CN104949862A - 定量采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定量采样装置。该定量采样装置包括采样腔体，用于泥浆样本从中经过；采样入口，其设置于所述采样腔体侧壁的下部，用于所述泥浆样本由其进入到所述采样腔体中，所述采样入口包括多个的采样孔，所述采样孔包括小孔段和大孔段，所述大孔段靠近所述采样腔体的内部；采样出口，其设置于所述采样腔体侧壁的上部并且连接于抽吸泵，所述抽吸泵用于将所述泥浆样本从所述采样出口抽出。这种定量采样装置能够过滤采集的泥浆样本同时在工作中实现自动清理，保证泥浆样本流量连续和恒定。

Description

定量采样装置

技术领域

本发明涉及石油钻井工程录井设备技术领域，具体涉及一种定量采样装置。

背景技术

在石油钻井过程中，钻头在钻井过程中破碎地层，泥浆通过循环将这些岩屑带到地面，当钻头遇到油气层时，油气层内所含的油气会溶解于泥浆中，并被携带至地面。因此泥浆的分析是检测地层油气、定位油气层位、评价油气性质的主要手段。同时，泥浆在平衡钻井压力、携带钻井岩屑、保护油气藏方面具有重要作用，因此，钻井过程中实时对泥浆进行分析对于油气发现、钻井工程具有重要作用。

目前发展的对泥浆油气和泥浆性能进行精确检测的手段主要有油气定量检测、泥浆性能在线检测等等，这些在线检测装置由于检测传感器、设备的工作条件，需要对泥浆进行过滤，并提供连续采集、恒定流量等进样方式。

但由于钻井上返的泥浆含有大量泥砂，钻井液具有粘度高，易附着成泥饼的特点，因此对泥浆进行处理的设备需要具有过滤、自动清理的功能，从而实现连续采样的目的。目前油气检测设备主要依靠常规电动脱气器进行脱气，由于受泥浆液面影响较大，不能定量采集泥浆进行脱气，所以不能定量分析泥浆的油气含量。因此泥浆性能检测目前主要使用人工对泥浆进行过滤、经过人工取样后再进行检测，限制了气体检测的实时性和准确性，同时工作强度较大。因此，急需一种能进行连续采样并保持泥浆流量恒定的定量采样装置。

发明内容

针对上述的问题，本发明提出了一种定量采样装置，这种定量采样装置能够过滤泥浆，并具有自动清理的功能，从而实现泥浆流量恒定的连续采样。

根据本发明的第一方面，提出了一种定量采样装置，其包括：采样腔体，用于泥浆样本从中经过；采样入口，其设置于采样腔体侧壁的下部，用于泥浆样本由其进入到采样腔体中，采样入口包括多个的采样孔，采样孔包括小孔段和大孔段，大孔段靠近采样腔体的内部；采样出口，其设置于采样腔体侧壁的上部并且连接于抽吸泵，抽吸泵用于将泥浆样本从采样出口抽出。

采用本发明的定量采样装置能连续采集泥浆样本并保持泥浆样本流量恒定，从而为在线泥浆油气检测、在线泥浆性能检测等设备提供流量连续恒定或定量的泥浆样本，有助于进行油气定量检测以及连续评价泥浆性能。

在一个实施例中，小孔段的孔径大约为1mm，大孔段的孔径大约为3mm。由此能够过滤出大于1mm的岩屑，利于泥浆样本的后续处理。而大孔段的孔径与小孔段的孔径的差距使得岩屑不易将小孔段堵塞，当采集泥浆样本时随着抽吸泵的抽吸，泥浆样本中的岩屑也由多个采样孔进入到采样腔体中。优选地，小孔段由外向内呈扩口状。当岩屑从小孔段的外侧进入到小孔段时，尺寸小于1mm左右的岩屑可以进来，而由于小孔段由外向内呈扩口状，所以岩屑在小孔段中移动时是越来越自如，从而更不会出现堵塞小孔段的问题。

在一个实施例中，采样腔体由采样外筒和采样内筒套装而成，小孔段为设置于采样外筒的通孔，大孔段为与小孔段对应的设置于采样内筒的通孔，并且采样外筒的厚度为0.5mm左右。采样腔体采用采样外筒和采样内筒套装结构便于采样腔体的加工制造。另外采样外筒的厚度为0.5mm进一步避免岩屑堵塞小孔段。

在一个实施例中，定量采集装置还包括刮刀组件，刮刀组件包括：刮刀支架，采样腔体设置于刮刀支架上，当采集泥浆样本时刮刀支架绕采样腔体的轴线旋转；至少两个刮刀头，该至少两个刮刀头分别连接于刮刀支架上，并且沿采样腔体的周向间隔相同距离地分别靠近采样腔体外壁的下部；刮刀片，其对应地设置于所述至少两个刮刀头上，并且刮刀片能够贴附于采样腔体外壁的下部。由此当采集泥浆样本，刮刀支架绕采样腔体的轴线旋转时刮刀头带着刮刀片刮擦采样腔体的外壁，从而将由于尺寸限制滞留在小孔段外侧的岩屑以及夹杂的泥浆刮除，从而利于后续新的泥浆样本源源不断地从小孔段进入到采样腔体内。

在一个实施例中，采样腔体沿周向均匀地间隔设置有至少两组排列相同的采样孔。采用预定距离间隔地设置至少两组采样孔，可以使得刮刀片刮除的岩屑以及夹杂的泥浆经过采样腔体外壁的没有采样孔的区域时易于冲刷掉，而不会被带入到下一组采样孔中，由此实现自动清理的功能。

在一个实施例中，刮刀头铰接于刮刀支架，刮刀组件还包括刮刀紧定构件，刮刀紧定构件包括紧定块、紧定弹簧和导程螺钉，导程螺钉的一端连接于刮刀头，导程螺钉的另一端连接于紧定弹簧，紧定块能够通过紧定弹簧调节导程螺钉对刮刀头的预紧力。由此可以调节刮刀头上的刮刀片与采样腔体外壁的贴附力的大小。

在一个实施例中，采样腔体内设置有能够由旋转轴带动旋转的搅拌棒，以搅拌进入采样腔体的泥浆，刮刀支架连接于旋转轴上，并且能够与搅拌棒同轴旋转。搅拌棒在采样腔体的内部搅拌泥浆样本，避免泥浆样本粘附于采样腔体的内壁上，以及防止泥浆内低于过滤孔直径的微小砂体的沉积，保持采样畅通。

在一个实施例中，采样腔体底部包括向下凸起的最低处，最低处设置有多个排液孔。当停止采集泥浆样本或者清洗采样腔体时，可以通过排液孔排出采样腔体内的残留泥浆。

在一个实施例中，采样腔体底部的内壁向下凸起，采样腔体底部的外壁构造为水平。底部的内壁构造为向下凸起，排液孔设置于最低处，便于残留泥浆的排出，而底部的外壁构造为水平，便于刮刀支架的加工以及刮刀支架的装配。

在一个实施例中，排液孔包括小孔段和大孔段，大孔段靠近采样腔体的内部。采集泥浆时刮刀支架绕采样腔体的轴线旋转，采样泥浆也通过排液孔进入到采样腔体内，排液孔构造为大孔段和小孔段，并且大孔段靠近采样腔体的内部，由此过滤掉尺寸较大的岩屑和夹杂的泥浆，同时避免排液孔的堵塞。

在本申请中，用语“内”、“外”规定为相对于采样腔体的内部而言的，朝向采样腔体的内部为“内”，与内相反的方向为“外”。用于“低”规定为采样腔体放置到地面上时相对于地面较近的为低。

与现有技术相比，本发明的优点在于，采集的泥浆样本的流量恒定，由此实现定量采集泥浆样本，对泥浆样本进行过滤，满足更多精密设备的使用，利于后续录井工作的准确性。通过小孔段和大孔段孔径的差距使得尺寸小的岩屑可以进来，而不会出现堵塞小孔段的问题。采样外筒的厚度为0.5mm进一步避免岩屑堵塞小孔段。绕采样腔体的轴线旋转的刮刀支架带动刮刀片刮擦采样腔体的外壁，将滞留在小孔段外侧的岩屑以及夹杂的泥浆刮除，保证泥浆样本流量的连续恒定。间隔设置的至少两组采样孔，当刮刀片刮除岩屑以及夹杂的泥浆时不容易将其带入到下一组采样孔中。刮刀头上的刮刀片与采样腔体外壁的贴附力可以根据泥浆的性质和类型选择调节，从而确保定量采样装置的通用性和适用性。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是根据本发明的一个优选实施例的定量采样装置的剖视图；

图2是根据本发明的一个优选实施例的定量采样装置的采样腔体的半剖视图；

图3是图2所示采样腔体沿A-A截面的剖视图；

图4是图2所示采样腔体的B处的局部放大图；

图5是图1所示定量采样装置下部的放大图。

在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

本发明提供的定量采样装置包括采样腔体、采样入口和采样出口。该定量采样装置为泥浆分析装置或传感器提供过滤、连续、恒流的泥浆样本，并在工作中实现自体的自动清理，安装于对泥浆样本有特殊要求的分析装置上，这些装置包括泥浆油气组分脱气器、在线钻井液特性分析装置、在线钻井液核磁共振分析装置等多种设备。下面将详细地描述本发明的定量采样装置及其各个部分。

如图2、图3和图4所示，采样腔体的侧壁的下部设置有采样入口，而采样腔体侧壁的上部设置有采样出口9。当采用该定量采样装置采集泥浆样本时，泥浆样本从采样入口进入到采样腔体中，采样出口连接于抽吸泵，由此泥浆样本从采样腔体中经过，然后由采样出口被抽出。如图所示采样出口9连接有采液钢管10，采液钢管10连接至抽吸泵（图中未示出）。采样入口包括多个的采样孔27，采样孔包括小孔段271和大孔段272，大孔段272靠近采样腔体的内部。采样入口构造为多个的采样孔27的结构，而且包括小孔段和靠近采样腔体内部的大孔段，由此在能够保证泥浆样本流量恒定的情况下不会出现采样孔堵塞的情况。

作为优选的实施例，如图所示，小孔段271的孔径大约为1mm，大孔段272的孔径大约为3mm。由此能够过滤出大于1mm的岩屑，利于泥浆样本的后续处理。

优选地，小孔段271由外向内呈扩口状。当岩屑在小孔段中向内移动时越来越自如，不会出现堵塞小孔段的问题。

采样腔体可以由厚度一致的单层金属材料制成，然后分别在采样腔体侧壁的下部分别形成小孔段和大孔段。作为优选地，采样腔体由采样外筒24和采样内筒23套装而成，采样外筒24和采样内筒23可以焊接固定，小孔段271为设置于采样外筒24的通孔，大孔段272为与小孔段271对应的设置于采样内筒23的通孔，由此便于小孔段和大孔段的加工制作。另外，采样外筒24的厚度为0.5mm左右。进一步地避免岩屑堵塞小孔段。

在一个优选的实施例，如图1和图5所示，定量采集装置还包括刮刀组件。如图所示，刮刀组件包括刮刀支架2、至少两个刮刀头4和刮刀片5。采样腔体设置于刮刀支架2上，至少两个刮刀头4分别连接于刮刀支架2上，沿采样腔体的周向间隔相同距离地分别靠近采样腔体外壁的下部，刮刀片5对应地设置于至少两个刮刀头4上，并且刮刀片5能够贴附于采样腔体外壁的下部。采集泥浆样本时刮刀支架2绕采样腔体的轴线旋转，同时刮刀头4带着刮刀片5刮擦采样腔体的外壁，从而将滞留在小孔段271外侧的岩屑以及夹杂的泥浆刮除，达到自动清理的功能，从而后续新的泥浆样本源源不断地从小孔段271进入到采样腔体内。

进一步地，如图1、图2和图3所示，采样腔体沿周向均匀地间隔设置有至少两组排列相同的采样孔。采样孔在采集泥浆样本时，绕采样腔体的轴线不断旋转的刮刀支架2使得刮刀片5连续地刮擦采样腔体的外壁，只要保证采集泥浆样本的过程中始终保持至少一组采样孔是可以采集到泥浆样本即可。排列相同的采样孔可以保证采集泥浆样本时单位时间内进入到采样腔体内的泥浆样本的流量保持不变。作为优选地，如图1和图3所示，刮刀头的数量为2个，采样腔体的侧壁上间隔地设置有4组采样孔，每组包括间隔相同距离的20个采样孔。而且刮刀片5的刮擦面积最好保持在等于或者小于单组采样孔所占侧壁的面积，避免进入到采样腔体内的采集泥浆样本量太少，影响仪器的使用和气体的测定。

另外，如图5所示，刮刀头4铰接于刮刀支架2，刮刀组件还包括刮刀紧定构件，刮刀紧定构件包括紧定块6、紧定弹簧7和导程螺钉8，导程螺钉8的一端连接于刮刀头4，导程螺钉8的另一端连接于紧定弹簧7，紧定块6能够通过紧定弹簧7调节导程螺钉8对刮刀头4的预紧力。由此可以调节刮刀头4上的刮刀片5与采样腔体外壁的贴附力的大小。由此可以根据泥浆的性质和种类调节刮刀片5与采样腔体外壁的贴附力，从而提高定量采样装置的通用性和适用性。

优选地，采样腔体内设置有能够由旋转轴3带动旋转的搅拌棒25，刮刀支架2连接于旋转轴3上，刮刀支架2可以采用轴承连接至旋转轴3上，然后再由固定螺帽1固定住，由此可以与搅拌棒25同轴旋转。如图所示，旋转轴3的另一端通过螺纹连接圆板22、填料套筒18、填料座21、密封填料20、锁紧六角套筒19、下套筒17、动环套筒16、静环套筒15、密封圈14、上套筒13以及外接六角螺纹套筒12实现固定以及保证采样腔体上部的气密性。旋转轴的另一端通过软轴11连接至动力装置，从而实现动力的传递。

此外，如图2所示，采样腔体底部包括向下凸起的最低处，最低处（图3中所示的最低处为中心处）设置有多个排液孔28。当停止采集泥浆样本或者清洗采样腔体时，可以通过排液孔28排出采样腔体内的残留泥浆。优选地，采样腔体的底部的内壁向下凸起，其外壁构造为水平。底部的内壁构造为向下凸起，排液孔设置于最低处，便于残留泥浆的排出，而底部的外壁构造为水平，便于刮刀支架2的加工以及刮刀支架2的装配。进一步地，排液孔28包括小孔段和大孔段，大孔段靠近采样腔体的内部。采集泥浆时刮刀支架2绕采样腔体的轴线旋转，采样泥浆也通过排液孔28进入到采样腔体内，排液孔28构造为大孔段和小孔段，并且大孔段靠近采样腔体的内部，由此过滤掉尺寸较大的岩屑和夹杂的泥浆，同时避免排液孔28的堵塞。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种定量采样装置，其特征在于，包括：

采样腔体，用于泥浆样本从中经过；

采样入口，其设置于所述采样腔体侧壁的下部，用于所述泥浆样本由其进入到所述采样腔体中，所述采样入口包括多个的采样孔，所述采样孔包括小孔段和大孔段，所述大孔段靠近所述采样腔体的内部；

采样出口，其设置于所述采样腔体侧壁的上部并且连接于抽吸泵，所述抽吸泵用于将所述泥浆样本从所述采样出口抽出。

2.根据权利要求1所述的定量采样装置，其特征在于，所述小孔段的孔径大约为1mm，所述大孔段的孔径大约为3mm，和/或所述小孔段由外向内呈扩口状。

3.根据权利要求2所述的定量采样装置，其特征在于，所述采样腔体由采样外筒和采样内筒套装而成，所述小孔段为设置于所述采样外筒的通孔，所述大孔段为与所述小孔段对应的设置于所述采样内筒的通孔，并且所述采样外筒的厚度为0.5mm左右。

4.根据权利要求1所述的定量采样装置，其特征在于，还包括刮刀组件，所述刮刀组件包括：

刮刀支架，所述采样腔体设置于所述刮刀支架上，当采集泥浆时所述刮刀支架绕所述采样腔体的轴线旋转；

至少两个刮刀头，所述至少两个刮刀头分别连接于所述刮刀支架上，并且沿所述采样腔体的周向间隔相同距离地分别靠近所述采样腔体外壁的下部；

刮刀片，其对应地设置于所述至少两个刮刀头上，并且所述刮刀片能够贴附于所述采样腔体外壁的下部。

5.根据权利要求4所述的定量采样装置，其特征在于，所述采样腔体沿周向均匀地间隔设置有至少两组排列相同的所述采样孔。

6.根据权利要求4或5所述的定量采样装置，其特征在于，所述刮刀头铰接于所述刮刀支架，所述刮刀组件还包括刮刀紧定构件，所述刮刀紧定构件包括紧定块、紧定弹簧和导程螺钉，所述导程螺钉的一端连接于所述刮刀头，所述导程螺钉的另一端连接于所述紧定弹簧，所述紧定块能够通过所述紧定弹簧调节所述导程螺钉对所述刮刀头的预紧力。

7.根据权利要求6所述的定量采样装置，其特征在于，所述采样腔体内设置有能够由旋转轴带动旋转的搅拌棒，以搅拌进入所述采样腔体的泥浆，所述刮刀支架连接于所述旋转轴上，并且能够与所述搅拌棒同轴旋转。

8.根据权利要求4所述的定量采样装置，其特征在于，所述采样腔体底部包括向下凸起的最低处，所述最低处设置有多个排液孔。

9.根据权利要求8所述的定量采样装置，其特征在于，所述采样腔体底部的内壁向下凸起，采样腔体底部的外壁构造为水平。

10.根据权利要求8或9所述的定量采样装置，其特征在于，所述排液孔包括小孔段和大孔段，所述大孔段靠近所述采样腔体的内部。