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[发明专利]一种可随钻清除孔内岩石碎屑的冰层热水钻头-CN202310746704.2在审
发明人：范晓鹏;李晨熠;张楠;达拉拉伊;宫达;洪嘉琳;邓志鹏 -专利权人：吉林大学
申请日： 2023-06-25 - 公布日： 2023-08-25 - 主分类号： E21B10/60 文献下载
摘要：本发明提出了一种可随钻清除孔内岩石碎屑的冰层热水钻头，属于极地冰盖钻探技术领域，包括外管、挡板、阀芯、弹簧、钻头体、堵丝、第一密封圈、阀套、第二密封圈、喷嘴和第三密封圈，该钻头可通过变换流道，在孔底形成分支孔，从而使岩石碎屑落入分支孔以达到清除主孔内岩石碎屑的目的，从而大大提高了热水钻在钻遇含岩石碎屑冰层时的钻进效率；该钻头利用液压原理，通过设置环形空腔，使阀芯在热水压力下持续保持在上限位，结构简单可靠。
一种可随钻清除岩石碎屑冰层热水钻头

[发明专利]一种可变直径的向上钻进热融钻头-CN202310495676.1在审
发明人：王婷;韩博;陈艳吉;刘昀忱;达拉拉伊;宫达;洪嘉琳 -专利权人：吉林大学
申请日： 2023-05-05 - 公布日： 2023-07-21 - 主分类号： E21B7/00 文献下载
摘要：本发明公开一种可变直径的向上钻进热融钻头，属于极地冰盖钻探技术领域，包括相互协同配合的第一钻头体、花键杆、第一弹簧、滑套、第二弹簧、第二钻头体、连杆、第一固定块、第三弹簧、限位套、第四弹簧、第二固定块、外管、第三钻头体、支撑杆、第五弹簧和限位垫片，在向下钻进时维持小直径，向上钻进时则可增大直径，从而形成大直径钻孔，解决了可回收式热融探测器在干孔段向上钻进中容易卡钻的问题；采用钻头和冰层的相互作用力作为钻头直径增大的动力，并在钻头增大至最大直径时可完成自锁；通过控制第二钻头体和第三钻头体的设置高度，使其缩回和伸展运动在不同高度进行，避免了二者相互干涉，同时伸展后能够拼接成完整环形，结构简单可靠。
一种可变直径向上钻进钻头

[发明专利]一种可对冰孔内岩石碎屑进行随钻收集的热融钻进装置-CN202310382028.5在审
发明人：范晓鹏;宫达;张楠;王婷;洪嘉琳;王如生;李晨熠;邓志鹏;王宇 -专利权人：吉林大学
申请日： 2023-04-11 - 公布日： 2023-06-23 - 主分类号： G01N1/08 文献下载
摘要：本发明提出了一种可对冰孔内岩石碎屑进行随钻收集的热融钻进装置，属于极地冰盖钻探技术领域，包括外管、钻头体、防水电机、驱动螺杆、推杆、第一限位开关、第二限位开关、上盖、钻头体、隔热衬管、芯管、热水管、电热钻头和接头；芯管上移至上限位置时，电热钻头的斜面刚好全部进入隔热衬管内，并封堵隔热衬管内部通道；芯管下移至下限位置时，电热钻头的斜面刚好全部露出隔热衬管外，使隔热衬管内部通道打开。采用冰芯为岩石碎屑提供推力，使其进入芯管，并在电热钻头斜面作用下落入钻进装置内部，结构简单，且能够对冰芯内包裹的岩石碎屑进行收集，岩石碎屑收集效率高。
一种冰孔内岩石碎屑进行收集钻进装置

[发明专利]极地冰孔侧壁取芯万向机器人-CN202310272333.9在审
发明人：帕维尔达拉拉伊;魏贤哲;王婷;范晓鹏;宫达;陈艳吉;刘昀忱;张楠;洪嘉琳;吕欣雨;王宇;邓志鹏 -专利权人：吉林大学
申请日： 2023-03-20 - 公布日： 2023-06-02 - 主分类号： E21B25/16 文献下载
摘要：极地冰孔侧壁取芯万向机器人，属于钻探机具领域，包括钻具外管、钻具导向管、取芯工具和方位角定位器，取芯工具能够伸出或缩回钻具导向管中，取芯工具包括热融钻头、冰芯卡断器和软管，热融钻头和冰芯卡断器之间设置有钻压传感器；软管能够任意弯曲并沿其长度方向等间隔连接有多个机械节，机械节的外壁上设置有位移传感器，机械节包括固定环和沿固定环周向等间隔均匀设置的机械臂，固定环和机械臂间设有孔壁压力传感器；方位角定位器被配置成用于确定外管相对于冰孔的方位角位移，方位角定位器上设置有方位角传感器。本发明可变换钻进的方位角，在热融钻头钻入冰孔侧壁之后，可变换取芯工具钻进的仰角和方位角，实现各个方向层位的取样。
极地侧壁万向机器人

[发明专利]各向同性冰样制作装置及方法-CN201811071524.4有效
发明人： 洪嘉琳;达拉拉伊·帕维尔;范晓鹏;曹品鲁;赵高莉 -专利权人：吉林大学
申请日： 2018-09-14 - 公布日： 2023-05-26 - 主分类号： F25C1/00 文献下载
摘要：各向同性冰样制作装置及方法，属于冰样制备技术领域，包括水箱、真空脱气机、潜水泵、脱气水箱、冰样冻制容器、真空泵、第一低温冷柜及第二低温冷柜，水箱与真空脱气机密封连接，产生的脱气水注入到脱气水箱中。脱气水箱配有潜水泵，并置于第一低温冷柜中与冰样冻制容器密封连接。冰样冻制容器置于第二低温冷柜中并与真空泵密封连接。对冻制冰样所需的水进行多次沸腾，去除气泡，得到脱气水并将其冷却到0℃，在冰样冻制容器内预先放入冰颗粒作为晶核，将0℃脱气水输送至冰样冻制容器，打开真空泵，待冰样冻制完成后，关闭真空泵。本发明结构简单，工作可靠，操作方便，很好地解决了各向同性冰样制作问题。
各向同性制作装置方法

[发明专利]不同温压条件下层理冰样品制作方法及装置-CN201610898469.0有效
发明人：范晓鹏;李传金;张楠;达拉拉伊帕维尔;曹品鲁;杨阳;刘刚;洪嘉琳;宫达 -专利权人：吉林大学;中国科学院西北生态环境资源研究院
申请日： 2016-10-15 - 公布日： 2023-05-02 - 主分类号： G01N1/42 文献下载
摘要：本发明公开了一种不同温压条件下层理冰样品制作方法及装置，该装置是由低温冷柜、冰样冻制容器、冰样加压系统、冰样注水系统组成，冰样冻制容器放置在低温冷柜中，用于承载和冻制冰样，其顶部分别于冰样加压系统和冰样注水系统用管路连接。冰样加压系统和冰样注水系统放置在低温冷柜外部，冰样加压系统通过气管与冰样冻制容器连接，用来为冰样冻制容器提供冻制冰样所需的不同压力。冰样注水系统通过水管与冰样冻制容器连接，用于控制每次注水量，以实现不同厚度层理冰样的冻制。本发明可实现在温度、压力、层理厚度三个参数的自由组合条件下冻制冰样，能更为真实的模拟极地冰层赋存条件，为极地冰盖的实验室研究提供了技术支撑。
不同压条层理样品制作方法装置

[发明专利]一种极地冰川内赋存气体随钻采集装置-CN202210745791.5有效
发明人：范晓鹏;李晨熠;王秋雯;帕维尔达拉拉伊;张楠;宫达;洪嘉琳;魏贤哲;王宇 -专利权人：吉林大学
申请日： 2022-06-29 - 公布日： 2023-04-25 - 主分类号： E21B7/00 文献下载
摘要：本发明提出了一种极地冰川内赋存气体随钻采集装置，属于冰芯钻探领域，主要包括铠装电缆、电缆终端头、外管、取芯管外管、取芯管、冰芯卡断器、取芯钻头、采气装置、采气管、液压泵站、环形封堵器、氮气注入装置、液压油缸、气滑环、空心轴电机和螺旋翼片，各个部件协同作业在冰层取芯钻探过程中对冰芯和孔壁环状间隙内冰层破碎释放的气体进行收集，相比常规冰芯钻探技术提高了单孔气体收集量，提高了钻孔利用率。通过气滑环、空心轴电机的空心轴和取芯管向孔底注入氮气等惰性气体，可将取芯管内和钻具与孔壁环空间隙的空气全部排出，配合环形封堵器封闭钻孔，为气体采样提供了无污染的封闭空间，减少了气体采集过程中受外源物质污染的可能性。
一种极地冰川内赋存气体采集装置

[发明专利]一种高效的极地冰层全孔热融钻进装置-CN202210828869.X有效
发明人：范晓鹏;王秋雯;张楠;帕维尔达拉拉伊;宫达;洪嘉琳;魏贤哲;王宇;邓志鹏;李晨熠 -专利权人：吉林大学
申请日： 2022-07-15 - 公布日： 2023-04-25 - 主分类号： E21B7/00 文献下载
摘要：一种高效的极地冰层全孔热融钻进装置，属于极地冰盖钻探技术领域，装置包括阻尼机构、导向轮、摩擦轮、摩擦轮电机、软管和热融钻具，软管的一端与热融钻具相连，另一端绕经摩擦轮和导向轮后穿过阻尼机构再与位于地表的控制系统连接。本发明可在不停钻的情况下连续移除孔内融水，解决了热融钻进过程中融水去除效率低的难题，大大提高了热融钻进效率。采用高压空气作为融水携带介质，在现场易于获取，且大大减轻了对钻孔和南北极冰盖的污染。钻进过程中仅热融钻具周围存在融水，对热融钻具各部件的密封性能要求不高，降低了成本；且形成的钻孔为干孔，有利于后续传感器的布放和回收，也降低了对传感器的防水耐压要求，进一步降低了成本。
一种高效极地冰层全孔热融钻进装置

[发明专利]一种冰芯或岩心偏心卡断过程模拟装置及方法-CN202211720938.1在审
发明人：王如生;崔志豪;吕欣雨;范晓鹏;宫达;洪嘉琳;张楠;王婷;杨阳 -专利权人：吉林大学
申请日： 2022-12-30 - 公布日： 2023-03-31 - 主分类号： G01N1/08 文献下载
摘要：本发明公开了一种冰芯或岩心偏心卡断过程模拟装置及方法，模拟装置包括有操作台、支架、电机和控制系统，其中支架和控制系统均装配在操作台上，电机设在支架的底座上，电机的输出轴连接有丝杠，丝杠的顶端枢接在支架顶端横板下方的端盖上，电机能够驱使丝杠转动，其方法为：步骤一、模拟装置组装；步骤二、使卡断器角度发生改变；步骤三、锁紧调节螺母；步骤四、使卡断器靠近冰芯或岩心；步骤五、传输给可编程逻辑控制器PLC；步骤六、卡断器继续匀速下降；步骤七、卡断力数据曲线在卡断力显示器上显示；步骤八、得出冰芯或岩心质量。有益效果：能够为极地冰层和冰下基岩层反循环连续取心钻具设计以及现场冰芯或岩心自动等长卡断提供依据。
一种岩心偏心过程模拟装置方法

[发明专利]一种可对极地冰层离子成分随钻测量的热融钻具-CN202210755126.4有效
发明人：范晓鹏;李晨熠;王秋雯;帕维尔达拉拉伊;张楠;宫达;王如生;洪嘉琳;魏贤哲;王宇 -专利权人：吉林大学
申请日： 2022-06-30 - 公布日： 2023-03-21 - 主分类号： E21B7/00 文献下载
摘要：一种可对极地冰层离子成分随钻测量的热融钻具，属于极地冰层钻探领域，主要包括上钻头、环形钻头、下钻头、离子色谱仪和测控单元，测控单元用于向离子色谱仪供电，并向离子色谱仪发送指令信息以控制其工作，还用于向上钻头、环形钻头和下钻头中的加热棒供电，本发明的钻具可在不停钻的情况下连续对冰层融水进行离子成分随钻测量，数据获取便捷，并减少了冰芯样品存储、转运环节，节省了人力物力成本。采用内锥形的下钻头可使孔底融水优先进入离子色谱分析仪，保证数据获取的真实性。采用环形钻头和下钻头两个钻头向下钻进，环形钻头主要形成台阶钻孔，实现钻具的悬吊，大大提高了钻具的垂直钻进性能，保证可有效获取冰盖垂直剖面的离子含量数据。
一种极地冰层离子成分测量热融钻具

[发明专利]一种可长期布放的浅层冰封湖原位采样和观测装置-CN202210643797.1有效
发明人：范晓鹏;李晨熠;王秋雯;宫达;张楠;王如生;洪嘉琳 -专利权人：吉林大学
申请日： 2022-06-09 - 公布日： 2023-02-28 - 主分类号： E21B7/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种可长期布放的浅层冰封湖原位采样和观测装置，属于冰封湖环境勘探领域，所述装置包括地表供电与控制系统、水泵、三通阀、导正架和运载钻具，所述水泵通过管路与运载钻具上的第一管接头相连，并在管路上连接有三通阀；所述地表供电与控制系统通过线缆与运载钻具上的第一水密接头相连；所述导正架的内孔直径与运载钻具的外径相匹配；与现有技术相比，本发明提供的一种可长期布放的浅层冰封湖原位采样和观测装置可在一次钻孔的情况下构建长期的湖水采样通道，并可对不同深度的湖水进行采样，大大提高了湖水采样效率，降低了人力物力成本。
一种长期冰封原位采样观测装置

[发明专利]一种大埋深极地冰下湖快速清洁取样探测装置与方法-CN202211244081.0在审
发明人：范晓鹏;孙友宏;帕维尔达拉拉伊;宫达;王婷;张楠;王如生;洪嘉琳;陈艳吉;刘昀忱;杨阳;韩博 -专利权人：吉林大学
申请日： 2022-10-12 - 公布日： 2022-12-23 - 主分类号： E21B7/00 文献下载
摘要：本发明提出了一种大埋深极地冰下湖快速清洁取样探测装置与方法，属于属于极地钻探领域，装置包括热水钻进系统、铠装电缆滑轮、铠装电缆、铠装电缆绞车和冰下湖取样探测器，冰下湖取样探测器包括中继舱和热融探测器，中继舱内设置有线缆卷筒装置用于控制柔性电缆的自动收放，柔性电缆与热融探测器连接；方法采用清洁热水钻技术完成冰下湖上方冰盖的快速钻探，为后续下方热融探测器提供可用的钻孔通道，在热融探测器钻入冰下湖前和从冰下湖提出后，均采用孔内制冷方式使钻孔孔内融水冻结，从而有效的隔离了热水钻孔和冰下湖水，避免了热水钻孔内热水对冰下湖水的污染，尽可能地降低了向冰下湖内引入污染源的可能性。
一种大埋深极地冰下湖快速清洁取样探测装置方法

[发明专利]冰层机械取芯钻进过程模拟装置及方法-CN202210112743.2有效
发明人：王如生;吕欣雨;宫达;王晓峰;范晓鹏;张楠;洪嘉琳;陈艳吉;刘昀忱 -专利权人：吉林大学
申请日： 2022-01-29 - 公布日： 2022-11-01 - 主分类号： E21B25/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种冰层机械取芯钻进过程模拟装置及方法，模拟装置包括有架体、移动架、电机和钻头，其中移动架通过滑套连接在架体的两个滑杆上，移动架能够沿滑杆进行上下滑动，移动架上放置有冰样，钻头对应移动架上的冰样进行设置，其方法为：步骤一：将切削具安装在钻头上；步骤二：使移动架沿滑杆进行自由下滑；步骤三：使钻压从零逐次增加；步骤四：进行冰层取芯切削钻进；步骤五：完全释放移动架；步骤六：记录下遮光板经过两个光电门计时器的时间段；步骤七：将取芯钻进获得的冰芯从钻杆中取出；步骤八：得到不同工况下产生的冰屑粒度。有益效果：得出不同工况下最优的钻进参数组合，能够为极地冰层取芯钻具设计以及现场钻进提供依据。
冰层机械钻进过程模拟装置方法

[发明专利]一种用于极地冰层和粒雪层的热水钻进装置-CN202011575481.0有效
发明人：赵高莉;帕维尔达拉拉伊;范晓鹏;宫达;洪嘉琳;李亚洲 -专利权人：吉林大学
申请日： 2020-12-28 - 公布日： 2022-02-25 - 主分类号： E21B7/14 文献下载
摘要：本发明公开了一种用于极地冰层和粒雪层的热水钻进装置，钻进装置包括有钻头、钻具内壳、钻具外壳、加热器、水泵和蓄水室，其中钻具内壳插设在钻具外壳的内腔中，钻具内壳的外壁与钻具外壳的内壁之间形成有流水通道，钻头装配在钻具内壳的底部，水泵和加热器设在钻具内壳的内腔中，水泵设在加热器的上部，水泵下部通过第一供水管与加热器相连通，加热器的出水口通过第二供水管与钻头相连通，蓄水室装配在水泵的上部，蓄水室与水泵相连通。有益效果：极大地降低了热水从地表传送到钻孔底部的热量损耗，有利于钻进效率的更快提高；能有效解决钻具遇到粒雪层和裂隙冰层的热水漏失问题和钻具温度过高问题；减少了钻进中的人力、物力以及财力成本。
一种用于极地冰层粒雪层热水钻进装置

[实用新型]一种用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置-CN202022912953.9有效
发明人：张楠;帕维尔·达拉拉伊;宫达;李冰;范晓鹏;洪嘉琳;刘昀忱;刘安;王亮;魏贤哲 -专利权人：吉林大学
申请日： 2020-12-08 - 公布日： 2021-07-23 - 主分类号： B23K26/38 文献下载
摘要：一种用于低温环境下的冰芯旋转激光切割装置，属于极地工程装备领域，包括控温保温箱、辅助支架、激光器支架、激光器、反射镜、导光臂、激光切割头及切割平台，控温保温箱内部设有温度传感器和加热器；激光器设置在控温保温箱内部，激光器通过激光器支架安装在辅助支架上；反射镜用于将激光器射出的激光反射至导光臂中；导光臂用于将反射镜反射的激光导入激光切割头中；激光切割头安装在导光臂上；切割平台安装在控温保温箱上，切割平台用于承载冰芯并驱动其绕自身轴线旋转；本实用新型提出了一种利用激光对圆柱状冰芯进行快速、无振动、低损耗的旋转激光切割装置，可满足极地及山地冰川低温环境下使用，有利于冰芯现场原位切割处理。
一种用于低温环境旋转激光切割装置

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