一种用于天然气水合物带压转移系统的岩心衬管抓捕装置的制作方法

本发明属于天然气水合物勘探开发技术领域，具体涉及一种用于天然气水合物带压转移系统的岩心衬管抓捕装置。

背景技术：

天然气水合物的外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”。它燃烧后几乎不产生任何残渣，是一种可替代清洁能源。近年来，世界各国均加大了对天然气水合物勘探开发力度。

天然气水合物必须在高压和低温的环境中才能稳定存在，如果压力降低或温度升高都可能导致天然气水合物的分解。因此，在水合物的勘探过程中必须保持高压低温环境，这对天然气水合物的勘探开发带来很大的挑战。目前，水合物的勘探主要通过钻进方法获得岩心样品，同时在保持压力状态下把岩心管及岩心管内的水合物岩心一起提至地表。再将带压岩心管与地面的带压转移系统对接，带压转移系统的岩心抓取定位装置将岩心管内的岩心及岩心衬管拖入带压转移系统内腔中，实现岩心的切割、转移、参数测试等操作。

现有技术中存在的主要问题包括：

由于岩心抓取是在岩心管内进行，从外面看不见，同时岩心样品和抓捕器都处于高压液体中，岩心衬管与岩心管之间的间隙非常小，抓捕器只能从岩心衬管的内部进行抓取，因此，岩心抓取定位装置的结构设计、精准定位、快速抓取和释放都存在较大的难度。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于天然气水合物带压转移系统的岩心衬管抓捕装置，其结构简单、性能可靠，可实现精准定位和快速抓取释放。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种用于天然气水合物带压转移系统的岩心衬管抓捕装置，该岩心衬管抓捕装置用于在天然气水合物带压转移系统中实现对岩心衬管的抓取、拖动、定位和释放动作，并为天然气水合物岩心的切割、转移和参数测试服务；该岩心衬管抓捕装置包括端面密封与驱动部件、抓捕头部件、外管总成；所述外管总成为中空的管状结构，内部用于放置岩心衬管和岩心，所述岩心位于岩心衬管内；所述端面密封与驱动部件位于外管总成的左侧，用于左端面的密封并驱动抓捕头部件；所述抓捕头部件位于外管总成的右侧，用于抓捕岩心衬管。

进一步地，所述外管总成包括外管、快速接头、切割器、球阀和岩心管，所述外管、快速接头、切割器、球阀和岩心管依次连接；所述岩心衬管位于岩心管内。

进一步地，所述端面密封与驱动部件包括第二螺母、手轮、第一齿轮、第二齿轮、步进电机、端盖、轴卡、轴承、组合密封、第一法兰、第一螺栓、第二法兰、丝杆；所述丝杆的左端设有2个光面台阶，丝杆穿过第一法兰和第二法兰，丝杆的光面与第二法兰之间设有组合密封；丝杆上安装有轴承，轴承支撑在第一法兰的中心孔内，轴卡对轴承的左侧限位，轴承的左侧设有端盖；丝杆的左端的中间部位安装有第一齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮安装在步进电机的输出轴上，步进电机固定在第一法兰上；丝杆的最左端通过第二螺母固定有手轮；第一法兰和第二法兰通过第一螺栓连接。

优选地，所述外管和第二法兰通过焊接方式连接。

优选地，所述抓捕头部件包括触碰杆、挂钩、第三螺母、销轴、第一弹簧、第二螺栓、外壳、第四螺母、探针、垫片、第二弹簧、第五螺母、挂盘、第六螺母、第三弹簧、芯轴、“c”型管；所述“c”型管通过螺纹与芯轴连接；芯轴插入外壳的中心孔内并通过第六螺母压住其台阶，第六螺母通过螺纹与外壳连接，第六螺母中间设有通孔，芯轴从第六螺母的中心通孔穿过；所述外壳与芯轴的台阶之间设有第三弹簧，芯轴的右边端为半球形；挂盘通过第五螺母固定在芯轴上；“l”型的挂钩通过销轴安装在外壳上，第二螺栓的一端通过螺纹固定在外壳外，另一端穿过“l”型挂钩后安装第三螺母；第二螺栓上套有第一弹簧，触碰杆与“l”型挂钩的一边通过螺纹固定；外壳的外径与岩心衬管的外径相同，外壳前端的直径略小于岩心衬管的内径，构成一个台阶，台阶处的径向均布3个探针；探针依次通过第二弹簧、垫片和第四螺母压在外壳的径向台阶孔内。

优选地，所述探针的一端为针状，另一端为半球形，初始状态下，在第二弹簧的作用下，探针全部沉在外壳内。

优选地，所述岩心衬管与探针对应的位置设有倒钩槽；外壳沿轴向方向设有3个均匀分布的过水孔。

优选地，按压触碰杆可以带动“l”型的挂钩的一边压缩第一弹簧，同时使挂钩整体绕销轴旋转一个小角度。

优选地，所述“l”型挂钩组件总共有3个，均匀安装在外壳的左端面。

优选地，在“c”型管接近抓捕头部件的位置安装有梭形的支撑球，支撑球上面加工有若干轴向的过水孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供了一种岩心衬管抓捕装置，在天然气水合物带压转移系统中实现了对岩心衬管的抓取、拖动、定位和释放动作，最终为天然气水合物岩心的切割、转移和参数测试服务。

(2)该岩心衬管抓捕装置结构新颖、操作简便，可广泛应用于天然气水合物勘探开发领域。

(3)本发明结构简单、性能可靠，可实现精准定位和快速抓取释放。

附图说明

图1是本发明所提供的一种用于天然气水合物带压转移系统的岩心衬管抓捕装置的结构组成示意图。

图2是a部件的放大视图。

图3是b部件的放大视图。

附图标记说明：a、端面密封与驱动部件；b、抓捕头部件；1、外管；2、丝杆；3、第一螺母；4、“c”型管；5、快速接头；6、支撑环；7、螺钉；8、高压盐水；9、切割器；10、支撑球；11、球阀；12、岩心管；13、岩心衬管；14、岩心；15、第二螺母；16、手轮；17、第一齿轮；18、第二齿轮；19、步进电机；20、端盖；21、轴卡；22、轴承；23、组合密封；24、第一法兰；25、第一螺栓；26、第二法兰；27、触碰杆；28、挂钩；29、第三螺母；30、销轴；31、第一弹簧；32、第二螺栓；33、外壳；34、第四螺母；35、探针；36、垫片；37、第二弹簧；38、第五螺母；39、挂盘；40、第六螺母；41、第三弹簧；42、芯轴。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明公开了一种用于天然气水合物带压转移系统的岩心衬管抓捕装置，该岩心衬管抓捕装置用于在天然气水合物带压转移系统中实现对岩心衬管的抓取、拖动、定位和释放动作，并为天然气水合物岩心的切割、转移和参数测试服务；该岩心衬管抓捕装置包括端面密封与驱动部件a、抓捕头部件b、外管总成；所述外管总成为中空的管状结构，内部用于放置岩心衬管13和岩心14，所述岩心14位于岩心衬管13内；所述端面密封与驱动部件a位于外管总成的左侧，用于左端面的密封并驱动抓捕头部件；所述抓捕头部件b位于外管总成的右侧，用于抓捕岩心衬管13。

具体地，所述外管总成包括外管1、快速接头5、切割器9、球阀11和岩心管12，所述外管1、快速接头5、切割器9、球阀11和岩心管12依次连接；所述岩心衬管13位于岩心管12内。

具体地，如图2所示，所述端面密封与驱动部件a包括第二螺母15、手轮16、第一齿轮17、第二齿轮18、步进电机19、端盖20、轴卡21、轴承22、组合密封23、第一法兰24、第一螺栓25、第二法兰26、丝杆2；所述丝杆2的左端设有2个光面台阶，丝杆2穿过第一法兰24和第二法兰26，丝杆2的光面与第二法兰26之间设有组合密封23；丝杆2上安装有轴承22，轴承22支撑在第一法兰24的中心孔内，轴卡21对轴承22的左侧限位，轴承22的左侧设有端盖20；丝杆2的左端的中间部位安装有第一齿轮17，第一齿轮17与第二齿轮18啮合，第二齿轮18安装在步进电机19的输出轴上，步进电机19固定在第一法兰24上；丝杆2的最左端通过第二螺母15固定有手轮16；第一法兰24和第二法兰26通过第一螺栓25连接。

具体地，所述外管1和第二法兰26通过焊接方式连接。

具体地，如图3所示，所述抓捕头部件b包括触碰杆27、挂钩28、第三螺母29、销轴30、第一弹簧31、第二螺栓32、外壳33、第四螺母34、探针35、垫片36、第二弹簧37、第五螺母38、挂盘39、第六螺母40、第三弹簧41、芯轴42、“c”型管4；所述“c”型管4通过螺纹与芯轴42连接；芯轴42插入外壳33的中心孔内并通过第六螺母40压住其台阶，第六螺母40通过螺纹与外壳33连接，第六螺母40中间设有通孔，芯轴42从第六螺母40的中心通孔穿过；所述外壳33与芯轴42的台阶之间设有第三弹簧41，芯轴42的右边端为半球形；挂盘39通过第五螺母38固定在芯轴42上；“l”型的挂钩28通过销轴30安装在外壳33上，第二螺栓32的一端通过螺纹固定在外壳33外，另一端穿过“l”型挂钩28后安装第三螺母29；第二螺栓32上套有第一弹簧31，触碰杆27与“l”型挂钩28的一边通过螺纹固定；外壳33的外径与岩心衬管13的外径相同，外壳33前端的直径略小于岩心衬管13的内径，构成一个台阶，台阶处的径向均布3个探针35；探针35依次通过第二弹簧37、垫片36和第四螺母34压在外壳33的径向台阶孔内。

具体地，所述探针35的一端为针状，另一端为半球形，初始状态下，在第二弹簧37的作用下，探针35全部沉在外壳33内。

具体地，所述岩心衬管13与探针35对应的位置设有倒钩槽；外壳33沿轴向方向设有3个均匀分布的过水孔。

具体地，按压触碰杆27可以带动“l”型的挂钩28的一边压缩第一弹簧31，同时使挂钩28整体绕销轴30旋转一个小角度。

具体地，所述“l”型挂钩28组件总共有3个，均匀安装在外壳33的左端面。

具体地，在“c”型管4接近抓捕头部件b的位置安装有梭形的支撑球10，支撑球10上面加工有若干轴向的过水孔。

实施例

一种用于天然气水合物带压转移系统的岩心衬管抓捕装置，如图1所示，它由端面密封与驱动部件a、抓捕头部件b、外管总成、丝杆2、第一螺母3、“c”型管4、支撑环6、螺钉7及支撑球10等部件组成。

该岩心衬管抓捕装置的工作过程如下：

在球阀11处于关闭状态下，将内有岩心衬管13和岩心14的岩心管12通过快速接头与水合物岩心转移系统对接，随后打开球阀11，并维持系统处于稳定高压盐水8中。

启动步进电机19正档，带动丝杆2旋转，由于丝杆2与第一螺母3配合，第一螺母3与“c”型管4固定在一起，且安装支撑环6的支撑杆穿过“c”型管4的沟槽，因此，“c”型管4不会随着丝杆2一起旋转，而是做直线运动。在步进电机19带动丝杆2旋转的作用下，“c”型管4带动抓捕头部件b不断的接近岩心衬管13。当抓捕头部件b快接近岩心衬管13时，关闭步进电机19，此时通过手摇的方式带丝杆2缓慢旋转，抓捕头部件b缓慢接近岩心衬管13，直到抓捕头部件b前端的台阶面碰到岩心衬管13，抓捕头部件b的外壳33等零件停止运动，而“c”型管4推动芯轴42压缩第三弹簧41继续向前运动，芯轴42挤压探针35，迫使探针35压缩第二弹簧37并向外伸出卡住岩心衬管13。与此同时，挂盘39接触挂钩28并推动其绕销轴30向外翻转，当挂盘39越过挂钩28的钩底时，在第一弹簧31的作用下回弹并钩住挂盘39。此时，探针35卡住岩心衬管13并通过挂钩28和挂盘39锁紧。

启动步进电机19反档，随着丝杆2的旋转，“c”型管4带动抓捕头部件b和岩心衬管13及其内部的岩心14一起回拖。当岩心衬管13到达切割器9附近时，关闭步进电机19，结合手轮16和切割器9的内视系统(图中未画出)，可实现岩心衬管13的精准定位和切割。

当所有切割工作完成后，进行释放岩心衬管13的操作，其过程是：反向摇动手轮16，带动抓捕头部件b移动至最左端，触碰杆27碰到外管1的右端面，并带动挂钩28绕销轴30向外翻转，挂盘39脱离挂钩28，在第三弹簧41的作用下，外壳33相对芯轴42向右运动，同时，在第二弹簧37的作用下，探针35缩回到外壳33的径向孔内，抓捕头部件b与岩心衬管13脱离。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。