CN109632386B - 一种智能伞状齿轮齿条支腿差动式取样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于石油天然气开发行业的智能取样器，它包括丝杠螺母(3)、伞架(4)、电机1(10)、行程记录仪(12)、控制中心(14)、电池(16)、齿轮轴(21)、缸体(23)、活塞(25)、阀芯(29)、丝杠(33)和齿条(35)等；利用行程记录仪(12)以确定取样器地层位置；利用丝杠螺母机构将旋转运动转化为直线运动，从而开合伞架(4)，进而控制兜风的面积，在气流的作用下控制取样器的升降；通过齿轮齿条机构，将齿轮轴(21)的旋转运动转化为齿条(35)的直线运动，以伸出齿条(35)固定位置；活塞(25)两端受力面积不同，推动活塞(25)上移已完成集气；本发明具有结构简单、成本低廉、创意新颖的优点。

Description

一种智能伞状齿轮齿条支腿差动式取样器

技术领域

本发明涉及取样装置技术领域，特别是一种天然气开发取样器。

背景技术

随着油田开发技术不断的向前发展，我国石油行业目前对于勘探开发油气井的油气样品的真实、可靠状态越来越重视，取得第一手真实有效的油气样品资料对于油气资源的开采有着至关重要的作用。

气藏在开采初期，气井井下压力充沛，气体正常流动。随着开采过程的进行，生产中往往伴随着边底水，凝析油的侵入，这些液体一方面在井底慢慢累积，阻碍了气体向井口的运动，另一方面使得上升的气体无法像开采初期一样受到足够的压力作用，在上升的过程中由于温度，压力的变化，在气体中携带的水会聚集在油管内壁，沿着内壁向井底流动。这对天然气的开采危害很大，轻则使产量降低，重则导致井筒积液，水淹喷停等。

因此诊断气井是否存在积液状况十分重要。取样器的主要作用是在试油测试及其他井下作业过程中，定深捞取井下地层流体，经过化验取得其液性资料，进而制定下步工作措施。智能取样器的设计是可以在常规取样器的基础上简化人力劳动的同时将井底样本保温保压取出，更精确智能完成取样工作。

发明内容

本发明的目的是：克服现有取样器的缺点，提供一种结构简单、组装方便且能定点取样的智能伞状齿轮齿条支腿差动式取样器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种智能伞状齿轮齿条支腿差动式取样器主要由：止动螺栓、打捞环、丝杠螺母、伞架、伞架底座、丝杠外壳、电机1、外壳、行程记录仪、控制中心、控制端盖、电池、电池端盖、电机2、齿条外壳、齿轮轴、中空缸、缸体、活塞杆、活塞、橡胶堵头、阀芯、线圈、弹簧1、丝杠、齿条和卡块；所述打捞环为一锥形圆台，其中部为圆孔；所述伞架分上、下两段，中部铰连，四个伞架沿丝杠周向均匀布置，且四个伞架上、下端分别与丝杠螺母和伞架底座铰连，四个伞架外部围上一层可弹性变形的复合材料；所述丝杠螺母和伞架底座皆套于丝杠上，丝杠螺母与丝杠通过螺纹配合，将旋转运动转化成直线运动，伞架底座与丝杠外壳通过螺纹进行固连；所述行程记录仪通过螺纹安装于外壳上，安装孔外部填充橡胶1进行保护；所述齿条外壳中部为一矩形贯通槽，槽两侧的中部为燕尾槽，且两侧燕尾槽中部沿齿条外壳径向各有一通孔，齿条外壳上、下端分别与电机外壳和中空缸通过螺纹进行连接；所述齿轮轴中部为齿轮，其齿轮与齿条相配合，以将齿轮轴的旋转运动转化为齿条的直线运动；所述缸体上、下端分别与中空缸和上阀体通过螺纹连接，上部缸体壁面上开有一通孔，下部中心开有一气孔；所述阀芯中心开有一深圆槽，圆槽的槽底在径向开有一贯穿的圆孔，阀芯上表面嵌有橡胶堵头；所述上阀体中部为一阶梯孔，其孔内依次装入弹簧1和阀芯，其外部套有下阀体。

由于采用了上述打捞环的圆台形状，使得取样器的下放和回收更加方便；丝杠螺母与丝杠两者配合，将旋转运动转化为直线运动，控制丝杠的旋转圈数就可以控制伞架的打开程度，从而控制取样器在天然气井的上浮力，且在伞架外围围上一圈复合材料，保证了伞架的兜风能力。安装行程记录仪可实时监测取样器所处位置，指引取样器到达目的层段。齿轮齿条机构同样也可以将旋转运动转化为直线运动，以伸出齿条，限制取样器在气井中的位移。缸体上、下端的通孔和气孔，使得取样器取样过程中活塞两端皆受到相同的压力，在中空缸和活塞杆的结构作用下，使得活塞两端的受力面积不同，从而在活塞两端形成差动连结，以推动活塞完成集气。

所述外壳上部圆槽装入电机1，下部圆槽依次装入控制中心、电池和电池端盖，电池端盖与外壳通过螺纹进行固连，控制中心处的外壳壁面上开有圆孔，用以传输数据，且圆孔外装有控制端盖以保护控制中心。

由于采用了上述结构，才能将每一个气井内的风速变化图和磁定位测井图传入控制中心，这样取样器在下井取样时，才能结合自身所在位置的磁场，确定自身所在位置，且能结合磁场变化的快慢，测算出自身下降的速度，再结合风速计算出目前多少兜风面积，从而调节丝杠的旋转圈数。

所述线圈缠绕在上阀体与下阀体之间所形成的环空，其通电产生的磁场将拉动阀芯。

由于采用了上述结构，线圈通电产生的磁场才能拖拽阀芯向下运动，以打开缸体阀门。而线圈断电时，也能通过弹簧反弹作用，将阀芯上推，从而关闭阀门。

本发明具有以下优点：本发明提出了一个全新的智能差动式取样器设计方案，只需井口投掷，就能定点取得样本，且能自动返回。本发明具有结构简单、成本低、取样成功率高、安装容易和操作方便的优点。

附图说明

图1为本发明所述的一种智能伞状齿轮齿条支腿差动式取样器的装配示意图。

图2为图1的沿A-A截面剖视图。

图3为伞架底座的三维图。

图中：1-止动螺栓、2-打捞环、3-丝杠螺母、4-伞架、5-复合材料、6-伞架底座、7-轴承、8-丝杠外壳、9-密封圈、10-电机1、11-外壳、12-行程记录仪、13-橡胶1、14-控制中心、15-控制端盖、16-电池、17-电池端盖、18-电机外壳、19-电机2、20-齿条外壳、21-齿轮轴、22-中空缸、23-缸体、24-活塞杆、25-活塞、26-密封圈2、27-橡胶堵头、28-上阀体、29-阀芯、30-线圈、31-下阀体、32-弹簧1、33-丝杠、34-键、35-齿条、36-橡胶2、37-卡块、38-弹簧2、39-螺栓。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施做进一步描述。

如图1所述，本发明装置包括：

止动螺栓、打捞环、丝杠螺母、伞架、伞架底座、丝杠外壳、电机1、外壳、行程记录仪、控制中心、控制端盖、电池、电池端盖、电机2、齿条外壳、齿轮轴、中空缸、缸体、活塞杆、活塞、橡胶堵头、阀芯、线圈、弹簧1、丝杠、齿条和卡块等；所述打捞环为一锥形圆台，其中部为圆孔；所述伞架分上、下两段，中部铰连，四个伞架沿丝杠周向均匀布置，且四个伞架上、下端分别与丝杠螺母和伞架底座铰连，四个伞架外部围上一层可弹性变形的复合材料；所述丝杠螺母和伞架底座皆套于丝杠上，丝杠螺母与丝杠通过螺纹配合，将旋转运动转化成直线运动，伞架底座与丝杠外壳通过螺纹进行固连；所述行程记录仪通过螺纹安装于外壳上，安装孔外部填充橡胶1进行保护；所述齿条外壳中部为一矩形贯通槽，槽两侧的中部为燕尾槽，且两侧燕尾槽中部沿齿条外壳径向各有一通孔，齿条外壳上、下端分别与电机外壳和中空缸通过螺纹进行连接；所述齿轮轴中部为齿轮，其齿轮与齿条相配合，以将齿轮轴的旋转运动转化为齿条的直线运动；所述缸体上、下端分别与中空缸和上阀体通过螺纹连接，上部缸体壁面上开有一通孔，下部中心开有一气孔；所述阀芯中心开有一深圆槽，圆槽的槽底在径向开有一贯穿的圆孔，阀芯上表面嵌有橡胶堵头；所述上阀体中部为一阶梯孔，其孔内依次装入弹簧1和阀芯，其外部套有下阀体。

所述打捞环上、下端分别通过止动螺栓和丝杠的轴肩进行轴向限位。

所述伞架底座外圆周上半段开有4个槽，用以铰连伞架，下半段与丝杠外壳以螺纹连接，内圆周上的轴肩抵住丝杠1的轴环，以限制丝杠1的轴向位移。

所述齿条外壳矩形槽上的通孔中，依次装入了卡块、弹簧2和螺栓，螺栓通过螺纹与齿条外壳固连，弹簧顶住卡块，将其顶入齿条的锲形圆槽。

工作时，首先应测定气井的风速和磁定位测井图，将其输入进取样器的控制中心中，控制中心将计算出投井的伞架张开幅度，控制兜风面以控制下降速度，当行程记录仪结合磁定位测井图确定达到目的地层时，齿轮轴转动，从而伸出齿条，以保证取样地层不变；取样过程中，电磁阀中的线圈通电产生磁场，从而阀芯在磁场的作用下克服弹簧力，打开气孔；使得活塞两端受到相同的气流压强，又由于活塞杆占据了活塞上端一部分的面积，使得活塞两端的受力面积不同，从而推动活塞上移，完成取样器集气；整个取样过程中，活塞杆上端都处于中空缸内，中空缸内为真空，不会对活塞产生任何力的作用。

Claims (7)

1.一种智能伞状齿轮齿条支腿差动式取样器，其特征在于：该取样器主要包括止动螺栓(1)、打捞环(2)、丝杠螺母(3)、伞架(4)、伞架底座(6)、丝杠外壳(8)、电机1(10)、外壳(11)、行程记录仪(12)、控制中心(14)、控制端盖(15)、电池(16)、电池端盖(17)、电机2(19)、齿条外壳(20)、齿轮轴(21)、中空缸(22)、缸体(23)、活塞杆(24)、活塞(25)、橡胶堵头(27)、上阀体(28)、阀芯(29)、线圈(30)、下阀体(31)、弹簧1(32)、丝杠(33)、齿条(35)和卡块(37)；所述打捞环(2)为一锥形圆台，其中部为圆孔；所述伞架(4)分上、下两段，中部铰连，四个伞架(4)沿丝杠(33)周向均匀布置，且四个伞架(4)上、下端分别与丝杠螺母(3)和伞架底座(6)铰连，四个伞架(4)外部围上一层可弹性变形的复合材料(5)；所述丝杠螺母(3)和伞架底座(6)皆套于丝杠(33)上，丝杠螺母(3)与丝杠(33)通过螺纹配合，将旋转运动转化成直线运动，伞架底座(6)与丝杠外壳(8)通过螺纹进行固连；所述行程记录仪(12)通过螺纹安装于外壳(11)上的安装孔内，且安装孔外部填充橡胶1(13)进行保护；所述齿条外壳(20)中部为一矩形贯通槽，槽两侧的中部为燕尾槽，且两侧燕尾槽中部沿齿条外壳(20)径向各开有第一通孔，齿条外壳(20)上、下端分别与电机外壳(18)和中空缸(22)通过螺纹进行连接；所述齿轮轴(21)中部为齿轮，其齿轮与齿条(35)相配合，以将齿轮轴(21)的旋转运动转化为齿条(35)的直线运动；所述缸体(23)上、下端分别与中空缸(22)和上阀体(28)通过螺纹连接，上部缸体(23)壁面上开有第二通孔，下部中心开有一气孔；所述阀芯(29)中心开有一深圆槽，圆槽的槽底在径向开有一贯穿的圆孔，阀芯(29)上表面嵌有橡胶堵头(29)；所述上阀体(28)中部为一阶梯孔，其孔内依次装入弹簧1(32)和阀芯(29)，其外部套有下阀体(31)；所述线圈(30)缠绕在上阀体(28)与下阀体(31)之间所形成的环空，其通电产生的磁场将拉动阀芯(29)；所述取样器在下井过程中，首先测定气井的风速和磁定位测井图，将其输入进取样器的控制中心(14)中，控制中心(14)计算出投井的伞架(4)张开幅度，控制兜风面以控制下降速度，当行程记录仪(12)结合磁定位测井图确定达到目的地层时，齿轮轴(21)转动，从而伸出齿条(35)，以保证取样地层不变；所述取样器在取样过程中，电磁阀中的线圈(30)通电产生磁场，从而阀芯(29)在磁场的作用下克服弹簧力，打开气孔，使得活塞(25)两端受到相同的气流压强，又由于活塞杆(24)占据了活塞(25)上端一部分的面积，使得活塞(25)两端的受力面积不同，从而推动活塞(25)上移，完成取样器集气，整个取样过程中，活塞杆(24)上端都处于中空缸(22)内，中空缸(22)内为真空，不会对活塞(25)产生任何力的作用。

2.根据权利要求1所述的一种智能伞状齿轮齿条支腿差动式取样器，其特征在于所述打捞环(2)上、下端分别通过止动螺栓(1)和丝杠(33)的轴肩进行轴向限位。

3.根据权利要求1所述的一种智能伞状齿轮齿条支腿差动式取样器，其特征在于所述伞架底座(6)外圆周上半段开有4个槽，用以铰连伞架(4)，下半段与丝杠外壳(8)以螺纹连接，内圆周上的轴肩抵住丝杠1(33)的轴环，以限制丝杠1(33)的轴向位移。

4.根据权利要求1所述的一种智能伞状齿轮齿条支腿差动式取样器，其特征在于所述电机1(10)与外壳(11)通过键(34)进行周向固连。

5.根据权利要求1所述的一种智能伞状齿轮齿条支腿差动式取样器，其特征在于所述外壳(11)上部圆槽装入电机1(10)，下部圆槽依次装入控制中心(14)、电池(16)和电池端盖(17)，电池端盖(17)与外壳(11)通过螺纹进行固连，控制中心(14)处的外壳(11)壁面上开有圆孔，用以传输数据，且圆孔外装有控制端盖(15)以保护控制中心(14)。

6.根据权利要求1所述的一种智能伞状齿轮齿条支腿差动式取样器，其特征在于所述齿条外壳(20)矩形槽上的通孔中，依次装入了卡块(37)、弹簧2(38)和螺栓(39)，螺栓(39)通过螺纹与齿条外壳(20)固连，弹簧顶住卡块(39)，将其顶入齿条(35)的锲形圆槽。

7.根据权利要求1所述的一种智能伞状齿轮齿条支腿差动式取样器，其特征在于所述活塞杆(24)与活塞(25)之间通过焊接固连。

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