CN113882823A - 一种深部保温保压取芯器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种深部保温保压取芯器,包括取芯器本体、供电组件、地面电源,所述取芯器本体与供电组件的一端通过连接组件电连接,供电组件的另一端与地面电源电连接;所述取芯器本体包括壳体、取芯舱、控温装置、控压装置、压力舱,取芯舱位于壳体的前部,所述取芯器本体的外侧壁上开设有凹槽,供电组件设置与凹槽内,导电组件与凹槽走形对应,导电组件安装在取芯本体的外侧壁的凹槽处,凹槽内表面上设置有绝缘涂层,内置电源设置在壳体内的电池舱中。本发明通过主动保温结合被动保温实现保温保压原位取样,满足科学研究需要。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程技术领域,具体涉及一种深部保温保压取芯器。
背景技术
目前,地球浅部矿产资源已逐渐枯竭,资源开发不断走向地球深部,煤炭开采深度已达1500m,地热开采深度超过3000m,金属矿开采深度超过4350m,油气资源开采深度达7500m,深部资源开采已成为常态。深部岩石总是处在高温环境中,与地表岩石有很大不同。而温度是影响岩石力学等性质的重要因素,其中逐渐向深部发展的煤炭资源开采活动便受到了温度的影响,因此众多学者已针对温度对煤岩力学性质、瓦斯吸附解析及渗流规律等的影响开展了研究。煤体力学性质方面,已有研究均表明煤体随着温度的升高,强度降低;瓦斯吸附/解吸方面的研究,相关学者均认为煤的吸附能力随着温度的升高而降低;而针对瓦斯在煤体内渗流与温度之间的关系比较复杂,学术界尚未形成统一认识。可见随着温度的升高,煤岩力学性质、瓦斯吸附解析、渗流规律等均会发生变化,将常温下岩石的各类性质当作深部岩石的性质将会给工程带来极大的偏差,因此温度作为深部岩石原位赋存环境之一显得尤为重要。科学钻探是人类解决所面临的资源、灾害、环境等重大问题不可或缺的重要手段,而传统大陆深地钻探取芯领域由于不能保温,岩芯温度的失真将导致不能完全科学获取原位岩芯力学行为规律和气相信息等,因此必须研发深部岩石原位保温取芯技术装备实现对深部原位环境条件下岩石温度的保真,为后续的测试分析提供基础。
目前在大陆深地钻探取芯领域,主要关注点仍集中在取芯钻进技术,只有海洋钻探领域已经率先关注海底沉积物保真取样技术,但海洋取芯器主要设计为保压取芯,绝大多数没有采用保温措施,而是当取芯器到达地面时,将岩芯放入特殊设计的装置中,采用快速覆冰或液氮冷冻等措施来实现保温目的,如DAPC和MAC取芯器;仅有少数的海底沉积物取芯器涉及保温技术,且其取芯器保温措施均为被动保温(减少岩芯散热量),未采取主动保温措施(控制温度恒定),最终岩芯温度仍会降低。此外,与海底沉积物保温取芯领域截然不同的是,陆地深部岩层往往处于高温状态,其保温取芯技术的目的是防止岩芯温度降低,因此已有的保温技术不能直接适用于深部岩层保温取芯,适用于岩层保温取芯技术仍需要进一步探索。
发明内容
本发明旨在提供一种深部保温保压取芯器,通过主动保温结合被动保温实现保温保压原位取样,满足科学研究需要。
为达到上述目的,本发明提供的上述一种深部保温保压取芯器,包括取芯器本体、供电组件、地面电源,所述取芯器本体与供电组件的一端通过连接组件电连接,供电组件的另一端与地面电源电连接;
所述取芯器本体包括壳体、取芯舱、控温装置、控压装置、压力舱,取芯舱位于壳体的前部,控温装置、控压装置位于壳体内部,控温装置、供电组件、地面电源、取芯舱、内置电源之间组配连接形成温度补偿系统,控压装置、取芯舱、内置电源之间组配连接形成压力补偿系统,内置电源设置在壳体内的电池舱中;
所述取芯器本体的外侧壁上开设有凹槽,供电组件设置与凹槽内,导电组件与凹槽走形对应,导电组件安装在取芯本体的外侧壁的凹槽处,凹槽内表面上设置有绝缘涂层。
优选的,所述控温装置包括温度传感器、温度控制器、主动控温组件,主动控温组件包裹取芯舱,温度传感器与取芯舱内壁贴合,温度传感器、主动控温组件均与温度控制器电连接。
进一步地,所述主动控温组件为石墨烯加热器,所述石墨烯加热器包裹取芯舱。
进一步地,所述取芯舱的内壁上设置有保温层。
进一步地,所述保温层包括包括隔热层和隔热胶粘涂层,隔热层通过隔热胶粘涂层连接在取芯舱内壁上。
进一步地,所述隔热层是环氧树脂隔热层。
优选的,所述控压装置包括压力传感器、压力舱、电磁阀,压力舱与取芯舱连接,电磁阀设置在压力舱与取芯舱连接处,压力传感器与取芯舱连接。
优选的,所述连接组件尾端设有与供电组件对应的接口。
优选的额,所述地面电源为强电,内置电源为弱点。
优选的,所述壳体内的各个舱体之间通过水密连接器穿舱连接。
相比现有的技术,本发明具有以下技术效果:
1、本发明可通过主动保温结合被动保温实现保温保压原位取样,满足科学研究需要;
2、本发明通过温度补偿系统实现温度补偿,有利与实验研究需要;
3、本发明通过压力补偿系统实现压力补偿,有利与实验研究需要。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1为本发明的取芯器本体局部放大结构示意图;
图2为本发明的取芯器本体结构示意图;
图3为本发明的取芯器本体外侧结构示意图;
图4为本发明的取样过程中的结构示意图;
图5为本发明的保温层厚度为3mm时有无保温材料舱内温度变化差异性规律曲线图;
图标:1-取芯器本体、101-取芯舱、102-温度传感器、103-压力传感器、104-继电器、105-温度控制器、106-内置电源、107-主动控温组件、2-温度补偿系统、3-连接组件、4-供电组件、5-地面电源、6-导电组件、7-绝缘涂层。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请实施例的描述中,需要说明的是,指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系,或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接连接,也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例
一种深部保温保压取芯器,包括取芯器本体1、供电组件4、地面电源5,所述取芯器本体1与供电组件4的一端通过连接组件3电连接,供电组件4的另一端与地面电源5电连接;
取芯器本体1包括壳体、取芯舱101、控温装置、控压装置、压力舱,取芯舱101位于壳体的前部,控温装置、控压装置位于壳体内部,控温装置、供电组件4、地面电源5、取芯舱101、内置电源106之间组配连接形成温度补偿系统2,控压装置、取芯舱101、内置电源106之间组配连接形成压力补偿系统,内置电源106设置在壳体内的电池舱中;
取芯器本体1的外侧壁上开设有凹槽,供电组件4设置与凹槽内,导电组件6与凹槽走形对应,导电组件6安装在取芯本体1的外侧壁的凹槽处,凹槽内表面上设置有绝缘涂层7。
控温装置包括温度传感器102、温度控制器105、主动控温组件107,主动控温组件107包裹取芯舱101,温度传感器102与取芯舱101内壁贴合,温度传感器102、主动控温组件107均与温度控制器105电连接。
主动控温组件107为石墨烯加热器,所述石墨烯加热器包裹取芯舱101。
取芯舱101的内壁上设置有保温层。
保温层包括包括隔热层和隔热胶粘涂层,隔热层通过隔热胶粘涂层连接在取芯舱101内壁上。
隔热层是环氧树脂隔热层。
控压装置包括压力传感器103、压力舱、电磁阀,压力舱与取芯舱101连接,电磁阀设置在压力舱与取芯舱101连接处,压力传感器103与取芯舱101连接。
连接组件3尾端设有与供电组件4对应的接口。
地面电源5为强电,内置电源106为弱点。
壳体内的各个舱体之间通过水密连接器穿舱连接。
各电器元件之间设置有继电器104。
操作方法:
使用时先组装好各个零件,取芯器本体1连接在钻杆的头部,钻杆与钻进连接,钻进至需要原位取芯处,通过取芯器本体1采取原位样本,通过温度传感器102、压力传感器103分别获取该位置的温度、压力值,将原位温度、压力值分别反馈至温度控制器105、压力控制器,在取芯器本体1回收样本上升的过程中,外界的温度和压力值会发生变化,会影响取芯器本体1内的样本的温度和内部压力,整个上升过程中通过温度传感器102、压力传感器103实时监测取芯舱101内样本的相关数值并反馈至温度控制器105、压力控制器,通过温度控制器105控制主动控温组件107实现温度补偿,本实施例中为通过地面电源5为主动控温组件107供能,从而达到温度补偿效果,通过压力控制器控制电磁阀的闭合,由压力舱实现取芯舱101内部的压力补偿,从而实现保温保压原位取芯,有利于技术人员更准确的获取该地层的相关数据。
当然,本发明还可有其它多种实施例,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)
1.一种深部保温保压取芯器,其特征在于:包括取芯器本体(1)、供电组件(4)、地面电源(5),所述取芯器本体(1)与供电组件(4)的一端通过连接组件(3)电连接,供电组件(4)的另一端与地面电源(5)电连接;
所述取芯器本体(1)包括壳体、取芯舱(101)、控温装置、控压装置、压力舱,取芯舱(101)位于壳体的前部,控温装置、控压装置位于壳体内部,控温装置、供电组件(4)、地面电源(5)、取芯舱(101)、内置电源(106)之间组配连接形成温度补偿系统(2),控压装置、取芯舱(101)、内置电源(106)之间组配连接形成压力补偿系统,内置电源(106)设置在壳体内的电池舱中;
所述取芯器本体(1)的外侧壁上开设有凹槽,供电组件(4)设置与凹槽内,导电组件(6)与凹槽走形对应,导电组件(6)安装在取芯本体(1)的外侧壁的凹槽处,凹槽内表面上设置有绝缘涂层(7)。
2.根据权利要求1所述的一种深部保温保压取芯器,其特征在于:所述控温装置包括温度传感器(102)、温度控制器(105)、主动控温组件(107),主动控温组件(107)包裹取芯舱(101),温度传感器(102)与取芯舱(101)内壁贴合,温度传感器(102)、主动控温组件(107)均与温度控制器(105)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种深部保温保压取芯器,其特征在于:所述主动控温组件(107)为石墨烯加热器,所述石墨烯加热器包裹取芯舱(101)。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种深部保温保压取芯器,其特征在于:所述取芯舱(101)的内壁上设置有保温层。
5.根据权利要求4所述的一种深部保温保压取芯器,其特征在于:所述保温层包括隔热层和隔热胶粘涂层,隔热层通过隔热胶粘涂层连接在取芯舱(101)内壁上。
6.根据权利要求5所述的一种深部保温保压取芯器,其特征在于:所述隔热层是环氧树脂隔热层。
7.根据权利要求1所述的一种深部保温保压取芯器,其特征在于:所述控压装置包括压力传感器(103)、压力舱、电磁阀,压力舱与取芯舱(101)连接,电磁阀设置在压力舱与取芯舱(101)连接处,压力传感器(103)与取芯舱(101)连接。
8.根据权利要求1所述的一种深部保温保压取芯器,其特征在于:所述连接组件(3)尾端设有与供电组件(4)对应的接口。
9.根据权利要求1所述的一种深部保温保压取芯器,其特征在于:所述地面电源为强电,内置电源(106)为弱点。
10.根据权利要求1所述的一种深部保温保压取芯器,其特征在于:所述壳体内的各个舱体之间通过水密连接器穿舱连接。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220104 |