[发明专利]一种自动补冷的液氮制冷式煤瓦斯取样器

说明书

本发明公开了一种自动补冷的液氮制冷式煤瓦斯取样器，它包括有外接头（1）、钻管（2）和钻头（7），外接头（1）开有芯孔（11），外接头（1）和钻头（7）套接在钻管（2）两端口，在钻管（2）内部从外接头（1）到钻头（7）依次装有液氮补冷控制机构（4）、液氮储存器（5）和保温取样器（6）；保温取样器内腔（61）与钻头中心管（71）对接连通，以灌满煤层岩心样品，保温取样器（6）的壳层间设有液氮冷却流道（62）。本发明的有益效果：本发明实现了简便、快捷地冻结冰封含瓦斯煤样品中的瓦斯气体，且自动补冷以控制样品冷冻，减少了取样过程中的瓦斯损失量，提高了煤层瓦斯含量测量精度。

技术领域

本发明属于煤矿安全防护技术领域，具体涉及一种液氮制冷式煤瓦斯取样器，适用于煤田开发过程中对含瓦斯煤进行定点取样。

背景技术

中国专利文献CN 106124243A于2016年11月16日公开了一种煤层瓦斯含量测定超前冷冻取样方法，它包括步骤：1)、采用绳索取芯钻具钻进至距离目标煤层表面0.2m左右停止钻进作业；2)、将流体输送管通过钻杆中心下放到钻孔内，并使流体输送管的端部接近钻孔底部；3)、从地面通过液氮泵将低温流体通过流体输送管持续泵入到钻孔底部，使钻孔底部以下3-5m区域冷冻至零度以下的冻结状态；4)、提出流体输送管，再下入绳索取芯钻具的取芯器，快速进行取芯钻进操作；5)、钻进3m时，停止钻进作业，快速将取芯器提至地表，并迅速将样品装入密封罐中。该方法能保证煤层岩心样品在钻进、运移过程中不发生解吸逸散，可保持煤层样品的瓦斯原位含量状态。

但是，该专利的操作过程繁琐，煤层岩心的取样时间较长。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种自动补冷的液氮制冷式煤瓦斯取样器，它能简便、快捷地钻取获得低温冷冻结冰封存含瓦斯煤样品，避免取样过程中的瓦斯损失量，保证煤层瓦斯含量测量精度。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有外接头、钻管和钻头，外接头开有芯孔，外接头和钻头套接在钻管两端口，在钻管内部从外接头到钻头依次装有液氮补冷控制机构、液氮储存器和保温取样器；保温取样器内腔与钻头中心管对接连通，以灌满煤层岩心样品，保温取样器的壳层间设有液氮冷却流道；液氮储存器用于盛装液氮，液氮储存器底座与保温取样器盖帽螺纹连接，在保温取样器盖帽中设有用于液氮流通、并与液氮冷却流道连通的T型孔；液氮储存器盖帽与内接头空腔套接，内接头空腔装有液氮补冷控制机构，内接头圆柱端与外接头芯孔的轴向端螺纹连接，外接头芯孔为十字孔，外接头侧边的两个十字孔口接通钻管内壁缝隙，钻管内壁缝隙连通钻头中心管；

所述液氮补冷控制机构包括蓄电池、控制器、温度传感器和电磁控制阀，蓄电池和控制器固定于内接头空腔内底，温度传感器固定在保温取样器上，温度传感器通过信号传输线连接控制器；

电磁控制阀安装在液氮储存器盖帽上，电磁控制阀的入口与液氮储存器内腔相通，电磁控制阀的出口通过管线与液氮储存器底座上的通孔连通，控制器的控制信号线连接电磁控制阀。

本发明的工作过程是，在仰孔钻进取样时：

步骤1、首先将本发明安装在钻具底端，预先设置控制器的起始工作时间，取样钻进过程中，液氮补冷控制机构不工作，钻井液通过外接头芯孔、钻管内壁缝隙和钻头中心管进入孔底；

步骤2、到控制器预先设置的起始工作时间时，取样钻进停止，在控制器的控制下使电磁控制阀打开，液氮储存器的液氮由于重力作用流入管线，在管线中吸热相变成为氮气，相变后的氮气进入到液氮储存器中，使液氮储存器中压力升高，液氮储存器的液氮由于压力作用进入到T型孔中，流入保温取样器的液氮冷却流道，当温度传感器的温度达到设定温度时，控制器控制电磁控制阀关闭，停止向保温取样器提供液氮，液氮相变吸热实现对保温取样器内腔中样品的冷冻，液氮相变后产生的氮气通过排气孔排出；