CN103410506B - 一种气弹簧组件及地层流体取样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气弹簧组件及地层流体取样器，其气弹簧组件包括缸体、活塞、密封件、注气口，其中活塞与缸体底部之间填充有高压氮气，在缸体内形成一个压缩氮气腔；活塞在高压氮气的作用下产生向上的推力，其中活塞的有效行程为H；缸体的长度小于活塞的长度与活塞的有效行程H之和，活塞在缸体外移动。气弹簧组件的外径上有密封件，当整体置于地层流体取样瓶内时，气弹簧组件可以上下移动并分隔取样腔和泥浆腔。本发明利用气弹簧组件的活塞伸出所增加的体积来补偿地层流体取样瓶在取样后随温度下降而减少的体积量，同时利用气弹簧的活塞顶力维持预定的地层流体保压值。

Description

一种气弹簧组件及地层流体取样器

技术领域

本发明涉及石油勘探设备技术领域，尤其涉及一种气弹簧组件及地层流体取样器。

背景技术

石油勘探过程中，需要用地层测试仪器下井抽取地层流体样品，当地层测试仪器返回地面后，为保持所获样品不因温度的降低而发生相变，通常需要使取样瓶具有压力补偿及维持装置。

目前国内外普遍采用氮气保压取样的方法，即在取样瓶中用活塞隔开一个压缩氮气腔，结合图1所示，这种方法是在取样瓶内直接串联一个“活塞”，并隔出一个高压氮气腔的结构，该结构使得取样瓶制作复杂、成本上升，不但容易产生氮气泄漏到样品腔的被污染现象，而且还需要一套高压注气设备，每次取样作业之后需要泄压、拆卸、保养、重新装配、注气、密封等一系列维修保养工作，操作十分不便，频繁施工的维修保养难度也很大。

此外，已有的氮气腔两端的活塞是单独的，只能装在取样瓶内才能形成氮气缸，相当于单层瓶子结构。每次保养必须取出活塞，放气，作业前还要重新充气，因而保养操作相当不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种气弹簧组件及地层流体取样器，利用气弹簧组件的活塞体积补偿作用，解决地层流体取样后随温度下降而减少的体积，同时利用氮气弹簧的活塞顶力产生预定的地层流体保压值。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种气弹簧组件，包括缸体、活塞、密封件、注气口，

所述活塞与所述缸体底部之间填充有高压氮气，在所述缸体内形成一个压缩氮气腔；所述活塞在所述高压氮气的作用下产生向上的推力，其中所述活塞的有效行程为H；

所述缸体的长度小于所述活塞的长度与所述活塞的有效行程H之和，所述活塞在所述缸体外移动。

其中，所述气弹簧组件应用于密封容器之内，当所述密封容器内的液体或气体受温度降低而体积减少时，利用所述活塞的行程来补偿；其中维持的压力由所述活塞的推力与活塞面积所决定。

本发明还提供了一种地层流体取样器，包括取样瓶外壳，所述取样瓶外壳内装有如上所述的气弹簧组件，

所述气弹簧组件密封所述取样瓶的上取样腔和下取样腔，且所述气弹簧组件可在所述取样瓶外壳内上下移动。

其中，所述地层流体取样器在井下获取液态或气态的地层高压原状流体返回地面后，通过所述气弹簧组件的活塞移动所产生的推力维持所述地层高压原状流体的压力不低于一特定值。

与现有技术相比，本申请上述方案具有如下有益效果：

1、利用气弹簧组件的活塞体积补偿作用，解决地层流体取样后随温度下降而减少的体积，同时利用氮气弹簧的活塞顶力产生预定的地层流体保压值；

2、气弹簧组件具有免维护、工作寿命高的特点，可以专业化制作，并大大简化取样操作流程，同时取样瓶的结构简单，制造成本较低；

3、本申请所述的取样器中的气弹簧组件是一个整体制成的元件（高寿命10000次以上、免维护），可直接放入取样瓶内，高压氮气在气弹簧组件内部，而不是在取样瓶里，因而相当于双层瓶子结构，在保养取样瓶时，氮气弹簧不用放气，无需每次作业都重新充气，相较于现有技术，其操作非常方便；

4、气弹簧组件起到密封和隔离取样瓶内的取样腔和泥浆腔的作用，由气弹簧活塞进行体积填充、且气弹簧活塞产生的推力（压强）维持地层高压原状流体的压力不低于某一特定值；

5、气弹簧组件的外径上有密封件，当整体置于地层流体取样瓶内时，气弹簧组件可以上下移动并分隔取样腔和泥浆腔。本发明利用气弹簧组件的活塞伸出所增加的体积来补偿地层流体取样瓶在取样后随温度下降而减少的体积量，同时利用气弹簧的活塞顶力维持预定的地层流体保压值；

6、气弹簧组件镶套在取样瓶内，属于双层结构，氮气不容易泄漏到地层流体取样腔，而且工作更加安全、可靠。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1是现有技术的地层流体取样器的示意图

图2是本发明一个实施例的气弹簧组件的示意图；

图3是本发明另一实施例的气弹簧组件的示意图；

图4是本发明实施例的气弹簧组件应用于密闭容器内的工作示意图；

图5是本发明实施例的地层流体取样器装配气弹簧组件后的总装示意图；

图6是本发明实施例的地层流体取样器装配气弹簧组件后的体积补偿示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。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任意组合。

如图2和图3所示，本发明实施例的气弹簧组件主要包括缸体、活塞、内外密封件、注气口等，其中，缸体内设有活塞，且活塞与缸体底部之间填充有高压氮气，从而在缸体形成一个压缩氮气腔。活塞在高压氮气的作用下产生向上的推力，活塞的有效行程为H。

其中，缸体可具有两种型式的缸体长度，一种为如图2所示的长缸体，即缸体的长度大于或等于活塞的长度与活塞的有效行程H之和，此时活塞在缸体内移动；另一种为如图3所示的短缸体，即缸体的长度小于活塞的长度与活塞的有效行程H之和，此时活塞在缸体外移动。

上述的气弹簧组件，便于制造和专业化生产，可以做成不同压力等级的产品直接提供现场使用，高压氮气无需每次更换，免维护，大大简化了现场操作人员的工作难度和技术要求。

如图4所示，上述的气弹簧组件可以应用于密封容器之内，当密封容器内的液体或气体受温度降低而体积减少时，可用气弹簧组件的活塞行程（伸出）来补偿；其维持的压力则由气弹簧活塞（在有效行程H以内）的推力与活塞面积所决定。

此外，本发明实施例还提供了一种地层流体取样器，如图5所示，该地层流体取样器包括取样瓶，及一些装配件和密封元件，其中取样瓶外壳内装有上述的气弹簧组件，该气弹簧组件起到隔离取样瓶里的上取样腔（即地层流体取样腔）和下取样腔（即泥浆腔）、以及取样腔的保压装置作用。

如图6所示为取样器在井下获取地层高压原状流体（液体或气体）后，依靠上述气弹簧组件弥补体积和压力损失的示意图。利用气弹簧组件的补偿活塞顶力Q和活塞行程H，根据以下公式来补偿地层流体取样腔因温度下降减少的体积量V，维持地层流体样品在预定的保压压力P以上：

保压压力P=活塞顶力Q/活塞面积S；

补偿体积V=活塞面积S*活塞行程H。

结合图5、图6所示，本发明实施例的氮气弹簧组件在地层流体取样器中的使用过程如下：在地层流体取样瓶内，单独装进一组完全独立和自密封的高压“气弹簧组件”，该组件在取样瓶内可上下移动，并把灌装地层流体的“取样腔”和井筒泥浆的“泥浆腔”隔离开来；同时，利用气弹簧的活塞复位行程H，补偿取样腔随温度降低而减少的体积；利用气弹簧的能量（活塞推力），保持所获样品的压力维持在一特定值以内。

采用本发明实施例的地层流体取样器，通过气弹簧组件中的活塞移动和产生的推力，可以弥补地层流体“取样腔”随温度下降产生的体积减少量，同时还可以为此样品腔内的提供足够压力维持。

此外，本发明实施例的地层流体取样器中，气弹簧组件是一个整体制成的元件，可直接放入取样瓶内，高压氮气在气弹簧组件内部，而不是在取样瓶里，相当于双层瓶子结构，相较于现有技术，其操作非常方便，保养取样瓶时，氮气弹簧不用放气，而无需每次作业都重新充气。

本领域的技术人员应该明白，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (2)

1.一种地层流体取样器，包括取样瓶外壳，其特征在于，所述取样瓶外壳内装有气弹簧组件，所述气弹簧组件是一个整体制成的元件，使地层流体取样器相当于双层瓶子结构；

所述气弹簧组件包括缸体、活塞、密封件、注气口，所述活塞与所述缸体底部之间填充有高压氮气，在所述缸体内形成一个压缩氮气腔；所述活塞在所述高压氮气的作用下产生向上的推力，其中所述活塞的有效行程为H；所述缸体的长度小于所述活塞的长度与所述活塞的有效行程H之和，所述活塞在所述缸体外移动；

所述气弹簧组件应用于密封容器之内，当所述密封容器内的液体或气体受温度降低而体积减少时，利用所述活塞的行程来补偿；

所述气弹簧组件密封所述取样瓶的上取样腔和下取样腔，且所述气弹簧组件可在所述取样瓶外壳内上下移动。

2.如权利要求1所述的地层流体取样器，其特征在于，所述地层流体取样器在井下获取液态或气态的地层高压原状流体返回地面后，通过所述气弹簧组件的活塞移动所产生的推力维持所述地层高压原状流体的压力不低于一特定值。