原创 井下高压电子物性取样器

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井下高压电子物性取样器

技术领域

本实用新型涉及一种油气田开发生产用辅助设备，具体涉及一种对井下油、水样进行采集的井下高压电子物性取样器。

背景技术

在油气田开发生产过程中，利用井下取样器可以取得全井或分层油、水样，对其加以化验分析，可以掌握油、水、气的物理、化学性质和流体特性。

目前国内井下取样器的种类很多，在国内各大油气田应用的主要有钟机式、活塞式、锤击式、压差式、挂壁抽提式等几种，它们均共同由控制筒和取样筒两大部分组成，控制筒部分包括电机、电路板等。取样器下井后由取样筒负责采集样品，采样过程由控制筒控制，然后在地面动力作用下上升到井面。由于取样器工作环境非常恶劣，长期处于高温、高压、高含硫、氯根含量很高的盐水中，一旦井下的这些物质进入控制筒内，将会损害电机、电路等，因此对控制筒的密封要求较高。另外，取样筒取样后的密封同样重要，如果密封不善，样品会泄漏，将导至取样失败。传统取样筒的密封是在取样筒的中间设有连杆，连杆上下两端分别设有密封用上凡尔和下凡尔，上凡尔和下凡尔往连杆两端滑动到位将取样筒内的样品密封。由于上凡尔、下凡尔和连杆间的密封部位是活动的，故密封难度很大，不易解决，前期密封效果往往不错，时间一长就会降低。控制机构与取样筒之间的密封都是用O型环密封，由于工作环境的原因，密封环也是一个易损件。现有结构的取样器中密封环和连杆是最容易损坏的部件，这将导致工作可靠性降低，维护成本增加，目前还没有找到一个理想的解决办法。专利号为“200420041425”、名称为“电子式井下高压物性取样器” 的中国实用新型披露了一种井下取样器，它同样没有有效解决困绕本领域技术人员的上述取样器密封问题。另外，现有取样器各部分连接在一起难以分开，导致清洗、维护困难，需要耗费大量的时间。

发明内容

    针对现有井下物性取样器存在的密封难度大、采样可靠性不高、清洗不便的不足，本实用新型的目的就是提供一种密封性好、采样可靠性高、便于清洗、维护的井下高压电子物性取样器。

本实用新型的技术方案是这样实现的：井下高压电子物性取样器，包括控制器和取样筒，所述控制器由上控制器和下控制器组成，上控制器和下控制器均包括形状和结构均一样的电动控制单元和取样控制单元，取样筒两端分别与上控制器和下控制器的取样控制单元外壳一端连接，取样控制单元外壳另一端与电动控制单元外壳一端连接，上控制器电动控制单元外壳另一端和下控制器电动控制单元外壳另一端分别与绳帽连接头、尾锥连接，在上述连接处均设有密封装置进行了密封处理；

在电动控制单元外壳内设有电机，电机的输出端与螺旋推动轴连接，主磁钢套在螺旋推动轴上并在电机的作用下可沿外壳内壁上下移动，电动控制单元外壳与取样控制单元连接的一端封闭；

在取样控制单元外壳内设有与主磁钢对应的副磁钢，副磁钢通过连接轴与凡尔连接，副磁钢和凡尔位于连接轴两端，在连接轴中部套接有扶正器，在取样控制单元外壳内设有复位弹簧，在主磁钢的吸合下副磁钢克服复位弹簧的作用力带动凡尔沿外壳内壁移动由凡尔将取样筒两端与取样控制单元隔离，在取样控制单元外壳上设有取样孔，取样孔与凡尔所处的密封口连通。

进一步的改进在于，在凡尔上设有用于与取样控制单元外壳内壁密封的O型密封环；在电动控制单元外壳上设有感测主磁钢移动位置的上位置传感器和下位置传感器，上位置传感器、下位置传感器和电机与控制电路连接。

本实用新型由于在上控制器、取样筒、下控制器中取消了连杆，长期困绕人们的取样筒控制机构与取样的样品间活动部位的密封问题不复存在，凡尔的密封过程在主、副磁钢间的吸合下以非接触方式完成，上下凡尔开关可靠，取样筒的密封问题得以彻底解决，采样更加真实、可靠。而其他连接部位由于处于相对静止状态，故按现有方法也是非常容易解决密封问题的。另一方面，上、下控制器各由三部分组成，该三部分以及取样筒在清洗、维护时可以很方便地拆开，能单独进行维护、保养，使清洗变得轻松、容易，更干净、彻底。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图（为了便于理解，此处为分解图）。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

参见图1，从图上可以看出，本实用新型从上至下依次由绳帽连接头1、电动控制单元2、取样控制单元3、取样筒4、取样控制单元3、电动控制单元2和尾锥构5成。取样筒4以上的绳帽连接头1、电动控制单元2和取样控制单元3构成上控制器，取样筒4以下的取样控制单元3、电动控制单元2和尾锥5构成下控制器。取样筒4两端分别与上控制器和下控制器的取样控制单元外壳6一端连接，上控制器和下控制器取样控制单元外壳6另一端与上控制器和下控制器电动控制单元外壳7一端连接，上控制器电动控制单元外壳7另一端和下控制器电动控制单元外壳7另一端分别与绳帽连接头1、尾锥5连接，在上述连接处均设有密封装置，本实施例的密封装置均采用O型密封环8。

本实用新型上控制器和下控制器的取样控制单元、电动控制单元在形状、结构上完全一致，它们相对取样筒对称布置。因此，以下将只对上控制器的取样控制单元和电动控制单元进行详细说明，关于下控制器相应部分可参照理解，不再赘述。

在上控制器电动控制单元外壳7内设有无刷高温直流电机9，电机9的输出端与螺旋推动轴10一端连接，螺旋推动轴10另一端与轴承座11连接，在螺旋推动轴10中部套有主磁钢12。在电机9上部设有控制电路13，控制电路13依次通过电源及回放接头14、电池接头15和电池16连接，由电池给控制电路13和电机9供电。控制电路13与电源及回放接头14连接用于与计算机建立连接。在电动控制单元外壳7上设有感测主磁钢移动位置的上位置传感器17和下位置传感器18，上位置传感器17、下位置传感器18和电机9与控制电路13连接。电动控制单元外壳7与取样控制单元连接的一端封闭。在电动控制单元外壳7上设有O型密封环8用于与取样控制单元外壳6密封连接。

上述直流电机可控制螺旋推进轴作正反旋转，当螺旋推进轴作正反旋转时，主磁钢便沿外壳内壁上下移动。当主磁钢上下移动到位时，主磁钢给上位置传感器和下位置传感器一个信号，上位置传感器和下位置传感器再给控制电路一个信号，控制电路接收到上位置传感器、下位置传感器的信号后发出指令使电机停止工作。

在取样控制单元外壳6一端的外壁上设有O型密封环8用于与取样筒4密封，外壳腔室内设有与主磁钢对应的副磁钢19，副磁钢19通过下定位器20与连接轴21一端连接，连接轴21另一端与凡尔22连接，在连接轴21中部套接有扶正器23以克服连接轴移动过程中的偏摆现象。在取样控制单元外壳6内设有复位弹簧24，复位弹簧24一端与副磁钢19连接，另一端顶在电动控制单元外壳封闭的端面上。在凡尔22上设有用于与取样控制单元外壳内壁密封的O型密封环25，与凡尔22对应的取样控制单元外壳内壁密封口26呈利于密封的锥形。在取样控制单元外壳上设有取样孔27，取样孔27依次通过下定位器20上的过孔、扶正器23上的过孔与密封口26连通。在主磁钢12的吸合下副磁钢19克服复位弹簧24的作用力带动凡尔22沿外壳6内壁向上移动由凡尔将取样筒4上端与取样控制单元3封闭隔离。此时，凡尔22、凡尔上的O型密封环25、扶正器23、连接轴21、下定位器20、副磁钢19、复位弹簧24作为一体可在取样控制单元外壳6内作上下运动。下控制器以同样的方式将取样筒下端封闭，这样，取得的样品就密闭保存在取样筒中，保证了样品采集真实、可靠。

本实用新型的工作过程和原理：

当本取样器下井到设定的深度时，此时上、下凡尔在弹簧力作用下往取样筒方向脱离密封口，即密封口处于打开状态，由于取样控制单元外壳上的取样孔与密封口连通，故井下的油、水样在压力作用下依次通过取样孔、密封口进入取样筒。当采样结束需要封样时，此时控制单元外壳内的电机工作，通过螺旋推动轴带动主磁钢往取样控制单元方向移动，当运动到指定位置（该指定位置就是主磁钢能克服复位弹簧作用力吸合副磁钢使上下凡尔往密封口方向运动的位置，它是可以预先确定的）时，一方面，该指定位置被下位置传感器监测到后立即报告给控制电路，由控制电路给电机一个停止工作的指令，因此主磁钢不再运动，在预先指定的位置停下来；另一方面，在该指定位置，主磁钢克服复位弹簧的作用力将副磁钢吸合，在副磁钢移动的同时通过连接轴带动上下凡尔往密封口方向运动，由上下凡尔将上下密封口关闭，完成封样过程。

本电子高压物性取样器主要用于石油行业井下油、气、水的取样，整个仪器全部由非铁磁材料制作，取样控制单元内部、外部和整体的外部均可在压力为100Mpa、温度为<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />175℃环境下正常工作，电动控制单元内部可以在标准大气压、温度为175℃环境下正常工作。本电子高压物性取样器还有另外一个特点就是开关部分与凡尔之间是完全隔离的。本仪器由可以工作在油、气、水及高压介子中的取样阀和不能工作在油、气、水及高压介子中的控制电路及电机两部分组成；该取样器解决了机械式取样器取样成功率低、结构复杂、操作难度大等技术问题，具有取样成功率高、结构简单、易操作、取样筒短小、上下凡尔开关可靠的优点。