CN106567685A - 地面煤层密闭取心气含量测试装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地面煤层密闭取心气含量测试装置，由取心钻头、钻头过渡头、取心外筒、打捞头自下而上连接组成，所述取心外筒内设置有岩心密封机构，所述岩心密封机构的上下两侧分别设置上扶正轴承组、下扶正轴承组，所述岩心密封机构套设有液压推动筒，所述液压推动筒的上部设置投球管路及投球球座组成的投球机构，所述打捞头通过悬挂总成与取心外筒和岩心密封机构之间连接，所述液压推动筒一侧与提供动力的液压推动机构配合连接；公开了一种地面煤层密闭取心气含量的测试方法，通过本发明能够减少或避免提钻和煤样装罐环节造成的气含量损失，减小或避免煤样受取心介质污染，提高气含量测试结果的准确性。
Description
技术领域
本发明属于煤矿安全及煤层气勘探与开发技术领域,具体涉及一种地面煤层密闭取心气含量测试装置及其方法。
背景技术
煤层气含量是表征煤储层特征的重要参数，是煤层气资源估算、产能预测和井网布置设计的重要依据；亦是表征矿井瓦斯危险程度的一项重要指标。
煤矿生产和煤层气开发的实践均已表明，煤层气资源勘探和煤田地质勘探期间采用解吸法进行气含量测试，其测试结果明显低于煤层中实际气含量。其测试气含量由损失气、解吸气和残余气三部分。分析认为造成煤层气含量测试偏低的原因主要是，采用传统的取心方法中岩心管多为半封闭式，在获取的煤心从井底上提至地面，以及在地面从岩心管取心装入煤层气解吸罐的过程，煤层暴露，使得大量的气体逸散，造成气体大量逸散，损失气含量估算不准；而要提高地面煤层气含量测试精度，这就要求缩短取心时间和煤心的暴露时间，最大限度地减少取心过程中的瓦斯损失，而密闭取心装备能够在煤层取心过程中保持岩性的完整性，并能对煤心进行完全密闭，防止了煤层气体的逸散；并与绳索取心相结合，能够快速、简便的完成取心工作。而目前已报道的地面密闭取心装备多应用于油田的勘探开发和天然气水合物取心领域，在煤田地质勘探和煤层气资源勘探领域仅有发明人孙四清在2014年公开提出的密闭取心技术和相应的密闭取心试验装置及2010张丁亮与发明人孙四清等联合提出的煤矿井下密闭取心装置。
而已有的地面密闭取心装置其割心动力为动力弹簧提供，弹簧能量储存方式比较复杂，需要专用的加力机构；弹簧反复加载受疲劳寿命的影响，多次加载后弹簧寿命降低；且不能实现取心与含气量测试一体化等问题。
已有井下密闭取心装置虽然能够实现密闭取心，但该设备操作工艺的复杂性、适用条件受到一定的制约，且不能应用于地面取心。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种地面煤层密闭取心气含量测试装置及其方法
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种地面煤层密闭取心气含量测试装置，该装置由取心钻头、钻头过渡头、取心外筒、打捞头自下而上连接组成，所述取心外筒内设置有岩心密封机构，所述岩心密封机构的上下两侧分别设置上扶正轴承组、下扶正轴承组，所述岩心密封机构套设有液压推动筒，所述液压推动筒的上部设置投球管路及投球球座组成的投球机构，所述打捞头通过悬挂总成与取心外筒和岩心密封机构之间连接，所述液压推动筒一侧与提供动力的液压推动机构配合连接。
上述方案中,所述岩心密封机构包括取心内筒、割心及密闭球阀、高压解吸阀门组，所述取心外筒前端通过螺纹及钻头过渡头与取心钻头连接，末端通过打捞头与绳索取心钻杆连接，所述取心外筒内套取心内筒，所述高压解吸阀门组位于取心内筒顶端，与下侧割心及密闭球阀的联动；所述割心及密闭球阀位于取心内筒下端与取心钻头之间。
上述方案中,所述液压推动筒由液压筒和O型密封圈、销钉组成，位于取心内筒和取心外筒之间。
上述方案中,所述液压推动筒上部设置有O型密封圈。
本发明实施例还提供一种地面煤层密闭取心气含量的测试方法，该方法通过以下步骤实现：
一：确定孔位、目标层深度，并对地面煤层密闭取心气含量测试装置进行试压检验，确认其合格性；
二：打开泥浆泵和钻机，取心外筒带动取心钻头在煤层中钻进，取心内筒收集煤样，达到取心长度要求后停钻；
三：在地面从钻杆内投入钢球，将钢球送至投球装置的球座中，球座底部的导水孔被堵塞，泥浆泵持续加压至液压推动筒的顶部的销钉剪断，促使液压推动筒获得足够的动量向前运动，带动推动杆将割心球阀关闭，割断煤心，并与高压密闭球阀联动，使装置整体密闭，完成整个密闭取心过程；
四：煤心钻取完成后，通过地面下绳索取心打捞器，通过与密闭取心装置上端的打捞头连接，提取煤心，并将装置与气含量测试装置直接连接进行测试。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明能够直接与气含量测试装置匹配测试，实现了取心-解吸一体化。
2.本发明通过取心内筒与外筒之间的环形空间设置有液压推动机构及推动筒，内筒顶端高压解吸阀门与下侧割心密闭球阀在液压推动机构及推动筒的动力作用下形成联动关闭，能够保证取心后取心筒及时完全密封，最大限度地缩短煤样暴露时间，减少或避免提钻和煤样装罐环节造成的气含量损失，减小或避免煤样受取心介质污染，提高气含量测试结果的准确性。
3、本发明顶部设置有打捞头，能够与现有的绳索取心装置直接连接，进行地面钻井取心工作，保证了钻井工作效率、提高作业速度、减少成本、降低劳动强度及气含量测试结果的准确性
4.本发明的动力源主要在取心钻进结束后，将钢球送至投球装置的球座中，从而封堵导水孔，通过泥浆泵加压至液压推动筒的顶部的销钉剪断，促使液压推动筒获得足够的动量向前运动，带动推动杆将割心球阀关闭，割断煤心，并与高压密闭球阀联动来提供，简单易实现；
5. 本发明实现了双筒单动的目标，即取心内筒和液压推动筒不旋转，外筒带动钻头旋转，这样避免了取心内筒旋转而导致的煤心破坏，保持了样品的完整性。
附图说明
图1为本发明装置的上部结构示意图；
图2为本发明装置的下部结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种地面煤层密闭取心气含量测试装置，如图1、2所示，该装置由取心钻头1、钻头过渡头2、取心外筒6、打捞头16自下而上连接组成，所述取心外筒6内设置有岩心密封机构，所述岩心密封机构的上下两侧分别设置上扶正轴承组8、下扶正轴承组18，所述岩心密封机构套设有液压推动筒9，所述液压推动筒9的上部设置投球管路11及投球球座10组成的投球机构，所述打捞头16通过悬挂总成15与取心外筒6和岩心密封机构之间连接，所述液压推动筒9一侧与提供动力的液压推动机构13配合连接。
所述岩心密封机构包括取心内筒5、割心及密闭球阀3、高压解吸阀门组7，所述取心外筒6前端通过螺纹及钻头过渡头2与取心钻头1连接，末端通过打捞头16与绳索取心钻杆连接，所述取心外筒6内套取心内筒5，所述高压解吸阀门组7位于取心内筒5顶端，与下侧割心及密闭球阀3的联动；所述割心及密闭球阀3位于取心内筒5下端与取心钻头1之间。
所述液压推动筒9由液压筒和O型密封圈12、销钉4组成，位于取心内筒5和取心外筒6之间。
所述液压推动筒9上部设置有O型密封圈12。
如图1、2所示，所述取心外筒6前端通过螺纹及钻头过渡头2与取心钻头1连接，末端通过打捞头16与绳索取心钻杆连接，内套取心内筒5，所述取心外筒6起到保护内置的取心内筒5、液压推动筒9及液压推动机构13，连接钻杆并传递扭矩，带动取心钻头1取心钻进的作用，其需具抗高强度能力的材料制备；所述取心内筒5与割心及密闭球阀3、高压解吸阀门组7共同组成岩心密封机构，其主要作用是取心钻进结束后，将煤心密闭在其筒内，并具瓦斯解吸罐功能，无需装罐即可连接气含量测试设备进行气含量测试，并且采用硬密封的形式来达到长时间高压密封的目的。
所述液压推动筒9由液压筒和O型密封圈12、销钉4组成，位于取心内筒5和取心外筒6之间，其主要在投球憋压至销钉剪断后，提供动力促使割心及密闭球阀3切断煤心，并关闭球阀3；所述液压推动机构13末端由销钉17固定在投球装置的管路11卡槽中，其主要在泥浆泵传递的压力作用下，液压推动机构13剪断销钉通过推力轴承8为液压推动筒9提供动力；所述悬挂总成14由角接触轴承组构成，具有双筒单动特征，即取心内筒5和液压推动筒9不旋转，取心外筒6带动钻头1旋转，避免了取心内筒5旋转而导致的煤心破坏，保证了样品的完整性；所述高压解吸阀门组7位于取心内筒5顶端，与下侧割心及密闭球阀3的联动来保证取心后取心筒及时完全密封，并能直接与气含量测试设备连接进行气含量测试；所述割心及密闭球阀3位于取心内筒5下端与取心钻头1之间，主要用于切割煤心，密封取心内筒下端。
所述投球管路11及投球球座10组成的投球装置位于液压推动筒9上部，其主要是在取心钻进结束后，通过钻杆投球和泥浆泵增压，为液压推动机构13推动推杆关闭割心及密闭球阀3提供动力。
所述O型密封圈12位于液压推动筒9上部，其主起到密封液压推动筒9的作用。
所述的液压推动机构13上下设置有上扶正轴承组8和下扶正轴承组18组成的扶正轴承组，能够保证液压推动机构提供动力进行割心密闭过程中取心内筒5等构件稳定及安全性。
本发明实施例还提供一种地面煤层密闭取心气含量的测试方法，该方法通过以下步骤实现：
一：确定孔位、目标层深度，并对地面密闭取心装置进行试压检验，确认其合格性；
二：打开泥浆泵和钻机，利用取心外筒6带动取心钻头1钻取煤样，取心内筒5收集煤样，达到取心长度要求后停钻；
三：在地面从钻杆内投入钢球，将钢球送至投球装置的投球球座10中，投球球座10底部的导水孔被堵塞，泥浆泵持续加压至液压推动筒9的顶部的销钉剪断17，促使液压推动筒9获得足够的动量向前运动，带动推动杆将割心密闭球阀3关闭，割断煤心，并与高压密闭球阀7联动，使装置整体密闭，完成整个密闭取心过程；
四：煤心钻取完成后，通过地面下绳索取心打捞器与密闭取心装置上端的打捞头16连接，提取煤心，并将装置与气含量测试装置直接连接进行测试。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种地面煤层密闭取心气含量测试装置，其特征在于,该装置由取心钻头、钻头过渡头、取心外筒、打捞头自下而上连接组成，所述取心外筒内设置有岩心密封机构，所述岩心密封机构的上下两侧分别设置上扶正轴承组、下扶正轴承组，所述岩心密封机构套设有液压推动筒，所述液压推动筒的上部设置投球管路及投球球座组成的投球机构，所述打捞头通过悬挂总成与取心外筒和岩心密封机构之间连接，所述液压推动筒一侧与提供动力的液压推动机构配合连接。
2.根据权利要求1所述的地面煤层密闭取心气含量测试装置，其特征在于,所述岩心密封机构包括取心内筒、割心及密闭球阀、高压解吸阀门组，所述取心外筒前端通过螺纹及钻头过渡头与取心钻头连接，末端通过打捞头与绳索取心钻杆连接，所述取心外筒内套取心内筒，所述高压解吸阀门组位于取心内筒顶端，与下侧割心及密闭球阀的联动；所述割心及密闭球阀位于取心内筒下端与取心钻头之间。
3.根据权利要求1或2所述的地面煤层密闭取心气含量测试装置，其特征在于：所述液压推动筒由液压筒和O型密封圈、销钉组成，位于取心内筒和取心外筒之间。
4.根据权利要求3所述的地面煤层密闭取心气含量测试装置，其特征在于：所述液压推动筒上部设置有O型密封圈。
5.一种地面煤层密闭取心气含量的测试方法，其特征在于，该方法通过以下步骤实现：
一：确定孔位、目标层深度，并对地面煤层密闭取心气含量测试装置进行试压检验，确认其合格性；
二：打开泥浆泵和钻机，取心外筒带动取心钻头在煤层中钻进，取心内筒收集煤样，达到取心长度要求后停钻；
三：在地面从钻杆内投入钢球，将钢球送至投球装置的球座中，球座底部的导水孔被堵塞，泥浆泵持续加压至液压推动筒的顶部的销钉剪断，促使液压推动筒获得足够的动量向前运动，带动推动杆将割心球阀关闭，割断煤心，并与高压密闭球阀联动，使装置整体密闭，完成整个密闭取心过程；
四：煤心钻取完成后，通过地面下绳索取心打捞器，通过与密闭取心装置上端的打捞头连接，提取煤心，并将装置与气含量测试装置直接连接进行测试。
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