CN110043211A - 半导体制冷式冰冻取芯器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体制冷式冰冻取芯器，该冰冻取芯器为圆柱形的管筒结构，包括供电装置、制冷触发机构、半导体制冷器和冷冻取样机构；供电装置位于冰冻取芯器上部，制冷触发机构在供电装置下端，制冷触发机构与供电装置的通电开关保持动接触，冷冻取样机构位于冰冻取芯器下部，半导体制冷器设置在冷冻取样机构的内壁上，供电装置与半导体制冷器电连接。本发明的技术效果是：由于采用半导体制冷片作为冰封保压取芯器的制冷机构，使整个机构无高速运动部件，且无需制冷剂循环，钻具结构更加简单，冷冻速度更快，提高了钻具的可靠性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于钻井取样技术领域，具体涉及一种半导体制冷式冰冻取芯器，广泛应用于松散地层、原位保压地层的钻井取样领域中。
背景技术
目前，在松散地层和在需要保持原位状态地层进行钻进取芯成为钻进取芯的难题。采用常规机械阀门式取样器由于存在冲蚀、磨损，且易卡堵等问题，导致其成功率较低。
中国专利文献CN101706379A公开的冰阀式保温保压取样器，为地层中钻进取样提供了一种有效的解决方法，但该专利公布的取样器由于冷源储量有限，无法持续对样品进行，易出现取样过程中冰阀融化导致密封失效。中国专利文献CN105156055A公开了一种电动压缩蒸发直冷式冰封保压取芯器，但其主要部件包括制冷压缩机，蒸发器等结构复杂，同样存在制冷剂对水敏感，且对深孔高压条件无法适应等问题，难以对岩心进行有效冰冻实现密封保压。
发明内容
针对现有的冰封保压机构存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种半导体制冷式冰冻取芯器，它能提高冰封保压机构的可靠性，且结构简单、使用寿命长。
为了上述技术问题，本发明提供的一种半导体制冷式冰冻取芯器，所述冰冻取芯器为圆柱形的管筒结构，包括供电装置、制冷触发机构、半导体制冷器和冷冻取样机构；供电装置位于冰冻取芯器上部，制冷触发机构在供电装置下端，制冷触发机构与供电装置的通电开关保持动接触，冷冻取样机构位于冰冻取芯器下部，半导体制冷器设置在冷冻取样机构的内壁上，供电装置与半导体制冷器电连接。
本发明的技术效果是：
本发明采用半导体制冷器作为冰封保压取芯器的制冷机构，使整个机构无高速运动部件，且无需制冷剂循环，钻具结构更加简单，冷冻速度更快，提高了钻具的可靠性和使用寿命。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为发明的结构示意图；
图2为图1中的A-A断面图。
图中，Ⅰ、供电装置；Ⅱ、制冷触发机构；Ⅲ、半导体制冷器、Ⅳ、冷冻取样机构；
1、上接头；2、蓄电池短接壳体；3、蓄电池组；4、蓄电池密封接头；5、电源连接导线；6、开关；7、触发活塞板；8、中间接头；9、触发活塞连杆；10、触发活塞；11、岩心管；12、连接导线；13、冷冻换热外管；14、第一环氧密封胶段；15、半导体制冷片；16、冷冻换热内管；17、隔垫；18、第二环氧密封胶段。
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，本发明的冰冻取芯器为圆柱形的管筒结构，包括供电装置Ⅰ、制冷触发机构Ⅱ、半导体制冷器Ⅲ和冷冻取样机构Ⅳ；供电装置Ⅰ位于冰冻取芯器上部，制冷触发机构Ⅱ在供电装置Ⅰ下端，制冷触发机构Ⅱ与供电装置Ⅰ的通电开关保持动接触，用于合上或断开通电开关，冷冻取样机构Ⅳ位于冰冻取芯器下部，半导体制冷器Ⅲ设置在冷冻取样机构Ⅳ的内壁上，供电装置Ⅰ与半导体制冷器Ⅲ电连接。
如图1所示，供电装置Ⅰ包括上接头1、蓄电池短接壳体2、蓄电池组3和蓄电池密封接头4，蓄电池短接壳体2的顶口与上接头1螺纹连接，蓄电池短接壳体2的下端口与蓄电池密封接头4螺纹连接，蓄电池短接壳体2中部构成密闭腔体，蓄电池组3安装于该密闭腔体内，电源连接导线5从蓄电池密封接头4上的线孔引出，连接触发开关6，触发开关6固定在蓄电池密封接头4下方的凹陷腔内。
上接头1顶口的内螺纹可与上部钻杆连接，或者与绳索取芯打捞器连接。
所述制冷触发机构Ⅱ包括中间接头8、触发活塞板7、触发活塞连杆9和触发活塞10，中间接头8的顶口与蓄电池密封接头4通过螺纹连接并形成密封空腔，触发活塞板7置于该密封空腔内，触发活塞板7下底面与触发活塞连杆9顶端固定连接，触发活塞连杆9穿过中间接头8中部的中心通孔与触发活塞10螺纹连接，触发活塞10置于中间接头8下部内腔中。
所述冷冻取样机构Ⅳ包括岩心管11和冷冻换热外管13，岩心管11和冷冻换热外管13都为空心管，岩心管11上端头与中间接头8下部内腔螺纹连接，岩心管11下端头与冷冻换热外管13的内螺纹连接。冷冻取样机构Ⅳ用于存储取样的岩土。
如图1和图2所示，半导体制冷器Ⅲ包括半导体制冷片15，半导体制冷片15热端与冷冻换热外管 13内壁通过涂抹硅脂紧密贴合，半导体制冷片15冷端与冷冻换热内管16外壁通过硅脂紧密贴合，在冷冻换热外管13与冷冻换热内管16之间的半导体制冷片15上方填充第一环氧密封胶段14、下方填充第二环氧密封胶段18，将冷冻换热内管16、半导体制冷片15和冷冻换热外管 13牢固粘接为一个整体，并将半导体制冷片15密封，连接导线12电连接半导体制冷片15和触发开关6。
本发明的工作原理：
当本发明与其配套的取芯钻具装配联接，并下入孔底开始钻进取芯时，触发开关6处于关闭状态，半导体制冷片15不工作，随着钻进取芯的不断进行，岩心通过取芯器底部的冷冻换热内管16中心通道不断进入岩心管11，当岩心长度达到岩心管11顶部高度时，继续钻进过程使岩心接触触发活塞10，并通过触发活塞10与触发活塞连杆9，推动触发活塞板7向上运动，直至触发活塞板7与触发开关6接触并打开触发开关6，使电池连接导线5与制冷片连接导线12接通，蓄电池组3通过电池连接导线5、触发开关6与制冷片连接导线12向半导体制冷片15供电，半导体制冷片15通电后，半导体制冷片15冷端产生制冷效果并通过冷冻换热内管16对管内岩心进行快速冷冻，半导体制冷片15热端产生热量并通过冷冻换热外管 13与外侧钻井发生热交换，实现对半导体制冷片15的冷却。一般地，钻进达到预定深度并推动触发开关6后，钻具在钻孔原位停留5-15分钟即可实现对岩心的完全冷冻并进行提取岩心操作。
本发明的优点是：由于采用半导体制冷片作为冰封保压取芯器的制冷机构，使整个机构无高速运动部件，且无需制冷剂循环，钻具结构更加简单，冷冻速度更快，提高了钻具的可靠性和使用寿命。
Claims (5)
1.半导体制冷式冰冻取芯器，该冰冻取芯器为圆柱形的管筒结构，其特征是：包括供电装置Ⅰ、制冷触发机构Ⅱ、半导体制冷器Ⅲ和冷冻取样机构Ⅳ；供电装置Ⅰ位于冰冻取芯器上部，制冷触发机构Ⅱ在供电装置Ⅰ下端，制冷触发机构Ⅱ与供电装置Ⅰ的通电开关保持动接触，用于合上或断开通电开关，冷冻取样机构Ⅳ位于冰冻取芯器下部，半导体制冷器Ⅲ设置在冷冻取样机构Ⅳ的内壁上，供电装置Ⅰ与半导体制冷器Ⅲ电连接。
2.根据权利要求1所述的半导体制冷式冰冻取芯器，其特征是：所述供电装置Ⅰ包括上接头（1）、蓄电池短接壳体（2）、蓄电池组（3）和蓄电池密封接头（4），蓄电池短接壳体（2）的顶口与上接头（1）螺纹连接，蓄电池短接壳体（2）的下端口与蓄电池密封接头（4）螺纹连接，蓄电池短接壳体（2）中部构成密闭腔体，蓄电池组（3）安装于该密闭腔体内，电源连接导线（5）从蓄电池密封接头（4）上的线孔引出，连接触发开关（6），触发开关（6）固定在蓄电池密封接头（4）下方的凹陷腔内。
3.根据权利要求2所述的半导体制冷式冰冻取芯器，其特征是：所述制冷触发机构Ⅱ包括中间接头（8）、触发活塞板（7）、触发活塞连杆（9）和触发活塞（10），中间接头（8）的顶口与蓄电池密封接头（4）通过螺纹连接并形成密封空腔，触发活塞板（7）置于该密封空腔内，触发活塞板（7）下底面与触发活塞连杆（9）顶端固定连接，触发活塞连杆（9）穿过中间接头（8）中部的中心通孔与触发活塞（10）螺纹连接，触发活塞（10）置于中间接头（8）下部内腔中。
4.根据权利要求3所述的半导体制冷式冰冻取芯器，其特征是：所述冷冻取样机构Ⅳ包括岩心管（11）和冷冻换热外管（13），岩心管（11）和冷冻换热外管（13）都为空心管，岩心管（11）上端头与中间接头（8）下部内腔螺纹连接，岩心管（11）下端头与冷冻换热外管（13）的内螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的半导体制冷式冰冻取芯器，其特征是：半导体制冷器Ⅲ包括半导体制冷片（15），半导体制冷片（15）热端与冷冻换热外管 （13）内壁通过涂抹硅脂紧密贴合，半导体制冷片（15）冷端与冷冻换热内管（16）外壁通过硅脂紧密贴合，在冷冻换热外管（13）与冷冻换热内管（16）之间的半导体制冷片（15）上方填充第一环氧密封胶段（14）、下方填充第二环氧密封胶段（18），连接导线（12）电连接半导体制冷片（15）和触发开关（6）。
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