，钻机外筒内设有夹层,夹层中填充有隔热材料。本发明同时采用主动保温和被动保温，可及时补充在取芯至提芯过程中降低的温度，实现对岩芯的保温，可使钻取的岩芯几乎处于原位温度中，利于体现真实原位环境下的岩体力学特征，有助于为岩体力学特性研究提供更加准确的数据。
Description
技术领域
本发明涉及原位取芯技术领域，尤其涉及一种深部岩石原位保温取芯器。
背景技术
岩芯样品是用特殊钻机从地下取出供测试用的，大致呈圆柱形的地下物质试块。岩芯是研究和了解地下地质和矿产情况的重要实物地质资料。
取芯钻进通常有以下3个环节，一是环状破碎井底岩石，形成岩芯(圆柱体)；二是保护岩芯：钻进取芯时，对已形成的岩芯要加以保护，避免循环的钻井液冲蚀岩芯及钻柱转动的机械碰撞、损坏岩芯：三是取出岩芯：在钻进取芯到一定长度后(通常为一个单根长度，也可以进行长筒取芯达几十米甚至百米)，要从所形成岩芯的底部割断并夹紧，在起钻时随钻具一同提升到地面。
然而，处于地温环境中的深部岩石，其力学特性与地表岩石有极大差异，将常温下岩石的力学性质当作地层岩石的力学性质，会给工程带来极大的偏差。
发明内容
本发明旨在提供一种深部岩石原位保温取芯器，可及时补充在取芯至提芯过程中降低的温度，实现对岩芯的保温。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种深部岩石原位保温取芯器，包括钻机外筒和储芯舱，储芯舱位于钻机外筒内，所述储芯舱外壁有石墨烯涂层，所述石墨烯涂层连接供电装置，储芯舱连接有温度感应装置。
进一步的，供电装置包括锂电池，所述锂电池设于中心杆内。
进一步的，所述钻机外筒内壁和外壁有镀银层。
进一步的，钻机外筒内设有夹层,夹层中填充有隔热材料。
优选地，所述隔热材料为二氧化硅气凝胶或聚氨酯发泡材料。
进一步的，所述石墨烯涂层外有绝缘层。
优选地，绝缘层为陶瓷绝缘层。
进一步优选地，储芯舱材质为PVC。
优选地，钻机外筒材质为高强度合金。
进一步优选地，钻机外筒材质为钛合金。
进一步的，所述石墨烯涂层外有陶瓷绝缘层。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1，本发明可及时补充在取芯至提芯过程中降低的温度，实现对岩芯的保温，利于体现真实原位环境下的岩体力学特征；
2，本发明同时采用主动保温和被动保温，恒温效果好，可使钻取的岩芯几乎处于原位温度中，有助于为岩体力学特性研究提供更加准确的数据。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中B处的剖面图；
图3是图1中A处的局部放大图。
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，对本发明进行进一步详细说明。
如图1、2、3所示，本发明公开的深部岩石原位保温取芯器，包括钻机外筒1和储芯舱3，储芯舱3位于钻机外筒1内。钻机外筒1 下端连接有钻头8，储芯舱3下端安装有捕芯器10和阀门6，阀门6 位于捕芯器10上方。
储芯舱3材料为PVC，用于放置岩芯11，钻机外筒1材料为高强度合金，可选择钛合金等。
深部岩石原位保温取芯器的保温结构包括被动保温和主动保温结构。
被动保温结构：如图2所示，将钻机外筒1的筒壁设置为双层结构，在夹层中间填充隔热材料7，隔热材料具有一定的耐压强度，保证整个岩芯舱能够在较高的压力下工作。隔热材料可为二氧化硅气凝胶、聚氨酯发泡材料等。钻机外筒1内壁和外壁有镀银层5以防止热辐射，尽可能减少在取芯过程中的温度降低。
主动保温结构：如图3所示，在储芯舱3外壁均匀喷涂一层石墨烯涂层4后再在表面喷涂陶瓷材料，陶瓷材料在石墨烯涂层4外构成绝缘层，当然可以选择喷涂其他绝缘材料构成绝缘层。
石墨烯涂层4连接有供电装置，可在24V电压驱动下，10秒内由25摄氏度升温至100摄氏度，功率密度达到40w/cm2，石墨烯电热系统的热效率高于95％，以陶瓷材料作为绝缘层，发热均匀。本实施方式中，通过内嵌于中心杆2内的锂电池9提供能源，结合储芯舱3内的温度感应装置实时反馈温度信息，可及时补充在取芯至提芯过程中降低的温度。通过被动保温和主动保温相结合的方式可以保证岩芯原位温度在1小时内，下降不超过1℃。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种深部岩石原位保温取芯器，包括钻机外筒和储芯舱，储芯舱位于钻机外筒内，其特征在于：所述储芯舱外壁有石墨烯涂层，所述石墨烯涂层连接有供电装置，储芯舱连接有温度感应装置。
2.根据权利要求1所述的深部岩石原位保温取芯器，其特征在于：供电装置包括锂电池，所述锂电池设于中心杆内。
3.根据权利要求1所述的深部岩石原位保温取芯器，其特征在于：所述钻机外筒内壁和外壁有镀银层。
4.根据权利要求1或3所述的深部岩石原位保温取芯器，其特征在于：钻机外筒内设有夹层, 夹层中填充有隔热材料。
5.根据权利要求4所述的深部岩石原位保温取芯器，其特征在于：所述隔热材料为二氧化硅气凝胶或聚氨酯发泡材料。
6.根据权利要求1所述的深部岩石原位保温取芯器，其特征在于：所述石墨烯涂层外有绝缘层。
7.根据权利要求6所述的深部岩石原位保温取芯器，其特征在于：绝缘层为陶瓷绝缘层。
8.根据权利要求1、2、6或7所述的深部岩石原位保温取芯器，其特征在于：储芯舱材质为PVC。
9.根据权利要求1或3所述的深部岩石原位保温取芯器，其特征在于：钻机外筒材质为高强度合金。
10.根据权利要求9所述的深部岩石原位保温取芯器，其特征在于：钻机外筒材质为钛合金。
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| GR01 | Patent grant | ||
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