冰封保压取心钻具固液相变冷源 |
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| 申请号 | CN201410796176.2 | 申请日 | 2014-12-18 | 公开(公告)号 | CN104481440A | 公开(公告)日 | 2015-04-01 |
| 申请人 | 吉林大学; | 发明人 | 彭枧明; 李莉佳; 张鑫鑫; 孙铭泽; 孙强; 杨冬冬; 罗永江; 博坤; 殷其雷; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 冰 封保压取心钻具固液 相变 冷源，是由钻具内储存固液 相变材料 的换 热容 器组成：是由筒体上端通过 螺纹 与上端盖连接，筒体下端通过螺纹与下接头连接，下接头上部压有集流板，集流板设有过管孔，金属圆片设有与集流板相同数量和直径的过管孔，U形金属管外侧通道穿过金属圆片插入集流板的过管孔，U形金属管内侧通道穿过集流板与下接头台阶通道构成。本发明与 现有技术 相比：利用了蓄冷介质的相变 潜热 特性，用较小体积的介质即可储存所需冷能；结构较液动孔底制冷机大大简化，增加了冷源的可靠性，降低制造难度和成本；冷源在孔内发生的是固液相变，不向孔内排放气体，不对孔内液柱压 力 产生任何影响，有利于孔壁稳定。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种冰封保压取心钻具固液相变冷源，是由钻具内储存固液相变材料的换热容器组成，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 冰封保压取心钻具固液相变冷源技术领域： 背景技术[0002] 冷源是天然气水合物冰封保压取心钻具的关键部件，很大程度上决定了冰封保压取心作业孔底原位生成冰阀或冰岩复合阀的速度、部件的可靠性和体积大小。 [0004] CN102494428A公开了一种《液动潜孔制冷机》采用在孔内用压缩机来制冷，结构复杂，实施难度较大，制冷速度较慢，达到生成冰阀或冰岩符合阀的低温所需时间较长。而采用液气相变制冷或固气相变制冷方式，需要向孔内排放气体，不利于孔壁稳定。发明内容： [0005] 本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种天然气水合物冰封保压取心钻具用的冰封保压取心钻具固液相变冷源 [0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： [0008] 所述的固液相变材料2是由50％-80％的乙醇水溶液或45％-85％的乙二醇水溶液构成； [0009] 所述的钻具内储存固液相变材料的换热容器，是由筒体3上端通过螺纹与上端盖1连接，筒体3下端通过螺纹与下接头7连接，下接头7上部压有集流板6，集流板6通过筒体3内部台阶限位，下接头7上端设有下接头环槽Ⅴ，外侧设有两个轴向通道Ⅵ，中心为下接头台阶通道Ⅶ，集流板6设有3～8对过管孔Ⅳ，分内外两圈均匀分布，集流板6外圈的集流板过管孔Ⅳ经下接头环槽Ⅴ与下接头7设有的3～8个下接头外侧通道Ⅵ相连通，集流板6内圈的过管孔与下接头7设有的下接头中心台阶通道Ⅶ贯通，金属圆片5设有中心孔Ⅱ，并且设有与集流板6相同数量和直径的过管孔Ⅷ，U形金属管4外侧通道Ⅲ穿过金属圆片5过管孔Ⅷ插入集流板6的过管孔Ⅳ，通过下接头环槽Ⅴ与下接头7外侧通道Ⅵ贯通，U形金属管4内侧通道Ⅰ穿过金属圆片5过管孔Ⅷ插入集流板6与下接头台阶通道Ⅶ构成。 [0010] 集流板过管孔Ⅳ和金属圆片过管孔Ⅷ均分内外两圈成对均布设置，集流板过管孔Ⅳ的径向距离为集流板6半径的2/3。 [0011] 内储存固液相变材料的换热容器中设有多层金属圆片5，金属圆片5之间的距离为0.5mm-5mm。 [0013] 有益效果：一是利用了蓄冷介质的相变潜热特性，用较小体积的介质即可储存所需冷能；二是结构较液动孔底制冷机大大简化，增加了冷源的可靠性，降低制造难度和成本；三是冷源在孔内发生的是固液相变，不向孔内排放气体，不对孔内液柱压力产生任何影响，有利于孔壁稳定。附图说明： [0014] 附图1为冰封保压取心钻具固液相变冷源主视图 [0015] 附图2为图1沿着A-A截面图 [0016] 1上端盖，2固液相变材料，3筒体，4U型金属管，5金属圆片，6集流板，7下接头，ⅠU型金属管内侧通道，Ⅱ金属圆片中心孔，ⅢU型金属管外侧通道，Ⅳ集流板过管孔，Ⅴ下接头环槽，Ⅵ下接头外侧通道，Ⅶ下接头台阶通道，Ⅷ金属圆片过管孔。具体实施方式： [0017] 下面结合附图和实例作进一步的详细说明： [0018] 冰封保压取心钻具固液相变冷源，是由钻具内储存固液相变材料的换热容器组成： [0019] 所述的固液相变材料2是由50％-80％的乙醇水溶液或45％-85％的乙二醇水溶液构成； [0020] 所述的钻具内储存固液相变材料的换热容器，是由筒体3上端通过螺纹与上端盖1连接，筒体3下端通过螺纹与下接头7连接，下接头7上部压有集流板6，集流板6通过筒体3内部台阶限位，下接头7上端设有下接头环槽Ⅴ，外侧设有两个轴向通道Ⅵ，中心为下接头台阶通道Ⅶ，集流板6设有3～8对过管孔Ⅳ，分内外两圈均匀分布，集流板6外圈的集流板过管孔Ⅳ经下接头环槽Ⅴ与下接头7设有的3～8个下接头外侧通道Ⅵ相连通，集流板6内圈的过管孔与下接头7设有的下接头中心台阶通道Ⅶ贯通，金属圆片5设有中心孔Ⅱ，并且设有与集流板6相同数量和直径的过管孔Ⅷ，U形金属管4外侧通道Ⅲ穿过金属圆片5过管孔Ⅷ插入集流板6的过管孔Ⅳ，通过下接头环槽Ⅴ与下接头7外侧通道Ⅵ贯通，U形金属管4内侧通道Ⅰ穿过金属圆片5过管孔Ⅷ插入集流板6与下接头台阶通道Ⅶ构成。 [0021] 集流板过管孔Ⅳ和金属圆片过管孔Ⅷ均分内外两圈成对均布设置，集流板过管孔Ⅳ的径向距离为集流板6半径的2/3。 [0022] 内储存固液相变材料的换热容器中设有多层金属圆片5，金属圆片5之间的距离为5mm。 [0023] U形金属管4和金属圆片5用紫铜或铝合金高导热率金属材料制作。 [0024] 实施例1 [0025] 具内储存固液相变材料的换热容器，是由筒体3上端通过螺纹与上端盖1连接，筒体3下端通过螺纹与下接头7连接，下接头7上部压有集流板6，集流板6通过筒体3内部台阶限位，下接头7上端设有下接头环槽Ⅴ，外侧设有两个轴向通道Ⅵ，中心为下接头台阶通道Ⅶ，集流板6设有3对过管孔Ⅳ，分内外两圈均匀分布，集流板6外圈的集流板过管孔Ⅳ经下接头环槽Ⅴ与下接头7设有的3个下接头外侧通道Ⅵ相连通，集流板6内圈的过管孔与下接头7设有的下接头中心台阶通道Ⅶ贯通，金属圆片5设有中心孔Ⅱ，并且设有与集流板6相同数量和直径的过管孔Ⅷ，U形金属管4外侧通道Ⅲ穿过金属圆片5过管孔Ⅷ插入集流板6的过管孔Ⅳ，通过下接头环槽Ⅴ与下接头7外侧通道Ⅵ贯通，U形金属管4内侧通道Ⅰ穿过金属圆片5过管孔Ⅷ插入集流板6与下接头台阶通道Ⅶ构成。 [0026] 集流板过管孔Ⅳ和金属圆片过管孔Ⅷ均分内外两圈成对均布设置，集流板过管孔Ⅳ的径向距离为集流板6半径的2/3。 [0027] 内储存固液相变材料的换热容器中设有多层金属圆片5，金属圆片5之间的距离为5mm。 [0028] U形金属管4和金属圆片5用铍青铜高导热率金属材料制作。 [0029] 首先，在地面上，打开换热容器上端盖1，将液态的固液相变材料2为50％-80％的乙醇水溶液，沿着金属圆片中心孔Ⅱ注入换热容器，盖上上端盖1；然后，整体放入超低温恒温槽低温冷源中进行制冷，使其温度降低到凝固点以下，并发生液固相变而储存冷量；最后，将其转入冰封保压取心钻具内的绝热仓，随钻具进入孔内成为孔内冷源。 [0030] 当需要冰封保压取心时，钻具内的潜孔泵驱使升温后的冷却介质，从下接头外侧通道Ⅵ和下接头环槽Ⅴ，通过集流板上的外圈过管孔Ⅳ，流入U型金属管外侧通道Ⅱ，通过金属管4管壁和金属圆片5将热量传给金属圆片之间的固液相变材料2而降低温度，然后通过U型金属管内侧通道Ⅰ，流入下接头台阶孔通道Ⅶ，流向钻具底部换热窗口部位，使冰阀或冰岩复合阀逐渐得以形成，实现对天然气水合物岩心进行冰封保压。 [0031] 实施例2 [0032] 钻具内储存固液相变材料的换热容器，是由筒体3上端通过螺纹与上端盖1连接，筒体3下端通过螺纹与下接头7连接，下接头7上部压有集流板6，集流板6通过筒体3内部台阶限位，下接头7上端设有下接头环槽Ⅴ，外侧设有两个轴向通道Ⅵ，中心为下接头台阶通道Ⅶ，集流板6设有5对过管孔Ⅳ，分内外两圈均匀分布，集流板6外圈的集流板过管孔Ⅳ经下接头环槽Ⅴ与下接头7设有的5个下接头外侧通道Ⅵ相连通，集流板6内圈的过管孔与下接头7设有的下接头中心台阶通道Ⅶ贯通，金属圆片5设有中心孔Ⅱ，并且设有与集流板6相同数量和直径的过管孔Ⅷ，U形金属管4外侧通道Ⅲ穿过金属圆片5过管孔Ⅷ插入集流板6的过管孔Ⅳ，通过下接头环槽Ⅴ与下接头7外侧通道Ⅵ贯通，U形金属管4内侧通道Ⅰ穿过金属圆片5过管孔Ⅷ插入集流板6与下接头台阶通道Ⅶ构成。 [0033] 集流板过管孔Ⅳ和金属圆片过管孔Ⅷ均分内外两圈成对均布设置，集流板过管孔Ⅳ的径向距离为集流板6半径的2/3。 [0034] 内储存固液相变材料的换热容器中设有多层金属圆片5，金属圆片5之间的距离为5mm。 [0035] U形金属管4和金属圆片5用铍青铜高导热率金属材料制作。 [0036] 先在地面上，打开换热容器上端盖1，将液态固液相变材料2为45％-85％的乙二醇水溶液，沿着金属圆片中心孔Ⅱ注入换热容器，盖上上端盖1；然后，整体放入超低温恒温槽低温冷源中进行制冷，使其温度降低到凝固点以下，并发生液固相变而储存冷量；最后，将其转入冰封保压取心钻具内的绝热仓，随钻具进入孔内成为孔内冷源。 [0037] 当需要冰封保压取心时，钻具内的潜孔泵驱使升温后的冷却介质，从下接头外侧通道Ⅵ和下接头环槽Ⅴ，通过集流板上的外圈过管孔Ⅳ，流入U型金属管外侧通道Ⅱ，通过金属管4管壁和金属圆片5将热量传给金属圆片之间的固液相变材料2而降低温度，然后通过U型金属管内侧通道Ⅰ，流入下接头台阶孔通道Ⅶ，流向钻具底部换热窗口部位，使冰阀或冰岩复合阀逐渐得以形成，实现对天然气水合物岩心进行冰封保压。 [0038] 实施例3 [0039] 钻具内储存固液相变材料的换热容器，是由筒体3上端通过螺纹与上端盖1连接，筒体3下端通过螺纹与下接头7连接，下接头7上部压有集流板6，集流板6通过筒体3内部台阶限位，下接头7上端设有下接头环槽Ⅴ，外侧设有两个轴向通道Ⅵ，中心为下接头台阶通道Ⅶ，集流板6设有8对过管孔Ⅳ，分内外两圈均匀分布，集流板6外圈的集流板过管孔Ⅳ经下接头环槽Ⅴ与下接头7设有的8个下接头外侧通道Ⅵ相连通，集流板6内圈的过管孔与下接头7设有的下接头中心台阶通道Ⅶ贯通，金属圆片5设有中心孔Ⅱ，并且设有与集流板6相同数量和直径的过管孔Ⅷ，U形金属管4外侧通道Ⅲ穿过金属圆片5过管孔Ⅷ插入集流板6的过管孔Ⅳ，通过下接头环槽Ⅴ与下接头7外侧通道Ⅵ贯通，U形金属管4内侧通道Ⅰ穿过金属圆片5过管孔Ⅷ插入集流板6与下接头台阶通道Ⅶ构成。 [0040] 集流板过管孔Ⅳ和金属圆片过管孔Ⅷ均分内外两圈成对均布设置，集流板过管孔Ⅳ的径向距离为集流板6半径的2/3。 [0041] 内储存固液相变材料的换热容器中设有多层金属圆片5，金属圆片5之间的距离为5mm。 [0042] U形金属管4和金属圆片5用铍青铜制作。 [0043] 先在地面上，打开换热容器上端盖1，将液态固液相变材料2为50％-80％的乙醇水溶液，沿着金属圆片中心孔Ⅱ注入换热容器，盖上上端盖1；然后，整体放入超低温恒温槽低温冷源中进行制冷，使其温度降低到凝固点以下，并发生液固相变而储存冷量；最后，将其转入冰封保压取心钻具内的绝热仓，随钻具进入孔内成为孔内冷源。 [0044] 当需要冰封保压取心时，钻具内的潜孔泵驱使升温后的冷却介质，从下接头外侧通道Ⅵ和下接头环槽Ⅴ，通过集流板上的外圈过管孔Ⅳ，流入U型金属管外侧通道Ⅱ，通过金属管4管壁和金属圆片5将热量传给金属圆片之间的固液相变材料2而降低温度，然后通过U型金属管内侧通道Ⅰ，流入下接头台阶孔通道Ⅶ，流向钻具底部换热窗口部位，使冰阀或冰岩复合阀逐渐得以形成，实现对天然气水合物岩心进行冰封保压。 |
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