專利名稱：一種天然氣水合物保壓取樣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鉆探領(lǐng)域，具體涉及一種天然氣水合物保壓取樣器，主要應(yīng)用于天然氣水合物勘探開發(fā)過程中的保壓取樣，也可用于其它能源勘探開的保壓取樣。
背景技術(shù)：
天然氣水合物是由水和天然氣在高壓和低溫條件下混合時(shí)產(chǎn)生的一種固態(tài)物質(zhì)，它是一種新型高效能源，其成分與人們平時(shí)所使用的天然氣成分相近，但更為純凈，使用方便，燃燒值高，清潔無污染。迄今為止，全球至少有30多個(gè)國家和地區(qū)在進(jìn)行天然氣水合物的研究與調(diào)查勘探。作為未來重要的新型能源礦藏，中國于2011年3月15日將天然氣水合物納入“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃，以加快加強(qiáng)勘探和科學(xué)研究，為未來開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。對(duì)天然氣水合物的研究，首先要進(jìn)行取樣，并對(duì)天然氣水合物的巖樣進(jìn)行一系列的物性、力 學(xué)及化學(xué)成分分析等試驗(yàn)，但天然氣水合物必須在特定的高壓條件下才能存在，壓力降低后天然氣水合物將分解成水和甲烷氣體。因此，要想獲取天然氣水合物巖樣，取樣過程中必須始終保證巖樣處于一定的高壓狀態(tài)下，常規(guī)取樣器一般不具密閉性，不能夠保壓。目前有一些采樣器在結(jié)構(gòu)中設(shè)置了低溫冷卻裝置，通過保持低溫來減緩天然氣水合物的分解，但是這些取樣器的實(shí)施效果都不理想，因?yàn)樘烊粴馑衔锏臓顟B(tài)維持更依賴于高壓環(huán)境，因此提供一種高密封性的保壓取樣器是本領(lǐng)域內(nèi)急需解決的一個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于天然氣水合物勘探開發(fā)取樣的可以保壓的取樣器，該保壓取樣器解決了背景技術(shù)中的不足，在其開采及取樣的過程中能夠時(shí)刻保持高壓環(huán)境，有效的避免了天然氣水合物的分解。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為一種天然氣水合物保壓取樣器，至少包括外管總成、中間管總成、內(nèi)管總成、打撈部件以及聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，外管總成安裝于鉆桿的底部，內(nèi)管總成位于外管總成內(nèi)，中間管總成位于外管總成和內(nèi)管總成之間，打撈部件位于內(nèi)管總成和中間管總成的上方且打撈部件的底部與內(nèi)管總成的頂部和中間管總成的頂部均固定連接；所述的外管總成由外管和安裝于外管下方的外鉆頭組成，外管的內(nèi)壁上設(shè)有彈卡槽；所述的內(nèi)管總成至少包括由下至上依次連接的管靴、巖心管、球閥座、密封接頭、分水接頭、提升管和換向管，其中球閥座內(nèi)安裝有單向球閥，且球閥座與密封接頭之間通過能夠使球閥座自由旋轉(zhuǎn)的軸承相連接，密封接頭上套有起密封作用的密封圈A，分水接頭上設(shè)有過水孔，換向管的底端朝內(nèi)和朝外均設(shè)有凸緣，換向管的下部位于提升管內(nèi)且提升管能夠沿?fù)Q向管向上滑動(dòng)，換向管位于提升管內(nèi)的部位上設(shè)有過水孔；所述的中間管總成至少包括由下至上依次連接的內(nèi)鉆頭、巖心外管、過度接頭以及懸掛接頭，其中過度接頭能夠與密封圈A相接觸實(shí)現(xiàn)上密封，懸掛接頭上與外管的彈卡槽相對(duì)應(yīng)的部位設(shè)有彈卡，彈卡位于彈卡槽內(nèi)，懸掛接頭上設(shè)有過水孔；所述的打撈部件由上接頭和安裝于上接頭內(nèi)的球夾器組成，上接頭的底部與懸掛接頭和換向管均固定連接；所述的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)位于巖心管與中間管總成之間，至少包括提升接頭、滑套、密封球閥以及安裝于滑套與密封球閥之間且能夠帶動(dòng)密封球閥繞球鉸旋轉(zhuǎn)的連桿，提升接頭套在巖心管上且其頂部設(shè)有朝內(nèi)的凸臺(tái)，滑套套在巖心管上且固定連接于提升接頭的下方，密封球閥套在巖心管上且密封球閥與外鉆頭之間設(shè)有能夠與密封球閥共同形成下密封的密封圈B。球閥座的下部設(shè)有上寬下窄的開放的腔室，且球閥座上設(shè)有過水孔，所述的過水孔通向腔室的上部，所述的單向球閥為球體，球體位于腔室內(nèi)。
所述的球夾器包括撈矛頭、彈簧、卡爪以及位于卡爪內(nèi)的鋼球，其中彈簧、卡爪及鋼球均位于上接頭內(nèi)，撈矛頭穿過上接頭與卡爪固定連接，彈簧套在撈矛頭上且位于卡爪與上接頭的頂蓋之間。所述的上接頭上設(shè)有過水孔，上接頭的底部與懸掛接頭和換向管均通過螺紋固定連接。所述的滑套的外表面上設(shè)有兩個(gè)相對(duì)稱的凸起，外鉆頭的內(nèi)壁上與凸起相對(duì)應(yīng)的部位朝上開有滑槽，滑套上的凸起位于滑槽內(nèi)且能夠沿著滑槽向上滑動(dòng)。本發(fā)明提供的天然氣水合物保壓取樣器與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明中當(dāng)巖心管內(nèi)裝滿巖心需要將巖心取出時(shí)，內(nèi)管總成在沖洗液壓力作用下會(huì)向上移動(dòng)，密封接頭上的密封圈A與過度接頭相接觸形成上密封；同時(shí)管靴向上移動(dòng)帶動(dòng)提升接頭向上移動(dòng)，提升接頭帶動(dòng)滑套向上移動(dòng)，滑套通過連桿使密封球閥旋轉(zhuǎn)90度后與密封圈B接觸形成下密封。巖心在巖心管內(nèi)處于密封的狀態(tài)，時(shí)刻保持高壓環(huán)境，因此在取樣的過程中不會(huì)天然氣水合物因?yàn)橥饨绲膲毫ψ兓鴮?dǎo)致其分解。


圖I為本發(fā)明提供的天然氣水合物保壓取樣器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1-管靴，2-密封圈B，3-巖心管，4-球閥座，5-球體，6-軸承，7-密封圈A，8-密封接頭，9-分水接頭，10-提升管，11-換向管，12-上接頭，13-鋼球，14-彈簧，15-撈矛頭，16-外鉆頭，17-內(nèi)鉆頭，18-密封球閥，19-球鉸，20-連桿，21-滑套，22-提升接頭，23-巖心外管,24-過度接頭,25-懸掛接頭,26-外管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)具體的說明。本發(fā)明提供的天然氣水合物保壓取樣器的結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括外管總成、中間管總成、內(nèi)管總成、打撈部件以及聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中外管總成安裝于鉆桿的底部，內(nèi)管總成位于外管總成內(nèi)，中間管總成位于外管總成和內(nèi)管總成之間，打撈部件位于內(nèi)管總成和中間管總成的上方且打撈部件的底部與內(nèi)管總成的頂部和中間管總成的頂部均固定連接。所述的外管總成由外管26和安裝于外管26下方的外鉆頭16組成，外管26的內(nèi)壁上設(shè)有彈卡槽，外鉆頭16與外管26通過螺紋固定連接。所述的內(nèi)管總成包括由下至上依次連接的管靴I、巖心管3、球閥座4、密封接頭8、分水接頭9、提升管10和換向管11。管靴I、巖心管3和球閥座4均通過螺紋固定連接，管靴I的頂部朝外設(shè)有凸臺(tái)。球閥座4內(nèi)安裝有單向球閥，球閥座4的下部設(shè)有上寬下窄的開放的腔室，且球閥座4上設(shè)有過水孔，所述的過水孔通向腔室的上部，所述的單向球閥為球體5，球體5位于腔室內(nèi)。由于腔室呈上寬下窄狀，因此沖洗液只允許從球閥座4的底部進(jìn)入頂開球體5，然后從腔室上部的過水孔處流出。球閥座4與密封接頭8之間通過軸承6連接，球閥座4在軸承6的作用下能夠自由旋轉(zhuǎn)。密封接頭8上套有起密封作用的密封圈A7，分水接頭9上設(shè)有過水孔，換向管11的底端朝內(nèi)和朝外均設(shè)有凸緣，換向管11的下部位于提升管10內(nèi)且提升管10能夠沿?fù)Q向管11向上滑動(dòng)，換向管11位于提升管10內(nèi)的部位上設(shè)有過水孔。所述的中間管總成包括由下至上依次通過螺紋固定連接的內(nèi)鉆頭17、巖心外管23、過度接頭24以及懸掛接頭25，其中過度接頭24能夠與密封圈A7相接觸實(shí)現(xiàn)上密封，懸掛接頭25上與外管26的彈卡槽相對(duì)應(yīng)的部位設(shè)有彈卡，彈卡位于彈卡槽內(nèi)，懸掛接頭25上設(shè)有過水孔。本發(fā)明中內(nèi)管總成、中間管總成、打撈部件以及聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)均通過彈卡懸掛在外管總成中。 所述的打撈部件由上接頭12和安裝于上接頭12內(nèi)的球夾器組成，上接頭12的底部與懸掛接頭25和換向管11均通過螺紋固定連接，且上接頭12上設(shè)有過水孔。球夾器包括撈矛頭15、彈簧14、卡爪以及位于卡爪內(nèi)的鋼球13，其中彈簧14、卡爪及鋼球13均位于上接頭12內(nèi)，撈矛頭15穿過上接頭12與卡爪固定連接，彈簧14套在撈矛頭15上且位于卡爪與上接頭12的頂蓋之間，卡爪在彈簧14的彈力作用以及上接頭12的束縛作用下向內(nèi)收縮將鋼球13限位在卡爪內(nèi)。所述的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其位于巖心管3與中間管總成之間，包括提升接頭22、滑套21、密封球閥18以及安裝于滑套21與密封球閥18之間且能夠帶動(dòng)密封球閥18繞球鉸19旋轉(zhuǎn)的連桿20。其中提升接頭22套在巖心管3上且其頂部設(shè)有朝內(nèi)的凸臺(tái)，滑套21套在巖心管3上且固定連接于提升接頭22的下方，所述的滑套21的外表面上設(shè)有兩個(gè)相對(duì)稱的凸起，外鉆頭16的內(nèi)壁上與凸起相對(duì)應(yīng)的部位朝上開有滑槽，滑套21上的凸起位于滑槽內(nèi)且能夠沿著滑槽向上滑動(dòng)。密封球閥18套在巖心管3上，且密封球閥18與外鉆頭16之間設(shè)有密封圈B2，密封球閥18能夠在連桿20的帶動(dòng)下繞球鉸19旋轉(zhuǎn)，當(dāng)密封球閥旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，能夠與密封圈B2緊密接觸共同形成下密封。本發(fā)明提供的天然氣水合物保壓取樣器的工作原理如下首先按照?qǐng)DI所示把取樣器組裝好，其中外管總成通過鉆桿先下入孔底，除外管總成的其余部件用打撈器通過鉆桿內(nèi)腔下入至外管總成內(nèi)部，并由懸掛接頭的彈卡懸掛在外管的彈卡槽內(nèi)。取樣器下入孔底到位后便可進(jìn)行正常鉆進(jìn)，具體過程如下開動(dòng)地表水泵和鉆機(jī)，水泵將沖洗液沿鉆桿內(nèi)腔向內(nèi)注入，沖洗液到達(dá)取樣器后，經(jīng)上接頭的過水孔進(jìn)入換向管和提升管內(nèi)部，經(jīng)分水接頭和懸掛接頭的過水孔進(jìn)入內(nèi)管總成、中間管總成及外管總成三者之間的環(huán)狀間隙內(nèi)直達(dá)孔底。與此同時(shí)，鉆機(jī)通過鉆桿帶動(dòng)保壓取樣器旋轉(zhuǎn)，巖心進(jìn)入管靴和巖心管內(nèi)，巖心管內(nèi)的沖洗液頂開球體進(jìn)入內(nèi)管總成與中間管總成之間的環(huán)狀間隙內(nèi)。由于球閥座和密封接頭之間設(shè)有軸承，因此在巖心和巖心管之間摩擦力作用下，球閥座、巖心管及管靴之間不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)，這樣可以避免對(duì)巖心的機(jī)械損傷，以此來盡可能的保證樣品的原狀性。當(dāng)巖心管內(nèi)裝滿巖心后便可進(jìn)行取樣操作。取樣過程如下首先關(guān)閉地表鉆機(jī)和水泵，從鉆桿內(nèi)下入打撈器，打撈器勾住球夾器上部的撈矛頭后向上稍稍提動(dòng)一下，此時(shí)卡爪會(huì)向上移動(dòng)從而脫離上接頭的束縛而張開，鋼球?qū)目ㄗχ忻撀?，下落至換向管底部的凸緣處從而堵住中心通道。然后開啟地表的水泵，此時(shí)沖洗液到達(dá)換向管內(nèi)部時(shí)，由于中心通道被鋼球堵住，沖洗液只能由換向管下部的過水孔進(jìn)入由提升管和換向管所形成的腔體中，隨著腔體內(nèi)的液體壓力不斷升高，當(dāng)壓力升高到一定值后，提升管會(huì)帶動(dòng)其下部的內(nèi)管總成沿?fù)Q向管向上滑動(dòng)。密封接頭帶動(dòng)密封圈A向上運(yùn)動(dòng)，密封圈A進(jìn)入過度接頭后與過度接頭配合形成上密封；與此同時(shí)管靴向上運(yùn)動(dòng)脫離密封球閥和滑套的內(nèi)部后，管靴的頂部凸臺(tái)碰到提升接頭向內(nèi)的凸臺(tái)，從而帶動(dòng)提升接頭向上運(yùn)動(dòng)，提升接頭帶動(dòng)滑套向上運(yùn)動(dòng)，滑套通過連桿帶動(dòng)密封球閥圍繞球鉸旋轉(zhuǎn)90。，密封球閥的球面與密封圈B形成下密封。這樣以來，中間管總成的內(nèi)部由上密封和 下密封形成一個(gè)密封的腔體，處于該密封腔體內(nèi)的巖心樣品壓力保持不變，該壓力等于孔底沖洗液的液柱壓力。最后通過打撈器把除外管總成外的取樣器提至地表。
權(quán)利要求
1.一種天然氣水合物保壓取樣器，其特征在于至少包括外管總成、中間管總成、內(nèi)管總成、打撈部件以及聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，外管總成安裝于鉆桿的底部，內(nèi)管總成位于外管總成內(nèi)，中間管總成位于外管總成和內(nèi)管總成之間，打撈部件位于內(nèi)管總成和中間管總成的上方且打撈部件的底部與內(nèi)管總成的頂部和中間管總成的頂部均固定連接；所述的外管總成由外管和安裝于外管下方的外鉆頭組成，外管的內(nèi)壁上設(shè)有彈卡槽；所述的內(nèi)管總成至少包括由下至上依次連接的管靴、巖心管、球閥座、密封接頭、分水接頭、提升管和換向管，其中球閥座內(nèi)安裝有單向球閥，且球閥座與密封接頭之間通過能夠使球閥座自由旋轉(zhuǎn)的軸承相連接，密封接頭上套有起密封作用的密封圈A，分水接頭上設(shè)有過水孔，換向管的底端朝內(nèi)和朝外均設(shè)有凸緣，換向管的下部位于提升管內(nèi)且提升管能夠沿?fù)Q向管向上滑動(dòng)，換向管位于提升管內(nèi)的部位上設(shè)有過水孔；所述的中間管總成至少包括由下至上依次連接的內(nèi)鉆頭、巖心外管、過度接頭以及懸掛接頭，其中過度接頭能夠與密封圈A相接觸實(shí)現(xiàn)上密封，懸掛接頭上與外管的彈卡槽相對(duì)應(yīng)的部位設(shè)有彈卡，彈卡位于彈卡槽內(nèi)，懸掛接頭上設(shè)有過水孔；所述的打撈部件由上接頭和安裝于上接頭內(nèi)的球夾器組成，上接頭的底部與懸掛接頭和換向管均固定連接；所述的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)位于巖心管與中間管總成之間，至少包括提升接頭、滑套、密封球閥以及安裝于滑套與密封球閥之間且能夠帶動(dòng)密封球閥繞球鉸旋轉(zhuǎn)的連桿，提升接頭套在巖心管上且其頂部設(shè)有朝內(nèi)的凸臺(tái)，滑套套在巖心管上且固定連接于 提升接頭的下方，密封球閥套在巖心管上且密封球閥與外鉆頭之間設(shè)有能夠與密封球閥共同形成下密封的密封圈B。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天然氣水合物保壓取樣器，其特征在于球閥座的下部設(shè)有上寬下窄的開放的腔室，且球閥座上設(shè)有過水孔，所述的過水孔通向腔室的上部，所述的單向球閥為球體，球體位于腔室內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天然氣水合物保壓取樣器，其特征在于所述的球夾器包括撈矛頭、彈簧、卡爪以及位于卡爪內(nèi)的鋼球，其中彈簧、卡爪及鋼球均位于上接頭內(nèi)，撈矛頭穿過上接頭與卡爪固定連接，彈簧套在撈矛頭上且位于卡爪與上接頭的頂蓋之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的天然氣水合物保壓取樣器，其特征在于所述的上接頭上設(shè)有過水孔，上接頭的底部與懸掛接頭和換向管均通過螺紋固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天然氣水合物保壓取樣器，其特征在于所述的滑套的外表面上設(shè)有兩個(gè)相對(duì)稱的凸起，外鉆頭的內(nèi)壁上與凸起相對(duì)應(yīng)的部位朝上開有滑槽，滑套上的凸起位于滑槽內(nèi)且能夠沿著滑槽向上滑動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種天然氣水合物保壓取樣器，至少包括外管總成、中間管總成、內(nèi)管總成、打撈部件以及聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，外管總成安裝于鉆桿的底部，內(nèi)管總成位于外管總成內(nèi)，中間管總成位于外管總成和內(nèi)管總成之間，打撈部件位于內(nèi)管總成和中間管總成的上方且打撈部件的底部與內(nèi)管總成的頂部和中間管總成的頂部均固定連接；本發(fā)明中內(nèi)管總成用來裝載巖心，當(dāng)需要取樣時(shí)，中間管總成的內(nèi)部在上密封和下密封作用下形成一個(gè)密封的腔體，處于該密封腔體內(nèi)的巖心樣品壓力保持不變，最后通過打撈器把除外管總成外的取樣器提至地表。該取樣器能夠有效避免天然氣水合物在提取過程中的分解。
文檔編號(hào)G01N1/08GK102866037SQ201210344300
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者蔣國盛, 盧春華, 吳翔, 張濤, 王榮璟 申請(qǐng)人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)