[发明专利]一种取样用球阀及天然气水合物保真取样器、取样方法

说明书

本发明公开了一种取样用球阀及天然气水合物保真取样器、取样方法，其中球阀包括相互匹配的壳体与阀芯，所述阀芯上固定连接局部位于壳体外的插销，所述插销位于壳体外的部分与转向头配合；还包括用于驱动所述转向头转动的第一活塞。本发明的目的是提供一种取样用球阀及天然气水合物保真取样器、取样方法，以解决现有技术中天然气水合物取样器的密封过程与密封结构均十分复杂、且保压效果有限的问题，实现取样器快速密封与打开，且保证压力稳定，提高样品保真程度的效果。

技术领域

本发明涉及能源开发的取样领域，具体涉及一种取样用球阀及天然气水合物保真取样器、取样方法。

背景技术

天然气水合物是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，是一种燃烧值高、清洁无污染的新型能源，分布广泛而且储量巨大，是未来全球能源发展的战略制高点。在对天然气水合物的研究中，样本取样是十分直观且重要的研究手段之一。

与常规的油气钻井取芯不同的是，由于天然气水合物需要在稳定的压力状态下取出以避免其分解，因此需要采用保压方式进行取样。早期的技术是使用带剪切销钉的取芯器，因可靠性差和安全性差逐渐被摒弃。现有技术中的用于天然气水合物的取样器，大都以被动的密封保压为主，采用各种阀门进行密封保压，其控制及装配均十分复杂、而且密封性能也达不到理想的密封状态，打捞出井后压降依然明显。

发明内容

本发明提供一种取样用球阀及天然气水合物保真取样器、取样方法，以解决现有技术中天然气水合物取样器的密封过程与密封结构均十分复杂、且保压效果有限的问题，实现取样器快速密封与打开，且保证压力稳定，提高样品保真程度的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种取样用球阀，包括相互匹配的壳体与阀芯，所述阀芯上固定连接局部位于壳体外的插销，所述插销位于壳体外的部分与转向头配合；还包括用于驱动所述转向头转动的第一活塞。

本发明首先提出一种取样用球阀，包括壳体和位于壳体内的阀芯，阀芯上固定连接插销，且插销的局部穿过壳体伸出至壳体外侧，并且通过位于壳体外侧的转向头与插销进行配合。当第一活塞驱动转动头进行转动时，即可同步带动插销转动，进而带动壳体内的阀芯转动，由阀芯转动来实现对球阀的关闭与打开。本方案中，插销穿过壳体的位置使用任意现有技术对壳体进行密封即可，此外第一活塞对转向头的驱动可使用任意现有传动方式来进行实现。本申请的球阀关断过程极为快速，能够实现快速的保压效果。

本球阀不仅能够适用于天然气水合物的保真取样器，还可以适用于常规的岩心取样或其余需要快速关断的球阀适用场景中。

进一步的，所述插销一端与阀芯固定连接、另一端伸出至壳体外；且插销位于壳体外的一端呈多边形，所述转向头上包括与所述多边形相匹配的方孔；转向头套设在插销外。通过插销外端多边形与转动头上方孔的配合，确保了插销始终能够随着方孔进行正反转。

进一步的，所述第一活塞上设置凸台，所述壳体上设置与所述凸台相匹配的螺旋轨道，所述凸台滑动配合在螺旋轨道内；所述第一活塞的输出端连接轴承，轴承上固定导柱，所述转向头上设置与导柱相匹配的腰型孔，所述导柱滑动配合在腰型孔内。本方案工作时，第一活塞整体下行，由于有凸台的限制，只能够沿着壳体上的螺旋轨道旋转向下，而第一活塞输出端由于有轴承配合，因此其上的导柱可以不进行转动，仍然保持直线下行，导柱在腰型孔内移动同时推动转动头进行转动，最终带动与转向头匹配的插销进行转动。本方案设置凸台与螺旋轨道的优点在于，当第一活塞下行将球阀阀芯关闭后，自然状态下转向头作用在第一活塞的活塞杆上的作用力仅可能沿第一活塞杆的轴线方向，也就是说自井底向上传递的作用力(如地层对钻头的反作用力、井下流体对取样器向上的推力等)只能够是沿第一活塞杆的轴线方向传递的，这些作用力无法产生使第一活塞进行转动的扭矩，因此无法使第一活塞旋转上升、无法开启球阀的阀芯，从而使得球阀在保真取样器内具有稳定的自锁功能，确保球阀始终稳定处于密封状态，以此提高内筒的保压能力。