CN107514240B - 一种自动控制的高稳定性保压取芯装置 - Google Patents

一种自动控制的高稳定性保压取芯装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种自动控制的高稳定性保压取芯装置，其包括保压外筒、保压内筒、翻盖、滑块和弹簧；保压外筒的中下段内壁沿周向设有安装槽，顶端内壁向外凸起形成外筒凸起部，外筒凸起部中下段沿周向开设有梯形阀口；梯形阀口内部嵌设有密封环；保压内筒的中下段外壁沿周向向外凸出形成有内筒凸起部；保压内筒位于内筒凸起部下侧的外壁与安装槽之间形成翻盖容置腔；保压内筒的中段和上段外壁与保压外筒的中段和上段内壁之间形成弹簧容置腔；内筒凸起部沿圆周等距离开设有键槽；翻盖匹配容置在翻盖容置腔内；滑块匹配装设于键槽内；弹簧匹配容置于弹簧容置腔内。本发明结构设计简单、合理，密封性良好，操作使用方便、可靠。

Description

一种自动控制的高稳定性保压取芯装置
技术领域
本发明属于保压设备领域，具体涉及一种自动控制的高稳定性保压取芯装置。
背景技术
深地深海地区地层压力高，在进行该区域岩层取样时，为保证取到的岩样到达地面之后仍处于原位高压环境，需利用保压取芯筒储存并运输样品。保压取芯筒竖直吊入深地取芯区，当岩样被提拉进入保压筒后，保压筒翻盖合上形成筒内高压环境。深地深海区域通常有大量流体存在，因此所保压力往往以水压形式存在。由于取样区处于深地区域，远程控制困难，因此在岩样进入保压筒后需要保压筒翻盖能自动触发关闭，触发结构要求简单可靠。保压筒翻盖合上后形成密闭保压环境，需使翻盖有一定的预紧压力，防止保压筒内外压差较小时翻盖周边产生间隙导致保压失效。传统翻盖大多依靠自身重力或扭簧压紧，往往压紧力不够，缺乏外在辅助压紧装置。少数的保压筒装置靠岩样重力自由下落将翻盖压紧，压紧过程中容易对翻盖产生较大冲击，导致保压机构损坏。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种结构设计简单、合理，密封性良好，操作使用方便、可靠的自动控制的高稳定性保压取芯装置。
本发明的技术方案如下：
上述的自动控制的高稳定性保压取芯装置，包括保压外筒和安装于所述保压外筒内部的保压内筒；所述保压取芯装置还包括翻盖、滑块和弹簧；所述保压外筒的中下段内壁沿周向设有安装槽，顶端内壁向外凸起形成外筒凸起部，所述外筒凸起部中下段沿周向开设有梯形阀口；所述梯形阀口内部嵌设有密封环；所述保压外筒的上端内壁通过所述密封环与所述保压内筒的上端外壁密封连接；所述保压内筒的内腔为保压舱，底端限位于所述滑盖安装槽的下端内槽壁，中下段外壁沿周向向外凸出形成有内筒凸起部；所述内筒凸起部的上端外壁嵌设有保压内筒密封圈并通过所述保压内筒密封圈与所述保压外筒的内壁密封连接；所述保压内筒位于所述内筒凸起部下侧的外壁与所述安装槽之间形成翻盖容置腔；所述保压内筒的中段和上段外壁与所述保压外筒的中段和上段内壁之间形成弹簧容置腔；所述内筒凸起部沿圆周等距离开设有键槽；所述翻盖匹配容置在位于所述保压内筒其中一侧的所述翻盖容置腔内，所述翻盖中段和下段的外壁与所述安装槽内槽底之间还夹设有弹片，所述翻盖的边缘部位还设有翻盖密封圈，所述翻盖的顶端与所述内筒凸起部之间通过所述翻盖密封圈密封连接，所述翻盖的底端外侧通过铰链与所述安装槽的内槽底连接；所述滑块匹配装设于所述键槽内；所述弹簧匹配容置于所述弹簧容置腔内，其上端连接所述外筒凸起部的下部，下端连接所述内筒凸起部的上部。
所述自动控制的高稳定性保压取芯装置，其中：所述内筒凸起部沿圆周等距离开设有三个键槽，所述滑块具有三个且分别装设于所述三个键槽内；每个所述滑块的下端沿圆周向外凸出且凸出部活动穿过所述键槽伸入所述保压内筒的保压舱内。
所述自动控制的高稳定性保压取芯装置，其中：所述保压内筒也为一体结构，其中上段沿周向均匀布设有一圈细孔，顶端内壁沿周向凸伸有凸肩。
所述自动控制的高稳定性保压取芯装置，其中：所述保压取芯装置还包括中心杆、PVC管、蓄能器和PDC钻头；所述中心杆穿设于所述保压内筒的保压舱内，其顶端自顶部向下开设有拉索孔并通过所述拉索孔与外部拉索匹配连接；所述PVC管套设于所述中心杆的下端，其上端外壁沿周向凸设有肩阶；所述肩阶沿着保压内筒的内壁上下滑动，滑动到所述保压内筒的顶端内壁时与所述凸肩配合连接，使所述保压内筒的保压舱上方形成密封；所述蓄能器装设于所述中心杆上；所述PDC钻头连接于所述保压外筒的底端且延长至所述保压外筒外壁。
所述自动控制的高稳定性保压取芯装置，其中：所述保压外筒为一体结构，其中上段内壁沿周向设有凹槽，外部匹配套装有外钻，顶端装配连接有液压马达；在所述液压马达与所述外钻之间通入钻井液以驱动所述液压马达，进而带动所述保压外筒及所述PDC钻头旋转；
所述自动控制的高稳定性保压取芯装置，其中：所述中心杆的底部沿圆周凸设有呈圆形的中心杆限位块，中下段杆体中部开设有装配槽；所述蓄能器匹配装设于所述中心杆的装配槽内。
所述自动控制的高稳定性保压取芯装置，其中：所述PVC管的管孔由中心同轴的下管孔和上管孔组成；所述上管孔的直径小于所述下管孔的直径且与所述中心杆的杆体相适应，所述中心杆的杆体活动穿过所述上管孔；所述下管孔的直径与所述中心杆限位块直径相匹配；所述中心杆限位块活动穿设于所述下管孔内。
有益效果：
本发明自动控制的高稳定性保压取芯装置结构设计简单、合理，密封性良好，操作使用方便、可靠，具体优点如下：
(1)取芯过程中，中心杆上提，弹簧压缩，梯形阀口打开，水流迅速排出，使弹簧能够迅速压缩，减少工作时间；弹簧回弹时单向阀关闭，水流进入缓慢，使弹簧缓慢回弹，给翻盖充足的时间盖上，并减轻保压内筒对翻盖的冲击。
(2)弹簧给翻盖施加一个预压力，使保压筒在内外压力差不大时就能保证良好密封。
(3)翻盖依靠保压内筒上移触发关闭，相比于传统球阀装置占体积小，结构简单，无需多余控制装置。
附图说明
图1为本发明自动控制的高稳定性保压取芯装置的结构示意图；
图2为本发明自动控制的高稳定性保压取芯装置的局部结构示意图；
图3为本发明自动控制的高稳定性保压取芯装置的图1中A区域的放大图；
图4为本发明自动控制的高稳定性保压取芯装置的图1中B区域的放大图；
图5为本发明自动控制的高稳定性保压取芯装置的图1中C区域的放大图；
图6为本发明自动控制的高稳定性保压取芯装置的图1中D区域的放大图；
图7为本发明自动控制的高稳定性保压取芯装置的图1中E区域的放大图；
图8为本发明自动控制的高稳定性保压取芯装置的图1中E区域的放大图。
具体实施方式
如图1至8所示，本发明自动控制的高稳定性保压取芯装置，包括保压外筒1、保压内筒2、翻盖3、滑块4、弹簧5、中心杆6、PVC管7、蓄能器8和PDC钻头9。
该保压外筒1为一体结构，其中下段内壁沿周向设有安装槽11，中上段内壁沿周向设有凹槽12，顶端内壁向外凸起形成外筒凸起部13且该外筒凸起部13中下段沿周向开设有梯形阀口14；该梯形阀口14内部嵌设有密封环141，该保压外筒1的上端内壁通过密封环141与保压内筒2上端外壁密封连接。其中，该安装槽11的下端内槽壁向外凸起变厚；同时，该保压外筒1的外部匹配套装有外钻15，顶端装配连接有液压马达16；在液压马达16与外钻15之间通入钻井液驱动液压马达16带动保压外筒1及PDC钻头9旋转。
该保压内筒2也为一体结构，装设于该保压外筒1内部且内腔为保压舱，其底端限位于滑盖安装槽11的下端内槽壁，中下段外壁沿周向向外凸出形成有内筒凸起部21，中上段沿周向均匀布设有一圈细孔22；该内筒凸起部21上端外壁嵌设有保压内筒密封圈211并通过保压内筒密封圈211与保压外筒1内壁密封连接。其中，该保压内筒2位于内筒凸起部21下侧的外壁与保压外筒1的安装槽11之间形成翻盖容置腔23；该保压内筒2的中段和上段外壁与保压外筒1的中段和上段内壁之间形成弹簧容置腔24；同时，该内筒凸起部21沿圆周等距离开设有三个键槽，该保压内筒2的顶端内壁沿周向凸伸有凸肩25。
该翻盖3匹配容置在位于保压内筒2其中一侧的翻盖容置腔23内，该翻盖3中段和下段的外壁与保压外筒1的安装槽11内槽底之间还夹设有弹片31，该翻盖3边缘部位设有翻盖密封圈32，该翻盖3顶端与内筒凸起部21之间通过翻盖密封圈32密封连接，该翻盖3的底端外侧通过铰链33与保压外筒1的安装槽11内槽底连接。
该滑块4具有三个且分别匹配装设于保压内筒2的内筒凸起部21上的三个键槽内；其中，每个滑块4下端沿圆周向外凸出且凸出部活动穿过键槽伸入保压内筒2的内腔。
该弹簧5匹配容置于弹簧容置腔24内，其上端连接外筒凸起部13的下部，下端连接内筒凸起部21的上部。
该中心杆6穿设于该保压内筒2的保压舱内，其底部沿圆周凸设有呈圆形的中心杆限位块61，中下段杆体中部开设有装配槽62；同时，该中心杆6顶端自顶部向下开设有拉索孔63并通过拉索孔63与外部拉索匹配连接。
该PVC管7套设于中心杆6下端且位于保压内筒2的保压舱内，其管孔由中心同轴的下管孔71和上管孔72组成；其中，该上管孔71的直径小于下管孔72的直径且与中心杆6的杆体相适应，该中心杆6的杆体活动穿过上管孔71；该下管孔72的直径与中心杆限位块61直径相匹配；该中心杆限位块61活动穿设于下管孔72内。同时，该PVC管7的上端外壁沿周向凸设有肩阶73；该肩阶73沿着保压内筒2的内筒壁上下滑动，在滑动到保压内筒2的顶端内壁时与凸肩25配合连接使保压舱上方形成密封。
该蓄能器8匹配装设于该中心杆6的装配槽62内。
该PDC钻头9连接于该保压外筒1的底端且延长至保压外筒1外壁。
本发明的具体工作过程如下：
(1)提拉中心杆6，使其下端的肩阶73挂住滑块4的突起部分，带动滑块4和保压内筒2上移，同时弹簧5被压缩，此过程中保压内筒2和保压外筒1之间夹层的水从细孔22和梯形阀口14中同时流出，排出速度快，保压外筒1和保压内筒2之间的夹层空间迅速减小，保压内筒2迅速上移，弹簧5迅速压缩。
(2)当保压内筒2下端越过翻盖3上端后，翻盖3被释放，弹片31将翻盖3弹开，翻盖3绕铰链33转动合上，翻盖密封圈32与保压内筒2紧密接触将保压筒封闭。
(3)滑块4被牵引至凹槽12处，获得空间并弹开，此后与中心杆6分离。
(4)中心杆6继续上拉，而滑块4与保压内筒2在重力和弹簧5弹力作用下回落，此过程中密封环141被水流向下挤紧，使梯形阀口14关闭，保压筒内的水只能从流量孔流入夹层，排入速度慢，保压外筒1和保压内筒2之间的夹层空间缓慢增大，夹层内形成局部真空使保压内筒2受到下移的阻力从而缓慢下落，弹簧5缓慢回弹，保压内筒2能够轻轻回落接触翻盖3，极大减小对翻盖3的冲击，并压紧翻盖3，增强保压密封性。
本发明结构设计简单、合理，密封性良好，操作使用方便、可靠。

Claims (4)

1.一种自动控制的高稳定性保压取芯装置，包括保压外筒和安装于所述保压外筒内部的保压内筒；其特征在于：所述保压取芯装置还包括翻盖、滑块和弹簧；
所述保压外筒的中下段内壁沿周向设有安装槽，顶端内壁向外凸起形成外筒凸起部，所述外筒凸起部中下段沿周向开设有梯形阀口；所述梯形阀口内部嵌设有密封环；所述保压外筒的上端内壁通过所述密封环与所述保压内筒的上端外壁密封连接；
所述保压内筒的内腔为保压舱，底端限位于所述安装槽的下端内槽壁，中下段外壁沿周向向外凸出形成有内筒凸起部；所述内筒凸起部的上端外壁嵌设有保压内筒密封圈并通过所述保压内筒密封圈与所述保压外筒的内壁密封连接；所述保压内筒位于所述内筒凸起部下侧的外壁与所述安装槽之间形成翻盖容置腔；所述保压内筒的中段和上段外壁与所述保压外筒的中段和上段内壁之间形成弹簧容置腔；所述内筒凸起部沿圆周等距离开设有键槽；
所述翻盖匹配容置在位于所述保压内筒其中一侧的所述翻盖容置腔内，所述翻盖中段和下段的外壁与所述安装槽内槽底之间还夹设有弹片，所述翻盖的边缘部位还设有翻盖密封圈，所述翻盖的顶端与所述内筒凸起部之间通过所述翻盖密封圈密封连接，所述翻盖的底端外侧通过铰链与所述安装槽的内槽底连接；
所述滑块匹配装设于所述键槽内；
所述弹簧匹配容置于所述弹簧容置腔内，其上端连接所述外筒凸起部的下部，下端连接所述内筒凸起部的上部；
所述保压内筒也为一体结构，其中上段沿周向均匀布设有一圈细孔，顶端内壁沿周向凸伸有凸肩；
所述保压取芯装置还包括中心杆、PVC管、蓄能器和PDC钻头；
所述中心杆穿设于所述保压内筒的保压舱内，其顶端自顶部向下开设有拉索孔并通过所述拉索孔与外部拉索匹配连接；
所述PVC管套设于所述中心杆的下端，其上端外壁沿周向凸设有肩阶；所述肩阶沿着保压内筒的内壁上下滑动，滑动到所述保压内筒的顶端内壁时与所述凸肩配合连接，使所述保压内筒的保压舱上方形成密封；
所述蓄能器装设于所述中心杆上；
所述PDC钻头连接于所述保压外筒的底端且延长至所述保压外筒外壁；
所述PVC管的管孔由中心同轴的下管孔和上管孔组成；
所述上管孔的直径小于所述下管孔的直径且与所述中心杆的杆体相适应，所述中心杆的杆体活动穿过所述上管孔；
所述下管孔的直径与所述中心杆限位块直径相匹配；所述中心杆限位块活动穿设于所述下管孔内；
所述翻盖依靠所述保压内筒上移触发关闭。
2.如权利要求1所述的自动控制的高稳定性保压取芯装置，其特征在于：所述内筒凸起部沿圆周等距离开设有三个键槽，所述滑块具有三个且分别装设于所述三个键槽内；每个所述滑块的下端沿圆周向外凸出且凸出部活动穿过所述键槽伸入所述保压内筒的保压舱内。
3.如权利要求1所述的自动控制的高稳定性保压取芯装置，其特征在于：所述保压外筒为一体结构，其中上段内壁沿周向设有凹槽，外部匹配套装有外钻，顶端装配连接有液压马达；在所述液压马达与所述外钻之间通入钻井液以驱动所述液压马达，进而带动所述保压外筒及所述PDC钻头旋转。
4.如权利要求1所述的自动控制的高稳定性保压取芯装置，其特征在于：所述中心杆的底部沿圆周凸设有呈圆形的中心杆限位块，中下段杆体中部开设有装配槽；所述蓄能器匹配装设于所述中心杆的装配槽内。
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