CN113530484B - 反应物存储器、冷冻降温装置及保压取芯器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及反应物存储器、保温装置及保压取芯器，该反应物存储器包括存储筒和组合阀，所述存储筒的筒壁内有用于装反应物的夹层；组合阀包括阀体，所述阀体为与所述存储筒适配的圆筒状；阀体的中心孔道构成主流道，阀体的侧壁内设有至少一个分流道，所述分流道包括第一流道和第二流道，所述第二流道中装有单向阀芯，所述单向阀芯只允许介质从第一流道流向所述第二流道；第二流道的出口与所述存储筒的夹层连通，所述第一流道中装有活塞；活塞可在开启与关闭态之间移动。本发明的反应物存储器可用于封装反应物，其组合阀结构巧妙、科学合理，操作方便；本发明的保温装置，可通过化学反应来实现低温或高温保持。

Description

反应物存储器、冷冻降温装置及保压取芯器

技术领域

本发明涉及取芯装置技术领域，尤其涉及反应物存储器、保温装置及保压取芯器。

背景技术

天然气水合物是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。形成可燃冰有三个基本条件：温度、压力和原材料。首先，低温：可燃冰在0—10℃时生成，超过20℃便会分解。海底温度一般保持在2—4℃左右；

其次，高压：可燃冰在0℃时，只需30个大气压即可生成，而以海洋的深度，30个大气压很容易保证，并且气压越大，水合物就越不容易分解。

最后，充足的气源：海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压力、气源三者都具备的条件下，可燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。

专利文献CN209228327U公开了一种取岩芯装置，这也是目前比较成熟的保压取芯器。其通过各部件的相互协同配合，实现岩芯的钻进、抓取及移送至取芯保真舱，能高稳定、高性能、高效率地完成岩芯的钻取。然而，专利文献CN209228327U公开的取岩芯装置未设置冷冻装置，无法使钻取的岩心处于低温环境，不能用于钻取可燃冰。

专利文献CN210118109U公开的保真取芯装置，CN201327453Y公开的天然气水合物孔底冷冻取样器，其冷冻剂均采用的液氮。

由于取芯的整个过程分为：（1）取芯器下放；（2）可燃冰钻取；（3）取芯器提升三个步骤。而可燃冰的环境温度变化仅发生在第三个步骤（取芯器提升）中。采用液氮作为冷冻剂，其冷冻时间段为整个取芯过程，可能会出现在进入第三个步骤之前，液氮温度就上升的情况。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供反应物存储器、保温装置及保压取芯器。

本发明通过下述技术方案实现：

反应物存储器，包括存储筒和组合阀，所述存储筒的筒壁内有用于装反应物的夹层；

所述组合阀包括阀体，所述阀体为与所述存储筒适配的圆筒状；阀体的中心孔道构成主流道，阀体的侧壁内设有至少一个分流道，所述分流道包括第一流道和第二流道，所述第二流道中装有单向阀芯，所述单向阀芯只允许介质从第一流道流向所述第二流道；

所述第一流道的进口与阀体的主流道连通，所述第二流道的进口与第一流道连通，第二流道的出口与所述存储筒的夹层连通，所述第一流道中装有活塞；

当活塞位于第一位置时，活塞封闭住第一流道的进口和/或密封住所述第二流道的进口；

当活塞位于第二位置时，所述第一流道的进口和所述第二流道的进口均打开，液体可经第一流道流入第二流道；

当活塞位于第一位置时，活塞的一端外凸于所述主流道的侧壁，此时通过使活塞相对于阀体向外移动，可使活塞从所述第一位置移动至所述第二位置。

进一步的，所述活塞可径向移动，活塞的内端有引导面，使得当沿阀体的轴向给引导面一个外力时，可使活塞相对于阀体径向向外移动。

进一步的，所述第一流道为阶梯孔，阶梯孔的小端与所述主流道贯通；所述活塞为与第一流道匹配的阶梯状。

进一步的，所述活塞与第一流道间设有两道密封圈；

当活塞位于第一位置时，所述第二流道的进口位于所述两道密封圈之间；

当活塞位于第二位置时，两道密封圈位于第二流道的进口的外侧。

进一步的，所述存储筒包括同轴的内筒与外筒，内筒与外筒的环空构成所述夹层。

进一步的，内筒、外筒之间环空的上端口由所述组合阀封堵，所述环空的下端口由由密封装置密封。

进一步的，所述夹层的外侧设有保温层。

保温装置，包括上述反应物存储器以及装在所述夹层中的反应物，所述反应物与水混合后会发生吸热反应或放热。

优选地，所述反应物为固态氢氧化钡与固态氯化铵的混合物。

保压取芯器，包括所述保温装置、中心杆和钻机外筒，所述保温装置集成在所述钻机外筒上；

所述中心杆上有用于触发所述活塞的凸起部，当向上提升中心杆至一定高度，所述凸起部可推动所述活塞从所述第一位置移动至所述第二位置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1，本发明的反应物存储器可用于封装反应物，其组合阀结构巧妙、科学合理，操作方便；本发明的反应物存储器，通过触发阀门来触发化学反应，使得保温的时间段可控；

2，本发明的保温装置，可通过化学反应来实现低温或高温保持，可用于天然气水合物的取样；

3，本发明的保压取芯器集成有保温装置，提芯的时候中心杆触发阀门，使水进入存有药品的夹层，反应物开始反应，保持可燃冰岩芯的温度不会升高，防止分解；本发明通过保持低温和高压的条件，可实现可燃冰的原位环境取芯。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施方式的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施方式的限定。

图1是本发明中反应物存储器的结构示意图；

图2是图1中A1处的局部放大图；

图3是图2中C1处的局部放大图；

图4是图1中B1处的局部放大图；

图5是本发明中组合阀的三维图；

图6是本发明中组合阀的端面视图；

图7是活塞位于第一位置时组合阀的剖视图；

图8是活塞位于第二位置时组合阀的剖视图；

图9是本发明中保温装置的结构示意图；

图10是图9中D处的结构示意图；

图11是中心杆未提升时保压取芯器的结构示意图；

图12是图11中A2处的局部放大图；

图13是图12中A3处的局部放大图；

图14是图13中C2处的局部放大图；

图15是图12中B2处的局部放大图；

图16是中心杆提升至上止点时保压取芯器的结构示意图；

图17是图16中A4处的局部放大图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

如图1、2、3、4所示，本发明公开的反应物存储器，包括存储筒1和组合阀2，存储筒1的筒壁内有用于装反应物的夹层13。

存储筒1包括同轴的内筒12与外筒11，内筒12与外筒11的环空构成夹层13。夹层13的外侧设有保温层14，保温层附着于外筒11的筒壁上。内筒12与外筒11为金属材质。

内筒12上端与外筒11之间环空的上端口由可打开的组合阀2封堵，环空的下端口由密封装置15密封，继而在内筒12与外筒11之间构成用于装反应物的夹层13。

外筒11的上端超出内筒12的上端，组合阀2的阀体21装于外筒11内，在阀体21的外侧壁与外筒11的内侧壁之间设有密封圈22。阀体21下端与内筒12上端面接触，阀体21的内径等于内筒12的内径。

如图3、5、6、7、8所示，本实施方式中，组合阀2包括阀体21，阀体21为与存储筒1适配的圆筒状。阀体21的中心孔道构成主流道20，阀体21的侧壁内设有至少一个分流道，分流道包括第一流道211和第二流道212，第二流道212中装有单向阀芯，单向阀芯只允许介质从第一流道211流向第二流道212。

第一流道211的进口与阀体21的主流道20连通，第二流道212的进口213与第一流道211连通，第二流道212的出口位于夹层13连通，第一流道211中装有活塞24。

如图3、7所示，当活塞24位于第一位置时，活塞24封闭住第一流道211的进口和/或密封住第二流道212的进口213。

如图4所示，当活塞24位于第二位置时，第一流道211的进口和第二流道212的进口213均打开，液体可经第一流道211流入第二流道212。

如图3、8所示，当活塞24位于第一位置时，活塞24的一端外凸于主流道20的侧壁，此时通过使活塞24相对于阀体21向外移动，可使活塞24从第一位置移动至第二位置。

本实施方式中活塞24可径向移动。活塞24的内端有引导面241，使得当沿阀体21的轴向给引导面241一个外力时，可使活塞24径向向外移动。

本实施方式中，第一流道211为阶梯孔，阶梯孔的小端与主流道20贯通；活塞24为与第一流道211匹配的阶梯状。为能实现活塞24的安装，第二流道212的径向贯穿阀体21的内外侧壁，从而可从阀体21外侧将活塞24装进第一流道211。活塞24的长度不大于阀体21的壁厚为宜。

活塞24的大端与第一流道211间设有两道密封圈22；当活塞24位于第一位置时，第二流道212的进口213位于两道密封圈22之间，使得液体无法从第一流道211进入第二流道212；当活塞24位于第二位置时，两道密封圈22位于第二流道212的进口213的外侧，使得液体可从第一流道211的内端进入第二流道212。

本实施方式中单向阀芯包括球体23和轴向的弹簧25，球体23在弹簧25的作用下堵住第二流道212的进口213。

第二流道212的出口安装有控制阀26，控制阀26上有流道控制孔261，控制阀26与阀体21可拆卸连接。流道控制孔261的大小根据需要设置。实际运用中，可制作多种规格的控制阀26，不同规格的控制阀26的流道控制孔261大小不同。需要改变流量时，只需换上对应规格的控制阀26即可。

分流道的数量根据需要设置，在阀体21的侧壁内设有至少两个分流道为宜。

如图5、6所示，本实施方式中阀体21的侧壁内设有四个分流道。四个分流道沿阀体21的圆周方向等间隔设置。

本实施方式中阀体21一体制造。在另一个实施方式中，阀体21可上下分为上阀体和下阀体，第一流道211设于上阀体上，第二流道212设于下阀体上。上阀体和下阀体通过螺栓固接在一起。

如图9、10所示，本发明公开的保温装置，包括反应物存储器以及装在夹层13中的反应物16，反应物16与水混合后会发生吸热或放热反应。

本实施方式中反应物16选用固态氢氧化钡与固态氯化铵的混合物。固态氢氧化钡与固态氯化铵的混合物混合在一起不会发生化学反应，当遇水后会才会发生吸热反应。

如图11-17所示，本发明公开的保压取芯器，包括中心杆3、钻机外筒100和岩芯筒4，钻机外筒100下部设有保压阀5。钻机外筒100包括多节圆筒，存储筒1为其中的一节。存储筒1位于保压阀5上方。

中心杆3上有用于触发活塞24的凸起部31，当向上提升中心杆3至一定高度，凸起部31可推动活塞24向内移动，继而使活塞24从第一位置移动至第二位置，使得取芯器内的液体可经第一流道211、第二流道212进入夹层13，从而使得反应物16与水发生吸热反应，达到冷冻的目的。

以下结合图1-17说明本发明的工作原理：

随着取芯钻头的钻进，岩芯进入岩芯筒4，停钻后，向上提拉中心杆3，中心杆3带动岩芯筒4及岩芯一起向上移动；这是本领域的的常规技术，此处不再赘述；

当中心杆3上的凸起部31移动至活塞24处时，活塞24收到凸起部31的作用力而沿第一流道211径向向外移动，随着中心杆3的继续提升，活塞24从第一位置移动至第二位置，取芯器内部的液体经第一流道211流入第二流道212，流进夹层13中，与夹层13中的反应物16发生吸热反应。

当中心杆3提升至一定高度后，保压阀5自动关闭，实现保压取芯；这是本领域的的常规技术，此处不再赘述。

当中心杆3继续提升至上止点时，岩芯筒4正好上移至夹层13内围区域，夹层13内发生的吸热反应，正好可对岩芯筒4内的岩芯进行冷冻处理，使岩芯处于低温环境。

在另一个实施方式中，反应物16选用氧化钙或铁粉。氧化钙或铁粉与水反应可放热。本发明的保压取芯器在钻机外筒内设置化学反应物，通过化学反应来实现低温或高温环境；化学反应的触发依靠中心杆原本的动作以及机械阀门来实现，不仅无需排布导线，可降低能耗；而且使得化学反应与岩芯进入保压舱几乎同时进行。其结构设计巧妙、科学合理，操作也十分方便。本发明尤其适用于可燃冰的钻取。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.反应物存储器，其特征在于：包括存储筒和组合阀，所述存储筒的筒壁内有用于装反应物的夹层；

所述组合阀包括阀体，所述阀体为与所述存储筒适配的圆筒状；阀体的中心孔道构成主流道，阀体的侧壁内设有至少一个分流道，所述分流道包括第一流道和第二流道，所述第二流道中装有单向阀芯，所述单向阀芯只允许介质从第一流道流向所述第二流道；

所述第一流道的进口与阀体的主流道连通，所述第二流道的进口与第一流道连通，第二流道的出口与所述存储筒的夹层连通，所述第一流道中装有活塞；

当活塞位于第一位置时，活塞封闭住第一流道的进口和/或密封住所述第二流道的进口；

当活塞位于第二位置时，所述第一流道的进口和所述第二流道的进口均打开，液体可经第一流道流入第二流道；

当活塞位于第一位置时，活塞内端外凸于所述主流道的侧壁，活塞的内端有引导面，使得当沿阀体的轴向给引导面一个外力时，可使活塞从所述第一位置移动至所述第二位置。

2.根据权利要求1所述的反应物存储器，其特征在于：所述活塞可径向移动。

3.根据权利要求1或2所述的反应物存储器，其特征在于：所述第一流道为阶梯孔，阶梯孔的小端与所述主流道贯通；所述活塞为与第一流道匹配的阶梯状。

4.根据权利要求3所述的反应物存储器，其特征在于：所述活塞与第一流道间设有两道密封圈；

当活塞位于第一位置时，所述第二流道的进口位于所述两道密封圈之间；

当活塞位于第二位置时，两道密封圈位于第二流道的进口的外侧。

5.根据权利要求1所述的反应物存储器，其特征在于：所述存储筒包括同轴的内筒与外筒，内筒与外筒的环空构成所述夹层。

6.根据权利要求5所述的反应物存储器，其特征在于：内筒、外筒之间环空的上端口由所述组合阀封堵，所述环空的下端口由由密封装置密封。

7.根据权利要求1、5或6所述的反应物存储器，其特征在于：所述夹层的外侧设有保温层。

8.包括权利要求1-7中任一项所述的反应物存储器的保温装置，其特征在于：它还包括装在所述夹层中的反应物，所述反应物与水混合后会发生吸热或放热反应。

9.根据权利要求8所述的保温装置，其特征在于：所述反应物为固态氢氧化钡与固态氯化铵的混合物，或反应物为氧化钙，或反应物为铁粉。

10.包括权利要求8或9所述的保温装置的保压取芯器，其特征在于：它还包括中心杆和钻机外筒，所述保温装置集成在所述钻机外筒上；

所述中心杆上有用于触发所述活塞的凸起部，当向上提升中心杆至一定高度，所述凸起部可推动所述活塞从所述第一位置移动至所述第二位置。