CN106769240B - 一种自动补冷的液氮制冷式煤瓦斯取样器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动补冷的液氮制冷式煤瓦斯取样器，它包括有外接头（1）、钻管（2）和钻头（7），外接头（1）开有芯孔（11），外接头（1）和钻头（7）套接在钻管（2）两端口，在钻管（2）内部从外接头（1）到钻头（7）依次装有液氮补冷控制机构（4）、液氮储存器（5）和保温取样器（6）；保温取样器内腔（61）与钻头中心管（71）对接连通，以灌满煤层岩心样品，保温取样器（6）的壳层间设有液氮冷却流道（62）。本发明的有益效果：本发明实现了简便、快捷地冻结冰封含瓦斯煤样品中的瓦斯气体，且自动补冷以控制样品冷冻，减少了取样过程中的瓦斯损失量，提高了煤层瓦斯含量测量精度。
Description
技术领域
本发明属于煤矿安全防护技术领域，具体涉及一种液氮制冷式煤瓦斯取样器，适用于煤田开发过程中对含瓦斯煤进行定点取样。
背景技术
中国专利文献CN 106124243A于2016年11月16日公开了一种煤层瓦斯含量测定超前冷冻取样方法，它包括步骤：1)、采用绳索取芯钻具钻进至距离目标煤层表面0.2m左右停止钻进作业；2)、将流体输送管通过钻杆中心下放到钻孔内，并使流体输送管的端部接近钻孔底部；3)、从地面通过液氮泵将低温流体通过流体输送管持续泵入到钻孔底部，使钻孔底部以下3-5m区域冷冻至零度以下的冻结状态；4)、提出流体输送管，再下入绳索取芯钻具的取芯器，快速进行取芯钻进操作；5)、钻进3m时，停止钻进作业，快速将取芯器提至地表，并迅速将样品装入密封罐中。该方法能保证煤层岩心样品在钻进、运移过程中不发生解吸逸散，可保持煤层样品的瓦斯原位含量状态。
但是，该专利的操作过程繁琐，煤层岩心的取样时间较长。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种自动补冷的液氮制冷式煤瓦斯取样器，它能简便、快捷地钻取获得低温冷冻结冰封存含瓦斯煤样品，避免取样过程中的瓦斯损失量，保证煤层瓦斯含量测量精度。
本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有外接头、钻管和钻头，外接头开有芯孔，外接头和钻头套接在钻管两端口，在钻管内部从外接头到钻头依次装有液氮补冷控制机构、液氮储存器和保温取样器；保温取样器内腔与钻头中心管对接连通，以灌满煤层岩心样品，保温取样器的壳层间设有液氮冷却流道；液氮储存器用于盛装液氮，液氮储存器底座与保温取样器盖帽螺纹连接，在保温取样器盖帽中设有用于液氮流通、并与液氮冷却流道连通的T型孔；液氮储存器盖帽与内接头空腔套接，内接头空腔装有液氮补冷控制机构，内接头圆柱端与外接头芯孔的轴向端螺纹连接，外接头芯孔为十字孔，外接头侧边的两个十字孔口接通钻管内壁缝隙，钻管内壁缝隙连通钻头中心管；
所述液氮补冷控制机构包括蓄电池、控制器、温度传感器和电磁控制阀，蓄电池和控制器固定于内接头空腔内底，温度传感器固定在保温取样器上，温度传感器通过信号传输线连接控制器；
电磁控制阀安装在液氮储存器盖帽上，电磁控制阀的入口与液氮储存器内腔相通，电磁控制阀的出口通过管线与液氮储存器底座上的通孔连通，控制器的控制信号线连接电磁控制阀。
本发明的工作过程是，在仰孔钻进取样时：
步骤1、首先将本发明安装在钻具底端，预先设置控制器的起始工作时间，取样钻进过程中，液氮补冷控制机构不工作，钻井液通过外接头芯孔、钻管内壁缝隙和钻头中心管进入孔底；
步骤2、到控制器预先设置的起始工作时间时，取样钻进停止，在控制器的控制下使电磁控制阀打开，液氮储存器的液氮由于重力作用流入管线，在管线中吸热相变成为氮气，相变后的氮气进入到液氮储存器中，使液氮储存器中压力升高，液氮储存器的液氮由于压力作用进入到T型孔中，流入保温取样器的液氮冷却流道，当温度传感器的温度达到设定温度时，控制器控制电磁控制阀关闭，停止向保温取样器提供液氮，液氮相变吸热实现对保温取样器内腔中样品的冷冻，液氮相变后产生的氮气通过排气孔排出；
步骤3、当温度传感器处温度高于设定温度时，控制器控制电磁控制阀打开，重复步骤2，使液氮冷却流道始终充满液氮，保持对保温取样器中样品的持续冷冻，直至取到地表进行人工处理。
本发明的有益效果：本发明实现了简便、快捷地冻结冰封含瓦斯煤样品中的瓦斯气体，且自动补冷以控制样品冷冻，减少了取样过程中的瓦斯损失量，提高了煤层瓦斯含量测量精度。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明在仰孔钻进取样时的结构示意图；
图2为图1中的保温取样器的结构示意图；
图3为图1中的液氮储存器的结构示意图；
图4为本发明在下向孔钻进取样时的液氮储存器结构图。
图中：1.外接头；11.芯孔；2.钻管；21.钻管内壁缝隙；3.内接头；31.内接头空腔；
4.液氮补冷控制机构；41.蓄电池；42.控制器；43.温度传感器；44.信号传输线；45.电磁控制阀；46.管线；
5.液氮储存器；51.液氮储存器内腔；52.液氮储存器底座；53.通孔；54.液氮储存器盖帽；55.桶形内缸；56.管状外缸；57.导管；58.滑动活塞；
6.保温取样器；61.保温取样器内腔；62.液氮冷却流道；63.保温取样器盖帽；64.T型孔；65.内管；66.外管；67.取芯管；68.保温取样器底座；69.排气孔；
7.钻头；71.钻头中心管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明包括有外接头1、钻管2和钻头7，外接头1开有芯孔11，外接头1和钻头7套接在钻管2两端口，在钻管2内部从外接头1到钻头7依次装有液氮补冷控制机构4、液氮储存器5和保温取样器6；保温取样器内腔61与钻头中心管71对接连通，以灌满煤层岩心样品，保温取样器6的壳层间设有液氮冷却流道62；液氮储存器5用于盛装液氮，液氮储存器底座52与保温取样器盖帽63螺纹连接，在保温取样器盖帽63中设有用于液氮流通、并与液氮冷却流道62连通的T型孔64；液氮储存器盖帽54与内接头空腔31套接，内接头空腔31内装有液氮补冷控制机构4，内接头3圆柱端与外接头芯孔11的轴向端螺纹连接，外接头芯孔11为十字孔，外接头侧边的两个十字孔口接通钻管内壁缝隙21，钻管内壁缝隙21连通钻头中心管71；
所述液氮补冷控制机构4包括蓄电池41、控制器42、温度传感器43和电磁控制阀45，蓄电池41和控制器42固定于内接头空腔31内底，温度传感器43固定在保温取样器6上，温度传感器43通过信号传输线44连接控制器42；
电磁控制阀45安装在液氮储存器盖帽54上，电磁控制阀45的入口与液氮储存器内腔51相通，电磁控制阀45的出口通过管线46与液氮储存器底座52上的通孔53连通，控制器42的控制信号线连接电磁控制阀45。
如图2所示，上述的保温取样器6包含由内管65与外管66焊接构成的真空保温层，内管65用螺纹套接在保温取样器盖帽63的前端大圆台上，取芯管67置于内管65内，取芯管67与保温取样器盖帽63的小圆柱端用螺纹连接，取芯管67与内管65间的中空部构成液氮冷却流道62，保温取样器盖帽63中心处开有连通液氮储存器5的T型孔64，保温取样器底座68的内壁用螺纹套接取芯管67口部外圆周上，保温取样器底座68的端面与内管65和外管66前端焊接，温度传感器43嵌入保温取样器底座68中的与液氮冷却流道62位置对应的钻孔内，保温取样器底座68上还开设有与液氮冷却流道62连通的排气孔69。
如图3所示，上述液氮储存器5包括桶形内缸55和管状外缸56，桶形内缸55位于管状外缸56内部，桶形内缸55的口部与液氮储存器底座52焊接连接，管状外缸56两端口分别与液氮储存器底座52和液氮储存器盖帽54焊接连接，桶形内缸55与管状外缸56之间的空隙构成真空保温层，在液氮储存器内腔51内，有一导管57自液氮储存器底座52伸入桶形内缸55内底，导管57与保温取样器盖帽63的T型孔64相连通。
在下向孔钻进取样时，液氮储存器内腔51内的液氮积存在液氮储存器底座52一边，导管口部和电磁控制阀的入口不能接触液面，一方面无法向保温取样器输送低温液氮，另一方面与电磁控制阀相接的管线46不能获得吸热相变的液氮。
为克服该问题，如图4所示，在液氮储存器的桶形内缸55安装有滑动活塞58。滑动活塞58将液氮储存器内腔51分成两部分，面向电磁控制阀45一侧的腔体为液氮储存部分，管线中吸热相变的氮气，从滑动活塞58另一侧推压滑动活塞58，使液氮受压向导管口部和电磁控制阀的入口溢流。
Claims (4)
1.一种自动补冷的液氮制冷式煤瓦斯取样器，包括有外接头(1)、钻管(2)和钻头(7)，外接头(1)开有芯孔(11)，外接头(1)和钻头(7)套接在钻管(2)两端口，其特征是：在钻管(2)内部从外接头(1)到钻头(7)依次装有液氮补冷控制机构(4)、液氮储存器(5)和保温取样器(6)；保温取样器内腔(61)与钻头中心管(71)对接连通，以灌满煤层岩心样品，保温取样器(6)的壳层间设有液氮冷却流道(62)；液氮储存器(5)用于盛装液氮，液氮储存器底座(52)与保温取样器盖帽(63)螺纹连接，在保温取样器盖帽(63)中设有用于液氮流通、并与液氮冷却流道(62)连通的T型孔(64)；液氮储存器盖帽(54)与内接头空腔(31)套接，内接头空腔(31)内装有液氮补冷控制机构(4)，内接头(3)圆柱端与外接头芯孔(11)的轴向端螺纹连接，外接头芯孔(11)为十字孔，外接头侧边的两个十字孔口接通钻管内壁缝隙(21)，钻管内壁缝隙(21)连通钻头中心管(71)；
所述液氮补冷控制机构(4)包括蓄电池(41)、控制器(42)、温度传感器(43)和电磁控制阀(45)，蓄电池(41)和控制器(42)固定于内接头空腔(31)内底，温度传感器(43)固定在保温取样器(6)上，温度传感器(43)通过信号传输线(44)连接控制器(42)；
电磁控制阀(45)安装在液氮储存器盖帽(54)上，电磁控制阀(45)的入口与液氮储存器内腔(51)相通，电磁控制阀(45)的出口通过管线(46)与液氮储存器底座(52)上的通孔(53)连通，控制器(42)的控制信号线连接电磁控制阀(45)。
2.根据权利要求1所述的自动补冷的液氮制冷式煤瓦斯取样器，其特征是：所述保温取样器(6)包含由内管(65)与外管(66)焊接构成的真空保温层，内管(65)用螺纹套接在保温取样器盖帽(63)的前端大圆台上，取芯管(67)置于内管(65)内，取芯管(67)与保温取样器盖帽(63)的小圆柱端用螺纹连接，取芯管(67)与内管(65)间的中空部构成液氮冷却流道(62)，保温取样器盖帽(63)中心处开有连通液氮储存器(5)的T型孔(64)，保温取样器底座(68)的内壁用螺纹套接取芯管(67)口部外圆周上，保温取样器底座(68)的端面与内管(65)和外管(66)前端焊接，温度传感器(43)嵌入保温取样器底座(68)中的与液氮冷却流道(62)位置对应的钻孔内，保温取样器底座(68)上还开设有与液氮冷却流道(62)连通的排气孔(69)。
3.根据权利要求2所述的自动补冷的液氮制冷式煤瓦斯取样器，其特征是：所述液氮储存器(5)包括桶形内缸(55)和管状外缸(56)，桶形内缸(55)位于管状外缸(56)内部，桶形内缸(55)的口部与液氮储存器底座(52)焊接连接，管状外缸(56)两端口分别与液氮储存器底座(52)和液氮储存器盖帽(54)焊接连接，桶形内缸(55)与管状外缸(56)之间的空隙构成真空保温层，在液氮储存器内腔(51)内，有一导管(57)自液氮储存器底座(52)伸入桶形内缸(55)内底，导管(57)与保温取样器盖帽(63)的T型孔(64)相连通。
4.根据权利要求3所述的自动补冷的液氮制冷式煤瓦斯取样器，其特征是：在液氮储存器的桶形内缸(55)安装有滑动活塞(58)。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20190423 |
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