CN102562054B - 电控式高压物性取样系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电控式高压物性取样系统，包括计算机、接口箱和取样装置，接口箱一端通过电缆与计算机相连接，另一端通过电缆与取样装置相连；取样装置包括电缆密封器以及与其依次相连接的介质探测仪、电动控制器和取样筒。该装置可解决目前油田在高压物性取样时比较盲目，经常重复作业，控制精确度不高的问题。

Description

电控式高压物性取样系统

技术领域

本发明涉及的井下取样系统，特别是一种电控式高压物性取样系统。

背景技术

在油田的勘探开发过程中，经常需要在井下进行高压物性取样作业，其目的是随时掌握原油的泡点压力，以便制定开发方案或调整生产制度，而目前油田现场所使用的取样系统，都是沿用前苏联时期的纯机械的锤击式、挂壁式和钟击式等老式高压物性取样系统，成功率极低，经常是一天能完成的作业，要一个月或更长时间才能在井下获得合格的高压物性样品，严重影响油田生产。取样时由于没有检测系统，因此取样时有很大的盲目性，工作效率很低，并且精确度较低。因此，需要发明一种能够随时根据井下介质情况进行取样，控制精确度高的装置。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种电控式高压物性取样系统，解决目前油田在高压物性取样时比较盲目，经常重复作业，控制精确度不高的问题。

本发明通过以下技术方案来实现：电控式高压物性取样系统，该装置包括计算机、接口箱和取样装置，接口箱一端通过电缆与计算机相连接，另一端通过电缆与取样装置相连；其中，取样装置包括电缆密封器以及与其依次相连接的介质探测仪、电动控制器和取样筒，取样筒的两端开口处分别装有能够封堵开口的上阀杆和下阀杆，上阀杆和下阀杆分别与取样筒内壁通过作用力相反的弹簧连接，且两个阀杆之间装有锁定机构；电动控制器包括电机、丝杠和丝母，电机上有控制电路，电机的输出端连接有丝杠，丝母一端套装在丝杠上，另一端通过限位机构与上阀杆相连接；控制电路和介质探测仪分别通过电缆与接口箱相连；

所述的锁定机构包括滑套和固定套一，其中，滑套和下阀杆固接，下阀杆内壁有向外突出的斜肩；滑套内部套装有固定套一，固定套一与取样筒固接，且固定套一与滑套的端部之间装有弹簧，固定套一端部开有液体通道；固定套一在位于滑套内部的两侧壁上开有透孔，透孔内分别置有钢球一；上阀杆置于固定套一内且端部有斜向的台阶；

所述的限位机构包括锁定杆、固定套二和控制杆，其中，锁定杆一端与丝母固接，另一端内壁上有向内凹陷的斜肩；锁定杆内套装有固定套二，固定套二与电动控制器外壁固接，固定套二的两侧壁上开有透孔，透孔内分别置有钢球二；控制杆一端套装在固定套二内且端部有斜向的台阶，另一端与上阀杆相接触。

所述的取样筒为多个，相邻的取样筒通过联动器相连接。

所述的联动器包括固定套三、触发杆和控制杆二，其中，固定套三的两端分别连接取样筒，且固定套三的内壁上有凹槽；控制杆二的一端位于固定套三内，且两侧壁上开有透孔，透孔内分别置有钢球三；触发杆的一端与上一个取样筒中的下阀杆相接触，一端套装在控制杆二内且端部有斜向的台阶。

所述的取样筒为2～3个。

采用上述技术方案的积极效果：本发明将取样筒与介质检测仪联合应用，并同时由计算机控制，因此，取样的过程是在介质检测仪的指导下进行的，避免了盲目取样，确保成功率，大大提高了取样效率；采用了电动控制器控制取样筒的打开与关闭，由于采用了高精密的丝杠传动，较之前纯机械的锤击式、挂壁式和钟击式等老式高压物性取样系统，控制精度高，提高了取样的成功率；上、下阀杆之间有锁定机构，避免下阀杆自动落下，造成取样介质不准确的问题，确保在高温、高压下控制自如；由于丝母和上阀杆之间增加了限位机构，使得控制杆和锁定杆在返回时不是同步运动，而是在到达一定程度后产生跳位，使得上阀杆突然释放，然后上、下阀杆在弹簧的作用力下，突然将取样筒的两端封堵，密封效果更好；该装置能够随时根据井下介质情况进行取样，通过联动器控制多个取样筒，最多可同时取出3个样品，使用方便。

附图说明

图1是本发明的整体示意图；

图2是电动控制器和取样筒的结构示意图；

图3是电动控制器和取样筒的工作示意图一；

图4是电动控制器和取样筒的工作示意图二；

图5是联动器和取样筒的结构示意图；

图6是联动器和取样筒的工作示意图。

图中：1计算机，2接口箱，3电缆密封器，4介质探测仪，5电动控制器，6取样筒，7上阀杆，8下阀杆，9联动器，10电机，11丝杠，12丝母，13控制电路，14滑套，15固定套一，16a钢球一，16b钢球二，16c钢球三，17锁定杆，18固定套二，19控制杆一，20固定套三，21触发杆，22控制杆二。

具体实施方式

图1所示为本发明的整体示意图，图2是电动控制器和取样筒的结构示意图，图3是电动控制器和取样筒的工作示意图一，图4是电动控制器和取样筒的工作示意图二，结合图1、图2、图3、图4所示，电控式高压物性取样系统，该装置包括计算机1、接口箱2和取样装置，接口箱2一端通过电缆与计算机1相连接，另一端通过电缆与取样装置相连。计算机1用于存储、计算数据，接口箱2用于数据格式的转换，取样装置则用于高压物性材料的取样。其中，取样装置包括电缆密封器3以及与其依次相连接的介质探测仪4、电动控制器5和取样筒6，电缆密封器3用于将电缆进入的部位进行密封，介质探测仪4能准确的分析出井内的油、气、水介质在井筒内的分布情况，电动控制器5用于控制取样筒6的开闭，从而进行取样。取样筒6的两端开口处分别装有能够封堵开口的上阀杆7和下阀杆8，上阀杆7和下阀杆8分别与取样筒6内壁通过作用力相反的弹簧连接，在弹簧的反作用力的驱使下，可以将上阀杆7和下阀杆8顶在取样筒6的上下开口处，从而将取样筒6封闭。上阀杆7和下阀杆8之间装有锁定机构，当上阀杆7受到推力下行时，上阀杆7和下阀杆8之间的锁定机构闭合，从而固定下阀杆8，打开取样筒6的下开口。电动控制器5包括电机10、丝杠11和丝母12，电机10上有控制电路13，电机10的输出端连接有丝杠11，丝母12一端套装在丝杠11上，另一端通过限位机构与上阀杆7相连接。电机10的正转或者反转都会带动丝杠11一起转动，由于丝母12一端套装在丝杠11上，因此丝杠11的旋转会导致丝母12在丝杠上11顺着螺纹前进或者后退，将旋转运动转化为直线运动，从而通过限位机构驱使上阀杆7产生前进或者后退。控制电路13和介质探测仪4分别通过电缆与接口箱2相连，因此，介质探测仪4所探测的信号通过接口箱2进入计算机1进行运算，计算机1运算后发出信号，通过接口箱2传递给控制电路13，控制电机10的正转还是反转，从而控制取样筒6。

在本装置中，锁定机构包括滑套14和固定套一15，其中，滑套14和下阀杆8固接，下阀杆8内壁有向外突出的斜肩。滑套14内部套装有固定套一15，固定套一15与取样筒6固接，且固定套一15与滑套14的端部之间装有弹簧，弹簧的作用是当固定套一15和滑套14之间的距离缩短时，在弹簧的弹力作用下，可以迅速恢复原位。固定套一15端部开有液体通道，方便液体通过。固定套一15在位于滑套14内部的两侧壁上开有透孔，透孔内分别置有钢球一16a，钢球一16a在透孔内可产生径向运动，但不会滑出透孔。上阀杆7置于固定套一15内且端部有斜向的台阶，当斜向的台阶作用于钢球一16a时，钢球一16a会受到挤压从而在透孔内产生径向运动，当钢球一16a从透孔内伸出卡在下阀杆8内壁的斜肩处时，下阀杆8与上阀杆7锁定，打开取样筒6的下端开口。而当上阀杆7退出，钢球一16a失去了斜向的台阶的挤压作用时，钢球一16a会在透孔中恢复原位，失去了对下阀杆8的控制作用，上阀杆7和下阀杆8会在作用力相反的弹簧的作用下，以及固定套一15与滑套14之间的弹簧作用力下，一起封堵取样筒6的上下端开口。

限位机构包括锁定杆17、固定套二18和控制杆一19，其中，锁定杆17一端与丝母12固接，另一端内壁上有向内凹陷的斜肩。锁定杆17内套装有固定套二18，固定套二18与电动控制器5外壁固接，固定套二18的两侧壁上开有透孔，透孔内分别置有钢球二16b，钢球二16b在透孔内可产生径向运动，但不会滑出透孔。控制杆一19一端套装在固定套二18内且端部有斜向的台阶，另一端与上阀杆7相接触。自然状态下，钢球二16b卡在控制杆一19的端部，由于固定套二18是固定的，使得控制杆一19无法移动，此时，如果锁定杆17发生位移，控制杆一19也不会同锁定杆17一同产生位移；当锁定杆17发生位移，使得锁定杆17内壁上向内凹陷的斜肩与钢球二16b位置正好相对时，钢球二16b从透孔中伸出，从而失去对控制杆一19端部的控制，在上阀杆7与取样筒6内壁之间的弹簧的作用力下，控制杆一19迅速释放，使得上阀杆7封堵取样筒6的上端开口。

图5是联动器和取样筒的结构示意图，图6是联动器和取样筒的工作示意图，结合图5、图6所示，在实际应用了，每次只取一个样品有很大的应用局限性。因此，为了能同时取到多个样品，将取样筒6设置为多个，一般为2～3个，相邻的取样筒6通过联动器9相连接。当电动控制器5控制一个取样筒6闭合进行取样的同时，可以通过联动器9驱使其他的取样筒6一起闭合，同时取样。

在本装置中，联动器9包括固定套三20、触发杆21和控制杆二22，其中，固定套三20的两端分别连接取样筒6，且固定套三20的内壁上有凹槽，凹槽用于控制过程中容纳钢球三16c。控制杆二22的一端位于固定套三20内，且两侧壁上开有透孔，透孔内分别置有钢球三16c，另一端则与下一个取样筒6的上阀杆7相接触，钢球三16c在透孔内可产生径向运动，但不会滑出透孔。触发杆21的一端与上一个取样筒6中的下阀杆8相接触，一端套装在控制杆二22内且端部有斜向的台阶。自然状态下，钢球三16c卡在固定套三20内壁的凹槽处，从而固定了控制杆二22，控制杆二22为顶开下一个取样筒6的上阀杆7的状态，上阀杆7和下阀杆8之间的锁定机构闭合；当上一个取样筒6受到电动控制器5的控制，上阀杆7和下阀杆8一起向两端移动时，会对触发杆21施加作用力。由于触发杆21端部有斜向的台阶，因此，钢球三16c会顺着台阶下滑，离开凹槽，失去了对控制杆二22的控制，从而下一个取样筒6的上阀杆7失去控制状态，上阀杆7和下阀杆8之间的锁定机构打开，上阀杆7和下阀杆8一起将下一个取样筒6封闭，完成同步取样的过程。

使用时，先将计算机1、接口箱2和取样装置用电缆连接好。首先对取样筒6中的下阀杆8施加大于弹簧的力，使得下阀杆8上行，取样筒6的下端先打开。然后将电动控制器5与取样筒6连接好。此时，由于钢球二16b卡在控制杆一19的端部，使得控制杆一19无法移动，控制杆一19的另一端顶开取样筒6中的上阀杆7。在取样筒6中，由于上阀杆7下行，上阀杆7端部斜向的台阶会对钢球一16a产生径向的挤压力，钢球一16a从透孔内伸出卡在下阀杆8内壁的斜肩处时，下阀杆8与上阀杆7锁定，取样筒6的两端打开，。此时，对下阀杆8施加的力消失后，下阀杆8也不会落下，保持取样筒6的打开状态。由于一个取样筒6的下端还可能依次连接有联动器9、取样筒6、联动器9、取样筒6，原理同上，多个取样筒6的下阀杆先打开，安装好联动器9以后，由于钢球三16c卡在固定套三20内壁的凹槽处，从而固定了控制杆二22，控制杆二22为顶开下一个取样筒6的上阀杆7的状态，上阀杆7和下阀杆8之间的锁定机构闭合，即多个取样筒6的上下端均处于打开状态。如果第一个取样筒6不封堵，即下阀杆8的底端是接触不到联动器9中的触发杆21的，因此，整个取样装置一直处于打开状态。

然后，整体装置下到井中，液体进入取样筒6中。介质检测仪4会对井下介质进行检测分析，搞清楚井下介质是油、是水还是气，然后将信号通过接口箱2发回计算机1。计算机1分析后，如果认为目前介质为取样的目标介质，则会发出指令，通过接口箱2发给控制电路13。控制电路13会控制电机10反方向转动，带动丝杠11一起转动，导致丝母12开始顺着螺纹上行，从而带动锁定杆17上行。由于在自然状态下，钢球二16b与锁定杆17内壁上的斜肩之间有一定的距离，因此，一开始锁定杆17上行时，钢球二16b对控制杆一19仍然具有锁定作用，即控制杆一19不会同锁定杆17一起发生同步位移。当锁定杆17上行到了一定的位置，即钢球二16b可以进入到锁定杆17内壁的斜肩时，钢球二16b会在挤压力的作用下沿着斜肩滑动，失去了对控制杆一19的控制，此时，控制杆一19可以自由移动了。由于控制杆一19的底端顶住的为取样筒6中的上阀杆7，上阀杆7与取样筒6的内壁之间通过弹簧连接，在弹簧的弹力作用下，上阀杆7随控制杆一19一起上行，封堵取样筒6的上端开口。在取样筒6中，由于上阀杆7上行，因此消除了对钢球一16a的径向挤压力，钢球一16a在透孔中回缩，从下阀杆8内壁的斜肩处脱出，解除了对下阀杆8的控制状态，然后下阀杆8在弹簧的作用力下，封堵取样筒6的下端开口。整个过程是在很短的时间内同时完成的，控制杆一19突然产生跳位，使得上阀杆7和下阀杆8对取样筒6两端的封堵作用力大，封堵效果好。

由于一个取样筒6的下端还依次连接有联动器9、取样筒6、联动器9、取样筒6，因此，如果第一个取样筒6的下阀杆8突然发力，封堵取样筒6的下端开口时，会对联动器9中的触发杆21突然产生一个向下的作用力。本来钢球三16c是卡在固定套三20内壁的凹槽处的，当触发杆21受到向下的作用力时，触发杆21突然下行，由于触发杆21端部有斜向的台阶，当台阶滑过钢球三16c时，钢球三16c会沿着台阶滑动，从而从凹槽内部脱出，失去了对控制杆二22的控制，控制杆二22会在第二个取样筒6的上阀杆7所产生的力的作用下，和上阀杆7一起上行，同时上阀杆7和下阀杆8之间的锁定机构打开，第二个取样筒6随之闭合，完成取样。第三个取样筒6的作用机理同上。因此，只要第一个取样筒6发生闭合，就会触发与之相连的联动器9，促使多个取样筒6同时闭合，高压物性介质即被封闭到取样筒6中，然后将整个取样装置起出，完成取样过程。

Claims (1)

1.一种电控式高压物性取样系统，其特征在于：包括计算机（1）、接口箱（2）和取样装置，接口箱（2）一端通过电缆与计算机（1）相连接，另一端通过电缆与取样装置相连；其中，取样装置包括电缆密封器（3）以及与其依次相连接的介质探测仪（4）、电动控制器（5）和取样筒（6），取样筒（6）的两端开口处分别装有能够封堵开口的上阀杆（7）和下阀杆（8），上阀杆（7）和下阀杆（8）分别与取样筒（6）内壁通过作用力相反的弹簧连接，且上阀杆（7）和下阀杆（8）之间装有锁定机构；电动控制器（5）包括电机（10）、丝杠（11）和丝母（12），电机（10）上有控制电路（13），电机（10）的输出端连接有丝杠（11），丝母（12）一端套装在丝杠（11）上，另一端通过限位机构与上阀杆（7）相连接；控制电路（13）和介质探测仪（4）分别通过电缆与接口箱（2）相连；

所述的锁定机构包括滑套（14）和固定套一（15），其中，滑套（14）和下阀杆（8）固接，下阀杆（8）内壁有向外突出的斜肩；滑套（14）内部套装有固定套一（15），固定套一（15）与取样筒（6）固接，且固定套一（15）与滑套（14）的端部之间装有弹簧，固定套一（15）端部开有液体通道；固定套一（15）在位于滑套（14）内部的两侧壁上开有透孔，透孔内分别置有钢球一（16a）；上阀杆（7）置于固定套一（15）内且端部有斜向的台阶；

所述的限位机构包括锁定杆（17）、固定套二（18）和控制杆一（19），其中，锁定杆（17）一端与丝母（12）固接，另一端内壁上有向内凹陷的斜肩；锁定杆（17）内套装有固定套二（18），固定套二（18）与电动控制器（5）外壁固接，固定套二（18）的两侧壁上开有透孔，透孔内分别置有钢球二（16b）；控制杆一（19）一端套装在固定套二（18）内且端部有斜向的台阶，另一端与上阀杆（7）相接触；

所述的取样筒（6）为2～3个，相邻的取样筒（6）通过联动器（9）相连接；所述的联动器（9）包括固定套三（20）、触发杆（21）和控制杆二（22），其中，固定套三（20）的两端分别连接取样筒（6），且固定套三（20）的内壁上有凹槽；控制杆二（22）的一端位于固定套三（20）内，且两侧壁上开有透孔，透孔内分别置有钢球三（16c），另一端则与下一个取样筒（6）的上阀杆（7）相接触；触发杆（21）的一端与上一个取样筒（6）中的下阀杆（8）相接触，一端套装在控制杆二（22）内且端部有斜向的台阶。