一种绳索取心工具保压筒的制作方法

本发明涉及石油、天然气、天然气水合物钻探取心工具领域，更具体的说是天然气水合物钻探必备的取心工具中的一种绳索取心工具保压筒。

背景技术：

天然气水合物（natural gas hydrates,NGH），俗称可燃冰，由天然气中小分子气体(如甲烷、乙烷等)在较低温度（0~10°C）和较高的压力（大于10MPa）条件下和水作用生成的；天然气水合物能量密度高（1m3天然气水合物能释放164m3天然气），是一种新型的替代能源。

原始天然气水合物形成的三个必要条件：温度低、压力高、天然气源。目前已发现天然气水合物的赋存地区是：高纬度地区的永久冻土带；极地的陆上地区；海洋沉积层中。天然气水合物赋存地区的温度、压力满足于天然气水合物的结构保持稳定；因此保持天然气水合物的赋存温度和压力是获取天然气水合物样品的途径。

研究表明，绳索取心作业方式是缩短天然气水合物样品与周围环境的热量交换时间；保温取心工具是隔绝天然气水合物与周围环境的热量交换；保压取心工具是保持天然气水合物原始压力的最佳方式。

然而目前的取心工具中的钻进内筒组件结构相对简单，主要是应用在岩石、岩土取心作业，普遍缺少保温和保压的结构和措施，并且保压筒的内通径小，不能满足对天然气水合物样品取心作业对时间、温度和压力的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术应用在天然气水合物样品取心作业所存在的作业周期长、保温保压效果差、取心通径小的缺陷，提供一种绳索取心工具保压筒，以解决有限的钻具水眼直径获取较大的岩心直径；维持天然气水合物岩心的赋存条件到地面；提高获取原始状态的天然气水合物样品的成功率；定位装置结构紧凑，并具有带压转移水合物岩心的功能。

本发明通过以下技术方案实现的：

一种绳索取心工具保压筒，包括：由内筒上接头1、内筒8、壳体9和阀座12自上而下依次连接组成内筒组合，并在壳体9和阀座12连接处上部预设环形腔，环形腔内设置阀芯11，阀芯11在垂直状态时贴靠在环形腔外壁，阀芯11在水平状态时与阀座12的上端口构成水平向密封配合；由补偿筒上接头13、补偿筒6、限位接头5和岩心管7自上而下依次连接组成中空的岩心管组合，岩心管组合整体套装在内筒组合内部，并在补偿筒6与内筒上接头1之间通过滑套轴向滑动密封配合，在滑套2与内筒上接头1的结合部设置锁定机构；岩心管组合上端由补偿筒上接头13连接并密封，岩心管组合的下端与阀芯11、阀座12构成间隔密封配合。

上述方案还包括：

在补偿筒6内设有活塞14，在限位接头5设有贯通内外的压力传递孔。

所述锁定机构包括：在内筒上接头1与滑套2之间沿径向设置的锁定销钉3，或者是沿内筒上接头1和滑套2结合部相切于圆周方向的锁定销钉3，位于锁定销钉3上下的内筒上接头1与滑套2之间分别设有密封件。

内筒上接头1、内筒8、壳体9和阀座12均通过螺纹连接，并在各连接处设置密封件；补偿筒上接头13、补偿筒6、限位接头5和岩心管7均通过螺纹连接，并在各连接处设置密封件。

本发明的优点是：内筒组合与岩心管组合穿插配合使用，可以最大限度提高岩心管的通径，实现有限的空间获取尽量大的岩心直径；岩心管组合的上部自密封，下部通过内筒组合的翻盖式阀芯与阀座配合实现封堵，确保岩心管内取样物保持在压力状态；绳索取心工具保压筒整体结构设计紧凑，锁定（限位）密封机构结构巧妙，实现岩心管的限位、密封、带压岩心管移出的功能；同时满足较簿壁厚的内筒上接头安全强度，且锁定（限位）密封机构抗剪强度、抗挤强度安全系数高。

附图说明

图1为本发明所提出的一种绳索取心工具保压筒的结构示意图。

图2为本发明所提出的一种绳索取心工具保压筒的内筒上接头锁定销钉出口处的A-A截面示意图。

图中：1-内筒上接头、2-滑套、3-锁定销钉、4 -O型密封件（圈）、5-限位接头、6-补偿筒、7-岩心管、8-内筒、9-壳体、10-导向架、11-阀芯、12-阀座、13-补偿筒上接头、14-活塞、15-螺塞、16-凹槽。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式，对本发明作进一步描述。

参照说明书附图1，内筒上接头1、内筒8、壳体9、阀座12依次以螺纹连接的方式组成内筒组合；补偿筒上接头13、补偿筒6、限位接头5、岩心管7依次以螺纹连接的方式组成岩心管组合；同时，内筒上接头1、滑套2、锁定销钉3、O型密封圈4、限位接头5组成限位密封机构；壳体9、导向架10、阀芯11、阀座12组成压力封闭机构。其中，内筒上接头1呈圆筒状，上下两端加工螺纹；中部沿相切于圆周的方向设计成对称的两个异形孔，直径较大的孔设计螺纹能与螺塞15配合、直径较小的孔与在内腔设计的半圆形的凹槽16贯通，凹槽16内插入锁定销钉3。滑套2呈圆筒状，外部设计半圆形的凹槽与锁定销钉3插接限位配合，并在凹槽的上下两边设计O型密封圈槽；锁定销钉3呈圆柱状，一端加工螺纹。限位接头5外部是变径结构，两端加工螺纹，中部设计O型密封圈槽。

阀座12的通孔上端设有锥面，阀芯11为圆盘状，并且设有与阀座12通孔密封配合的锥面。阀芯11立于阀座12上端面并夹在内筒8和岩心管7之间的环形腔，岩心管7上移后，直立状态的阀芯11会倒落成水平状态，并盖在阀座12上端面上并密封阀座12通孔。

在补偿筒6内设有活塞14，在限位接头5设有贯通内外的压力传递孔。补偿筒6内预充的惰性气体，岩心入岩心管7时，活塞14可以在补偿筒6内孔内上下运动，补偿起出保压筒过程中的压力损失。

阀座12下端用螺纹连接下部装置、补偿筒上接头13连接打捞装置并定位岩心管组合以便组成完整的取心工具。

本发明的保压筒组装：补偿筒上接头13、补偿筒6、限位接头5、岩心管7依次以螺纹连接的方式组成岩心管组合。滑套2上安装O型密封圈4后从补偿筒6上端套入岩心管组合，并装入以螺纹依次连接的内筒上接头1、内筒8、壳体9；锁定销钉3从内筒上接头1的异形孔插入滑套2与内筒上接头1的半圆形凹槽后旋入螺塞。导向架10安装在阀座12上端，阀芯11安装在导向架10上后从岩心管组合的下端套入，并将阀座12与壳体9螺纹连接；补偿筒上接头13连接打捞装置并定位岩心管组合组成完整的取心工具。

本发明的绳索取心工具保压筒是配合取心钻具使用的，完整的绳索取心工具保压筒安装正确后，用绳索提起保压筒，下入钻具水眼内即可取心钻进。取心钻进时，阀芯11、导向架10隐藏于岩心管7与壳体9之间的环形腔。取心钻进结束，下入绳索接头与补偿筒上接头13连接并上提，岩心管组合随之上提。当岩心管组合下缘超过阀芯上缘时，阀芯11由直立反倒变为水平，并与阀座12锥面密封，封闭保压筒下端内腔；继续上提岩心管，限位接头5的台肩与滑套2的端面接触，带动内筒提离井底，同时限位接头5的O型密封圈4与内筒上接头1配合密封内筒上端内腔。保压筒到达地面后，拆除螺塞15，专用工具通过螺纹连接锁定销钉3后拉出锁定销钉3，安装螺塞密封锁定销钉出口即可带压转移岩心管7内的岩心。