冰封保壓取心鉆具固液相變冷源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種冰封保壓取心鉆具固液相變冷源，是由鉆具內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器組成：是由筒體上端通過(guò)螺紋與上端蓋連接，筒體下端通過(guò)螺紋與下接頭連接，下接頭上部壓有集流板，集流板設(shè)有過(guò)管孔，金屬圓片設(shè)有與集流板相同數(shù)量和直徑的過(guò)管孔，U形金屬管外側(cè)通道穿過(guò)金屬圓片插入集流板的過(guò)管孔，U形金屬管內(nèi)側(cè)通道穿過(guò)集流板與下接頭臺(tái)階通道構(gòu)成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比：利用了蓄冷介質(zhì)的相變潛熱特性，用較小體積的介質(zhì)即可儲(chǔ)存所需冷能；結(jié)構(gòu)較液動(dòng)孔底制冷機(jī)大大簡(jiǎn)化，增加了冷源的可靠性，降低制造難度和成本；冷源在孔內(nèi)發(fā)生的是固液相變，不向孔內(nèi)排放氣體，不對(duì)孔內(nèi)液柱壓力產(chǎn)生任何影響，有利于孔壁穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】冰封保壓取心鉆具固液相變冷源

【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明涉及一種固液相變冷源，尤其是天然氣水合物冰封保壓取心鉆具用的固液相變冷源。

【背景技術(shù)】
[0002]冷源是天然氣水合物冰封保壓取心鉆具的關(guān)鍵部件，很大程度上決定了冰封保壓取心作業(yè)孔底原位生成冰閥或冰巖復(fù)合閥的速度、部件的可靠性和體積大小。
[0003]CN201679497U公開(kāi)了一種《冰封式保壓保溫取樣器》，采用低溫液體作為冷源，沒(méi)有利用冷源介質(zhì)的相變潛熱特性，在相同體積情況下，儲(chǔ)存的冷能量較少，儲(chǔ)液容積大，導(dǎo)致鉆具尺寸較大。
[0004]CN102494428A公開(kāi)了一種《液動(dòng)潛孔制冷機(jī)》采用在孔內(nèi)用壓縮機(jī)來(lái)制冷，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)施難度較大，制冷速度較慢，達(dá)到生成冰閥或冰巖符合閥的低溫所需時(shí)間較長(zhǎng)。而采用液氣相變制冷或固氣相變制冷方式，需要向孔內(nèi)排放氣體，不利于孔壁穩(wěn)定。


【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0005]本發(fā)明的目的就在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種天然氣水合物冰封保壓取心鉆具用的冰封保壓取心鉆具固液相變冷源
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]冰封保壓取心鉆具固液相變冷源，是由鉆具內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器組成:
[0008]所述的固液相變材料2是由50 % -80 %的乙醇水溶液或45 % -85 %的乙二醇水溶液構(gòu)成；
[0009]所述的鉆具內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器，是由筒體3上端通過(guò)螺紋與上端蓋I連接，筒體3下端通過(guò)螺紋與下接頭7連接，下接頭7上部壓有集流板6，集流板6通過(guò)筒體3內(nèi)部臺(tái)階限位，下接頭7上端設(shè)有下接頭環(huán)槽V，外側(cè)設(shè)有兩個(gè)軸向通道VI，中心為下接頭臺(tái)階通道VII，集流板6設(shè)有3?8對(duì)過(guò)管孔IV，分內(nèi)外兩圈均勻分布，集流板6外圈的集流板過(guò)管孔IV經(jīng)下接頭環(huán)槽V與下接頭7設(shè)有的3?8個(gè)下接頭外側(cè)通道VI相連通，集流板6內(nèi)圈的過(guò)管孔與下接頭7設(shè)有的下接頭中心臺(tái)階通道VE貫通，金屬圓片5設(shè)有中心孔II，并且設(shè)有與集流板6相同數(shù)量和直徑的過(guò)管孔VDLU形金屬管4外側(cè)通道III穿過(guò)金屬圓片5過(guò)管孔VID插入集流板6的過(guò)管孔IV，通過(guò)下接頭環(huán)槽V與下接頭7外側(cè)通道VI貫通，U形金屬管4內(nèi)側(cè)通道I穿過(guò)金屬圓片5過(guò)管孔VID插入集流板6與下接頭臺(tái)階通道VE構(gòu)成。
[0010]集流板過(guò)管孔IV和金屬圓片過(guò)管孔VID均分內(nèi)外兩圈成對(duì)均布設(shè)置，集流板過(guò)管孔IV的徑向距離為集流板6半徑的2/3。
[0011]內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器中設(shè)有多層金屬圓片5，金屬圓片5之間的距離為 0.5mm-5mmo
[0012]U形金屬管4和金屬圓片5用紫銅、鋁合金或?qū)嵝阅芰己玫牟牧现谱鳌?br> [0013]有益效果:一是利用了蓄冷介質(zhì)的相變潛熱特性，用較小體積的介質(zhì)即可儲(chǔ)存所需冷能；二是結(jié)構(gòu)較液動(dòng)孔底制冷機(jī)大大簡(jiǎn)化，增加了冷源的可靠性，降低制造難度和成本；三是冷源在孔內(nèi)發(fā)生的是固液相變，不向孔內(nèi)排放氣體，不對(duì)孔內(nèi)液柱壓力產(chǎn)生任何影響，有利于孔壁穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
:
[0014]附圖1為冰封保壓取心鉆具固液相變冷源主視圖
[0015]附圖2為圖1沿著A-A截面圖
[0016]I上端蓋，2固液相變材料，3筒體，4U型金屬管，5金屬圓片，6集流板，7下接頭，I U型金屬管內(nèi)側(cè)通道，II金屬圓片中心孔，IIIU型金屬管外側(cè)通道，IV集流板過(guò)管孔，V下接頭環(huán)槽，VI下接頭外側(cè)通道，Vn下接頭臺(tái)階通道，VID金屬圓片過(guò)管孔。

【具體實(shí)施方式】
:
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)例作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
[0018]冰封保壓取心鉆具固液相變冷源，是由鉆具內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器組成:
[0019]所述的固液相變材料2是由50 % -80 %的乙醇水溶液或45 % -85 %的乙二醇水溶液構(gòu)成；
[0020]所述的鉆具內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器，是由筒體3上端通過(guò)螺紋與上端蓋I連接，筒體3下端通過(guò)螺紋與下接頭7連接，下接頭7上部壓有集流板6，集流板6通過(guò)筒體3內(nèi)部臺(tái)階限位，下接頭7上端設(shè)有下接頭環(huán)槽V，外側(cè)設(shè)有兩個(gè)軸向通道VI，中心為下接頭臺(tái)階通道VII，集流板6設(shè)有3?8對(duì)過(guò)管孔IV，分內(nèi)外兩圈均勻分布，集流板6外圈的集流板過(guò)管孔IV經(jīng)下接頭環(huán)槽V與下接頭7設(shè)有的3?8個(gè)下接頭外側(cè)通道VI相連通，集流板6內(nèi)圈的過(guò)管孔與下接頭7設(shè)有的下接頭中心臺(tái)階通道VE貫通，金屬圓片5設(shè)有中心孔II，并且設(shè)有與集流板6相同數(shù)量和直徑的過(guò)管孔VDLU形金屬管4外側(cè)通道III穿過(guò)金屬圓片5過(guò)管孔VID插入集流板6的過(guò)管孔IV，通過(guò)下接頭環(huán)槽V與下接頭7外側(cè)通道VI貫通，U形金屬管4內(nèi)側(cè)通道I穿過(guò)金屬圓片5過(guò)管孔VID插入集流板6與下接頭臺(tái)階通道VE構(gòu)成。
[0021]集流板過(guò)管孔IV和金屬圓片過(guò)管孔VID均分內(nèi)外兩圈成對(duì)均布設(shè)置，集流板過(guò)管孔IV的徑向距離為集流板6半徑的2/3。
[0022]內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器中設(shè)有多層金屬圓片5，金屬圓片5之間的距離為 5mm。
[0023]U形金屬管4和金屬圓片5用紫銅或鋁合金高導(dǎo)熱率金屬材料制作。
[0024]實(shí)施例1
[0025]具內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器，是由筒體3上端通過(guò)螺紋與上端蓋I連接，筒體3下端通過(guò)螺紋與下接頭7連接，下接頭7上部壓有集流板6，集流板6通過(guò)筒體3內(nèi)部臺(tái)階限位，下接頭7上端設(shè)有下接頭環(huán)槽V，外側(cè)設(shè)有兩個(gè)軸向通道VI，中心為下接頭臺(tái)階通道VII，集流板6設(shè)有3對(duì)過(guò)管孔IV，分內(nèi)外兩圈均勻分布，集流板6外圈的集流板過(guò)管孔IV經(jīng)下接頭環(huán)槽V與下接頭7設(shè)有的3個(gè)下接頭外側(cè)通道VI相連通，集流板6內(nèi)圈的過(guò)管孔與下接頭7設(shè)有的下接頭中心臺(tái)階通道VII貫通，金屬圓片5設(shè)有中心孔II，并且設(shè)有與集流板6相同數(shù)量和直徑的過(guò)管孔麗，U形金屬管4外側(cè)通道III穿過(guò)金屬圓片5過(guò)管孔VID插入集流板6的過(guò)管孔IV，通過(guò)下接頭環(huán)槽V與下接頭7外側(cè)通道VI貫通，U形金屬管4內(nèi)側(cè)通道I穿過(guò)金屬圓片5過(guò)管孔VID插入集流板6與下接頭臺(tái)階通道VE構(gòu)成。
[0026]集流板過(guò)管孔IV和金屬圓片過(guò)管孔VID均分內(nèi)外兩圈成對(duì)均布設(shè)置，集流板過(guò)管孔IV的徑向距離為集流板6半徑的2/3。
[0027]內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器中設(shè)有多層金屬圓片5，金屬圓片5之間的距離為 5mm。
[0028]U形金屬管4和金屬圓片5用鈹青銅高導(dǎo)熱率金屬材料制作。
[0029]首先，在地面上，打開(kāi)換熱容器上端蓋I，將液態(tài)的固液相變材料2為50 % -80 %的乙醇水溶液，沿著金屬圓片中心孔II注入換熱容器，蓋上上端蓋I;然后，整體放入超低溫恒溫槽低溫冷源中進(jìn)行制冷，使其溫度降低到凝固點(diǎn)以下，并發(fā)生液固相變而儲(chǔ)存冷量；最后，將其轉(zhuǎn)入冰封保壓取心鉆具內(nèi)的絕熱倉(cāng)，隨鉆具進(jìn)入孔內(nèi)成為孔內(nèi)冷源。
[0030]當(dāng)需要冰封保壓取心時(shí)，鉆具內(nèi)的潛孔泵驅(qū)使升溫后的冷卻介質(zhì)，從下接頭外側(cè)通道VI和下接頭環(huán)槽V，通過(guò)集流板上的外圈過(guò)管孔IV，流入U(xiǎn)型金屬管外側(cè)通道II，通過(guò)金屬管4管壁和金屬圓片5將熱量傳給金屬圓片之間的固液相變材料2而降低溫度，然后通過(guò)U型金屬管內(nèi)側(cè)通道I，流入下接頭臺(tái)階孔通道VII，流向鉆具底部換熱窗口部位，使冰閥或冰巖復(fù)合閥逐漸得以形成，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣水合物巖心進(jìn)行冰封保壓。
[0031]實(shí)施例2
[0032]鉆具內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器，是由筒體3上端通過(guò)螺紋與上端蓋I連接，筒體3下端通過(guò)螺紋與下接頭7連接，下接頭7上部壓有集流板6，集流板6通過(guò)筒體3內(nèi)部臺(tái)階限位，下接頭7上端設(shè)有下接頭環(huán)槽V，外側(cè)設(shè)有兩個(gè)軸向通道VI，中心為下接頭臺(tái)階通道VII，集流板6設(shè)有5對(duì)過(guò)管孔IV，分內(nèi)外兩圈均勻分布，集流板6外圈的集流板過(guò)管孔IV經(jīng)下接頭環(huán)槽V與下接頭7設(shè)有的5個(gè)下接頭外側(cè)通道VI相連通，集流板6內(nèi)圈的過(guò)管孔與下接頭7設(shè)有的下接頭中心臺(tái)階通道VE貫通，金屬圓片5設(shè)有中心孔II，并且設(shè)有與集流板6相同數(shù)量和直徑的過(guò)管孔麗，U形金屬管4外側(cè)通道III穿過(guò)金屬圓片5過(guò)管孔VID插入集流板6的過(guò)管孔IV，通過(guò)下接頭環(huán)槽V與下接頭7外側(cè)通道VI貫通，U形金屬管4內(nèi)側(cè)通道I穿過(guò)金屬圓片5過(guò)管孔VID插入集流板6與下接頭臺(tái)階通道VE構(gòu)成。
[0033]集流板過(guò)管孔IV和金屬圓片過(guò)管孔VID均分內(nèi)外兩圈成對(duì)均布設(shè)置，集流板過(guò)管孔IV的徑向距離為集流板6半徑的2/3。
[0034]內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器中設(shè)有多層金屬圓片5，金屬圓片5之間的距離為 5mm。
[0035]U形金屬管4和金屬圓片5用鈹青銅高導(dǎo)熱率金屬材料制作。
[0036]先在地面上，打開(kāi)換熱容器上端蓋I，將液態(tài)固液相變材料2為45% -85%的乙二醇水溶液，沿著金屬圓片中心孔II注入換熱容器，蓋上上端蓋I;然后，整體放入超低溫恒溫槽低溫冷源中進(jìn)行制冷，使其溫度降低到凝固點(diǎn)以下，并發(fā)生液固相變而儲(chǔ)存冷量；最后，將其轉(zhuǎn)入冰封保壓取心鉆具內(nèi)的絕熱倉(cāng)，隨鉆具進(jìn)入孔內(nèi)成為孔內(nèi)冷源。
[0037]當(dāng)需要冰封保壓取心時(shí)，鉆具內(nèi)的潛孔泵驅(qū)使升溫后的冷卻介質(zhì)，從下接頭外側(cè)通道VI和下接頭環(huán)槽V，通過(guò)集流板上的外圈過(guò)管孔IV，流入U(xiǎn)型金屬管外側(cè)通道II，通過(guò)金屬管4管壁和金屬圓片5將熱量傳給金屬圓片之間的固液相變材料2而降低溫度，然后通過(guò)U型金屬管內(nèi)側(cè)通道I，流入下接頭臺(tái)階孔通道νπ，流向鉆具底部換熱窗口部位，使冰閥或冰巖復(fù)合閥逐漸得以形成，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣水合物巖心進(jìn)行冰封保壓。
[0038]實(shí)施例3
[0039]鉆具內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器，是由筒體3上端通過(guò)螺紋與上端蓋I連接，筒體3下端通過(guò)螺紋與下接頭7連接，下接頭7上部壓有集流板6，集流板6通過(guò)筒體3內(nèi)部臺(tái)階限位，下接頭7上端設(shè)有下接頭環(huán)槽V，外側(cè)設(shè)有兩個(gè)軸向通道VI，中心為下接頭臺(tái)階通道VII，集流板6設(shè)有8對(duì)過(guò)管孔IV，分內(nèi)外兩圈均勻分布，集流板6外圈的集流板過(guò)管孔IV經(jīng)下接頭環(huán)槽V與下接頭7設(shè)有的8個(gè)下接頭外側(cè)通道VI相連通，集流板6內(nèi)圈的過(guò)管孔與下接頭7設(shè)有的下接頭中心臺(tái)階通道VE貫通，金屬圓片5設(shè)有中心孔II，并且設(shè)有與集流板6相同數(shù)量和直徑的過(guò)管孔麗，U形金屬管4外側(cè)通道III穿過(guò)金屬圓片5過(guò)管孔VID插入集流板6的過(guò)管孔IV，通過(guò)下接頭環(huán)槽V與下接頭7外側(cè)通道VI貫通，U形金屬管4內(nèi)側(cè)通道I穿過(guò)金屬圓片5過(guò)管孔VID插入集流板6與下接頭臺(tái)階通道VE構(gòu)成。
[0040]集流板過(guò)管孔IV和金屬圓片過(guò)管孔VID均分內(nèi)外兩圈成對(duì)均布設(shè)置，集流板過(guò)管孔IV的徑向距離為集流板6半徑的2/3。
[0041]內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器中設(shè)有多層金屬圓片5，金屬圓片5之間的距離為 5mm。
[0042]U形金屬管4和金屬圓片5用鈹青銅制作。
[0043]先在地面上，打開(kāi)換熱容器上端蓋I，將液態(tài)固液相變材料2為50% -80%的乙醇水溶液，沿著金屬圓片中心孔II注入換熱容器，蓋上上端蓋I;然后，整體放入超低溫恒溫槽低溫冷源中進(jìn)行制冷，使其溫度降低到凝固點(diǎn)以下，并發(fā)生液固相變而儲(chǔ)存冷量；最后，將其轉(zhuǎn)入冰封保壓取心鉆具內(nèi)的絕熱倉(cāng)，隨鉆具進(jìn)入孔內(nèi)成為孔內(nèi)冷源。
[0044]當(dāng)需要冰封保壓取心時(shí)，鉆具內(nèi)的潛孔泵驅(qū)使升溫后的冷卻介質(zhì)，從下接頭外側(cè)通道VI和下接頭環(huán)槽V，通過(guò)集流板上的外圈過(guò)管孔IV，流入U(xiǎn)型金屬管外側(cè)通道II，通過(guò)金屬管4管壁和金屬圓片5將熱量傳給金屬圓片之間的固液相變材料2而降低溫度，然后通過(guò)U型金屬管內(nèi)側(cè)通道I，流入下接頭臺(tái)階孔通道VII，流向鉆具底部換熱窗口部位，使冰閥或冰巖復(fù)合閥逐漸得以形成，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣水合物巖心進(jìn)行冰封保壓。
【權(quán)利要求】
1.一種冰封保壓取心鉆具固液相變冷源，是由鉆具內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器組成，其特征在于: 所述的固液相變材料(2)是由50 % -80 %的乙醇水溶液或45 % -85 %的乙二醇水溶液構(gòu)成； 所述的固液相變冷源，采用固液相變材料作為冷源，而非固氣或液氣相變材料。 所述的鉆具內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器，是由筒體(3)上端通過(guò)螺紋與上端蓋(1)連接，筒體(3)下端通過(guò)螺紋與下接頭(7)連接，下接頭(7)上部壓有集流板￠)，集流板(6)通過(guò)筒體(3)內(nèi)部臺(tái)階限位，下接頭(7)上端設(shè)有下接頭環(huán)槽V，外側(cè)設(shè)有3?8個(gè)軸向通道VI，中心為下接頭臺(tái)階通道VII，集流板(6)設(shè)有3?8對(duì)過(guò)管孔IV，分內(nèi)外兩圈均勻分布，集流板(6)外圈的集流板過(guò)管孔IV經(jīng)下接頭環(huán)槽V與下接頭(7)設(shè)有的3?8個(gè)下接頭外側(cè)通道VI相連通，集流板(6)內(nèi)圈的過(guò)管孔與下接頭(7)設(shè)有的下接頭中心臺(tái)階通道VII貫通，金屬圓片(5)設(shè)有中心孔II，并且設(shè)有與集流板(6)相同數(shù)量和直徑的過(guò)管孔VDI，U形金屬管(4)外側(cè)通道III穿過(guò)金屬圓片(5)過(guò)管孔麗插入集流板(6)的過(guò)管孔IV，通過(guò)下接頭環(huán)槽V與下接頭(7)外側(cè)通道VI貫通，U形金屬管(4)內(nèi)側(cè)通道I穿過(guò)金屬圓片(5)過(guò)管孔麗插入集流板(6)與下接頭臺(tái)階通道VII構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的冰封保壓取心鉆具固液相變冷源，其特征在于:集流板過(guò)管孔IV和金屬圓片過(guò)管孔麗均分內(nèi)外兩圈成對(duì)均布設(shè)置，集流板過(guò)管孔IV的徑向距離為集流板(6)半徑的2/3。
3.按照權(quán)利要求1所述的冰封保壓取心鉆具固液相變冷源，其特征在于:內(nèi)儲(chǔ)存固液相變材料的換熱容器中設(shè)有多層金屬圓片(5)，金屬圓片(5)之間的距離為0.5mm-5mm。
4.按照權(quán)利要求1所述的冰封保壓取心鉆具固液相變冷源，其特征在于:U形金屬管(4)和金屬圓片(5)用紫銅、鋁合金或?qū)嵝阅芰己玫牟牧现谱鳌?br> 【文檔編號(hào)】E21B25/08GK104481440SQ201410796176
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】彭枧明, 李莉佳, 張?chǎng)析? 孫銘澤, 孫強(qiáng), 楊冬冬, 羅永江, 博坤, 殷其雷 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)