一种超高压高温岩芯样品存储和转移装置

摘要

一种超高压高温岩芯样品存储和转移装置，包括呈环形耐压舱室结构的转移舱，转移舱的两端分别螺接有入口封盖和出口封盖，入口封盖的下方开有第一阶梯孔，出口封盖的下方开有第二阶梯孔，第一阶梯孔和第二阶梯孔位于同一轴线位置，还包括一根长杆，长杆依次从入口封盖的外部穿入转移舱内部，然后穿出出口封盖；转移舱的内部还安装有引导套，引导套上还安装有抓取机构，抓取机构的顶部与长杆匹配；引导套的两端分别安装有入口关断装置和出口关断装置；位于入口封盖的第一阶梯孔的外端密封安装有取芯舱，取芯舱内部放置岩芯，岩芯前端部设置有阶梯头，阶梯头与第一阶梯孔对应，岩芯的后部为尾部平面；工作可靠性好，满足使用要求。

权利要求

1.一种超高压高温岩芯样品存储和转移装置，其特征在于：包括呈环形耐压舱室结构的转移舱(6)，所述转移舱(6)的两端分别螺接有入口封盖(5)和出口封盖(7)，所述入口封盖(5)的下方开有第一阶梯孔(501)，出口封盖(7)的下方开有第二阶梯孔(701)，所述第一阶梯孔(501)和第二阶梯孔(701)位于同一轴线位置，还包括一根长杆(3)，所述长杆(3)依次从入口封盖(5)的外部穿入转移舱(6)内部，然后穿出出口封盖(7)；所述转移舱(6)的内部还安装有引导套(9)，所述引导套(9)的中心轴线与第一阶梯孔(501)和第二阶梯孔(701)的轴线重合，所述引导套(9)上还安装有抓取机构(10)，所述抓取机构(10)的顶部与长杆(3)匹配；所述引导套(9)的两端分别安装有入口关断装置(11)和出口关断装置(8)；位于入口封盖(5)的第一阶梯孔(501)的外端密封安装有取芯舱(1)，取芯舱(1)内部放置岩芯(2)，岩芯(2)前端部设置有阶梯头(201)，阶梯头(201)与第一阶梯孔(501)对应，岩芯(2)的后部为尾部平面(202)；所述长杆(3)与入口封盖(5)、出口封盖(7)的连接处安装有径向密封组件(4)；入口关断装置(11)和出口关断装置(8)的结构相同，出口关断装置(8)的结构为：包括固定安装的油缸筒(804)，油缸筒(804)的活塞杆上设置有和活塞杆轴线正交的圆柱导引头(801)，活塞杆的外部套有导引套(802)，所述导引套(802)上开有弧形导引槽(80201)和直线导引槽(80202)，圆柱导引头(801)在活塞杆的作用下沿着弧形导引槽(80201)和直线导引槽(80202)滑动，活塞杆末端固定有锥形阀芯(803)。

2.如权利要求1所述的一种超高压高温岩芯样品存储和转移装置，其特征在于：所述长杆(3)与引导套(9)平行。

3.如权利要求1所述的一种超高压高温岩芯样品存储和转移装置，其特征在于：所述抓取机构(10)的结构为：包括套环(1004)，套环(1004)套在长杆(3)上，所述套环(1004)的底部设置有杆状结构(1005)，杆状结构(1005)的底部设置有环形结构，所述环形结构内部沿周向方向均布有三个卡爪(1001)，所述环形结构位于引导套(9)的内部。

4.如权利要求3所述的一种超高压高温岩芯样品存储和转移装置，其特征在于：所述卡爪(1001)为长条形结构，卡爪(1001)一端为垂直平面(100101)，另一端连接有拉簧(1002)，中间设置有固定铰接点(1003)，拉簧(1002)固定在环形结构内。

5.如权利要求1所述的一种超高压高温岩芯样品存储和转移装置，其特征在于：锥形阀芯(803)的周向设置有密封件。

6.如权利要求1所述的一种超高压高温岩芯样品存储和转移装置，其特征在于：直线导引槽(80202)的宽度和弧形导引槽(80201)的宽度相同。

7.如权利要求1所述的一种超高压高温岩芯样品存储和转移装置，其特征在于：弧形导引槽(80201)和直线导引槽(80202)的宽度比圆柱导引头(801)的直径大0.5～1mm，弧形导引槽(80201)和直线导引槽(80202)轴向长度相同。

说明书

一种超高压高温岩芯样品存储和转移装置

技术领域

[0001] 本发明涉及存储和转移装置技术领域，尤其是一种超高压高温岩芯样品存储和转移装置。

背景技术

[0002] 持续、安全、绿色的能源供应是经济高速发展的基本保障，随着浅部资源的逐渐枯竭，资源开发不断走向地球深部，深部资源的开采成为新常态，因此，围绕提升深部资源获取能力而开展的基础理论研究成为采矿的重要标志。

[0003] 现有技术中，对于深部煤岩特征的研究方法是利用取芯技术进行深部取样，而后在实验室内进行分析研究，这个过程分为三个步骤：井内采集、转运至实验室、实验室内样品分割研究。而我们知道，地球深部高温高压，而深部岩体的物理和化学性能大大依赖于温度和压力状态，因此在“井内采集、转运至实验室、实验室内样品分割研究”这三个步骤实施过程中，如不能保障岩芯样品的温度和压力状态，则岩芯样品的理化性质将会发生不可逆变化。

[0004] “转运至实验室”这一步骤包含两个过程：将取芯舱(深井采集岩芯样品的装置)内岩芯取出并保温保压存放，将保温保压状态的岩芯样品放进实验室试验装置内切割研究。

[0005] 在高温高压状态下完成上述两个操作，技术难度极高，现有技术中，公开的保压岩芯转移装置及方法是解决这一问题的尝试，但存在如下问题：

[0006] (1)无法应用于超高压状态的岩芯(比如140MPa)，原因是超高压状态下，岩芯从保真舱从推出需要克服极高的密封件摩擦力(可能重达一吨)，因此前推拉杆和后推拉杆需具备一定的横截面积以保障强度，但由于岩心处于超高压环境下，因此前推拉杆和后推拉杆将会承受极大的超高压环境产生的轴向推力，这使得前推拉杆和后推拉杆在移动时需克服密封件摩擦力和环境力，对于超高压状态的岩芯样品，这种方案并不具有工程可实现性；

[0007] (2)转移舱两侧的密封阀件为翻板阀，同样不适用于超高压工况。

[0008] 公开的一种天然气水合物岩心样品保压转移装置是解决这一问题的另一种尝试，但存在的问题是：

[0009] (1)采用磁耦合联轴器将动力传送至保压筒内，受限于磁耦合的传递功率小的局限性，其无法满足超高压状态下岩芯从保真舱内推出所需克服的巨大密封件摩擦力。

[0010] 从地面向岩层，每下降100米，压力平均增加2.5MPa，温度平均升高3℃，因此解决超高压力下(100MPa以上)高温岩芯样品的存储和转移，实现其“转运至实验室”变得非常具有挑战性。

发明内容

[0011] 本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种超高压高温岩芯样品存储和转移装置，从而能在超高压、高温状态下，实现岩芯样品的密封存储和转移，工作可靠性好，满足使用要求。

[0012] 本发明所采用的技术方案如下：

[0013] 一种超高压高温岩芯样品存储和转移装置，包括呈环形耐压舱室结构的转移舱，所述转移舱的两端分别螺接有入口封盖和出口封盖，所述入口封盖的下方开有第一阶梯孔，出口封盖的下方开有第二阶梯孔，所述第一阶梯孔和第二阶梯孔位于同一轴线位置，还包括一根长杆，所述长杆依次从入口封盖的外部穿入转移舱内部，然后穿出出口封盖；所述转移舱的内部还安装有引导套，所述引导套的中心轴线与第一阶梯孔和第二阶梯孔的轴线重合，所述引导套上还安装有抓取机构，所述抓取机构的顶部与长杆匹配；所述引导套的两端分别安装有入口关断装置和出口关断装置；位于入口封盖的第一阶梯孔的外端密封安装有取芯舱，取芯舱内部放置岩芯，岩芯前端部设置有阶梯头，阶梯头与第一阶梯孔对应，岩芯的后部为尾部平面。

[0014] 其进一步技术方案在于：

[0015] 所述长杆与引导套平行。

[0016] 所述长杆与入口封盖、出口封盖的连接处安装有径向密封组件。

[0017] 所述抓取机构的结构为：包括套环，套环套在长杆上，所述套环的底部设置有杆状结构，杆状结构的底部设置有环形结构，所述环形结构内部沿周向方向均布有三个卡爪，所述环形结构位于引导套的内部。

[0018] 所述卡爪为长条形结构，卡爪一端为垂直平面，另一端连接有拉簧，中间设置有固定铰接点，拉簧固定在环形结构内。

[0019] 入口关断装置和出口关断装置的结构相同。

[0020] 出口关断装置的结构为：包括固定安装的油缸筒，油缸筒的活塞杆上设置有和活塞杆轴线正交的圆柱导引头，活塞杆的外部套有导引套，所述导引套上开有弧形导引槽和直线导引槽，圆柱导引头在活塞杆的作用下沿着弧形导引槽和直线导引槽滑动，活塞杆末端固定有锥形阀芯。

[0021] 锥形阀芯的周向设置有密封件。

[0022] 直线导引槽的宽度和弧形导引槽的宽度相同。

[0023] 弧形导引槽和直线导引槽的宽度比圆柱导引头的直径大0.5～1mm，弧形导引槽和直线导引槽轴向长度相同。

[0024] 本发明的有益效果如下：

[0025] 本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过转移舱、抓取机构、取芯舱、入口和出口关断装置等互相配合工作，可以方便的完成岩芯样品的密封存储和转移，其工作可靠性好，密封性能好，满足使用要求。

[0026] 本发明适用于超高压超高温状态下的岩芯存储和转移，转移舱两侧采用锥阀进行密封，密封可靠；整套装置没有复杂的运动部件，因此系统可靠性极高。

[0027] 本发明所述的转移舱的进出口均使用锥阀密封，可以适用于超高压高温工况，密封极其可靠。

[0028] 本发明所述的长杆依次穿过入口封盖和出口封盖，且长杆和入口封盖、出口封盖之间分别设有径向密封件组，由此产生的有益效果是，转移舱内部的高压环境并不会对长杆产生轴向力，因此长杆左右移动时，只需克服岩芯从取芯舱内部移出时的密封件摩擦力。

附图说明

[0029] 图1为本发明的结构示意图。

[0030] 图2为本发明出口关断装置的结构示意图。

[0031] 图3为本发明抓取机构的结构示意图。

[0032] 图4为本发明抓取机构卡爪的原理图。

[0033] 图5为本发明从取芯舱将岩芯样品拉出的过程图(一)。

[0034] 图6为本发明从取芯舱将岩芯样品拉出的过程图(二)。

[0035] 图7为本发明从取芯舱将岩芯样品拉出的过程图(三)。

[0036] 图8为本发明从取芯舱将岩芯样品拉出的过程图(四)。

[0037] 图9为图1中沿A‑A截面的全剖视图。

[0038] 图10为图7中沿B‑B截面的全剖视图。

[0039] 其中：1、取芯舱；2、岩芯；3、长杆；4、径向密封组件；5、入口封盖；6、转移舱；7、出口封盖；8、出口关断装置；9、引导套；10、抓取机构；11、入口关断装置；

[0040] 201、阶梯头；202、尾部平面；

[0041] 501、第一阶梯孔；

[0042] 701、第二阶梯孔；

[0043] 801、圆柱导引头；802、导引套；803、锥形阀芯；804、油缸筒；

[0044] 80201、弧形导引槽；80202、直线导引槽；

[0045] 1001、卡爪；1002、拉簧；1003、固定铰接点；1004、套环；1005、杆状结构；

[0046] 100101、垂直平面。

具体实施方式

[0047] 下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

[0048] 如图1‑图10所示，本实施例的超高压高温岩芯样品存储和转移装置，包括呈环形耐压舱室结构的转移舱6，转移舱6的两端分别螺接有入口封盖5和出口封盖7，入口封盖5的下方开有第一阶梯孔501，出口封盖7的下方开有第二阶梯孔701，第一阶梯孔501和第二阶梯孔701位于同一轴线位置，还包括一根长杆3，长杆3依次从入口封盖5的外部穿入转移舱6内部，然后穿出出口封盖7；转移舱6的内部还安装有引导套9，引导套9的中心轴线与第一阶梯孔501和第二阶梯孔701的轴线重合，引导套9上还安装有抓取机构10，抓取机构10的顶部与长杆3匹配；引导套9的两端分别安装有入口关断装置11和出口关断装置8；位于入口封盖5的第一阶梯孔501的外端密封安装有取芯舱1，取芯舱1内部放置岩芯2，岩芯2前端部设置有阶梯头201，阶梯头201与第一阶梯孔501对应，岩芯2的后部为尾部平面202。

[0049] 长杆3与引导套9平行。

[0050] 长杆3与入口封盖5、出口封盖7的连接处安装有径向密封组件4。

[0051] 抓取机构10的结构为：包括套环1004，套环1004套在长杆3上，套环1004的底部设置有杆状结构1005，杆状结构1005的底部设置有环形结构，环形结构内部沿周向方向均布有三个卡爪1001，环形结构位于引导套9的内部。

[0052] 卡爪1001为长条形结构，卡爪1001一端为垂直平面100101，另一端连接有拉簧1002，中间设置有固定铰接点1003，拉簧1002固定在环形结构内。

[0053] 入口关断装置11和出口关断装置8的结构相同。

[0054] 出口关断装置8的结构为：包括固定安装的油缸筒804，油缸筒804的活塞杆上设置有和活塞杆轴线正交的圆柱导引头801，活塞杆的外部套有导引套802，导引套802上开有弧形导引槽80201和直线导引槽80202，圆柱导引头801在活塞杆的作用下沿着弧形导引槽80201和直线导引槽80202滑动，活塞杆末端固定有锥形阀芯803。

[0055] 锥形阀芯803的周向设置有密封件。

[0056] 直线导引槽80202的宽度和弧形导引槽80201的宽度相同，弧形导引槽80201和直线导引槽80202的宽度比圆柱导引头801的直径大0.5～1mm，弧形导引槽80201和直线导引槽80202轴向长度相同。

[0057] 本发明的具体结构和功能如下：

[0058] 包括转移舱6，转移舱6为环形耐压舱室，其左侧螺接有圆柱形入口封盖5，两者之间静密封，其右侧螺接有圆柱形出口封盖7，两者之间静密封；

[0059] 入口封盖5底部偏下位置开有第一阶梯孔501，出口封盖7底部偏下位置开有第二阶梯孔701，第一阶梯孔501和第二阶梯孔701位于同一轴线，该轴线正上方，长杆3依次穿过入口封盖5和出口封盖7，且长杆3和入口封盖5、出口封盖7之间分别设有径向密封组件4。

[0060] 引导套9设置于转移舱6内部，其轴线和第一阶梯孔501、第二阶梯孔701轴线重合；

[0061] 抓取机构10位于转移舱6内部，其上部为杆状结构1005，固接于长杆3上，下部为环形结构，环形内部沿周向均布有三个卡爪1001，且环形部分位于引导套9内部，并同轴；

[0062] 抓取机构10的卡爪1001为长条形，其一端为垂直平面100101，中间为固定铰接点1003，另一端为拉簧1002。

[0063] 入口关断装置11位于转移舱6内部，并安装于第一阶梯孔501附近，出口关断装置8位于转移舱6内部，并安装于第二阶梯孔701附近。

[0064] 出口关断装置8和入口关断装置11的结构相同，以出口关断装置8为例，其具体结构为：

[0065] 油缸筒804固定，活塞杆上设置有和活塞杆轴线正交的圆柱导引头801，活塞杆末端固连有锥形阀芯803，锥形阀芯803周向设置有密封件，导引套802固定，导引套802上设置有1/4圆周长度的弧形导引槽80201和直线导引槽80202，直线导引槽80202宽度和弧形导引槽80201宽度相同，且比圆柱导引头801直径大0.5～1mm，弧形导引槽80201和直线导引槽80202轴向长度相同。

[0066] 油缸轴线和第二阶梯孔701轴线连线为O1，长度为L1，缸筒轴线与锥形阀芯803轴线连线为O2，长度为L2，L1和L2相等，O1和O2夹角为90°。

[0067] 出口关断装置8的工作原理为：

[0068] 活塞杆伸出过程中，圆柱导引头801沿着弧形导引槽80201前进并带动锥形阀芯803沿油缸轴线转动90°，此时锥形阀芯803和第二阶梯孔701轴线重合，活塞杆继续伸出，圆柱导引头801沿着直线导引槽80202前进，并带动锥形阀芯803向前运动，直至和第二阶梯孔
701的锥面契合，从而完成转移舱6出口的关闭；同理活塞杆收缩后，转移舱6出口被打开，且锥形阀芯803不会遮挡第二阶梯孔701。

[0069] 本发明岩芯2存储的工作过程为：

[0070] 初始状态：入口关断装置11处于打开状态，出口关断装置8处于密闭状态；转移舱6的温度和压力控制系统不工作，转移舱6内部常温常压；

[0071] 将取芯舱1和第一阶梯孔501密封对接，转移舱6的温度和压力控制系统启动工作，将转移舱6内部加热加压到和取芯舱1内部相同；

[0072] 向左拉动长杆3直至卡爪1001卡到岩芯2头部的阶梯头201，由于卡爪1001的特殊结构，卡爪1001可以沿岩芯2向左自由移动，向右移动时，卡爪1001将会牢牢卡住岩芯2的阶梯头201；

[0073] 向右推动长杆3，从而带动抓取机构10，进而带动岩芯2进入到转移舱6内部。

[0074] 此时关闭入口关断装置11，由于转移舱6进出口密封可靠，此时只需转移舱6的温度和压力控制系统间歇工作，即可实现岩芯2长期的保温保压存储。

[0075] 本发明岩芯2转移的工作过程为：

[0076] 制备舱密封对接第二阶梯孔701，打开出口关断装置8；

[0077] 向左拉动长杆3，带动抓取机构10沿着岩芯2转移到岩芯2尾部；

[0078] 向右推动长杆3，卡爪1001的末端的垂直平面100101抵住岩芯2尾部平面202，将岩芯2向右推动，直至完全推出转移舱6内部为止。

[0079] 通过以上三个步骤，从而实现岩芯2从转移舱6转移到了实验室设备(制备舱)中。

[0080] 以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。