CN104653176B - 蒸发直冷式冰封保压机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸发直冷式冰封保压机构，包括有冰阀管、隔套、外管、密封套，隔套下端通过端接头限位，蒸发直冷式冰封保压机构直接安装于钻杆内部，下端被钻头限位。冰阀管上端螺旋槽通道与隔套之间的空间为第一螺旋通道；钻杆、外管、钻头、端接头和冰阀管之间的空间为第二通道；隔套与外管之间的空间为第三通道；隔套和冰阀管下端螺旋槽通道之间的空间为第四螺旋通道；隔套上的毛细螺旋槽和外管之间的空间为第五毛细螺旋通道；冰阀管外的密封套和隔套之间的空间为第六螺旋通道。本发明只需液动压缩制冷系统就可以实现冷冻形成冰阀，不需要载冷剂循环系统，钻具结构简单，使用可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于天然气水合物冰封保压保温取样器上冰阀原位快速生成装置。特别涉及一种蒸发直冷式冰封保压机构。
背景技术
在进行天然气水合物钻探取样时，由于天然气水合物只能稳定存在于低温高压环境中，因此要求取样钻具具有保持原位水合物岩心温度压力的能力。国内外现有保压取芯钻具一般采用球阀或者板阀等机械阀门关闭取芯管下端实现取芯钻具的保压功能，大量的实践应用表明，由于钻孔内情况复杂，使用条件恶劣，经常造成机械阀门磨损或不能正常关闭，导致发挥保压功能的次数占总取样次数的比例不到60%，可靠性差。专利CN101798924A公开了一种在井底钻具内原位生成钻井液冰阀来实现密封保压是一种天然气水合物保压取样新技术。专利CN102494428A公开了一种用于采用液动潜孔往复机构驱动制冷压缩机和容积式循环泵实现冷冻钻具内原位钻井液形成冰阀，然而，该制冷循环机具由液动压缩制冷系统和载冷剂循环系统两套循环结构组成，钻具结构复杂，使用可靠性低。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供了一种只需液动压缩制冷系统的蒸发直冷式冰封保压机构。
本发明包括有冰阀管、隔套、外管、密封套，隔套下端通过端接头限位，外管通过螺纹与端接头连接密封，冰阀管与端接头配合并通过密封圈密封，冰阀管内侧无螺旋槽部位内衬绝热套实现绝热作用，防止冰阀管中段内的岩心样品被冷冻。冰阀管中间段外壁套设密封套，蒸发直冷式冰封保压机构直接安装于钻杆内部，下端被钻头限位。
冰阀管上端螺旋槽通道与隔套之间的空间为第一螺旋通道，第一螺旋通道为制冷剂蒸发制冷形成冰阀管上端冰阀的蒸发换热并返回压缩机通道；
钻杆、外管、钻头、端接头和冰阀管之间的空间为第二通道，第二通道为钻井液通道，钻井液通过第二通道可直通孔底：
隔套与外管之间的空间为第三通道，第三通道为经冷凝器冷凝后的制冷剂进入蒸发器直冷式冰阀管的通道；
隔套和冰阀管下端螺旋槽通道之间的空间为第四螺旋通道，第四螺旋通道为制冷剂第一次蒸发制冷在冰阀管下端形成冰阀的蒸发换热通道；
隔套上的毛细螺旋槽和外管之间的空间为第五毛细螺旋通道，第五毛细螺旋通道为经过冷凝后的制冷剂进入蒸发器的毛细管通道；
冰阀管外的密封套和隔套之间的空间为第六螺旋通道，第六螺旋通道为经第一次蒸发制冷后的制冷剂进入冰阀管上端进行二次蒸发制冷的连接通道。
本发明的工作过程和原理：
由制冷压缩机排出的压缩制冷剂经冷凝器冷凝后进入第三通道，通过第五毛细螺旋通道高速喷射进入冰阀管下端外壁第四螺旋通道，经历第一次蒸发换热，使冰阀管内下端钻井液冷冻形成冰阀；经历第一次蒸发后未完全蒸发的制冷剂经第六螺旋通道进入冰阀管上端外壁第一螺旋通道,使冰阀管上端钻井液冷冻形成冰阀，冰阀管两端形成的冰阀对冰阀管内岩心进行密封从而实现保温保压功能。完成蒸发制冷后的制冷剂通过第一螺旋通道被压缩机吸入完成制冷循环过程。第二通道为钻井液通道，钻井液通过第二通道可直通孔底：本发明通过在冰阀管外侧两端需要形成冰阀的部位设置螺旋槽，在隔套外壁设置第三通道。由液动压缩制冷系统的压缩机提供的制冷剂直接通过隔套外壁的第三通道，进入冰阀管的第四螺旋通道和第一螺旋通道蒸发换热，使冰阀管内侧钻井液冷冻形成冰阀，将天然气水合物冰芯封在冰阀管的中间段内。
本发明的有益效果：
本发明只需液动压缩制冷系统就可以实现冷冻形成冰阀，不需要载冷剂循环系统，钻具结构简单，使用可靠性高。
附图说明
图1为本发明的剖视图。
图2为图1中的A—A剖视图。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示，本实施例包括有冰阀管4、隔套3、外管2、密封套8，隔套3下端通过端接头6限位，外管2通过螺纹与端接头6连接密封，冰阀管4与端接头6配合并通过密封圈5密封，冰阀管4内侧无螺旋槽部位内衬绝热套9实现绝热作用，防止冰阀管4中段内的岩心样品被冷冻。冰阀管4中间段外壁套设密封套8，蒸发直冷式冰封保压机构直接安装于钻杆1内部，下端被钻头7限位。
冰阀管4上端螺旋槽41通道与隔套3之间的空间为第一螺旋通道Ⅰ，第一螺旋通道Ⅰ为制冷剂蒸发制冷形成冰阀管上端冰阀的蒸发换热并返回压缩机通道；
钻杆1、外管2、钻头7、端接头6和冰阀管4之间的空间为第二通道Ⅱ，第二通道Ⅱ为钻井液通道，钻井液通过第二通道Ⅱ可直通孔底：
隔套3与外管2之间的空间为第三通道Ⅲ，第三通道Ⅲ为经冷凝器冷凝后的制冷剂进入蒸发器直冷式冰阀管的通道；
隔套3和冰阀管4下端螺旋槽41通道之间的空间为第四螺旋通道Ⅳ，第四螺旋通道Ⅳ为制冷剂第一次蒸发制冷在冰阀管4下端形成冰阀的蒸发换热通道；
隔套3上的毛细螺旋槽和外管2之间的空间为第五毛细螺旋通道Ⅴ，第五毛细螺旋通道Ⅴ为经过冷凝后的制冷剂进入蒸发器的毛细管通道；
冰阀管4外的密封套8和隔套3之间的空间为第六螺旋通道Ⅵ，第六螺旋通道Ⅵ为经第一次蒸发制冷后的制冷剂进入冰阀管4上端进行二次蒸发制冷的连接通道。
本实施例的工作过程和原理：
由制冷压缩机排出的压缩制冷剂经冷凝器冷凝后进入第三通道Ⅲ，通过第五毛细螺旋通道Ⅴ高速喷射进入冰阀管4下端外壁第四螺旋通道Ⅳ，经历第一次蒸发换热，使冰阀管4内下端钻井液冷冻形成冰阀；经历第一次蒸发后未完全蒸发的制冷剂经第六螺旋通道Ⅵ进入冰阀管4上端外壁第一螺旋通道Ⅰ,使冰阀管4上端钻井液冷冻形成冰阀，冰阀管4两端形成的冰阀对冰阀管4内岩心进行密封从而实现保温保压功能。完成蒸发制冷后的制冷剂通过第一螺旋通道Ⅰ被压缩机吸入完成制冷循环过程。第二通道Ⅱ为钻井液通道，钻井液通过第二通道Ⅱ可直通孔底：本发明通过在冰阀管4外侧两端需要形成冰阀的部位设置螺旋槽41，在隔套3外壁设置第三通道Ⅲ。由液动压缩制冷系统的压缩机提供的制冷剂直接通过隔套3外壁的第三通道Ⅲ，进入冰阀管4的第四螺旋通道Ⅳ和第一螺旋通道Ⅰ蒸发换热，使冰阀管4内侧钻井液冷冻形成冰阀，将天然气水合物冰芯封在冰阀管4的中间段内。
Claims (1)
1.一种蒸发直冷式冰封保压机构，其特征在于：包括有冰阀管（4）、隔套（3）、外管（2）、密封套（8），隔套（3）下端通过端接头（6）限位，外管（2）通过螺纹与端接头（6）连接密封，冰阀管（4）与端接头（6）配合并通过密封圈（5）密封，冰阀管（4）内侧无螺旋槽部位内衬绝热套（9），冰阀管（4）中间段外壁套设密封套（8），蒸发直冷式冰封保压机构直接安装于钻杆（1）内部，下端被钻头（7）限位；
冰阀管（4）上端螺旋槽（41）通道与隔套（3）之间的空间为第一螺旋通道（Ⅰ），第一螺旋通道（Ⅰ）为制冷剂蒸发制冷形成冰阀管上端冰阀的蒸发换热并返回压缩机通道；
钻杆（1）、外管（2）、钻头（7）、端接头（6）和冰阀管（4）之间的空间为第二通道（Ⅱ），第二通道（Ⅱ）为钻井液通道，钻井液通过第二通道（Ⅱ）可直通孔底：
隔套（3）与外管（2）之间的空间为第三通道（Ⅲ），第三通道（Ⅲ）为经冷凝器冷凝后的制冷剂进入蒸发器直冷式冰阀管的通道；
隔套（3）和冰阀管（4）下端螺旋槽（41）通道之间的空间为第四螺旋通道（Ⅳ），第四螺旋通道（Ⅳ）为制冷剂第一次蒸发制冷在冰阀管（4）下端形成冰阀的蒸发换热通道；
隔套（3）上的毛细螺旋槽和外管（2）之间的空间为第五毛细螺旋通道（Ⅴ），第五毛细螺旋通道（Ⅴ）为经过冷凝后的制冷剂进入蒸发器的毛细管通道；
冰阀管（4）外的密封套（8）和隔套（3）之间的空间为第六螺旋通道（Ⅵ），第六螺旋通道（Ⅵ）为经第一次蒸发制冷后的制冷剂进入冰阀管（4）上端进行二次蒸发制冷的连接通道。
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