专利名称：一种真空保温保压型气井取样器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及天然气勘探开发技术仪器设备领域，具体而言是在天然气勘探开 发过程中与之配套应用的一种天然气样品取样器。
背景技术：
天然气是一种以石蜡族低分子饱和烃为主，少量非烃类气体为辅组合而成的混合 气体。由于其特定的地质背景、形成过程导致其组分的多样性。天然气的组分在不同地区、 不同储层深度是不同的。即使在同一储层，不同气井或同井的不同层位上其组分也不相同。 为了安全高效开发这些气藏，需要提取不同地层中的天然气样品以分析其具体组分和化学 性质。在提取气体样品的过程中，由于井下环境复杂，且其样品处于高温高压状态下，若取 样器不具备保温功能，提取至地面后的天然气样品组分会因温度和压力的变化而有所差
已目前国内广泛应用于各大气田的取样器都是沿用于油井取样中使用的设备。按照 其工作方式不同可分为流过式空筒取样器、正向驱替式取样器、单相式取样器和温度补偿 式取样器。其中流过式空筒取样器、正向驱替式取样器、单相式取样器不具备保温功能，温 度补偿式取样器主要由空气室、样品室、加热部件以及各类传感器、控制器和记录器组成。 它采用主动保温模式，具有保温取样、存储特点，但该取样器存在以下两方面缺陷其一，由 于采取主动保温模式，增加了取样器的体积、成本和整体结构的复杂性。其二，由于体积庞 大，只能在套管中使用，且主要应用于海上深水油气田的开发。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服以上技术的不足，提供一种专门用于气井取样且结构 简单并具有温度压力实时记录功能的保温保压型气井取样器。为了实现上述功能，本实用新型提供的技术方案是在取样器F型转接头上开设 气体通道，其端面布置压力传感器和温度传感器检测从气体通道传来样品的压力和温度， 压力传感器和温度传感器的数据线烧结在一接插件上，接插件与走线通道的端面连接，并 通过走线通道内的数据线将压力温度数据传输给电控模块并存储。保温模式为一种被动保 温模式，其采用内外组合筒结构，内外筒之间有一厚度为2 4mm厚的超高真空间隙，在取 样舱外筒19内外壁、取样舱内筒18外壁喷涂绝热层以保证取样腔内气体样品温度恒定，采 取相应的密封技术实现所取样品的密封，根据气体状态方程可知所取样品在温度不变，体 积一定时其压力无变化即所取样品为保压状态。本实用新型的工作过程取样前，首先根据井深结构，设定取样时间，然后拧紧F 型转接头处的密封堵头，在F型转接头处安装真空泵对取样舱抽真空，此时平衡活塞被锁 紧螺栓固定于取样舱最下端。取样时，电磁铁总成通电开启，气体样品通过有过滤网膜包裹 的筛孔进入进气通道并开启进气单向阀，样品通过进气单向阀进入取样腔。当取样舱内压 力与井下外部压力平衡(即压差不足以开启进气单向阀)时，单向阀关闭完成样品的采集并存储。在达到预定采样时间后，电磁铁总成断电关闭，电磁铁总成内带有密封头的衔铁在 自身弹力作用下关闭进气通道，取样结束。样品提取时，依次旋下引鞋、尾端堵头和锁紧螺 栓，并接上化学分析室的液压推进管线，在F型转接头安装提取样品管汇，然后拧松密封堵 头，打开出气通道，利用平衡活塞将腔内样品在保压状态下从出气口勻速推出。本实用新型样品提取采用F型转接头结构以及平衡活塞保压取样结构。F型转接 头结构专为提取气体样品而设计，并兼有对取样舱抽取真空的功能。F型转接头气体通道处 安装管线，以便抽取真空和提取样品之用；F型转接头另一气体通道处安装密封堵头，通过 拧紧或者拧松密封堵头以实现样品腔的开启与封闭。本实用新型与现有取样装置比较，具有以下显著特点(1)实现了整个取样过程 中温度和压力参数的实时检测与存储，为判断井下气体样品温度与压力的变化提供了可靠 依据；(2)它能有效实现对所采集的天然气样品实现保温功能，并利用良好的密封性能以 实现样品的保压效果，特别是采用高真空间隙组合筒结构以及多级隔热层的应用实现了取 样器结构的简化，解决了保温型取样器因体积过大而不能广泛应用的问题；(3)它是专门 为气井取样而设计，通过缠裹有过滤网膜的筛孔结构实现井下恶劣环境下的气固分离。(4) 本取样器结构简单，工作可靠，整机成本较低。本实用新型适用于具有保温要求的天然气样 品的采集。
图1为本实用新型取样器的整体结构剖视图。图中1、吊装器；2、电气舱筒；3、电控模块(包括井下电池、单片计算机模块和I/ 0数字接口)；4、电气舱封头；5、进气舱筒；6、电磁铁总成；7、过滤网膜；8、连接螺钉；9、隔 离块；10、排气单向阀；11、压力传感器；12、温度传感器；13、进气单向阀；14、F型转接头； 15、密封堵头；16、卡环；17、取样舱封头；18、取样舱内筒；19、取样舱外筒；20、定位器；21、 抽真空阀；22、平衡活塞；23、尾端接头；24、锁紧螺栓；25、尾端堵头；26、引鞋，A、电气腔； B、进气腔；C、间隙腔；D、真空保温腔；E、取样腔。图2为本实用新型F型转接头放大示意图。图3为本实用新型传感器位置布置轴向示意图。图4为本实用新型真空间隙组合筒结构放大示意图。图5为隔离块结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型。如图1所示，本实用新型所涉及的真空保温保压型气井取样器，包括取样舱和电 气舱两部分，取样舱通过连接螺钉8安装在电气舱下部，电气舱与取样舱之间形成间隙舱 C，并连接有压力传感器11和温度传感器12所带的信号传输线。电气舱包括吊装器1、电气 舱筒2、电控模块3、电气舱封头4、进气舱筒5、电磁铁总成6、过滤网膜7、连接螺钉8、隔离 块9以及排气单向阀10，电气舱筒2上端通过螺纹连接吊装器1，下端通过螺钉与进气舱筒 5连接，电气舱封头4安装在电气舱筒2内下部台阶处，通过电气舱封头4形成电气舱A，电 控模块3安装在电气舱A内，其坐于电气舱筒2内的台阶上并被吊装器1所固定，进气舱筒5内分别装有隔离块9以及电磁铁总成6，通过隔离块9以及电磁铁总成6形成进气腔B， 进气舱筒5在其轴向设有一线槽t，线槽t为电控模块3提供走线通道，在进气舱筒5的径 向开出若干进气筛孔，其外部凹环出通过胶结形式固定有过滤网膜7，隔离块9中心处开有 阶梯孔，在其轴向开有安装排气单向阀10的安装孔以及走线通道，隔离块9坐于进气舱筒 5内台阶处并被电磁铁总成6向下顶住。取样舱包括压力传感器11、温度传感器12、进气单向阀13、F型转接头14、密封堵 头15、卡环16、取样舱封头17、取样舱内筒18、取样舱外筒19、定位器20、抽真空阀21、平 衡活塞22、尾端接头23、锁紧螺栓24、尾端堵头25以及引鞋26，F型转接头14通过卡环16 与取样舱封头17连接，F型转接头14上安装有进气单向阀13，取样舱封头17下端通过焊 接形式连接有内外连接有取样舱内筒18以及取样舱外筒19所组成的组合筒结构，在取样 舱内套18内部装有平衡活塞22，组合筒结构尾端与尾端接头23连接，锁紧螺栓24穿过尾 端接头23下部开设的台阶孔锁紧平衡活塞22，尾端堵头25以及引鞋26分别通过螺纹结构 连接在尾端接头23内外螺纹处。如图2、如图3所示，本实用新型所涉及到的F型转接头中心开孔并安装进气单向 阀13，在其端面开设螺纹孔安装压力传感器11以及温度传感器12，压力传感器11和温度 传感器12的数据线烧结在一接插件上，通过走线通道t与电气舱内的电控模块3连接，在 F型转接头14的径向分别开有气体通道14 (i)以及14 (ii)。如图4所示，本实用新型所涉及到的组合筒结构中取样舱内筒18与取样舱外筒19 之间形成了一厚度为2 4mm厚的间隙保温腔D，在取样舱外筒19下部通过焊接形式连接 有定位器20，定位器20上装有抽真空阀21，取样舱内筒18内部安装平衡活塞22后形成取 样腔E，在取样舱外筒19外壁，取样舱内筒18外壁分别喷涂绝热层以保证取样腔E内气体 样品温度恒定。如图5所示，本实用新型所涉及到的隔离块9中心处开有阶梯孔作为气体样品进 入间隙舱C的进气通道，在其轴向开有安装孔，孔内设有螺纹，排气单向阀10通过螺纹安装 在安装孔内部，在隔离块9的轴向开有若干小孔，小孔为压力传感器11以及温度传感器12 的信号线提供走线通道并通过烧结技术实现气体密封。具体操作如下下井取样前，根据下井取样深度设定安装在电气舱筒2内的电控模块3的工作时 间，通过烧结在电气舱封头4上的数据线传输数值信号以控制电磁铁总成6的开启和关断， 然后将绳索接头与取样器吊装器1连接。在气体通道14(i)处连接抽取真空管线，同时拧 松安放在气体通道14 (ii)处密封堵头15，开启真空泵，由于平衡活塞22被锁紧螺栓24锁 死，而一个大气压不足以开启安装在定位器20上的抽真空阀21，取样腔E体积不变，最终取 样腔E内将处于真空状态，通过取样腔E的真空状态可以防止取样腔E内其它气体污染样 品，随后拧紧密封堵头15保证取样腔E的真空度，关闭真空泵，卸下真空管线。下井取样过程中，从井口下放取样器直至到达预定井深，井下不同井深气体均透 过安装有过滤网膜7的进气筛孔进入进气腔B，由于电磁铁总成6处于关闭状态，电磁铁总 成上带有密封头的衔铁使隔离块9上的进气通道被封堵，气体未能通过隔离块9而进入间 隙腔C，进气单向阀13与排气单向阀10均处于关闭状态。在到达预定井深后，电控模块3 发出控制开启信号并开始计时，电磁铁总成6通获得这一开关信号后通电开启，拉动衔铁使隔离块9上的进气通道导通，样品气体进入间隙腔C，同时内部配备的单片计算机模块识别到电磁铁总成6开启的数字信号后随即触发，开启温度、压力实时检测系统并记录存储 压力传感器11、温度传感器12检测到的被测数据。由于间隙腔C内压力增大，当超过进气 单向阀13的开启压力后，进气单向阀13导通，气体样品流经F型转接头14以及取样舱封头 17而进入取样腔E。高压气体样品充满取样舱封头17与F型转接头14间的间隙使其产生 相互分离的趋势，通过卡环16连接以防止取样舱封头17与F型转接头分离。随着取样的 进行，取样腔E与间隙腔C之间的压差逐渐减小直至其压差不足以开启进气单向阀13后， 进气单向阀13关闭，气体样品进入取样腔E的进气通道被关闭。间隙腔C与取样腔E不再 联通，当电控模块3计时达到设定值后，电控模块3发出控制关闭信号使电磁铁总成6断电 关闭，衔铁密封头在预压弹簧5的作用使隔离块9上的进气通道封闭，间隙腔C与进气腔B 不再联通。取样结束上提取样器，随着压力降低，当间隙腔C与进气腔B之间的压差大于排 气单向阀10的开启压力后，排气单向阀10开启导通使残留在间隙腔C内的残余气体排出， 在上提取样器的过程中，通过真空保温腔D以及涂抹在取样舱内筒18、取样舱外筒19上的 保温层实现样品的保温功能。
权利要求一种真空保温保压型气井取样器，包括取样舱和电气舱两部分，其特征在于取样舱通过连接螺钉(8)安装在电气舱下部，电气舱与取样舱之间还连接有压力传感器(11)和温度传感器(12)所带的信号传输线。
2.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于所述的电气舱包括吊装器(1)、电气舱 筒(2)、电控模块(3)、电气舱封头(4)、进气舱筒(5)、电磁铁总成(6)、过滤网膜(7)、连接 螺钉(8)、隔离块(9)以及排气单向阀(10)，电气舱筒(2)上端通过螺纹连接吊装器(1)，下 端通过螺钉与进气舱筒(5)连接，电控模块(3)坐于电气舱筒(2)内的台阶上并被吊装器 (1)所固定，电气舱封头(4)安装在电气舱筒(2)内下部台阶处，进气舱筒(5)内分别装有 隔离块(9)以及电磁铁总成(6)，其外部凹环出通过胶结形式固定有过滤网膜(7)，隔离块 (9)上开设相关孔道安装排气单向阀(10)，其坐于进气舱筒(5)内台阶处并被电磁铁总成 (6)向下顶住。
3.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于所述的取样舱包括压力传感器(11)、温 度传感器(12)、进气单向阀(13)、F型转接头(14)、密封堵头(15)、卡环(16)、取样舱封头 (17)、取样舱内筒(18)、取样舱外筒(19)、定位器(20)、抽真空阀(21)、平衡活塞(22)、尾端 接头(23)、锁紧螺栓(24)、尾端堵头(25)以及引鞋(26)，F型转接头(14)通过卡环(16) 与取样舱封头(17)连接，F型转接头(14)上安装有进气单向阀(13)，取样舱封头(17)下 端通过焊接形式连接有内外连接有取样舱内筒(18)以及取样舱外筒(19)所组成的组合筒 结构，在取样舱内套(18)内部装有平衡活塞(22)，组合筒结构尾端与尾端接头(23)连接， 锁紧螺栓(24)穿过尾端接头(23)下部开设的台阶孔锁紧平衡活塞(22)，尾端堵头(25)以 及引鞋(26)分别通过螺纹结构连接在尾端接头(23)内外螺纹处。
4.根据权利要求2所述的取样器，其特征在于所述的隔离块(9)中心处开有阶梯孔， 在其轴向开有安装排气单向阀(10)的安装孔以及走线通道。
5.根据权利要求3所述的取样器，其特征在于所述的组合筒结构中取样舱内筒(18) 与取样舱外筒(19)之间形成了一厚度为2 4mm厚的间隙保温腔，在取样舱外筒(19)下 部通过焊接形式连接有定位器(20)，定位器(20)上装有抽真空阀(21)，在取样舱外筒(19) 外壁，取样舱内筒(18)外壁分别喷涂绝热层。
6.根据权利要求3所述的取样器，其特征在于所述的F型转接头中心开孔并安装进 气单向阀(13)，在其端面开设螺纹孔安装压力传感器(11)以及温度传感器(12)，在其径向 分别开有气体通道(14(i)以及14(ii))。
专利摘要本实用新型涉及一种真空保温保压型气井取样器，属于天然气勘探开发过程中与之配套应用的一种取样装置。该取样器由取样舱和电气舱组成，利用真空组合筒结构中真空保温腔实现对取样腔内样品的保温，应用平衡活塞保证样品提取时为保压提取，通过电控模块发出信号控制电磁铁总成开启与关闭，同时实时检测并存储压力传感器和温度传感器所检测到的井下压力、温度数据。本实用新型适用于具有保温保压要求的流体样品的采集，能够维持取样过程中样品温度、压力恒定并实时检测记录取样过程中温度和压力变化。
文档编号E21B49/08GK201635737SQ20102016167
公开日2010年11月17日 申请日期2010年4月17日 优先权日2010年4月17日
发明者刘清友, 敬佳佳, 王云海, 王国荣, 黄本生, 黎伟 申请人:西南石油大学