CN115306380A - 一种磁传动式随钻烃类检测样品池 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁传动式随钻烃类检测样品池，包括磁传动机、样品池、变向齿轮、螺杆、活塞和拉曼探头，电源将线圈通电，引起磁通量的变化产生感应电流，引起电机转子的转动，进而带动外磁转子的转动，外磁转子通过磁场的作用带动内磁转子的转动，进而带动下方变向齿轮的转动，变向齿轮与螺杆、活塞配合将一直处于流动状态的含油钻井液吸入样品池内腔，最终对吸入的样品液进行检测，可有助于对含油钻井液中的烃类物质做出实时、连续监测。本发明中隔离套部件和相连的样品池内腔组成了一个完全封闭的屏蔽密封腔体，从而由静密封代替动密封，达到无泄漏传输介质；能够在井下快速的对含油钻井液提取检测样品，在井下快速检测提供了空间。

Description

一种磁传动式随钻烃类检测样品池

技术领域

本发明涉及随钻测井技术领域，特别是涉及一种磁传动式随钻烃类检测样品池。

背景技术

钻井过程中准确的地层含油性实时检测是及时发现油气层并指导钻井的一个重要基础，对及时调节石油钻探计划，保障油田稳产高产方面具有重要的经济价值和现实意义。

目前随钻测井技术发展迅速，井下随钻检测是录井行业的一个趋势，传统的烃类检测方式为把井下油气层中的烃类物质，侵入泥浆后随泥浆循环到地面，通过真空泵的工作，将脱气器中的气体抽出来，经输气管线送到气体分析仪中，可燃气体在分析仪中燃烧，产生热电反应，可由电流表微安计中读出数值来，数值大小与可燃气体含量成正比关系。这就是烃类气体转变为电信号过程，多采用半自、动气测仪和色谱气测仪，在此测井过程中，耗费时间久，人工成本和机械器材成本投入较大。

此外，目前行业大多数机械设备采用机械密封，比如离心泵、离心机、反应釜和压缩机等设备。由于传动轴贯穿在设备内外，所以轴与设备之间存在一个圆周间隙，设备中的介质通过该间隙向外泄漏，如果设备内压力低于大气压，则空气向设备内泄漏，此外机械密封等设备由于长时间大扭矩机械运动，齿轮箱啮合间隙变大，造成较大的噪音及设备振动，加之密封部位长期处于高速、高温状态下运行，密封部位渗漏油情况时有发生，因此必须设计一个阻止泄漏的轴封装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁传动式随钻烃类检测样品池，以解决上述现有技术存在的问题，可以较快发现油气所在，尤其适用于非常规油气钻井中及时发现油气层，并及时调节石油钻探计划，在油田稳产高产方面具有重要的经济价值和现实意义。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种磁传动式随钻烃类检测样品池，包括

磁传动机，所述磁传动机包括外磁转子、内磁转子及隔离套，所述外磁转子与内磁转子磁性耦合，所述外磁转子与内磁转子之间留有间隙，所述隔离套位于所述外磁转子与内磁转子的间隙处；所述磁传动机内置有电源，电机带动所述外磁转子旋转，所述外磁转子带动所述内磁转子同步旋转；

样品池，所述隔离套的两端与所述样品池的外壁密封连接，所述内磁转子位于所述样品池内；所述样品池的内腔中设置有变向齿轮、螺杆和活塞；

变向齿轮，所述内磁转子的底部同轴传动连接有所述变向齿轮；

螺杆，所述样品池内沿钻井液的流动方向设置有所述螺杆，所述变向齿轮用于驱动所述螺杆旋转；

活塞，所述活塞安装在所述螺杆上并在所述螺杆带动下在所述样品池内腔做往复运动；

拉曼探头，所述样品池上开设有光窗，所述拉曼探头用于通过所述光窗检测所述样品池内样品液中的烃类物质。

在其中一个实施例中，所述外磁转子的磁场穿透空气隙和所述隔离套后带动所述内磁转子作同步旋转。

在其中一个实施例中，所述隔离套采用不导磁的材料制成。

在其中一个实施例中，所述螺杆上安装有与所述变向齿轮相啮合传动的驱动齿轮，所述变向齿轮带动所述驱动齿轮转动，所述驱动齿轮带动所述螺杆旋转。

在其中一个实施例中，所述变向齿轮为锥齿轮，所述驱动齿轮也为锥齿轮。

在其中一个实施例中，所述螺杆的两端位于所述活塞的外侧设置有滤网。

在其中一个实施例中，所述螺杆通过轴承装配在所述样品池内。

在其中一个实施例中，所述拉曼仪设置于耐压舱内。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明中的磁传动式随钻烃类检测样品池，包括磁传动机、样品池、变向齿轮、螺杆、活塞和拉曼探头，电源将线圈通电，引起磁通量的变化产生感应电流，引起电机转子的转动，进而带动外磁转子的转动，外磁转子通过磁场的作用带动内磁转子的转动，进而带动下方变向齿轮的转动，变向齿轮与螺杆、活塞配合将一直处于流动状态的含油钻井液吸入样品池内腔，最终对吸入的样品液进行检测，可有助于对含油钻井液中的烃类物质做出实时、连续监测。整个过程简单高效，密封性好，安全稳定，可在井下狭窄恶劣的环境中节省大部分空间，也便于后续此装置的维护工作；能够在井下快速的对含油钻井液提取检测样品，在井下快速检测提供了空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中磁传动式随钻烃类检测样品池的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中磁传动式随钻烃类检测样品池的外观视图；

图3为本发明实施例中磁传动式随钻烃类检测样品池内螺杆的连接示意图；

其中，1磁传动机；2外磁转子；3内磁转子；4隔离套；5变向齿轮；6螺杆；7活塞；8滤网；9光窗；10拉曼探头；11高压区；12低压区；13驱动齿轮；14轴承；15电源；16样品池。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明设计了在石油天然气领域随钻检测中使用的一种磁传动式随钻烃类检测样品池，此装置解决了在井下难以获取含油钻井液样品的问题，并可以在井下对获取的样品液进行快速往复高效的检测。通过本发明能够在井下更快地检测出样品液中的烃类物质，进而可以发现地层中优质的油气资源，提高测井速度，更快地开发储层，对油田而言可以节省大量勘探开发成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图3所示，本发明提供一种磁传动式随钻烃类检测样品池，包括

磁传动机1，磁传动机1包括外磁转子2、内磁转子3及隔离套4，外磁转子2与内磁转子3磁性耦合，外磁转子2与内磁转子3之间留有间隙，隔离套4位于外磁转子2与内磁转子3的间隙处；磁传动机1内置有电源15，电机带动外磁转子2旋转，外磁转子2带动内磁转子3同步旋转；

样品池16，隔离套4的两端与样品池16的外壁密封连接，内磁转子3位于样品池16内；样品池16的内腔中设置有变向齿轮5、螺杆6和活塞7；

变向齿轮5，内磁转子3的底部同轴传动连接有变向齿轮5；

螺杆6，样品池16内沿钻井液的流动方向设置有螺杆6，变向齿轮5用于驱动螺杆6旋转；

活塞7，活塞7安装在螺杆6上并在螺杆6带动下在样品池16内腔做往复运动；

拉曼探头10，样品池16上开设有光窗9，拉曼探头10用于通过光窗9检测样品池16内样品液中的烃类物质。

在其中一个实施例中，外磁转子2的磁场穿透空气隙和隔离套4后带动内磁转子3作同步旋转。磁传动机1由外磁转子2、内磁转子3及不导磁的隔离套4组成。当电机带动外磁转子2旋转时，磁场能穿透空气隙和非磁性物质，带动内磁转子3作同步旋转，实现动力的无接触传递，将动密封转化为静密封。

隔离套4位于外磁转子2与内磁转子3之间，与样品池16采用措施进行固定，形成封闭腔体。隔离套4与样品池、内、外磁缸的组合，才无需动力密封组件，做到真正的零泄漏。内磁转子3与变向齿轮5同轴，外磁转子2与电机相连，在外磁转子2的圆柱面上装有磁块，磁块间由隔磁材料隔离、支撑。

在其中一个实施例中，螺杆6上安装有与变向齿轮5相啮合传动的驱动齿轮13，变向齿轮5带动驱动齿轮13转动，驱动齿轮13带动螺杆6旋转。

在其中一个实施例中，变向齿轮5为锥齿轮，驱动齿轮13也为锥齿轮。

在其中一个实施例中，螺杆6的两端位于活塞的外侧设置有滤网8，滤网8用来过滤钻井液中大颗粒杂质进入样品池16，可以避免堵塞样品液通道。

在其中一个实施例中，螺杆6通过轴承14装配在样品池16内。拉曼仪设置于耐压舱内。

若整个采油地区能运用含油率现场实时测定手段，对于油田各个井口返液的含油率进行检查，不仅可以让我们能够直观地得到各井口的生产情况，还可以清晰地看到油层的含油情况。磁传动式随钻烃类检测样品池，将此前的地面检测改到了井下直接检测，更快速获取地层中的油气信息，将激光拉曼技术与随钻技术相结合的方法运用到钻井中，可以大幅度缩减油气层在钻井返液中的含油量检测时间并极大地缩减了钻采过程中辨识油气层的时间，提升了检测的工作效率，使石油开采过程变得更有效。

此样品池16用密封材料将钻井液所在的高压区与上方低压区所隔离开，保证检测时的准确性。其原理主要是通过内部电源供电给线圈，磁传动机1内线圈通电后产生安培力驱使外、内磁转子的旋转，进而带动下方变向齿轮5的转动，变向齿轮5牵引着螺杆6转动，使螺杆6带动活塞7的左右往复运动(活塞7往右运动吸入含油钻井液，活塞7往左运动排出含油钻井液)，然后拉曼探头10通过光窗9对吸入的样品液进行快速检测，测试完成后活塞7往左运动将样品液排出，整个过程简单高效。

变向齿轮5将磁传动机1内磁转子3与螺杆6相连，改变其方向进而可以改变螺杆6的旋转方向，磁传动机1内包含内、外磁转子，由内部电源15供电。螺杆6两边装有滤网8，用来过滤钻井液中大颗粒杂质进入样品池16，可以避免堵塞样品液通道。活塞7与螺杆6相连，通过螺杆6的换向而改变左右运动方向。在样品液通道上方装有拉曼探头10以及光窗9，用来检测吸入的样品液中的烃类物质。样品液通道含有安全可靠的密封系统，将下方高压区与下方低压区分开，避免了装置的压力不同引发的安全事故的发生。(图2)

磁传动式随钻烃类检测样品池工作流程如下：

1.首先由内部电源15供电给电机，当电机带动外磁转子2旋转时，磁场能穿透空气间隙和非磁性物质，进一步通过磁场的作用带动内磁转子3的同步旋转。

2.内磁转子3与下方变向齿轮5相连，带动下方变向齿轮5的转动，进而引起螺杆6的旋转。

3.螺杆6与活塞7相连，螺杆6的正反转带动活塞7的左右往复运动。

4.当活塞7往右运动一段距离时，含油钻井液通过滤网8被吸入通道内，经过拉曼探头10进行拉曼测试其中的烃类物质成分。

5.检测完成后，驱使活塞8往左运动回初始位置，含油钻井液被排出通道内，完成最终的检测过程。

在目前的石油与天然气随钻检测领域中，国内外还没有一个完整的样品池方案，可以在井下狭窄恶劣的环境中提供空间用来检测含油钻井液中的烃类物质，本装置结构简单，易于使用和后续的维护。运用活塞的左右移动，通过压力差采集与释放含油钻井液，有效的解决了在井下对含油钻井液采集难、检测难的问题，使得国内随钻领域上一个新台阶，为以后的发展提供了一套完整的解决方案。

本发明的动力系统主要采用磁动力系统带动螺杆6和活塞7用来采集含油钻井液，其通过磁场传动，减少了装置之间的摩擦，实现了能量的空中传递，减少了后期对设备的维护、维修成本，增加了对含油钻井液的采集效率。本发明用密封系统将高压区和低压区分隔开，让样品液在预先设计的通道里流动，避免了样品液流入低压区，实现了零泄漏，保证了装置在运行过程中的安全性和稳定性。利用螺杆6与活塞7的联动，实现了在地层中循环往复的对样品进行采集和检测。将随钻测井技术与拉曼光谱分析法相结合，实时掌握性质，准确快速的发现储集层，从而达到施工人员可以使钻头一直在储层中穿行，使采收率被大大提高。

本发明中磁传动式随钻烃类检测样品池的优点如下：

1、设备动力系统通过磁场传动，实现了真正的无接触传动，减少了装置的磨损，大大提高了设备的安全性。

2、本发明运用密封方案将钻井液通道所在的高压区与动力系统所在的低压区完全隔离开，保证了装置的稳定安全运转。

3、通过本发明可以在井下实时、快速、高效对含油钻井液进行烃类物质检测，进而发现地层中的优质油气资源。

本发明设计一种磁传动式随钻烃类检测样品池，通过螺杆6带动活塞7的左右往复运动将含油钻井液吸入和排出，进一步对吸入的含油钻井液进行拉曼检测。由于采用的是磁力驱动，利用磁场的作用，并且隔离套部件和相连的样品池16组成了一个完全封闭的屏蔽密封腔体，从而由静密封代替动密封，达到无泄漏传输介质。此装置的出现让检测从地面搬到了地下，节省了大量的时间成本，不仅能够直观地得到各井口的生产情况，还可以快速清晰地看到油层的含油情况。磁传动式随钻烃类检测样品池能够提供一个在井下对含油钻井液进行快速、往复、高效检测的空间，它的出现彻底解决了在随钻检测行业中无法在井下恶劣、狭小的空间里对含油钻井液中烃类物质做及时检测的难题，这将在探井中整个剖面准确地层的建立以及油气的寻找起到重要的作用。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种磁传动式随钻烃类检测样品池，其特征在于：包括

磁传动机，所述磁传动机包括外磁转子、内磁转子及隔离套，所述外磁转子与内磁转子磁性耦合，所述外磁转子与内磁转子之间留有间隙，所述隔离套位于所述外磁转子与内磁转子的间隙处；所述磁传动机内置有电源，电机带动所述外磁转子旋转，所述外磁转子带动所述内磁转子同步旋转；

样品池，所述隔离套的两端与所述样品池的外壁密封连接，所述内磁转子位于所述样品池内；所述样品池的内腔中设置有变向齿轮、螺杆和活塞；

变向齿轮，所述内磁转子的底部同轴传动连接有所述变向齿轮；

螺杆，所述样品池内沿钻井液的流动方向设置有所述螺杆，所述变向齿轮用于驱动所述螺杆旋转；

活塞，所述活塞安装在所述螺杆上并在所述螺杆带动下在所述样品池内腔做往复运动；

拉曼仪，所述样品池上开设有光窗，所述拉曼仪的拉曼探头用于通过所述光窗检测所述样品池内样品液中的烃类物质。

2.根据权利要求1所述的磁传动式随钻烃类检测样品池，其特征在于：所述外磁转子的磁场穿透空气隙和所述隔离套后带动所述内磁转子作同步旋转。

3.根据权利要求1所述的磁传动式随钻烃类检测样品池，其特征在于：所述隔离套采用不导磁的材料制成。

4.根据权利要求1所述的磁传动式随钻烃类检测样品池，其特征在于：所述螺杆上安装有与所述变向齿轮相啮合传动的驱动齿轮，所述变向齿轮带动所述驱动齿轮转动，所述驱动齿轮带动所述螺杆旋转。

5.根据权利要求4所述的磁传动式随钻烃类检测样品池，其特征在于：所述变向齿轮为锥齿轮，所述驱动齿轮也为锥齿轮。

6.根据权利要求1所述的磁传动式随钻烃类检测样品池，其特征在于：所述螺杆的两端位于所述活塞的外侧设置有滤网。

7.根据权利要求1所述的磁传动式随钻烃类检测样品池，其特征在于：所述螺杆通过轴承装配在所述样品池内。

8.根据权利要求1所述的磁传动式随钻烃类检测样品池，其特征在于：所述拉曼仪设置于耐压舱内。

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