CN115182694A - 保真取芯气体自增益压力控制结构、取芯器与控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及保真取芯气体自增益压力控制结构、取芯器与控制方法，包括化学压力补偿器，化学压力补偿器包括管筒、第一密封活塞、第二密封活塞、催化剂环以及在催化剂作用下可发生化学反应产生气体的液态化学反应物；管筒有与取芯器内部压力场相连液体通道；第一密封活塞和第二密封活塞装于管筒内，第一密封活塞与第一密封端之间构成高压气体容腔；第一密封活塞与第二密封活塞之间构成用于存放液态化学反应物的液体容腔，液态化学反应物装于液体容腔内；多个催化剂环沿轴向逐个嵌于管筒内壁。本申请通过双密封活塞机构，将压力场的变化转变为密封活塞位移参数，利用密封活塞的位移控制化学反应速率，进一步控制压力补偿的大小。
Description
技术领域
本发明涉及保压取芯设备技术领域，尤其涉及保真取芯气体自增益压力控制结构、取芯器与控制方法。
背景技术
深钻获取的“普通岩芯”释放了压力、温度、孔隙水等成份，会严重失真，导致油气资源储量测不准、计算不准，难以测到深部岩石原位环境下的物理力学性质，继而无法测得不同赋存深度真实状态的岩层物理力学参数。
常规的取芯工具在取样过程中，随着温度的下降，压力也会下降，同时由于工具结构的问题，可能在起钻过程中，工具会因为振动出现微渗漏的问题，由于液体的不可压缩性，当出现渗漏时，岩心的压力将会迅速下降，岩芯中的油气、水等即会快速逃逸损失，引起岩芯样品物理力学性质发生改变，无法反应实际地层中岩芯的性质，从而大大的影响保压取芯的效果。且现用的天然气水合物沉积物取芯工具单纯通过球阀或翻板阀进行被动保压，保压成功率较低。
发明内容
本申请提供保真取芯气体自增益压力控制结构、取芯器与控制方法，利用气体自增益主动进行压力补偿，通过增加气压场与气体增益，实现液压的稳定控制，进一步将泄漏场转变为稳定的液压场。
本申请通过下述技术方案实现：
本申请提供的保真取芯气体自增益压力控制结构，包括化学压力补偿器，所述化学压力补偿器包括管筒、第一密封活塞、第二密封活塞、催化剂环和液态化学反应物，液态化学反应物在催化剂环的作用下可发生化学反应产生气体；
所述管筒一端有第一密封端，管筒另一端有液体通道，液体通道用于与取芯器内部压力场相连；
第一密封活塞和第二密封活塞装于管筒内，第一密封活塞位于第一密封端与第二密封活塞之间，第一密封活塞与第一密封端之间构成高压气体容腔，高压气体容腔内有高压气体；
第一密封活塞与第二密封活塞之间构成用于存放液态化学反应物的液体容腔，液态化学反应物装于液体容腔内；
多个催化剂环沿轴向逐个嵌于管筒内壁，所述多个催化剂环位于液体通道与第二密封活塞之间。
可选的，所述液态化学反应物为过氧化氢溶液，所述催化剂环由二氧化锰制成。
或者，所述液态化学反应物为水，所述催化剂环由过氧化钠、活泼金属、过氧化物中的任意一种制成。
可选的，所述在管筒内壁等间隔加工有多个环形槽，多个催化剂环逐个装于环形槽中。
本申请提供的取芯器，包括中心杆、岩芯管和保真取芯气体自增益压力控制结构，所述化学压力补偿器集成在中心杆上，所述液体通道与岩芯管内部相通。
本申请提供的保真取芯气体自增益压力控制方法，采用了所述的保真取芯气体自增益压力控制结构，所述液体通道与取芯器内部压力场相连；
初始条件下，高压气体容腔内的气体处于压缩状态，高压气体容腔、液体容腔以及取芯器内部压力场处于气液平衡状态，第二密封活塞未越过催化剂环所在界限，液态化学反应物与催化剂环不接触；
当取芯器内部压力发生泄漏时，高压气体容腔内的气体使得第一密封活塞与第二密封活塞均向液体通道一端运动；
当第二密封活塞越过催化剂环边界时，液态化学反应物与催化剂环接触，液态化学反应物开始分解产生气体，此时液体容腔压力增加，液体容腔内的压力继续推动第二密封活塞向下移动，继而使取芯器内部压力场的实际体积减小，继而补偿压力泄漏。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
1，本申请利用气体自增益主动进行压力精准补偿，通过增加气压场与气体增益，实现液压的稳定控制，进一步将泄漏场转变为稳定的液压场；
2，本申请通过双密封活塞机构，将压力场的变化转变为密封活塞位移参数，利用密封活塞的位移控制化学反应速率，进一步控制压力补偿的大小。
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是实施例中化学压力补偿器的的结构示意图；
图2是实施例中管筒的结构示意图；
图3是实施例中第二密封活塞的三维图；
图4是实施例中第二密封活塞移动至催化剂环区域时的示意图；
图5是实施例中取芯器的中心杆下节段的示意图。
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。
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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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。
如图1所示，本实施例公开的保真取芯气体自增益压力控制结构，包括化学压力补偿器，化学压力补偿器用于与取芯器内部压力场相连。化学压力补偿器包括管筒1、第一密封活塞2、第二密封活塞3、催化剂环4和液态化学反应物5，液态化学反应物5在催化剂环4的作用下可发生化学反应产生气体。
管筒1一端有第一密封端11，管筒1另一端有液体通道12，液体通道12用于与取芯器内部压力场相连。
第一密封活塞2和第二密封活塞3装于管筒1内，第一密封活塞2位于第一密封端11与第二密封活塞3之间，第一密封活塞2与第一密封端11之间构成高压气体容腔101，高压气体容腔101内有高压气体。
第一密封活塞2与第二密封活塞3之间构成用于存放液态化学反应物5的液体容腔102，液态化学反应物5装于液体容腔102内。
多个催化剂环4沿轴向逐个嵌于管筒1内壁，初始状态下，多个催化剂环4位于液体通道12与第二密封活塞3之间。
在一种可能的设计中，第一密封端11与管筒1螺纹连接。
在一种可能的设计中，管筒1另一端有第二密封端，第二密封端上加工孔道形成液体通道12，第二密封端与管筒1螺纹连接或者一体制造。
在一种可能的设计中，液态化学反应物5选择过氧化氢溶液。由于过氧化氢的分解依赖于催化剂，因此可将催化剂作为反应控制手段。在一种可能的设计中，催化剂环4由二氧化锰制成。
如图2所示，在管筒1内壁等间隔加工有多个环形槽103，催化剂环4逐个装于环形槽103中。
在一种可能的设计中，液态化学反应物5为水，催化剂环4可由过氧化钠、活泼金属、过氧化物中的任一一种。
第二密封活塞3用于密封液态化学反应物5，第一密封活塞2用于密封高压气体。利用密封活塞的位移控制化学反应速率，进一步控制压力补偿的大小。由于催化剂环4无法作为密封面，因此如图3、图4所示，在一种可能的设计中，第二密封活塞3沿轴向间隔设有两个密封面31，密封面31处装有密封圈32，可以保证时刻处于密封状态。相邻两个环形槽103的距离大于密封面31的宽度为宜。
在一种可能的设计，第一密封活塞2和第二密封活塞3结构相同，第一密封活塞2也沿轴向间隔设有两个密封面31，密封面31处装有密封圈32。
基于上述保真取芯气体自增益压力控制结构，本申请公开一种取芯器，如图5所示，化学压力补偿器集成在取芯器的中心杆6上，液体通道12与取芯器的岩芯管内部相通。
本申请的工作原理：
如图1所示，初始条件下，高压气体容腔11内的气体处于压缩状态，高压气体容腔11、液体容腔102以及取芯器内部压力场处于气液平衡状态，第二密封活塞3不会越过催化剂环4所在界限，液态化学反应物5不会与催化剂环4接触。
当取芯器内部压力发生泄漏时，下端压力介质体积减小，此时高压气体容腔11内的压力大于取芯器内部压力场的压力，此时压力化学补偿器的压力参数转化为机械运动参数，高压气体容腔11内的气体将会膨胀，使得第一密封活塞2与第二密封活塞3均向下运动；
当第二密封活塞3越过催化剂环4边界时，液态化学反应物5与催化剂环4接触，液态化学反应物5开始分解产生气体，此时液体容腔102压力将会增加，压力将继续推动第二密封活塞3向下移动，继而使取芯器内部压力场的实际体积减小，继而补偿压力泄漏。
本申请通过双密封活塞机构，将压力场的变化转变为密封活塞位移参数，利用密封活塞的位移控制化学反应速率，进一步控制压力补偿的大小。
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 (10)
1.保真取芯气体自增益压力控制结构，其特征在于：包括化学压力补偿器，所述化学压力补偿器包括管筒（1）、第一密封活塞（2）、第二密封活塞（3）、催化剂环（4）和液态化学反应物（5），液态化学反应物（5）在催化剂环（4）的作用下可发生化学反应产生气体；
所述管筒（1）一端有第一密封端（11），管筒（1）另一端有液体通道（12），液体通道（12）用于与取芯器内部压力场相连；
第一密封活塞（2）和第二密封活塞（3）装于管筒（1）内，第一密封活塞（2）位于第一密封端（11）与第二密封活塞（3）之间，第一密封活塞（2）与第一密封端（11）之间构成高压气体容腔（101），高压气体容腔（101）内有高压气体；
第一密封活塞（2）与第二密封活塞（3）之间构成用于存放液态化学反应物（5）的液体容腔（102），液态化学反应物（5）装于液体容腔（102）内；
多个催化剂环（4）沿轴向逐个嵌于管筒（1）内壁，所述多个催化剂环（4）位于液体通道（12）与第二密封活塞（3）之间。
2.根据权利要求1所述的保真取芯气体自增益压力控制结构，其特征在于：所述液态化学反应物（5）为过氧化氢溶液。
3.根据权利要求2所述的保真取芯气体自增益压力控制结构，其特征在于：所述催化剂环（4）由二氧化锰制成。
4.根据权利要求1所述的保真取芯气体自增益压力控制结构，其特征在于：所述液态化学反应物（5）为水，所述催化剂环（4）由过氧化钠、活泼金属、过氧化物中的任意一种制成。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的保真取芯气体自增益压力控制结构，其特征在于：所述在管筒（1）内壁等间隔加工有多个环形槽（103），所述多个催化剂环（4）逐个装于环形槽（103）中。
6.根据权利要求1所述的保真取芯气体自增益压力控制结构，其特征在于：所述第二密封活塞（3）沿轴向间隔设有两个密封面（31），密封面（31）处装有密封圈（32）。
7.根据权利要求1所述的保真取芯气体自增益压力控制结构，其特征在于：管筒（1）另一端有第二密封端，第二密封端上加工孔道形成液体通道（12）。
8.根据权利要求7所述的保真取芯气体自增益压力控制结构，其特征在于：所述第二密封端与管筒（1）螺纹连接或者一体制造。
9.取芯器，包括中心杆（6）和岩芯管，其特征在于：还包括如权利要求1-8中任一项所述的保真取芯气体自增益压力控制结构，所述化学压力补偿器集成在中心杆（6）上，所述液体通道（12）与岩芯管内部相通。
10.保真取芯气体自增益压力控制方法，其特征在于：采用了如权利要求1-8中任一项所述的保真取芯气体自增益压力控制结构，所述液体通道（12）与取芯器内部压力场相连；
初始条件下，高压气体容腔（11）内的气体处于压缩状态，高压气体容腔（11）、液体容腔（102）以及取芯器内部压力场处于气液平衡状态，第二密封活塞（3）未越过催化剂环（4）所在界限，液态化学反应物（5）与催化剂环（4）不接触；
当取芯器内部压力发生泄漏时，高压气体容腔（11）内的气体使得第一密封活塞（2）与第二密封活塞（3）均向液体通道（12）一端运动；
当第二密封活塞（3）越过催化剂环（4）边界时，液态化学反应物（5）与催化剂环（4）接触，液态化学反应物（5）开始分解产生气体，此时液体容腔（102）压力增加，液体容腔（102）内的压力继续推动第二密封活塞（3）向下移动，继而使取芯器内部压力场的实际体积减小，继而补偿压力泄漏。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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