一种深部煤层保压取心装置的制作方法

本发明属于煤层气开发，具体涉及一种深部煤层保压取心装置。

背景技术：

1、深部煤层气储量极大，具有广泛的发展前景。相比于浅部煤储层，深部煤储层的物化特性和储层特征都存在较大的差异。煤层含气量是表征煤储层特征的关键参数之一，也是煤层气资源量估算和煤层气开发设计的重要依据。因此，准确测定深部煤层的含气量至关重要。

2、目前，获取深层煤层气含量最为直接有效的途径就是钻取原始煤层的煤层样品，再进行实测，这就涉及到保温保压取芯技术。深度大于1500m的煤层，气体的赋存状态以游离气为主，气体的存在形式与温度和压力关系密切。现有的取样设备密闭性差，保压能力不强，不适用于对高温高压的深部煤层进行保压取芯。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种深部煤层保压取心装置，包括内外嵌套的内管和外管，外管顶部依次设有安全接头和液压差动总成，外管的底部设有钻头，且外管底部敞开；内管内部依次设置压力补偿器、保压内筒、球阀和密封卡紧装置，压力补偿器内存有高压氮气，压力补偿器底部的出气口通过气芯嘴连接保压内筒顶部的进气口，能够在取芯后向保压内筒输入氮气，使保压内筒的压力不低于取芯煤层的压力；

2、保压内筒的下方依次设有密封圈和球阀，保压内筒下部的外侧设有弹簧，弹簧通过连接组件连接球阀的转轴，用于控制球阀的关闭；液压差动总成包括缸体和活塞，活塞底部连接内管顶部，取芯后活塞拉动内管，使得弹簧的底部向上移动，弹簧通过连接组件拉动球阀的转轴，关闭球阀。

3、可选的，所述液压差动总成包括缸体、储油筒和活塞，缸体为圆柱形，缸体内和储油筒内均储存液压油；储油筒设在缸体外侧，且为细长筒体，缸体底部通过管路连接储油筒底部，储油筒顶部通过油泵连接缸体顶部，使得液压油能在缸体和储油筒之间循环；

4、活塞的顶部设有膨大部，膨大部的外侧面紧贴缸体内壁，避免液压油流过；活塞的底部穿出缸体，且连接内管的顶部。

5、可选的，所述压力补偿器为高压气体储存罐，内部能够储存高压氮气；保压内筒用于盛放取芯样品，可以是圆柱形，顶部封闭，底部敞开；保压内筒内的顶部设有橡胶活塞，橡胶活塞的外侧面紧贴保压内筒内壁，避免高压氮气直接接触岩芯样品而影响其气体含量。

6、可选的，所述保压内筒内的下部设有截断装置，截断装置包括可缩放的截断筒，截断筒与保压内筒同心设置，允许采集的岩芯样品进入保压内筒后经过截断筒；

7、截断筒包括若干个截断片，截断片的底部固定在保压内筒的内壁上，若干个截断片沿着保压内筒的周向均匀设置，截断片为上小下大的梯形，截断筒自然状态时属于收缩状态，截断片的顶部向截断筒的内部靠拢，相邻的截断片的侧边彼此接触，使得截断筒成为上小下大的圆台形，此时截断筒的内径小于保压内筒的内径；截断片内壁受力向外扩张后，紧贴保压内筒的内壁，相邻的截断片互不接触。

8、进一步可选的，所述截断筒的顶部设有收缩绳，收缩绳围绕所有截断片的顶部至少一圈；收缩绳为可弯折的钢丝，能够发生形变，也具有一定的刚性，收缩绳的两侧端部沿着截断装置向下延伸，然后穿出保压内筒的侧壁，收缩绳的两端分别设有向外突出的挂环一，挂环一的环面水平设置；内管内壁上对应挂环一所在的竖直线上设有挂钩一，挂钩一的开口向下、钩环向上突出，使得挂钩一随内管向下移动时能挂住挂环一，并牵引收缩绳的端部向下移动，以收缩所有截断片。

9、可选的，所述弹簧的顶部固定连接保压内筒的外壁，使得弹簧顶部固定；弹簧绕设在保压内筒下部的外侧，弹簧的底部设有至少两个向外突出的挂环二，挂环二的底部通过弹簧片连接弹簧底部，使得挂环二的顶部受力后能够在竖直方向上上下摆动；挂环二的环面水平设置；

10、内管内壁上对应挂环二所在的竖直线上设有挂钩二，挂钩二的开口向上、钩环向下突出，使得挂钩二随内管向下移动时能越过挂环二，再向上移动时能挂住挂环二，从而牵引弹簧的底部向上移动，以牵动关闭球阀。

11、进一步可选的，所述球阀的转轴水平设置，转轴能够带动球阀球体转动，从而关闭或开启球阀；转轴的两端分别伸出球阀壳体的两侧，转轴的端部设有手柄，手柄垂直于转轴；

12、弹簧的底部设有连接组件，连接组件包括两个竖直的牵引杆，牵引杆沿着内管内壁向下延伸，且穿过密封圈外侧面与内管内壁之间的空隙，牵引杆与对应的手柄能够相交，牵引杆面对手柄的一面设有牵引环，手柄贯穿牵引环，当牵引杆跟随弹簧底部上下移动时，牵引环拉动手柄，使得转轴转动，从而关闭或开启球阀。

13、可选的，所述密封卡紧装置包括定位筒和至少两片可上下滑动的密封片，定位筒与内管同心设置，且是中空的，便于煤样品通过；定位筒的顶部与球阀之间留有缝隙；定位筒筒壁的中上部的内部设有预留位槽，密封片设在预留位槽内，定位筒筒壁的外侧面设有至少两条镂空的滑道，滑道与密封片一一对应，牵引杆与对应的滑道处于同一竖直线上，牵引杆通过对应的滑道连接密封片，从而带动密封片上移。

14、进一步可选的，所述密封片的上部为倾斜的，且向定位筒内部倾斜，密封片的下部为竖直的；预留位槽的上部为上小下大的圆台形，下部为圆柱形，预留位槽上部的长度小于密封片上部的长度，预留位槽下部的长度大于密封片下部的长度，预留位槽整体的长度大于密封片整体的长度，预留位槽的下部具有一定宽度，为密封片移动留出空间。

15、进一步可选的，所述滑道连通定位筒的外部空间与预留位槽的内部空间；牵引杆的底部设有伸缩杆，伸缩杆贯穿滑道、再连接预留位槽内的密封片的下部的外侧面；

16、伸缩杆为套杆结构，外杆连接牵引杆，内杆连接密封片，内杆顶端能伸缩进出外杆底端，内杆侧面设有可伸缩的翅片，当内杆处于外杆内时，翅片被遮挡而收缩，当内杆伸出外杆一定长度时，翅片露出外杆而没有遮挡，翅片伸展，此时翅片的边缘处于外杆外部，翅片顶边抵住外杆底端，使得内杆无法返回外杆内部，从而固定伸缩杆的长度，进而固定密封片的位置。

技术特征：

1.一种深部煤层保压取心装置，其特征在于，包括内外嵌套的内管和外管，外管顶部依次设有安全接头和液压差动总成，外管的底部设有钻头，且外管底部敞开；内管内部依次设置压力补偿器、保压内筒、球阀和密封卡紧装置，压力补偿器内存有高压氮气，压力补偿器底部的出气口通过气芯嘴连接保压内筒顶部的进气口，能够在取芯后向保压内筒输入氮气，使保压内筒的压力不低于取芯煤层的压力；

2.根据权利要求1所述的深部煤层保压取心装置，其特征在于，所述液压差动总成包括缸体、储油筒和活塞，缸体为圆柱形，缸体内和储油筒内均储存液压油；储油筒设在缸体外侧，且为细长筒体，缸体底部通过管路连接储油筒底部，储油筒顶部通过油泵连接缸体顶部，使得液压油能在缸体和储油筒之间循环；

3.根据权利要求1所述的深部煤层保压取心装置，其特征在于，所述压力补偿器为高压气体储存罐，内部能够储存高压氮气；保压内筒用于盛放取芯样品，为圆柱形，顶部封闭，底部敞开；保压内筒内的顶部设有橡胶活塞，橡胶活塞的外侧面紧贴保压内筒内壁，避免高压氮气直接接触岩芯样品而影响其气体含量。

4.根据权利要求1所述的深部煤层保压取心装置，其特征在于，所述保压内筒内的下部设有截断装置，截断装置包括可缩放的截断筒，截断筒与保压内筒同心设置，允许采集的岩芯样品进入保压内筒后经过截断筒；

5.根据权利要求4所述的深部煤层保压取心装置，其特征在于，所述截断筒的顶部设有收缩绳，收缩绳围绕所有截断片的顶部至少一圈；收缩绳为可弯折的钢丝，能够发生形变，也具有一定的刚性，收缩绳的两侧端部沿着截断装置向下延伸，然后穿出保压内筒的侧壁，收缩绳的两端分别设有向外突出的挂环一，挂环一的环面水平设置；内管内壁上对应挂环一所在的竖直线上设有挂钩一，挂钩一的开口向下、钩环向上突出，使得挂钩一随内管向下移动时能挂住挂环一，并牵引收缩绳的端部向下移动，以收缩所有截断片。

6.根据权利要求4所述的深部煤层保压取心装置，其特征在于，所述弹簧的顶部固定连接保压内筒的外壁，使得弹簧顶部固定；弹簧绕设在保压内筒下部的外侧，弹簧的底部设有至少两个向外突出的挂环二，挂环二的底部通过弹簧片连接弹簧底部；挂环二的环面水平设置；

7.根据权利要求6所述的深部煤层保压取心装置，其特征在于，所述球阀的转轴水平设置，转轴能够带动球阀球体转动，从而关闭或开启球阀；转轴的两端分别伸出球阀壳体的两侧，转轴的端部设有手柄，手柄垂直于转轴；

8.根据权利要求7所述的深部煤层保压取心装置，其特征在于，所述密封卡紧装置包括定位筒和至少两片可上下滑动的密封片，定位筒与内管同心设置，且是中空的，便于煤样品通过；定位筒的顶部与球阀之间留有缝隙；定位筒筒壁的中上部的内部设有预留位槽，密封片设在预留位槽内，定位筒筒壁的外侧面设有至少两条镂空的滑道，滑道与密封片一一对应，牵引杆与对应的滑道处于同一竖直线上，牵引杆通过对应的滑道连接密封片，从而带动密封片上移。

9.根据权利要求8所述的深部煤层保压取心装置，其特征在于，所述密封片的上部为倾斜的，且向定位筒内部倾斜，密封片的下部为竖直的；预留位槽的上部为上小下大的圆台形，下部为圆柱形，预留位槽上部的长度小于密封片上部的长度，预留位槽下部的长度大于密封片下部的长度，预留位槽整体的长度大于密封片整体的长度，预留位槽的下部具有一定宽度，为密封片移动留出空间。

10.根据权利要求9所述的深部煤层保压取心装置，其特征在于，所述滑道连通定位筒的外部空间与预留位槽的内部空间；牵引杆的底部设有伸缩杆，伸缩杆贯穿滑道、再连接预留位槽内的密封片的下部的外侧面；

技术总结本发明涉及一种深部煤层保压取心装置，包括内外嵌套的内管和外管，外管顶部依次设有安全接头和液压差动总成，外管的底部设有钻头；内管内部依次设置压力补偿器、保压内筒、球阀和密封卡紧装置，压力补偿器内存有高压氮气，压力补偿器底部的出气口通过气芯嘴连接保压内筒顶部的进气口，能够在取芯后向保压内筒输入氮气，使保压内筒的压力不低于取芯煤层的压力；保压内筒的下方依次设有密封圈和球阀，保压内筒下部的外侧设有弹簧，弹簧通过连接组件连接球阀的转轴，用于控制球阀的关闭；液压差动总成包括缸体和活塞，活塞底部连接内管顶部，取芯后活塞拉动内管，使得弹簧的底部向上移动，弹簧通过连接组件拉动球阀的转轴，关闭球阀。技术研发人员：徐强,郭红瑜,张争光,白秀佳,任珊,苗全芸受保护的技术使用者：中国煤炭地质总局勘查研究总院技术研发日：技术公布日：2024/7/9