[发明专利]电动压缩蒸发直冷式冰封保压取芯器

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物钻探保温保压取芯装置，特别涉及一种电动压缩蒸发直冷式冰封保压取芯器。

背景技术

天然气水合物因其被作为未来替代能源，并对海底滑坡、温室效应等有重要影响而受到广泛关注。采用钻探手段采取原位状态的高保真天然气水合物样品是研究天然气水合物储层相关地球物理、地球化学性质和了解天然气水合物浓度、储量最为直接的方法。公开号为CN101706379A的专利公开的冰阀式保温保压取样器提出了采用存储冷源方式最为制冷系统，在实际应用中存在钻具体积较大，流体通道保温不易实现，提钻过程中不能制冷易导致冰阀融化密封失效等问题。公开号为CN102494428A的专利公开了用于取代储存能源方式的液动潜孔制冷机，由于制冷剂对水的敏感性，对液动潜孔制冷机提出了较高的密封要求，其运动部件容易因磨损等问题导致制冷失败，且同样存在提钻过程中不能连续制冷易致冰阀融化密封失效的问题。本发明认为可以采用电驱动压缩蒸发制冷技术作为冷源可大幅提高冰封保压机构的可靠性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述冰封保压取样器存在的问题，而提供的一种电动压缩蒸发直冷式冰封保压取芯器。

本发明包括打捞头1、外缸2、钢球3、液道变换阀4、阀弹簧5、蓄电池6、全封闭式压缩机7、冷凝器8、导线9、制冷剂吸入管道10、开关11、导向杆12、制冷剂排出管道13、提升缸14、轴承15、单动岩心管16、密封圈17、蒸发直冷式冰阀管18、毛细通道中隔管19和冰阀21；其中打捞头1设置在外缸2的顶端，钢球3设置在打捞头1的弹性收口端，液道变换阀4设置在外缸2内并与阀弹簧5连接；蓄电池6、全封闭式压缩机7和冷凝器8由上至下依次设置在外缸2内，蓄电池6的电源输出端与全封闭式压缩机7的电源输入端连接，蓄电池6通过导线9与开关11连接；导向杆12设置在外缸2内，开关11设置在导向杆12的上端面上，全封闭式制冷压缩机7的排出口与冷凝器8连接，冷凝器8的出液口通过管道13与毛细通道中隔管19联通，单动岩心管16和蒸发直冷式冰阀管17由上至下依次设置在外缸2内，蒸发直冷式冰阀管17的出口通过制冷剂吸入管道10与全封闭式压缩机7的吸气口联通；提升缸14设置在导向杆12上，单动岩心管16通过轴承15安装在提升缸14上，蒸发直冷式冰阀管18、毛细通道中隔管19依次安装在外缸2上。

本发明的工作过程及原理为：

制冷功能是通过全封闭式制冷压缩机压缩制冷剂并直接在冰阀管外壁蒸发进行制冷。全封闭式直流压缩机通过孔底钻具内蓄电池短接提供电能驱动。

正常钻进时，钻井液从第一通道31进入外缸2内，并通过第三通道33直接排出外缸2，岩心样品20进入单动岩心管16中，单动岩心管16内的钻井液依次通过第十一通道41和第十通道40排出外缸2。当钻进工作完成后进行取芯操作时，在地面下入打捞器与打捞头1连接并提升一段距离，打捞头1弹性收口端张开，钢球3掉下堵住液道变换阀4的端口，在液道变换阀4钻井液压力作用下被往下推动打开第二通道32，钻井液依次沿第二通道32、第四通道34和第五通道35进入到由提升缸14和导向杆12组成的环状空间36中，在钻井液压力作用下，提升缸14携带装有岩心样品20的单动岩心管16往上运动一段距离至提升缸14上端面触压开关11，使全封闭式制冷压缩机7与蓄电池6联通，全封闭式制冷压缩机7开始工作，其他空间中的钻井液通过第七通道37和第十通道40排出外缸2。被全封闭式制冷压缩机7压缩的制冷剂进入冷凝器8中被冷凝后，通过制冷剂排出管道13构成的第九通道39进入毛细通道中隔管19的毛细通道43，被毛细管通道43节流的制冷剂进入蒸发直冷式冰阀管18下端的第二蒸发器换热通道44和上端的第一蒸发器换热通道42进行蒸发制冷，在第十一通道41内形成上冰阀22，在蒸发直冷式冰阀管18下端口形成下冰阀21，将单动岩心管16内的岩心样品20密封保压。

本发明的有益效果：本发明采用全封闭式制冷压缩机作为冷源，制冷剂通道均采用焊接接口进行连接，可有效避免水等液体进入制冷剂循环管路造成制冷系统无法工作的问题；通过调节蓄电池的储电量调节所需制冷量，能保证充足的冷量供应，大幅降低了系统的复杂性；蓄电池供电能够在提取岩心全程使制冷压缩机处于工作状态直到岩心样品被取出地表，持续制冷能保证在取芯操作过程中冰阀密封的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例的正常钻进示意图。

图2为本发明实施例的取芯操作示意图。

具体实施方式