CN109736797B - 一种智能扇叶齿轮齿条支腿抽吸式取样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于天然气开发行业中的智能取样器，它包括动扇叶(2)、静扇叶(3)、电机1(6)、行程记录仪(8)、控制面板(9)、齿条(16)、齿轮轴(17)、液压缸(18)、电机定子(19)、电机转子(20)、丝杠螺母(21)、活塞杆(24)、活塞(25)、阀芯(28)和线圈(29)等；电机1(6)转动动扇叶(2)，进而控制兜风面积，控制取样器的升降；通过齿轮齿条机构，将齿轮轴(17)的旋转运动转化为齿条(16)的直线运动，以伸出齿条(16)稳定取样器的位置；活塞杆(24)实际是一根丝杠，其上螺纹与丝杠螺母(21)配合提升活塞(25)以集气；本发明具有结构简单、成本低廉、创意新颖的优点。

Description

一种智能扇叶齿轮齿条支腿抽吸式取样器

技术领域

本发明涉及取样装置技术领域，特别是一种智能扇叶齿轮齿条支腿抽吸式取样器。

背景技术

气藏在开采初期，气井井下压力充沛，气体正常流动。但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扇叶齿轮齿条支腿抽吸式取样器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种智能扇叶齿轮齿条支腿抽吸式取样器主要由：动扇叶、静扇叶、传动轴、电机1、行程记录仪、控制面板、控制端盖、电池、电池端盖、电机2、齿条外壳、齿条、齿轮轴、液压缸、电机定子、电机转子、丝杠螺母、活塞杆、活塞、阀芯、线圈、壳体和卡块；所述动扇叶中部为一带键槽的圆孔，外圆周为两个相对的扇叶；所述静扇叶中部为一带螺纹的圆孔，静扇叶对角上分布着两个扇叶状缺口，且缺口对应的部分外圆环具有带导轨凸台；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；所述齿条外壳上、下端皆通过螺纹与电机外壳和液压缸相连，中部为一贯穿矩形槽，矩形槽两侧内壁带有燕尾槽，两侧燕尾槽皆开有径向贯穿圆孔；所述齿条背部为燕尾滑块，且燕尾滑块中部有一锲形槽；所述齿轮轴中部为齿轮，其齿轮与齿条相配合，以将齿轮的旋转运动转化为齿条的直线运动，齿轮轴上端通过键与电机2周向固连；所述电机定子和电机转子两者组装为一空心电机，电机定子与液压缸通过键进行周向固定；所述丝杠螺母中部为一带螺纹的圆孔，上部与电机转子榫接；所述活塞杆为一带螺纹的圆柱，其螺纹与丝杠螺母相配合，以将丝杠螺母的旋转运动转化为活塞杆的直线运动；所述阀芯中心由下向上开有一深圆槽，圆槽的槽底开有一贯穿的径向圆孔，上端安有一橡胶堵头；所述弹簧安装于上阀体的下端的中心孔中，且弹簧上端抵住阀芯，以关闭液压缸的阀门。

由于采用了上述结构，动扇叶和静扇叶两者相配合，可以控制取样器的兜风面积，当动扇叶与静扇叶重叠时，兜风面积最小，而当动扇叶遮住静扇叶相对的两个缺口时，兜风面积最大，且此时静扇叶上带有导轨的凸台能防止动扇叶兜风时被掀翻。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。齿条外壳上的矩形槽用于安装齿条，而槽两侧的燕尾槽与齿条背部的燕尾滑块相配合，保证齿条在规定的轨道内滑动，利用齿轮齿条机构，将齿轮轴的旋转运动转化为齿条的直线运动，以保持取样器在取样时，位置不变。丝杠螺母的螺纹和活塞杆的螺纹相配合，将丝杠螺母的旋转运动转化为活塞杆的直线运动，提升活塞，以抽吸气体进行取样。弹簧保证线圈不通电时，封堵头能封住液压缸的气口，从而保证了缸体内部气体不会溢出。所述端盖通过中心圆孔的内螺纹与传动轴固连，下端压住动扇叶。

由于采用了上述结构，保证了动扇叶兜风时，不会被井内气流破坏扇叶的机械机构。

所述电池端盖左、右皆开有一电线的圆孔，通过螺纹与外壳固连，上、下面分别对电池和电机2进行轴向限位。

由于采用了上述结构，电池的电能和控制中心的信号才能传输到取样器下端。

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

由于采用了上述结构，卡块在弹簧的作用下，压入齿条的锲形圆槽内，保证齿条只能朝一个方向上位移。

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抽吸式取样器设计方案，只需井口投掷，就能定点取得样本，且能自动返回，利用差动连接收集气体，极大的降低了收集气体的成本。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扇叶齿轮齿条支腿抽吸式取样器的装配示意图。

图2为图1沿A-A截面剖视图。

图3为图1沿B-B截面剖视图。

图4为动扇叶三维示意图。

图5为静扇叶三维示意图。

图中：1-端盖、2-动扇叶、3-静扇叶、4-轴外壳、5-传动轴、6-第一电机、7-外壳、8-行程记录仪、9-控制面板、10-控制端盖、11-电池、12-电池端盖、13-第二电机、14-电机外壳、15-齿条外壳、16-齿条、17-齿轮轴、18-液压缸、19-电机定子、20-电机转子、21-丝杠螺母、22-第一密封圈、23-第一轴承、24-活塞杆、25-活塞、26-上阀体、27-橡胶堵头、28-阀芯、29-线圈、30-第一弹簧、31-下阀体、32-键、33-第二密封圈、34-第二轴承、35-第一橡胶、36-第二橡胶、37-卡块、38-第二弹簧2、39-螺栓。

具体实施方式

根据附图所示，所述一种智能扇叶齿轮齿条支腿抽吸式取样器主要由：动扇叶、静扇叶、传动轴、第一电机、行程记录仪、控制面板、控制端盖、电池、电池端盖、第二电机、齿条外壳、齿条、齿轮轴、液压缸、电机定子、电机转子、丝杠螺母、活塞杆、活塞、阀芯、线圈、壳体和卡块；所述动扇叶中部为一带键槽的圆孔，外圆周为两个相对的扇叶；所述静扇叶中部为一带螺纹的圆孔，静扇叶对角上分布着两个扇叶状缺口，且缺口对应的部分外圆环具有带导轨凸台；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；所述齿条外壳上、下端皆通过螺纹与电机外壳和液压缸相连，中部为一贯穿矩形槽，矩形槽两侧内壁带有燕尾槽，两侧燕尾槽皆开有径向贯穿圆孔；所述齿条背部为燕尾滑块，且燕尾滑块中部有一锲形槽；所述齿轮轴中部为齿轮，其齿轮与齿条相配合，以将齿轮的旋转运动转化为齿条的直线运动，齿轮轴上端通过键与第二电机周向固连；所述电机定子和电机转子两者组装为一空心电机，电机定子与液压缸通过键进行周向固定；所述丝杠螺母中部为一带螺纹的圆孔，上部与电机转子榫接；所述活塞杆为一带螺纹的圆柱，其螺纹与丝杠螺母相配合，以将丝杠螺母的旋转运动转化为活塞杆的直线运动；所述阀芯中心由下向上开有一深圆槽，圆槽的槽底开有一贯穿的径向圆孔，上端安有一橡胶堵头；所述弹簧安装于上阀体的下端的中心孔中，且弹簧上端抵住阀芯，以关闭液压缸的阀门。

端盖通过中心圆孔的内螺纹与传动轴固连，下端压住动扇叶。动扇叶和静扇叶初始状态为动扇叶的对角线缺口与静扇叶的对角线缺口重合，动扇叶在传动轴的带动下，覆盖静扇叶的缺口，以调整兜风面积。控制面板的右侧外壳壁上开有带螺纹的圆孔，且在此圆孔上安装控制端盖，以将控制面板的数据线引出。电池端盖左、右皆开有一电线的圆孔，通过螺纹与外壳固连，上、下面分别对电池和第二电机进行轴向限位。齿轮外壳矩形槽上的通孔中，依次装入了卡块、第二弹簧和螺栓，螺栓通过螺纹与齿轮外壳固连，弹簧顶住卡块，将其顶入齿条的锲形圆槽。液压缸上、下端通过螺纹分别与齿条外壳和上阀体固连，其中部侧壁和下端中心皆开有气孔。线圈缠绕在上阀体和下阀体之间所形成的环空，其通电产生的磁场将拉动阀芯。

动扇叶和静扇叶结构如图4和图5，当动扇叶与静扇叶重合时，兜风面积最小；而当动扇叶完全遮住静扇叶的缺口时，兜风面积最大；且动扇叶能根据需要旋转角度，从而调节兜风面积，继而调节取样器的上浮力。齿条初始状态处于收拢状态；而当齿轮轴沿顺时针旋转时，依靠齿轮齿条配合关系，将齿条向外伸出，直到齿条上橡胶与井壁的摩擦力能稳定取样器的位置，方便取样器进行取样；而当齿轮轴沿逆时针旋转时，同样依靠齿轮齿条的配合关系，将齿条收回，便返回地面。

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面板中，控制面板将计算出投井的动扇叶的转动幅度，控制兜风面积以控制下降速度，当行程记录仪结合磁定位测井图确定达到目的地层时，齿条张开，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；接着空心电机通电旋转，在丝杠螺母和活塞杆的作用下，将丝杠螺母的旋转运动转化为活塞杆的直线运动以提升活塞集气；集气完成后，关闭气孔，收回齿条，增大扇叶兜风面积，在气流的作用下，将取样器吹回井口。

Claims (4)

1.一种智能扇叶齿轮齿条支腿抽吸式取样器，其特征在于：该取样器主要包括端盖(1)、动扇叶(2)、静扇叶(3)、传动轴(5)、第一电机(6)、外壳(7)、行程记录仪(8)、控制面板(9)、控制端盖(10)、电池(11)、电池端盖(12)、第二电机(13)、齿条外壳(15)、齿条(16)、齿轮轴(17)、液压缸(18)、电机定子(19)、电机转子(20)、丝杠螺母(21)、活塞杆(24)、活塞(25)、阀芯(28)、线圈(29)、第一弹簧(30)、下阀体(31)和卡块(37)；所述动扇叶(2)中部为一带键槽的圆孔，动扇叶(2)外圆周为两个相对的扇叶；所述静扇叶(3)中部为一带螺纹的圆孔，静扇叶(3)对角上分布着两个扇叶状缺口，且缺口对应的部分外圆环具有带导轨凸台；所述行程记录仪(8)通过螺纹安装于外壳(7)上，安装孔外部填充橡胶(35)；所述齿条外壳(15)上、下端皆通过螺纹与电机外壳(14)和液压缸(18)相连，中部为一贯穿矩形槽，矩形槽两侧内壁带有燕尾槽，两侧燕尾槽皆开有径向贯穿圆孔；所述齿条(16)背部为燕尾滑块，且燕尾滑块中部有一锲形槽；所述齿轮轴(17)中部为齿轮，其齿轮与齿条(16)相配合，以将齿轮的旋转运动转化为齿条(16)的直线运动，齿轮轴(17)上端通过键与第二电机(13)周向固连；所述电机定子(19)和电机转子(20)两者组装为一空心电机，电机定子(19)与液压缸(18)通过键进行周向固定；所述丝杠螺母(21)中部为一带螺纹的圆孔，上部与电机转子(20)榫接；所述活塞杆(24)为一带螺纹的圆柱，所述活塞杆(24)的螺纹与丝杠螺母(21)相配合，以将丝杠螺母(21)的旋转运动转化为活塞杆(24)的直线运动；所述阀芯(28)中心由下向上开有一深圆槽，圆槽的槽底开有一贯穿的径向圆孔，上端安有一橡胶堵头(27)；所述第一弹簧(30)安装于上阀体(26)的下端的中心孔中，且第一弹簧(30)上端抵住阀芯(28)，以关闭液压缸(18)的阀门；所述动扇叶(2)和静扇叶(3)初始状态为动扇叶(2)的对角线缺口与静扇叶(3)的对角线缺口重合，动扇叶(2)在传动轴(5)的带动下覆盖静扇叶(3)的缺口，以调整兜风面积；所述齿条外壳(15)矩形槽上的通孔中，依次装入了卡块(37)、第二弹簧(38)和螺栓(39)，螺栓(39)通过螺纹与齿轮外壳(15)固连，弹簧顶住卡块(37)，将卡块(37)顶入齿条(16)的锲形圆槽；所述液压缸(18)上、下端通过螺纹分别与齿条外壳(15)和上阀体(26)固连，其中部侧壁和下端中心皆开有气孔；所述线圈(29)缠绕在上阀体(26)和下阀体(31)之间所形成的环空，线圈(29)通电产生的磁场将拉动阀芯(28)。

2.根据权利要求1所述的一种智能扇叶齿轮齿条支腿抽吸式取样器，其特征在于所述端盖(1)通过中心圆孔的内螺纹与传动轴(5)固连，下端压住动扇叶(2)。

3.根据权利要求1所述的一种智能扇叶齿轮齿条支腿抽吸式取样器，其特征在于所述控制面板(9)的右侧外壳(7)壁上开有带螺纹的圆孔，且在此圆孔上安装控制端盖(10)，以将控制面板(9)的数据线引出。

4.根据权利要求1所述的一种智能扇叶齿轮齿条支腿抽吸式取样器，其特征在于所述电池端盖(12)左、右皆开有一电线的圆孔，通过螺纹与外壳(7)固连，上、下面分别对电池(11)和第二电机(13)进行轴向限位。

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