CN108999583B - 具有防爆功能的保压筒上部密封结构 - Google Patents

具有防爆功能的保压筒上部密封结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有防爆功能的保压筒上部密封结构，包括岩心筒、内杆和安全阀，内杆的下端伸进岩心筒内，内杆下端通过密封圈与岩心筒内壁密封配合，密封圈上方内杆的外壁与岩心筒内壁之间形成液体容腔一；内杆内设有气体容腔、泄压通道和液体通道，气体容腔中有活塞，液体通道与气体容腔连通，泄压通道与液体容腔一连通，泄压通道的入口和液体通道的开口均设于内杆的底面，安全阀设于泄压通道的入口处。在取芯过程中，如果岩心筒内液体压力达到预定值时，安全阀打开，岩心筒内液体通过泄压通道排入液体容腔一中，最后随岩心筒上部的溢出孔溢出，本发明具备压力补偿功能，又能及时泄压，可迅速降低岩心筒内的压力，避免压力过大而损害设备。

Description

具有防爆功能的保压筒上部密封结构
技术领域
本发明涉及取芯设备技术领域，尤其涉及具有防爆功能的保压筒上部密封结构。
背景技术
岩心钻探是固体矿产地质勘探常采用的勘探手段。筒状钻头和钻具在孔底沿圆周环状破碎岩石，在孔底中心部分保留一个柱状的岩心，从孔内取出岩心用以研究地质和矿产的情况，故称为岩心钻探。
深地深海地区地层压力高，在进行岩心钻探时，为保证取到的岩样到达地面之后仍处于高压环境，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，通过阀门实现下端的密封，保压筒上端一般采用活塞来密封，以保证筒内高压环境。
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。现有的保压筒上端密封采用活塞形式，当钻机开始钻进作业时，通入的高压钻井液会从岩心筒下端进入岩心筒内部，使岩心筒内部压力增大，而活塞密封结构调压能力有限，如果岩心筒内压力过大，容易损坏设备。
发明内容
本发明旨在提供具有防爆功能的保压筒上部密封结构，设置有泄压通道和安全阀，当筒内压力到达预定值时，安全阀开启，能够及时泄压，且泄压能力强，可有效保证岩心钻探安全进行。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
具有防爆功能的保压筒上部密封结构，包括岩心筒、内杆和安全阀，所述内杆的下端伸进岩心筒内，内杆底部膨大，内杆膨大部的外壁设有密封圈一，密封圈一与岩心筒内壁密封配合，密封圈一上方内杆的外壁与岩心筒内壁之间形成液体容腔一，岩心筒上部侧壁设有溢流孔；
内杆内设有气体容腔、泄压通道和液体通道，泄压通道的出口与液体容腔一连通，泄压通道的入口位于内杆底面，安全阀设于泄压通道的入口处；气体容腔中设有活塞二，液体通道上端与气体容腔连通，液体通道的下端开口于内杆的底面。
进一步的，内杆外壁安装有密封圈二，密封圈二位于泄压通道的出口与密封圈一之间；当内杆相对于岩心筒移动到上止点时，密封圈二与岩心筒内壁密封配合，溢流孔位于密封圈二与密封圈一之间。
进一步的，内杆下端套装有端盖帽，端盖帽内壁与内杆底面之间的区域构成液体容腔二。
优选地，液体容腔二中装有滤网。
进一步的，还包括与岩心筒内壁适配的活塞一，活塞一上设有液体流通孔，活塞一通过螺栓安装在端盖帽上，端盖帽对应液体流通孔的位置设有通孔。
其中，液体流通孔偏心设置。
进一步的，活塞一上下设有两个，两个活塞一固接，两个活塞一上的液体流通孔正对。
其中，活塞一上安装有O型圈。
其中，内杆下部外侧壁有限位台阶一，所述岩心筒上部内侧壁有与限位台阶一适配的限位台阶二。
进一步的，限位台阶二位于溢流孔上方。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明在取芯过程中，如果岩心筒内液体压力过大，达到预定值时，安全阀将会打开，岩心筒内液体将会沿着活塞一上的液体流通孔进入内杆与岩心筒之间的液体容腔一中，并随岩心筒上部的溢出孔溢出，及时进行泄压，迅速降低岩心筒内的压力，避免压力过大而损害设备；
2.本发明通过气体容腔和活塞，可对岩心筒进行压力补偿，自动维持岩心筒内压力稳定，实现保压取芯。
附图说明
图1是取芯之前本发明的示意图；
图2是图1中A处的放大图；
图3是取芯之前本发明在钻机外筒中的示意图；
图4是图3中A处的放大图；
图5是图3中B处的放大图；
图6是取芯时本发明在钻机外筒中的示意图；
图7是图6中A处的放大图；
图8是取芯完成后本发明在钻机外筒中的示意图；
图9是图8中A处的放大图；
图中：1-岩心筒、2-内杆、3-安全阀、4-活塞一、5-液体容腔一、6-泄压通道、7-液体容腔二、8-滤网、9-端盖帽、10-气体容腔、11-活塞二、12-密封圈一、13-溢流孔、14-液体通道、15-液体流通孔、16-钻机外筒、17-钻头、18-阀门、19-O型圈、20-密封圈二、21-限位台阶一、22-限位台阶二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
如图1-9所示，本发明公开的具有防爆功能的保压筒上部密封结构，包括岩心筒1、内杆2和安全阀3，内杆2的下端伸进岩心筒1内，内杆2底部膨大，内杆2膨大部的外壁设有密封圈一12，密封圈一12与岩心筒1内壁密封配合，密封圈一12上方内杆2的外壁与岩心筒1内壁之间形成液体容腔一5，岩心筒1上部侧壁设有溢流孔13。
内杆2内设有气体容腔10、泄压通道6和液体通道14，泄压通道6的出口与液体容腔一5连通，泄压通道6的入口位于内杆2底面，安全阀3设于泄压通道6的入口处；气体容腔10中设有活塞二11，液体通道14上端与气体容腔10连通，液体通道14的下端开口于内杆2的底面，活塞二11用于隔绝气液，同时通过活塞二11的移动，可以调整岩心筒1内的压力。在另一个实施方式中气体容腔10连接有气体充放装置,便于对气体容腔10充放气。
内杆2外壁安装有密封圈二20，密封圈二20位于泄压通道6的出口与密封圈一12之间。内杆2下端套装有端盖帽9，端盖帽9内壁与内杆2底面之间的区域构成液体容腔二7，气体容腔10通过液体通道14与液体容腔二7连通，泄压通道6与液体容腔二7由安全阀隔开。液体容腔二7中装有滤网8，可以过滤掉杂质，避免杂质进入气体容腔10内。
端盖帽9下端安装有与岩心筒1内壁适配的活塞一4，活塞一4通过螺栓安装在端盖帽9上，活塞一4上设有液体流通孔15，端盖帽9对应液体流通孔15的位置设有通孔。液体流通孔15偏心设置，活塞一4上安装有O型圈19。
在另一个实施方式中活塞一4上下设有两个，两个活塞一4固接，两个活塞一4上的液体流通孔15正对，位于下方的活塞一4上安装有O型圈19。
在内杆2下部外侧壁设有限位台阶一21，岩心筒1上部内侧壁有与限位台阶一21适配的限位台阶二22，限位台阶二22位于溢流孔13上方。
如图1-5所示，在取芯工作开始前，岩心筒1下端延伸到钻机外筒16的底部，钻机外筒16下端安装钻头17，内杆2的下端延伸到钻头17内，随着钻机下放与运行，岩心筒1随钻机外筒16向下移动，钻井液逐渐填充进岩心筒1，此过程中，如果岩心筒1内的压力大于气体容腔10上部腔体内的压力，部分液体经液体流通孔15进入液体容腔二7，紧接着通过滤网8和液体通道14进入至气体容腔10内，压缩活塞二11直至气液达到平衡。如果压力到达预定值，安全阀3则被打开，液体经泄压通道6进入液体容腔一5中，最终通过岩心筒1上部的溢流孔13排出岩心筒1，可避免岩心筒1压力过大，保护钻机等器械设备。
如图6、7所示，当限位台阶一21与限位台阶二22相抵时，岩心筒1与内杆2不能再轴向相对移动，内杆2相对于岩心筒1移动到上止点，此时密封圈二20与岩心筒1内壁密封配合，溢流孔13位于密封圈二20与密封圈一12之间。此时向上提拉内杆2，可带动岩心筒1一起上行。如图8、9所示，当岩心筒1被提拉越过阀门18后，阀门18关闭，实现保压筒下端的密封，保证筒内高压环境。
在提钻过程中，岩心筒1内压力降低，活塞二11下方压力降低，平衡打破，气体容腔10内气体膨胀，活塞二11下移，压缩岩心筒1内液体，再次达到平衡。
本发明简单合理，压力补偿灵敏度高、保压强度高，具有防爆功能，可靠性好。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有防爆功能的保压筒上部密封结构，其特征在于:包括岩心筒(1)、内杆(2)和安全阀(3)，所述内杆(2)的下端伸进岩心筒(1)内，内杆(2)底部膨大，内杆(2)膨大部的外壁设有密封圈一(12)，密封圈一(12)与岩心筒(1)内壁密封配合，密封圈一(12)上方内杆(2)的外壁与岩心筒(1)内壁之间形成液体容腔一(5)，岩心筒(1)上部侧壁设有溢流孔(13)；
内杆(2)内设有气体容腔(10)、泄压通道(6)和液体通道(14)，泄压通道(6)的出口与液体容腔一(5)连通，泄压通道(6)的入口位于内杆(2)底面，安全阀(3)设于泄压通道(6)的入口处；气体容腔(10)中设有活塞二(11)，液体通道(14)上端与气体容腔(10)连通，液体通道(14)的下端开口于内杆(2)的底面；
内杆(2)外壁安装有密封圈二(20)，密封圈二(20)位于泄压通道(6)的出口与密封圈一(12)之间；当内杆(2)相对于岩心筒(1)移动到上止点时，密封圈二(20)与岩心筒(1)内壁密封配合，溢流孔(13)位于密封圈二(20)与密封圈一(12)之间。
2.根据权利要求1所述的保压筒上部密封结构，其特征在于：内杆(2)下端套装有端盖帽(9)，端盖帽(9)内壁与内杆(2)底面之间的区域构成液体容腔二(7)。
3.根据权利要求2所述的保压筒上部密封结构，其特征在于：液体容腔二(7)中装有滤网(8)。
4.根据权利要求2所述的保压筒上部密封结构，其特征在于：还包括与岩心筒(1)内壁适配的活塞一(4)，活塞一(4)上设有液体流通孔(15)，活塞一(4)通过螺栓安装在端盖帽(9)上，端盖帽(9)对应液体流通孔(15)的位置设有通孔。
5.根据权利要求4所述的保压筒上部密封结构，其特征在于：液体流通孔(15)偏心设置。
6.根据权利要求4或5所述的保压筒上部密封结构，其特征在于：活塞一(4)上下设有两个，两个活塞一(4)固接，两个活塞一(4)上的液体流通孔(15)正对。
7.根据权利要求4或5所述的保压筒上部密封结构，其特征在于：活塞一(4)上安装有O型圈(19)。
8.根据权利要求1所述的保压筒上部密封结构，其特征在于：内杆(2)下部外侧壁有限位台阶一(21)，所述岩心筒(1)上部内侧壁有与限位台阶一(21)适配的限位台阶二(22)。
9.根据权利要求8所述的保压筒上部密封结构，其特征在于：限位台阶二(22)位于溢流孔(13)上方。
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