专利名称：应用于密闭带压条件下的自动控制取样装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钻井液循环系统密闭、带压和含硫化氢条件下的，地质岩屑录井取样设备的制造技术领域。
背景技术：
目前的石油钻井和勘探作业，主要是通过旋转钻井作业打开油气藏，达到开发油气的目的，在实际钻井作业过程中，主要利用从井底返出的岩屑对钻井过程中的不同地层进行判别，从而达到监测油气层和监控各种钻井参数的目的。公知的现有旋转钻井技术中， 通常采用开放式的钻井液循环分离系统进行钻井作业，所使用的岩屑录井方法主要是在振动筛或液气分离器处，直接对钻井液中的岩屑进行捞取、分离；特别地，如气体钻井作业且是采用一种气体钻井专用岩屑取样器，在排气或排砂管汇处进行岩屑采集、分离。如公开号为201090210，
公开日为2008年7月23日的中国专利文献公开了一种气体钻井岩屑自动取样装置，用于气体钻井中岩屑的收集，涉及一种气体钻井岩屑自动取样装置的制造技术领域，本实用新型包括岩屑收集、岩屑存储和控制三部分，取样管安装在主管汇的上方，岩屑收集筒的上端外缘上设置有排气孔，内部设置有过滤板，阀门与阀门控制器连接，阀门控制器与控制计算机连接，阀门的开启或者关闭由阀门控制器根据计算机给出的岩屑返出时间进行控制；本实用新型利用岩屑返出时间关系，控制取样阀门的开或者关，提供了一种可以实现连续取样的气体钻井岩屑自动取样装置，整个装置安装在排砂管汇的上方，便于安装，通过计算机对进入的岩屑量，进入的时间，和采集的时间进行控制，使收集的岩屑具有连续性。以上所述岩屑采集装置和方法均是在敞开、开放式的环境下进行，采样过程中，作业人员不可避免地与未经处理的井口返出流体接触，因此，必然要求流体中不能存在有害物质或高压力，否则必将对现场作业人员及周边环境造成伤害。随着油气资源需求的不断增长和易钻、易采油气藏的日益衰竭，油气储量丰富的含硫油气藏将成为未来重要的接替资源。在含硫地层进行钻井作业，不可避免地会使含硫流体进入井筒并循环至地面，而地面钻井液、气循环设备需要对含硫流体加以有效控制，避免硫化氢外泄才能确保钻井过程的顺利进行，特别是采用欠平衡钻井技术在含硫地层作业时，必须要求钻井液循环分离系统整体具备密闭性和承压性；同时，随着环境方面法规的不断健全和钻井安全观念意识的不断加强，敞开式钻井液循环分离系统将会越来越受到限制和挑战，密闭式钻井液循环分离系统将会成为未来钻井技术的主流钻井液循环系统。因此， 常规敞开、开放式的岩屑录井装置和方法由于应用条件的限制，已经不能满足所述密闭式钻井液循环分离系统下的岩屑录井取样需求。
实用新型内容为了克服上述现有技术中所存在的常规敞开、开放式的岩屑录井装置由于应用条件的限制，已经不能满足在密闭式钻井液循环分离系统下的岩屑录井取样需求的技术问题，本实用新型提供了一种应用于密闭带压条件下的自动控制取样装置，该取样装置能够在密闭带压和含硫化氢的环境下进行工作，利用在密闭状态下先分离岩屑，再除硫和泄压， 最后再进行岩屑采集的工作原理，采用计算机集中监测控制系统以及双取样筒、取样箱冗余结构，在保障钻井液循环分离系统整体的密闭性、承压性，确保现场人员及环境安全的同时，满足实时岩屑录井工作的正常需要。本实用新型是通过采用下述技术方案实现的一种应用于密闭带压条件下的自动控制取样装置，包括取样筒、取样箱、监测控制系统、流体管路和控制阀门五大部分，其特征在于流体管路部分由主通管路、取样管路、硫化氢处理管路、排液管路和返冲管路组成；取样筒、取样箱和控制阀门由功能和配置相同两组结构组成；主通管路的进液口与井口节流装置的出口相连，主通管路的出口与分离器或后续钻井液处理装置的入口相连；主通管路分为上、下游两部分，取样管路由主通管路上游分出后与取样筒相连，取样筒出口与主通管路下游相连，同时，取样管路提供一路支路直接与主通管路下游连通；在主通管路和取样管路上分别设置有由监测控制系统控制的控制阀；所述的二组功能和配置相同的取样筒、取样箱和控制阀门与取样管路入口相连。更具体的连接关系是主通管路的主通进液口与井口节流装置的出口相连，主通管路出口设置有单流阀，并与分离器或后续钻井液处理装置的入口相连；主通管路中部设置有主通控制阀，主通控制阀将主通管路分割为上游和下游两部分，在主通管汇上、下游之间设置有压力变送器和泄压阀及泄压管线；取样管路从主通管路的上游分出，通过进液控制阀a、进液控制阀b分别与取样筒a、取样筒b相连，同时，取样管路也直接通过设置的取样通路控制阀与主通管路下游相连；取样管路在连接取样筒a和取样筒b之后，从取样筒下部设置的出液控制阀a、出液控制阀b —并接入主通管汇的下游，流量计设置在取样管路与主通管汇下游相连接的管路之间；取样筒a、取样筒b的尾部末端分别设置取样控制阀a 和取样控制阀b，并分别与取样箱a、取样箱b相连，取样箱a、取样箱b中分别设置取样盒a 和取样盒b，取样箱a和取样箱b底部相互连通并依次通过排液阀、排液出口、排液管线与后续钻井液处理、存储设备或远端安全处大气相连；在取样筒a、取样筒b与取样箱a、取样箱b之间分别设置泄压压力变送器a、泄压压力变送器b和泄压阀a、泄压阀b及其泄压管线；二只取样筒的顶部或上部分别设置有岩屑测量装置a、岩屑测量装置b和硫化氢检测装置a、硫化氢检测装置b，硫化氢处理控制阀a、硫化氢处理控制阀b分别设置在取样筒a、取样筒b的中上部，阀门末端连接硫化氢处理管路并通过除硫进口与外部硫化氢处理装置相连；设置的返冲管路通过返冲进液阀a、进液阀b分别与取样筒a、取样筒b尾部相连，返冲进液单流阀设置在返冲管路的进口，设置的排液管路从取样箱a、取样箱b的底部连出，汇通之后连接至远端泥浆池或后续分离处理设备中，在排液管路的末端设置有排液阀进行控制。取样筒中设置有岩屑过滤网和防冲蚀装置。 取样盒装入取样箱中时，取样盒与取样箱之间设置有倾角。取样盒底部设置有可更换结构的过滤网。取样箱与取样盒外部接触面设置密封挡圈。与现有技术相比，本实用新型的有益效果表现在1、采用本实用新型所述的结构，能够在密闭带压和含硫化氢的环境下保证岩屑录井取样工作的正常进行，同时也适用于敞开式的常规岩屑录井取样工作。所采用的计算机集中监测控制系统以及双取样筒、取样箱的冗余结构，安全性可靠性高，极大程度降低了岩屑录井作业劳动强度，充分保障作业人员安全和减少环境污染。2、取样筒中设置的专用岩屑过滤网，首先对预采集的岩屑进行分离，当监测到取样筒中存在压力或硫化氢时，通过硫化氢处理管路进行硫化氢处理，以及泄压阀进行泄压， 确保筒体内部处于安全状态之后，再将采集的岩屑下放至取样箱的取样盒中。3、取样盒装入取样箱中时，取样盒与取样箱之间设置有倾角，取样盒底部设置有可更换结构的过滤网，以便于取样盒中的残余流体与所收集的岩屑样本进行再次分离。4、取样箱与取样盒外部接触面设置密封挡圈，正常工作时取样盒以及取样箱整体为封闭状态，当取样完成后，取样盒可以直接从取样箱中抽出。
下面将结合说明书附图和具体实施方式
对本实用新型做进一步的详细说明，其中图1为本实用新型的结构示意图图中标记1.控制装置，2.岩屑测量装置a，3.取样筒a，4.进液压力变送器a，5.进液控制阀a，6.泄压压力变送器a，7.泄压阀a，8.取样控制阀a，9.取样盒a，10.取样箱a，11.主通进液口，12.主通压力变送器，13.主通控制阀，14.主通泄压阀，15.返冲进液阀a，16.流量计，17.返冲进液阀b，18.主通出口单流阀，19.返冲进液单流阀，20.排液阀，21.排液出口，22.取样箱b，23.取样盒b，24.取样控制阀b，25.取样通路控制阀，26.泄压阀b， 27.泄压压力变送器b，28.进液控制阀b，29.进液压力变送器b，30.除硫进口，31.取样筒b，32.岩屑测量装置b，33.出液压力表b，34.硫化氢监测装置b，35.硫化氢处理控制阀 b，36.出液控制阀b，37.出液控制阀a，38.硫化氢处理控制阀a，39.硫化氢监测装置a， 40.出液压力表a。
具体实施方式
实施例1本实用新型包括取样筒、取样箱、监测控制系统、流体管路、控制阀门五大部分，设置的流体管路部分由主通管路、取样管路、硫化氢处理管路、排液管路、返冲管路五大通路组成，主通管路的进液口与井口节流装置的出口相连，主通管路的出口与分离器或后续钻井液处理装置的入口相连；主通管路分为上、下游两部分，取样管路由主通管路上游分出后与取样筒相连，取样筒进行取样之后，取样筒出口与主通管路下游相连，同时，取样管路提供一路支路直接与主通管路下游连通；在主通管路和取样管路上分别设置有能精密调节阀芯开度的控制阀，由监测控制系统根据实际需要控制阀芯开度，以调节管路中流体的流量、 流速和走向，其具体过程是当流体经过主通管路进液口流入取样装置时，设置的主通控制阀13，根据进入主通管路流体量的多少控制阀芯到适当开度，以保证经取样管路流入取样筒的所需流体量足够，通过设置的流量计16所示的取样筒出口流量加以监测和校核；特别地，当主通管路出现堵塞等紧急情况时，可依据设置的主通压力变送器12、流量计16，监测到的压力值、流体量变化进行判断，并根据实际情况采用完全打开或关闭主通控制阀13、主通泄压阀14、取样通路控制阀25的方法进行应急处理。设置的二组功能、组成相同且分别独立的取样筒、取样箱及其控制阀门和管路结构与取样管路入口相连，经取样管路流过来的流体，通过取样管路与取样筒相连处设置的取样筒进、出口控制阀5、28、36、37，按先出后进的顺序进行开启，控制取样管路中的流体进入筒体内进行岩屑分离，根据需要，可以单独、交替或同时使用取样筒a和取样筒b进行取样。特别地，当取样筒出现堵塞或其它非常情况时，控制系统将自动关闭进液控制阀5、观， 流体直接通过取样通路控制阀25流回主通管路下游并从主通管路流出取样装置。取样筒中设置有易于更换的专用过滤网和防冲蚀装置，专用过滤网设置一定目数的小孔，用于过滤流体和收集岩屑，并可根据取样要求实时更换不同目数规格型号的滤网。过滤网是否收集到足够岩屑量，通过取样筒上设置的专用岩屑测量装置2、32来进行判断，同时，还可通过设置的进液压力变送器与泄压压力变送器的压差变化值与岩屑量的关系计算值来进行判断；当采集到所需量岩屑之后，控制系统根据先进后出的顺序关闭进、出液控制阀5、观、 36,37和打开主通控制阀13，此时取样筒整体处于封闭状态；当装置处于带压力和硫化氢的工作环境时，根据设置的硫化氢监测装置34、39所显示的硫化氢含量情况，判断是否需要进行硫化氢处理，如果需要，控制系统自动打开取样筒上设置的硫化氢处理控制阀35、 38，使取样筒通过硫化氢处理管路与外部硫化氢处理装置连通并进行除硫处理，当硫化氢含量值降到安全数值以下时，关闭硫化氢处理控制阀35、38，并进行下一步操作；接下来， 观察设置的泄压压力变送器的压力值显示，如果不为零，开启设置的泄压阀对取样筒进行泄压，设置的泄压管路末端与取样箱以及远景安全处的大气相通，以确保泄压时人员和现场设备安全；再次检查确认取样筒中不存在压力和含硫化氢之后，开启设置的取样控制阀将岩屑收集到取样箱的取样盒中，待岩屑全部流入取样盒中后并关闭取样控制阀。设置的取样盒安装在取样箱中且与取样箱之间存在一定倾角，取样盒底部设置有滤网结构将岩屑中残余流体泄漏到在取样箱底部，取样箱内可暂存一定量经过分离后的残余流体，这些残余流体通过设置在取样箱底部的排液管路流入泥浆池或后续分离处理设备中；最后，取样操作人员打开取样箱密封盖，提出取样盒收集和转移岩屑即完成一次岩屑取样工作；根据取样要求的时间间隔交替或同时运行二组取样筒、取样箱及其控制阀组，重复上述步骤即进行下一次取样工作。特别地，在取样过程中随着残余岩屑的逐渐堆积可能造成取样筒堵塞，设置的返冲管路和控制阀从外部利用高压泵返注入水或其它流体对取样筒底部进行冲洗和解堵。以上所述各管路中除泄压阀、排液阀外所有控制阀、压力传感器、硫化氢监测装置、流量计等的开启状态和结果显示，均采用计算机控制系统集中监测和控制，其控制方法采用自动和手动两种方式进行。实施例2作为本实用新型的最佳实施方式，其包括取样筒、取样箱、监测控制系统、流体管路、控制阀门五大部分，其中，流体管路部分由主通管路、取样管路、硫化氢处理管路、排液管路、返冲管路等5条通路组成，岩屑采集部分的取样筒、取样箱及其控制阀门由功能和配置相同的a和b两组结构组成。在图1中，主通管路的主通进液口 11与井口节流装置的出口相连，主通管路出口设置有单流阀18，并与分离器或后续钻井液处理装置的入口相连；主通管路中部设置有主通控制阀13，该阀门将主通管路分割为上游和下游两部分，在主通管汇上、下游之间设置有压力变送器12和泄压阀14及泄压管线；取样管路从主通管路的上游分出，通过进液控制阀a5、进液控制阀1^8与取样筒a3、取样筒b31相连，同时，取样管路也直接通过设置的取样通路控制阀25与主通管路下游相连；取样管路在连接取样筒a3和取样筒b31之后，从取样筒下部设置的出液控制阀a37、出液控制阀b36 —并接入主通管汇的下游，流量计16设置在其与主通管汇下游相连接的管路之间；取样筒a3、取样筒b31的尾部末端设置取样控制阀a8和取样控制阀1^24，并分别与取样箱alO、取样箱b22相连，取样箱alO、b22中分别设置取样盒a9和取样盒1^23，取样盒装入取样箱中时，取样盒与取样箱之间设置有一定倾角，取样盒底部设置有可更换结构的过滤网，取样箱与取样盒外部接触面设置密封挡圈，完成取样需要提取岩屑样本时取样盒可以直接从取样箱中抽出；2只取样箱底部相互连通并通过排液阀(20)、排液出口 21、排液管线，与后续钻井液处理、存储设备或远端安全处大气相连；在取样筒a3、取样筒b31与取样箱alO、取样箱1^22之间分别设置泄压压力变送器a6、 泄压压力变送器b27和泄压阀a7、泄压阀1^6及其泄压管线；二只取样筒3、31的顶部或上部分别设置有岩屑测量装置a2、岩屑测量装置b32和硫化氢检测装置a39、硫化氢检测装置 b34，硫化氢处理控制阀a38、硫化氢处理控制阀b35设置在取样筒a3、取样筒b31的中上部，阀门末端连接硫化氢处理管路并通过除硫进口 30与外部硫化氢处理装置相连；设置的返冲管路通过返冲进液阀al5、进液阀bl7分别与取样筒a3、取样筒b31尾部相连，返冲进液单流阀19设置在返冲管路的进口。设置的排液管路从取样箱alO、取样箱1^22的底部连出，汇通之后连接至远端泥浆池或后续分离处理设备中，在排液管路的末端设置有排液阀 20进行控制。
权利要求1.一种应用于密闭带压条件下的自动控制取样装置，包括取样筒、取样箱、监测控制系统、流体管路和控制阀门五大部分，其特征在于流体管路部分由主通管路、取样管路、硫化氢处理管路、排液管路和返冲管路组成；取样筒、取样箱和控制阀门由功能和配置相同两组结构组成；主通管路的进液口与井口节流装置的出口相连，主通管路的出口与分离器或后续钻井液处理装置的入口相连；主通管路分为上、下游两部分，取样管路由主通管路上游分出后与取样筒相连，取样筒出口与主通管路下游相连，同时，取样管路提供一路支路直接与主通管路下游连通；在主通管路和取样管路上分别设置有由监测控制系统控制的控制阀； 所述的二组功能和配置相同的取样筒、取样箱和控制阀门与取样管路入口相连。
2.根据权利要求1所述的应用于密闭带压条件下的自动控制取样装置，其特征在于 更具体的连接关系是主通管路的主通进液口与井口节流装置的出口相连，主通管路出口设置有单流阀，并与分离器或后续钻井液处理装置的入口相连；主通管路中部设置有主通控制阀，主通控制阀将主通管路分割为上游和下游两部分，在主通管汇上、下游之间设置有压力变送器和泄压阀及泄压管线；取样管路从主通管路的上游分出，通过进液控制阀a、进液控制阀b分别与取样筒a、取样筒b相连，同时，取样管路也直接通过设置的取样通路控制阀与主通管路下游相连；取样管路在连接取样筒a和取样筒b之后，从取样筒下部设置的出液控制阀a、出液控制阀b —并接入主通管汇的下游，流量计设置在取样管路与主通管汇下游相连接的管路之间；取样筒a、取样筒b的尾部末端分别设置取样控制阀a和取样控制阀 b，并分别与取样箱a、取样箱b相连，取样箱a、取样箱b中分别设置取样盒a和取样盒b， 取样箱a和取样箱b底部相互连通并依次通过排液阀、排液出口、排液管线与后续钻井液处理、存储设备或远端安全处大气相连；在取样筒a、取样筒b与取样箱a、取样箱b之间分别设置泄压压力变送器a、泄压压力变送器b和泄压阀a、泄压阀b及其泄压管线；二只取样筒的顶部或上部分别设置有岩屑测量装置a、岩屑测量装置b和硫化氢检测装置a、硫化氢检测装置b，硫化氢处理控制阀a、硫化氢处理控制阀b分别设置在取样筒a、取样筒b的中上部，阀门末端连接硫化氢处理管路并通过除硫进口与外部硫化氢处理装置相连；设置的返冲管路通过返冲进液阀a、进液阀b分别与取样筒a、取样筒b尾部相连，返冲进液单流阀设置在返冲管路的进口，设置的排液管路从取样箱a、取样箱b的底部连出，汇通之后连接至远端泥浆池或后续分离处理设备中，在排液管路的末端设置有排液阀进行控制。
3.根据权利要求2所述的应用于密闭带压条件下的自动控制取样装置，其特征在于 取样筒中设置有岩屑过滤网和防冲蚀装置。
4.根据权利要求2所述的应用于密闭带压条件下的自动控制取样装置，其特征在于 取样盒装入取样箱中时，取样盒与取样箱之间设置有倾角。
5.根据权利要求2所述的应用于密闭带压条件下的自动控制取样装置，其特征在于 取样盒底部设置有可更换结构的过滤网。
6.根据权利要求2所述的应用于密闭带压条件下的自动控制取样装置，其特征在于 取样箱与取样盒外部接触面设置密封挡圈。
专利摘要本实用新型提供了一种应用于密闭带压条件下的自动控制取样装置。用于实施钻井过程中地质岩屑的实时取样，特别适用于在钻井液循环系统密闭、带压和含硫化氢条件下的地质岩屑实时取样工作。装置主要包含取样筒、取样箱、监测控制系统、流体管路、控制阀门五大部分，其中流体管路由主通管路、取样管路、硫化氢处理管路、排液管路、返冲管路五条通路组成。装置在密闭、承压的状态下，采取先分离岩屑，再除硫和泄压，最后再进行岩屑采集的工作原理，采用计算机集中监测控制系统，以及双取样筒、取样箱、控制阀组和管路的冗余结构，可靠性、安全性高，能够确保钻井液循环系统密闭、带压和含硫化氢条件下的地质岩屑实时取样工作顺利进行。
文档编号E21B49/00GK202228070SQ20112034377
公开日2012年5月23日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者刘勇, 崔凯, 张保贵, 柏轲 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司