一种取样气水龙头及取样方法

技术领域

本发明涉及井下定点快速取样技术，特别涉及一种取样气水龙头及取样方法。

背景技术

目前瓦斯含量的测定过程中要求实现定点取样，科研人员针对取样技术已经进行了广泛深入研究，目前取样的手段有：双壁钻杆取样、负压引射取煤样、麻花钻杆、岩心管取样等。双壁钻杆取样取样效果较好，能够实现定点取样，但目前双壁钻杆取样过程中需要对气水龙头进行更换，无法实现同一个气水龙头既能利用水力排渣又能实现风排取样；而负压引射使煤样处在负压状态下，影响了煤样的解吸速度，破坏了煤样的解吸规律，造成瓦斯含量测定值偏小，而且受负压大小的影响取样的成功率较低；麻花钻杆取煤样是从麻花钻杆外壁与煤壁间取煤样，受麻花钻杆扰动影响，煤壁的煤粉随取样点煤粉一起排出，造成煤样详细的取样地点不清，无法实现定点取样，而且取样深度较浅；岩心管取样钻进过程中得更换取样钻头，程序较为复杂，取样时间较长，不符合煤层瓦斯含量井下直接测定方法(GB/T 23250-2009)中取样时间要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种取样气水龙头，针对双壁钻杆打钻和取样过程需更换气水龙头，造成取样时间过长，影响瓦斯含量测定准确性等问题，本双通道取样气水龙头科实现打钻、取样、收集样品等工序一次性完成。本发明还提出一种取样方法。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：

在第一个技术方案中，一种取样气水龙头，包括芯管、外管、取样接头、流体输入组件和短接接头，其中外管套装在芯管的外部，外管的尾部和芯管外环面固定密封连接，短接接头可拆卸的安装在芯管的前端，取样接头安装在芯管的后端，所述外管的内环面和芯管的外环面以及短接接头的外环面之间形成环形空间，所述外管上具有通道，所述流体输入组件安装在外管上，且流体输入组件内部输送管路通过外管上的通道与所述环形空间连通，所述短接接头为单通道短接或双通道短接；

所述单通道短接为管状结构，在单通道短接与芯管对接时，环形空间为流体输入的通道，单通道短接、芯管以及取样接头的内部形成连续密封的流体回收通道；

所述双通道短接为管状，双通道短接尾段的内部具有封闭结构，所述双通道短接管壁上设有流体输入孔，该流体输入孔位于封闭结构与双通道短接前端之间的，在双通道短接与芯管对接时，环形空间和双通道短接前端均为流体输入的通道。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述短接接头的前端具有密封圈。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述接头的前段外环面上为螺纹形式的接头；所述接头的尾部具有O型密封圈。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述流体输入组件包括轴承、流体输入接头和流体输入接头座，流体输入接头座套装在外管的外环面上，轴承位于流体输入接头座和外管之间，流体输入接头座上具有通道，所述流体输入接头焊接在流体输入接头座的通道处，所述流体输入接头通过流体输入接头座的通道以及外管的通道与环形空间连通，所述流体输入接头座和流体输入接头通过轴承与外管可转动连接。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述流体输入接头的设置方向和芯管以及外管的设置方向垂直。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述外管和流体输入接头座之间设有两组轴承，且两组轴承分别设置在外管通道的两侧，每个所述轴承和流体输入接头座的通道之间设有均设有斯特封。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述流体输入接头座靠近芯管尾端的端面上设有扣压管体，该扣压管体套装在芯管外部，扣压管体内环面和芯管外环面之间形成安装槽，该安装槽中安装有弹簧，所述取样管接头尾部抵接在弹簧第一端，弹簧第二端抵接在安装槽的槽底。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述取样管接头连接有三通管，三通管的三个接口分别连接取样管接头、涡轮促排装置和煤样收集装置，三通管与涡轮促排装置的连接处设有滤网。

在第二个技术方案中，一种取样方法，使用如第一个技术方案中所述的取样气水龙头，

正常打钻时安装双通道短接，开始钻井前将流体输入接头接如水，此时取样气水龙头环形空间和双通道短接前端均能输出水，水通过取样气水龙头前端连接的双壁钻杆到达取样钻头，钻孔底部的钻屑随水通过双壁钻杆外壁与钻孔缝隙流出，实现排渣；

在准备取样时，停钻后拆下双通道短接，安装单通道短接，同时将三通管与煤样收集器、涡轮促排装置连接起来，开始钻井前将流体输入接头接入压风，此时压风通过流体输入接头进入到气水龙头的环形空间，通过连接的双壁钻杆到达取样钻头，此时涡轮促排装置工作使孔底煤粉随压风在双壁钻杆及取样气水龙头内部排出进入煤样收集器，完成取样。

本发明的有益效果是：

该取样气水龙头通过设计单通道短接、双通道短接实现取样气水龙头的进风通道的手动控制，实现同一个取样气水龙头既能通过水力排渣打钻，又能通过接入压风实现取样，克服了目前双壁钻杆取样过程中需配备两个气水龙头的弊端，并且该取样气水龙头配有煤样收集装置，提高了取样效率。

该取样气水龙头能够实现取样过程中不更换取样气水龙头，涡轮促排装置加快了煤粉随风流的排除速度，可以缩短取样时间，减少了少了瓦斯含量测定过程中损失量，提高了瓦斯含量测定结果准确性。

附图说明

图1为本发明取样气水龙头结构示意图.

图2为本发明取样气水龙头使用状态的整体结构示意图。

图3为本发明取样气水龙头双通道短接结构示意图。

附图标记包括：

1-单通道短接、2-接头、3-环形空间、4-O型密封圈、5-轴承、6-流体输入接头、7-外管、8-螺栓、9-弹簧、10-扣压管体、11-取样管接头、12-O型圈、13-芯管、14-流体输入接头座、15-斯特封、16-内管空间、17-三通管、18-滤网、19-涡轮促排装置、20-煤样收集装置、21-双通道短接、22-流体输入孔、23-插槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

实施例1

如图1-图3所示，本实施例提出的一种取样气水龙头，包括芯管13、外管7、取样接头2、流体输入组件和短接接头2，其中外管7套装在芯管13的外部，外管7的尾部和芯管13外环面固定密封连接，短接接头2可拆卸的安装在芯管13的前端，取样接头2安装在芯管13的后端，外管7的内环面和芯管13的外环面以及短接接头2的外环面之间形成环形空间3，外管7上具有通道，流体输入组件安装在外管7上，且流体输入组件内部输送管路通过外管7上的通道与环形空间3连通，短接接头2为单通道短接1或双通道短接21；

如图1、图2所示，单通道短接1为管状结构，在单通道短接1与芯管13对接时，环形空间3为流体输入的通道，单通道短接1、芯管13以及取样接头2的内部形成连续密封的流体回收通道；

如图3所示，双通道短接21为管状，双通道短接21尾段的内部具有封闭结构，双通道短接21管壁上设有流体输入孔22，该流体输入孔22位于封闭结构与双通道短接21前端之间的，在双通道短接21与芯管13对接时，环形空间3和双通道短接21前端均为流体输入的通道。芯管13的内部形成管内空间16，管内空间16仅作为回气取样通道。

短接接头2的前端具有密封圈。接头2的前段外环面上为螺纹形式的接头2；接头2的尾部具有O型密封圈4。

流体输入组件包括轴承5、流体输入接头6和流体输入接头座14，流体输入接头座14套装在外管7的外环面上，轴承5位于流体输入接头座14和外管7之间，流体输入接头座14上具有通道，流体输入接头6焊接在流体输入接头座14的通道处，流体输入接头6通过流体输入接头座14的通道以及外管7的通道与环形空间3连通，流体输入接头座14和流体输入接头6通过轴承5与外管7可转动连接。优选的，流体输入接头6的设置方向和芯管13以及外管7的设置方向垂直。外管7和流体输入接头座14之间设有两组轴承5，且两组轴承5分别设置在外管7通道的两侧，每个轴承5和流体输入接头座14的通道之间设有均设有斯特封15。

流体输入接头座14靠近芯管13尾端的端面上设有扣压管体10，该扣压管体10套装在芯管13外部，扣压管体10内环面和芯管13外环面之间形成安装槽，该安装槽中安装有弹簧9，取样管接头11尾部抵接在弹簧9第一端，弹簧9第二端抵接在安装槽的槽底。

取样管接头11连接有三通管17，三通管17的三个接口分别连接取样管接头11、涡轮促排装置19和煤样收集装置20，三通管17与涡轮促排装置19的连接处设有滤网18。

具体的，包括双通道短接21与芯管13采用插接连接，双通道短接21留有进水孔，打钻过程中能够实现环形空间3和双通道短接21前端同时进水，同时尾端留有具有内螺纹的插槽23与O型圈12插接后密封连接，将外管7和流体输入接头座14分别与轴承5进行焊接，接头2与双壁钻杆丝扣连接处安装O型密封圈4，两个轴承5之间安装两个斯特封15，流体输入接头6焊接在流体输入接头座14上，扣压管体10与流体输入接头座14通过安装螺栓8进行密封连接，取样管接头11与扣压管体10焊接，三通管17与取样管接头11及煤样收集装置20进行插接，三通管17尾端装有滤网18及涡轮促排装置19，涡轮促排装置19利用涡轮增压原理，当达到启动风压时涡轮叶片旋转加大风流排除速度，促进煤粉随风流排出，滤网18阻止粒度较大煤粉随风流通过涡轮促排装置19排出，有利于煤粉进入煤样收集装置20，收集器底部留有排气口，排气口上装有加密铁纱网，可以将大部分细小煤粉过滤在收集器内部。

实施例2

本实施例提出的一种取样方法，使用实施例1中提出的取样气水龙头，正常打钻时安装双通道短接21，开始钻井前将流体输入接头6接如水，此时取样气水龙头环形空间3和双通道短接21前端均能输出水，水通过取样气水龙头前端连接的双壁钻杆到达取样钻头，钻孔底部的钻屑随水通过双壁钻杆外壁与钻孔缝隙流出，实现排渣；

在准备取样时，停钻后拆下双通道短接21，安装单通道短接1，同时将三通管17与煤样收集器、涡轮促排装置19连接起来，开始钻井前将流体输入接头6接入压风，此时压风通过流体输入接头6进入到气水龙头的环形空间3，通过连接的双壁钻杆到达取样钻头，此时涡轮促排装置19工作使孔底煤粉随压风在双壁钻杆及取样气水龙头内部排出进入煤样收集器，完成取样。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。