[实用新型]一种月基大深度保真取芯钻井装置

说明书

本实用新型公开了一种月基大深度保真取芯钻井装置，涉及月球探索与钻探技术领域；该装置包括控制器、取芯器外管和取芯钻头，在取芯器外管内设有钻进机构，钻进机构包括分别与控制器连接推杆和旋转机构，用于对取芯钻头施加扭矩和轴向的钻压；在取芯器外管上部设置有与取芯器外管固定连接的充气机构，充气机构与控制器连接，以使在取芯过程中，控制器能够控制充气机构沿取芯器外管径向膨胀而挤压井壁，并通过充气机构与井壁间摩擦力使得取芯器外管径向居中且轴向固定；通过实施本技术方案，旨在解决现有月基取芯无法做到大深度保真取芯的技术问题，能够向取芯钻头施加足以吃入月岩层的钻压，达到钻取深层月岩，做到大深度保真取芯。

技术领域

本实用新型涉及月球探索与钻探技术领域，具体地讲，涉及一种月基大深度保真取芯钻井装置。

背景技术

月球钻探对于人类研究月球表面的物质组成、月球起源、地球气候和水域潮汛现象、未来资源等问题具有重大战略意义。但现有月基取芯存在“取不深、取不真”的技术瓶颈；月球岩层岩性松散，钻机在钻进过程中受到松散颗粒影响，存在卡钻、机械扰动等现象，导致获取样品埋深浅，难以获取深层样品。

由此根据本申请发明人在实施本发明实施例过程中，发现现有的月基取芯存在以下不足：现有月基取芯仅能获取浅层岩样，无法做到大深度保真取芯，这对于探究月球原位物理力学特性、准确评估月球资源潜力、确定水资源是否存在及状态、获取挥发性气体等特殊物质都十分不利。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种月基大深度保真取芯钻井装置，旨在解决现有月基取芯无法做到大深度保真取芯的技术问题，能够向取芯钻头施加足以吃入月岩层的钻压，进而克服月球的低重力环境使钻井装置难以向月层施加向下的钻压的技术问题，达到钻取深层月岩，进而做到大深度保真取芯。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种月基大深度保真取芯钻井装置，包括控制器、取芯器外管和位于取芯器外管下方的取芯钻头；

在所述取芯器外管内设有钻进机构，所述钻进机构包括推杆和旋转机构，所述推杆和旋转机构分别与所述控制器连接，用于对所述取芯钻头施加扭矩和轴向的钻压；

在所述取芯器外管上部设置有与取芯器外管固定连接的充气机构，所述充气机构与所述控制器连接，以使在取芯过程中，控制器能够控制充气机构沿取芯器外管径向膨胀而挤压井壁，并通过充气机构与井壁间摩擦力使得取芯器外管径向居中且轴向固定。

本技术方案针对现有月基取芯仅能获取浅层岩样、存在“取不深”的技术问题，研究发现月球岩层除了岩性松散而影响钻进取芯，还存在有难以克服月球低重力环境影响而使钻井装置难以向月层施加向下的钻压，进而存在无法钻取深层月岩；本技术方案通过取芯器外管上部配置的充气机构沿取芯器外管径向膨胀而挤压井壁，通过充气机构与井壁间摩擦力使得取芯器外管径向居中且轴向固定，进而实现取芯器外管与井壁牢靠固定；再通过取芯器内部钻进机构向下推动取芯钻头以对取芯钻头施加扭矩和轴向的钻压，能够向取芯钻头施加足以吃入月岩层的钻压，进而克服月球的低重力环境使现有钻井装置难以向月层施加向下的钻压的技术问题，达到钻取深层月岩，进而做到大深度保真取芯，大大提高钻井装置的钻井效率及稳定性。

作为上述技术方案的优选，所述充气机构包括储气缸和充气膨胀环，所述储气缸内充填有氮气或惰性气体并通过控制器与所述充气膨胀环连通，以使能够通过控制器控制所述储气缸内的氮气或惰性气体排至所述充气膨胀环内。采用上述结构在钻井装置放下至井底后，通过控制器可以控制储气缸与充气膨胀环之间的阀门打开，以使储气缸内的氮气或惰性气体排至充气膨胀环内，充气膨胀环沿取芯器外管径向胀大后挤压已固化层的井壁，通过充气膨胀环与井壁间摩擦力使得取芯器外管径向居中且轴向固定，该结构设计简单但巧妙合理；作为优选，充气膨胀环可以选用硅橡胶或氟橡胶等，其具有较好的延展性且为耐高低温、防辐射宇宙射线的材质。