CN115059425B - 一种气囊阻隔式密闭取心器及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气囊阻隔式密闭取心器及其使用方法，该气囊阻隔式密闭取心器有两种：第一种、采用气囊密闭装置代替保压控制器，通过充气实现密闭从而实现取心器的保压，气囊不会出现因煤屑残留而导致卡死的问题，可确保密封效果；第二种、在保压控制器下端安装气囊密闭装置，防止煤屑进入保压控制器，从而避免密封面被煤屑卡住或因密封面残留煤屑而影响密封效果。第一种气囊阻隔式密闭取心器的使用方法：当取心器下沉时，气囊密封装置位于岩心筒与内管之间，向气囊中充入部分气体，使气囊封堵岩心筒与内管之间的环空；当取心结束后，向上提拉岩心筒，同时快速向气囊中充气，使其具有一定压力；当岩心筒通过气囊后，瞬间膨胀的气囊快速封堵内管，实现保压密封。
Description
技术领域
本发明涉及保压取心装置技术领域，尤其涉及一种气囊阻隔式密闭取心器及其使用方法。
背景技术
随着地球资源开发逐渐深部化，常规取心获得的岩石样品的完整度、力学参数、生物信息、水油气赋存量等性质与原位环境下相差较大，已无法满足深部科学的基础研究。这是因为深部岩石赋存环境复杂，在常规取心时压力温度等提前释放，岩心由于失真不再具备深部原始状态，导致出现失稳破碎、生物难以存活、油气部分耗散等一系列现象。近些年，原位保压密闭取心技术成为深地科学探测的重要手段之一。煤矿常用的保压密闭取心主要利用冰阀式、翻板式等保压控制器实现取心后的密闭保压。然而，由于煤体的松软，在某些工况下，煤屑被岩心筒带入保压密封面时，会导致密封面上残留块状煤屑，当翻板阀或者球阀在关闭时，煤屑会卡在密封面上，导致密封失败，影响保压效果。
发明内容
本申请旨在提供一种气囊阻隔式密闭取心器及其使用方法，解决保压取心中因煤屑残留密封面导致的密封失效问题。
本申请通过下述技术方案实现：
本申请提供两种结构的气囊阻隔式密闭取心器，第一种、采用气囊密闭装置代替保压控制器，通过充气实现密闭从而实现取心器的保压；第二种、在保压控制器下端安装气囊密闭装置，防止煤屑进入保压控制器，从而避免其被煤屑卡住或因密封面残留煤屑而影响密封效果。
本申请提供的第一种气囊阻隔式密闭取心器，包括内管、岩心筒和囊密封装置，岩心筒位于内管内，气囊密封装置装在内管内侧；当岩心筒未提升时，气囊密封装置位于岩心筒与内管间的环空内；当岩心筒提升至越过所述气囊密封装置，给气囊密封装置注气可使气囊密封装置膨胀从而将内管内部封堵。
第一种气囊阻隔式密闭取心器的使用方法，包括以下步骤：
当取心器下沉时，气囊密封装置位于岩心筒与内管之间，向气囊中充入部分惰性气体，使气囊封堵岩心筒与内管之间的环空；
当取心结束后，向上提拉岩心筒，同时快速向气囊中充气，使其具有一定压力；
当岩心筒通过气囊后，瞬间膨胀的气囊快速封堵内管，实现保压密封。
本申请提供的第二种气囊阻隔式密闭取心器，包括内管、岩心筒、保压控制器和气囊密封装置，气囊密封装置装在内管内侧并位于保压控制器下端；当岩心筒未提升时，气囊密封装置和密封阀瓣均位于岩心筒与内管间的环空内。
当保压控制器为翻板阀时，阀座装于内管内，阀座顶部有密封面，密封阀瓣一侧与阀座顶部活动连接，气囊密封装置装在内管内侧并位于阀座下端；当岩心筒未提升时，内管位于阀座内，气囊密封装置和密封阀瓣均位于岩心筒与内管间的环空内；当岩心筒提升至越过所述气囊密封装置，给气囊密封装置注气可使气囊密封装置膨胀从而将内管内部封堵。
可选的，所述气囊密封装置包括至少两个气囊，至少两个气囊沿圆周方向设置；所述内管壁内有与气囊适配的注气通道，注气通道一端连接气囊。
第二种气囊阻隔式密闭取心器的使用方法，包括以下步骤：
当取心器下沉时，气囊位于岩心筒与内管之间；向气囊中充入部分气体，使气囊封堵岩心筒与内管之间的环空；
当取心结束后，向上提拉岩心筒，同时快速向气囊中充气，使其具有一定压力；当岩心筒通过气囊后，瞬间膨胀的气囊快速封堵内管；
继续向上提拉岩心筒，当岩心筒提升至一定高度，保压控制器关闭，从而实现保压密封。
当保压控制器为翻板阀时，所述使用方法包括以下步骤：
当取心器下沉时，岩心筒位于阀座内，密封阀瓣和气囊均位于岩心筒与内管之间；向气囊中充入部分气体，使气囊封堵岩心筒与内管之间的环空；
当取心结束后，向上提拉岩心筒，同时快速向气囊中充气，使其具有一定压力；当岩心筒通过气囊后，瞬间膨胀的气囊快速封堵内管；
继续向上提拉岩心筒，当岩心筒提升至一定高度，密封阀瓣回落至阀座的密封面上与阀座密封配合，从而实现保压密封。
特别的，向气囊中充入的是惰性气体。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
1，本申请采用气囊实现保压密封，不会出现因煤屑残留而导致卡死的问题，可确保密封效果，取心器保压效果可靠；
2，本申请在现有保压取心器的保压控制器的下端安装气囊密封装置，可防止煤屑进入保压控制器密封面，有效提高翻板阀或球阀的密封可靠性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请实施方式的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施方式的限定。
图1是实施例一中取心过程中气囊阻隔式密闭取心器的局部纵向剖视图；
图2是实施例一中取心过程中内管、岩心筒和气囊密封装置的横断面的示意图；
图3是实施例一中取心结束后气囊阻隔式密闭取心器的局部纵向剖视图；
图4是实施例一中取心结束后内管和气囊密封装置的横断面的示意图；
图5是实施例二中取心过程中气囊阻隔式密闭取心器的局部纵向剖视图；
图6是实施例二中取心过程中内管、岩心筒和气囊密封装置的横断面的示意图；
图7是实施例二中取心结束后气囊阻隔式密闭取心器的局部纵向剖视图；
图8是实施例二中取心结束后内管和气囊密封装置的横断面的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
本实施例利用气囊密闭装置代替现有保压取心器中的保压控制器，通过充气实现密闭从而实现保压。如图1-图4所示，本实施例公开的气囊阻隔式密闭取心器包括内管1、岩心筒2和气囊密封装置，岩心筒2位于内管1内。气囊密封装置装在内管1内侧，岩心筒2未提升至一定高度时，气囊密封装置位于岩心筒2与内管1间的环空内；当岩心筒2提升至越过气囊密封装置，给气囊密封装置注气可使气囊密封装置膨胀，膨胀的气囊密封装置将内管1内部封堵。
气囊密封装置包括至少两个气囊3，至少两个气囊3沿圆周方向设置。当岩心筒2提升至越过气囊密封装置后，同时给这些气囊3注气，使气囊3膨胀继而使气囊3间、气囊3与内管1内壁之间密封接触，从而阻断液体6。
内管1壁内有注气通道4，注气通道4一端连接气囊3以给气囊3注气，注气通道4另一端连接充气装置（图中未示出）。
值得说明的是，气囊3的数量根据需要合理设置。
在一种可能的设计中，内管1内壁有内台阶11，内管1下端螺纹连接下管5，气囊3装于内台阶11与下管5之间，通过内台阶11对气囊3上端进行限位，通过下管5上端面对气囊3下端进行限位，从而实现气囊3的安装。
值得说明的是，气囊3可采用耐高温高压的橡胶材质，保证可在煤矿、石油取心领域内的温度压力环境中使用。在一种可能的设计中，气囊3的主要变形是依靠其加工材质在径向及轴向变形量不同形成的。当气囊3开始膨胀时，由于上下面存在限位机构，气囊3会沿着径向开始膨胀，当两个气囊3接触时，开始产生密封面，随着气压增大，密封面完全形成，实现密封。
在一种可能的设计中，气囊3由两部分组成，每一部分都有卡位的部分，气囊的外侧面可使用强力胶水粘接，使其保证在外径方向无膨胀。气囊的内侧面是变形量随压力变化较大的橡胶材质，气囊3上端面和下端面是变形量较小的材质。这样保证在充气时，气囊3的主变形集中在径向，此时两个气囊3之间形成密封面。
本实施例的气囊阻隔式密闭取心器的使用方法：
如图1、图2所示，当取心器下沉时，气囊3位于岩心筒2与内管1之间，向气囊3中充入部分氮气，使气囊3表面与岩心筒2外壁紧密贴合，防止钻井液、泥浆、煤屑等进入保压舱内；
当取心结束后，提拉岩心筒2，同时快速向气囊3中充气，使其具有一定压力，当岩心筒2通过气囊3后，能够瞬间膨胀；
此后继续向气囊3中充入气体，使其继续膨胀，当岩心筒2通过气囊3后，瞬间膨胀的气囊3快速阻断内管1，形成密封空间，如图3、图4所示。
值得说明的是，本实施例选择氮气作为气源，在另一个实施例中，可选择其他惰性气体。
本实施例采用气囊密封，不会出现因煤屑卡死的问题，可确保密封效果，取心器保压效果可靠。
实施例二
本实施例在现有保压取心器的保压控制器的下端安装气囊密闭装置，防止煤屑进入保压控制器密封面，可有效提高翻板阀或球阀密封可靠性。
下面以保压控制器为翻板阀为例，进行详细介绍。
如图5-图8所示，本实施例公开的气囊阻隔式密闭取心器，包括内管1、岩心筒2、翻板阀和气囊密封装置，岩心筒2位于内管1内。翻板阀包括阀座7和密封阀瓣8，阀座7装于内管1内，阀座7顶部有密封面，密封阀瓣8一侧与阀座7顶部活动连接。
所述气囊密封装置装在内管1内并位于阀座7下端。岩心筒2未提升至一定高度时，气囊密封装置位于岩心筒2与内管1间的环空内；当岩心筒2提升至越过气囊密封装置，给气囊密封装置注气可使气囊密封装置膨胀，膨胀的气囊密封装置将内管1内部空间隔断为上下两个空间。
气囊密封装置包括至少两个气囊3，至少两个气囊3沿圆周方向设置。当岩心筒2未提升至一定高度时，使气囊3膨胀继而使气囊3膨胀继而填充在内管1与岩心筒2间的环空内，可防止煤屑从下方进入阀座7的密封面，能，有效防止因滞留的碎屑造成翻板阀的初始密封失效，有利于提高保压取心成功率。
内管1壁内有注气通道4，注气通道4一端连接气囊3以给气囊3注气，注气通道4另一端连接充气装置（图中未示出）。
值得说明的是，气囊3的数量根据需要合理设置。
在一种可能的设计中，气囊3顶部与阀座7下端接触。
在一种可能的设计中，内管1下端螺纹连接下管5，气囊3装于阀座7与下管5之间，通过阀座7对气囊3上端进行限位，通过下管5上端面对气囊3下端进行限位，从而实现气囊3的安装。
本实施例的气囊阻隔式密闭取心器的使用方法：
如图5、图6所示，当取心器下沉时，岩心筒2位于阀座7内，密封阀瓣8和气囊3位于岩心筒2与内管1之间；向气囊3中充入部分氮气，使气囊3表面与岩心筒2外壁紧密贴合，防止煤屑等进入阀座7的密封面；
当取心结束后，提拉岩心筒2，同时快速向气囊3中充气，使其具有一定压力，当岩心筒2通过气囊3后，能够瞬间膨胀；
此后继续向气囊3中充入气体，使其继续膨胀，当岩心筒2通过气囊3后，瞬间膨胀的气囊3快速阻断内管1，实现封堵，防止煤屑等进入阀座7的密封面；
继续向上提拉岩心筒2，当岩心筒2提升至一定高度，密封阀瓣8回落至阀座7的密封面上与阀座8密封配合，从而实现保压，如图7、图8所示。
以上的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种气囊阻隔式密闭取心器，包括内管（1）、岩心筒（2）和保压控制器，其特征在于：还包括气囊密封装置，气囊密封装置装在内管（1）内侧并位于保压控制器下端，所述气囊密封装置包括气囊（3）；
当岩心筒（2）未提升时，气囊密封装置和保压控制器的密封阀瓣（8）均位于岩心筒（2）与内管（1）间的环空内；对气囊（3）注气可使气囊（3）膨胀继而填充在内管（1）与岩心筒（2）间的环空内；
当岩心筒（2）提升至通过气囊（3）后，瞬间膨胀的气囊（3）封堵内管（1）。
2.根据权利要求1所述的一种气囊阻隔式密闭取心器，其特征在于：所述保压控制器为翻板阀，翻板阀包括阀座（7）和密封阀瓣（8），阀座（7）装于内管（1）内，阀座（7）顶部有密封面，密封阀瓣（8）一侧与阀座（7）顶部活动连接；
当岩心筒（2）未提升时，岩心筒（2）位于阀座（7）内，气囊密封装置和密封阀瓣（8）均位于岩心筒（2）与内管（1）间的环空内；当岩心筒（2）提升至越过所述气囊密封装置，给气囊密封装置注气可使气囊密封装置膨胀从而将内管（1）内部封堵。
3.根据权利要求1或2所述的一种气囊阻隔式密闭取心器，其特征在于：所述气囊密封装置包括至少两个气囊（3），至少两个气囊（3）沿圆周方向设置；所述内管（1）壁内有与气囊（3）适配的注气通道（4），注气通道（4）一端连接气囊（3）。
4.如权利要求1-3中任一项所述的一种气囊阻隔式密闭取心器的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
当取心器下沉时，气囊（3）位于岩心筒（2）与内管（1）之间；向气囊（3）中充入部分气体，使气囊（3）封堵岩心筒（2）与内管（1）之间的环空；
当取心结束后，向上提拉岩心筒（2），同时快速向气囊（3）中充气，使其具有一定压力；当岩心筒（2）通过气囊（3）后，瞬间膨胀的气囊（3）快速封堵内管（1）；
继续向上提拉岩心筒（2），当岩心筒（2）提升至一定高度，保压控制器关闭，从而实现保压密封。
5.根据权利要求4所述的一种气囊阻隔式密闭取心器的使用方法，其特征在于：所述保压控制器为翻板阀，所述使用方法包括以下步骤：
当取心器下沉时，岩心筒（2）位于阀座（7）内，密封阀瓣（8）和气囊（3）均位于岩心筒（2）与内管（1）之间；向气囊（3）中充入部分气体，使气囊（3）封堵岩心筒（2）与内管（1）之间的环空；
当取心结束后，向上提拉岩心筒（2），同时快速向气囊（3）中充气，使其具有一定压力；当岩心筒（2）通过气囊（3）后，瞬间膨胀的气囊（3）快速封堵内管（1）；
继续向上提拉岩心筒（2），当岩心筒（2）提升至一定高度，密封阀瓣（8）回落至阀座（7）的密封面上与阀座（7）密封配合，从而实现保压密封。
6.根据权利要求4或5所述的使用方法，其特征在于：向气囊（3）中充入的是惰性气体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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