CN103015932B - 随钻取心的钻进系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于随钻取心的钻进系统，涉及石油天然气钻井作业过程中的取心施工的工具，属于钻井取心工具的设计制造技术领域。本钻进系统由打捞机构和补心机构组成，打捞机构由打捞筒和打捞头组成；补心机构由弹卡装置、补心杆组件和补心钻头组成。本发明的目的是为了克服目前常规取心工具的起下次数太多、夹层取心和连续取心效率低、岩心质量较差等不足，采用取心和全面钻进交替进行的技术，设计了一种具有随钻随取特点的随钻取心工具，可以实现不起钻交替实施钻进和取心，节约了时间，提高了效率。

Description

随钻取心的钻进系统

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井作业过程中的施工工具，属于钻井取心工具的设计制造技术领域。

背景技术

公开号为CN1730898，公开日为2006年2月8日的中国专利文献公开了一种在地质勘探、石油钻井、科学钻探等行业中使用的取心钻进系统，特别是在坚硬岩石、深孔中的取心钻进的井底马达和冲击器驱动的组合式取心钻进系统。该系统包括取心工具和取心钻头，取心工具的下端和取心钻头相连接，还包括井底马达和冲击器，井底马达驱动轴的下端和冲击器的上端连接，冲击器的下端和取心工具的上端连接，井底马达给取心工具及取心钻头提供碎岩扭矩，冲击器给取心工具及取心钻头提供碎岩冲击力。该钻进系统不仅能取心钻进，而且能节约能源、降低钻杆柱的磨损、提高回次取心钻进长度、防止钻孔孔斜。

以上述专利文献为代表的常规取心钻进工具，无论是双筒取心工具，还是特殊的取心工具，由于取心工具是连接在钻具上的，所以，在钻取一段岩心后都要将钻具全部取出，才能取出钻取的岩心，然后再次下入钻具进行下一段岩心的钻取，如果遇到间断取心，还要在两次取心之间下入一次钻头和钻柱；因此传统的取心较为费事费工。目前的常规取心工具的缺点是：

1、起下钻具次数多，因此劳动强度大，非钻时间长，钻头在升降过程中的拧卸、碰撞的机会及扫孔时的磨损较多。井越深，钻具越长，这个缺点越明显。

2、在地层难于控制或取心点不易确定的区域，采用常规取心工具容易漏取岩心

3、夹层取心和连续取心时，大部分时间用于起下钻，取心效率低。

4、岩心暴露时间长，影响岩心质量，特别是在页岩地层取心时，常规页岩取心技术由于起下钻时间长，采用现有常规取心技术页岩气不容易保留，很难获取真实的地质资料。

发明内容

为了克服目前常规取心工具的起下钻次数太多、夹层取心和连续取心效率低、岩心质量较差等不足，本发明提出了一种适用于随钻取心的钻进系统，可以实现不起钻交替实施钻进和取心，节约了时间，提高了效率。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种随钻取心的钻进系统，包括打捞机构和补心机构，其特征在于：所述的打捞机构主要由打捞筒和打捞头构成；所述打捞筒中设置有提环、脱卡筒、套筒、拉杆、捞钩架和捞钩；在提环与套筒之间设置有压帽、推力轴承、止动垫圈和过渡接头、套筒内设置有剪销接头；其中：提环的一端穿过压帽与推力轴承和止动垫圈进行固定，过渡接头和压帽连接，过渡接头和剪销接头连接；剪销接头和套筒连接，捞钩架和拉杆连接；捞钩连接在捞钩架上，在捞钩的端部设置有压缩弹簧，捞钩架的一端有连接螺纹；脱卡筒套在套筒的外面，脱卡筒的一端套在捞钩的尾端；打捞头包括捞矛头和捞矛座，在捞矛头与捞矛座之间设置有弹簧，弹簧设置在弹簧座内，弹簧和弹簧座装在捞矛头内，捞矛头与捞矛座连接固定；所述捞钩与打捞头的捞矛头连接；捞矛座尾端连接所述补心机构的回收管。

所述打捞机构还包括有位于推力轴承和止动垫圈之间的垫片，止动垫圈和垫片经螺母固定。

所述过渡接头和压帽通过螺纹连接，过渡接头和剪销接头通过安全销连接，剪销接头和套筒通过螺纹连接，捞钩架和拉杆通过螺纹连接；捞钩通过弹性圆柱销一连接在捞钩架上，捞矛头与捞矛座由弹性圆柱销二连接固定。

所述的补心机构主要由弹卡机构、补心杆组件和补心钻头构成，所述弹卡机构包括回收管、弹卡钳、弹卡座，弹卡架和挂环接头，弹卡机构是设置在弹卡腔体中的；在弹卡钳上设置有张簧，弹卡架的一端连接在回收管的后端，另一端与挂环接头连接，弹卡钳的尾段固定在弹卡座上，弹卡座固定在回收管上，弹卡座位于弹卡钳和弹卡架之间，捞矛座和回收管之间通过弹性圆柱销三连接。

所述弹卡机构还包括有圆柱销，弹性圆柱销四和弹性圆柱销五，弹性圆柱销四将弹卡钳的尾段固定在弹卡座上，弹卡座经圆柱销固定在回收管上，弹性圆柱销五穿过回收管和弹卡架的椭圆销孔对弹卡架实施定位。

所述补心杆组件主要由上补心杆和下补心杆组成，下补心杆的一端和上补心杆通过螺纹连接，下补心杆的另一端连接补心钻头，补心钻头的端头设置有与绳索取心钻头内腔啮合配合的齿形结构，所述上补心杆的一端连接弹卡机构的挂环接头。

所述上补心杆的一端开有内螺纹，内螺纹与弹卡机构挂环接头的外螺纹连接。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

1、本发明中，由打捞机构和补心机构构成的随钻取心的钻进系统，其打捞机构主要由打捞筒和打捞头构成，捞矛座尾端连接所述补心机构的回收管，这样的结构方式，通过钢丝绳下放取心机构，通过弹卡机构进行锁紧，然后进行取心作业，当需要全面钻进时，通过钢丝绳下放补心机构替换取心机构，从而实现了全面钻进作业。实现了不起钻交替实施钻进和取心，节约了时间，提高了效率。

2、本发明中，打捞机构采用“打捞机构主要由打捞筒和打捞头构成；所述打捞筒中设置有提环、脱卡筒、套筒、拉杆、捞钩架和捞钩；在提环与套筒之间设置有压帽、推力轴承、止动垫圈和过渡接头、套筒内设置有剪销接头；其中：提环的一端穿过压帽与推力轴承和止动垫圈进行固定，过渡接头和压帽连接，过渡接头和剪销接头连接；剪销接头和套筒连接，捞钩架和拉杆连接；捞钩连接在捞钩架上，捞钩架的一端有连接螺纹；脱卡筒套在套筒的外面，脱卡筒的一端套在捞钩的尾端”这样特定的结构形式，采用绳索式上提下放，可以实现不起钻交替实施钻进和取心，节约了时间，提高了效率。

3、本发明中，打捞机构还包括有位于推力轴承和止动垫圈之间的垫片，止动垫圈和垫片经螺母固定，通过增加垫片，能够使提环的与推力轴承和止动垫圈的固定更为牢靠，且止动垫圈所发挥的止动效果更好。

4、本发明中，采用弹性圆柱销这样的特定的连接件来连接各个部件，使本发明具备良好的弹性及抗剪切力。

5、本发明中，采用弹卡机构这样具体的结构形式，能够使弹卡钳对补心机构内部组件进行扶正，并防止补心机构上窜。

6、本发明中，设置的补心杆组件的效果是：下端接有补心钻头，实现了对绳索取心钻头的中空结构进行填补，使其转化成全面钻进钻头；补心杆组件下部的齿形结构与专用绳索取心钻头内腔的齿形结构啮合，实现了扭矩的传递。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1是本发明打捞筒的结构示意图。

图2是本发明实施全面钻进的工具连接示意图。

图3是本发明打捞头的结构示意图。

图4是本发明打捞筒与打捞头的连接示意图。

图5是本发明弹卡机构的结构示意图。

图6是本发明补心杆组件的结构示意图。

图中标记：

1、提环，2、压帽，3、推力轴承，4、垫片，5、止动垫圈，6、螺母，7、过渡接头，8、安全销，9、剪销接头，10、脱卡筒，11、套筒，12、拉杆，13、捞钩架，14、压缩弹簧，15、捞钩，16、弹性圆柱销一，17、上接头18、打捞机构，19、弹卡钳，20、弹卡腔体，21、补心杆组件， 23、捞矛头，24、弹簧，25、弹簧座，26、弹性圆柱销二，27、捞矛座，28、弹性圆柱销三，29、回收管，30、张簧，31、弹性圆柱销四，32、圆柱销，33、弹卡座，34、弹性圆柱销五，35、弹卡架，36、挂环接头，37、补心杆组件，38、上补心杆，39、下补心杆，40、补心钻头，41、打捞头。

具体实施方式

实施例1

作为本发明的一较佳实施方式，参见说明书附图1，附图3和附图4，本发明公开了一种随钻取心的钻进系统，包括打捞机构和补心机构，所述的打捞机构主要由打捞筒和打捞头构成；所述打捞筒中设置有提环、脱卡筒、套筒、拉杆、捞钩架和捞钩；在提环与套筒之间设置有压帽、推力轴承、止动垫圈和过渡接头、套筒内设置有剪销接头；其中：提环的一端穿过压帽与推力轴承和止动垫圈进行固定，过渡接头和压帽连接，过渡接头和剪销接头连接；剪销接头和套筒连接，捞钩架和拉杆连接；捞钩连接在捞钩架上，在捞钩的端部设置有压缩弹簧，捞钩架的一端有连接螺纹；脱卡筒套在套筒的外面，脱卡筒的一端套在捞钩的尾端；打捞头包括捞矛头和捞矛座，在捞矛头与捞矛座之间设置有弹簧，弹簧设置在弹簧座内，弹簧和弹簧座装在捞矛头内，捞矛头与捞矛座连接固定；所述捞钩与打捞头的捞矛头连接；捞矛座尾端连接所述补心机构的回收管。所述打捞机构还包括有位于推力轴承和止动垫圈之间的垫片，止动垫圈和垫片经螺母固定。

所述过渡接头和压帽通过螺纹连接，过渡接头和剪销接头通过安全销连接，剪销接头和套筒通过螺纹连接，捞钩架和拉杆通过螺纹连接；捞钩通过弹性圆柱销一连接在捞钩架上，捞矛头与捞矛座由弹性圆柱销二连接固定。

本例中，所采用的补心机构为本领域技术人员所熟知的现有技术，直接将本例的打捞机构与现有的补心机构结合即可。

实施例2

作为本发明的另一较佳实施方式，参见说明书附图1，附图3，附图4和附图5，所述的补心机构主要由弹卡机构、补心杆组件和补心钻头构成，所述弹卡机构包括回收管、弹卡钳、弹卡座，弹卡架和挂环接头，弹卡机构是设置在弹卡腔体中的；在弹卡钳上设置有张簧，弹卡架的一端连接在回收管的后端，另一端与挂环接头连接，弹卡钳的尾段固定在弹卡座上，弹卡座固定在回收管上，弹卡座位于弹卡钳和弹卡架之间，捞矛座和回收管之间通过弹性圆柱销三连接。所述弹卡机构还包括有圆柱销，弹性圆柱销四和弹性圆柱销五，弹性圆柱销四将弹卡钳的尾段固定在弹卡座上，弹卡座经圆柱销固定在回收管上，弹性圆柱销五穿过回收管和弹卡架的椭圆销孔对弹卡架实施定位。其余结构同实施例1。

实施例3

一、作为本发明的最佳实施方式，其结构组成为：

参照说明书附图1-6，其包括打捞机构、弹卡机构、补心杆组件和补心钻头。

1. 打捞机构：

打捞机构包括打捞筒和打捞头41，打捞筒中设置有提环1、脱卡筒10、套筒11、拉杆12、捞钩架13和捞钩15；在提环1与套筒11之间设置有压帽2、推力轴承3、垫片4、止动垫圈5、过渡接头7、安全销8和剪销接头9，止动垫圈5由螺母6固定，在捞钩15与捞钩架13之间设置有弹性圆柱销一16；

其连接方式如下：提环1的下端穿过压帽2的内孔后，通过提环1的上台阶面和下端的推力轴承3、止动垫圈5进行固定；过渡接头7和压帽2通过螺纹连接；过渡接头7和剪销接头9通过安全销8连接；剪销接头9和套筒11通过螺纹连接，捞钩架13和拉杆12通过螺纹连接；捞钩15通过弹性圆柱销一16连接在捞钩架13上，捞钩架13的上端有连接螺纹；此机构实施打捞时，上端提环1与钢丝绳连接，下端打捞筒的捞钩15与打捞头组中的捞矛头23连接；工具下放到井底工作需要脱卡时，从地面向井下丢下脱卡筒10，由于脱卡筒10的外径大于套筒10的外径，因此，在重力作用下，脱卡筒10会下滑，并套在捞钩15的尾端，压缩弹簧14使捞钩15的前端张开，直至下端压开捞钩实现脱钩的目的。

打捞头41包括捞矛头23和捞矛座27，在捞矛头23与捞矛座27之间设置有弹簧24，弹簧24设置在弹簧座25内；捞矛头23与捞矛座27由弹性圆柱销二26连接固定，在捞矛座27尾端的销孔中设置有弹性圆柱销三28，用于连接捞矛座27和回收管29；

其连接方式如下：弹簧24装于弹簧座25内，弹簧24和弹簧座25共同装在捞矛头23内，捞矛头23和捞矛座27通过弹性圆柱销二26连接。

打捞机构的打捞筒和打捞头主要是在更换随钻取心工具和全面钻进的补心钻头时实现两种工具组件的上提和下放。

2. 弹卡机构：

所述弹卡机构包括：回收管29、弹卡钳19和弹卡座33、弹卡架35、挂环接头36，圆柱销32，弹性圆柱销四31和34，弹卡机构是设置在弹卡腔体20中的；在弹卡钳19之间设置有张簧30，弹卡架35的一端连接在回收管29的后端，另一端与挂环接头36连接，弹性圆柱销四31连接固定弹卡钳19的尾端，弹性圆柱销五34穿过回收管29和弹卡架35的椭圆销孔对弹卡架35实施定位；

其连接方式如下：回收管29、弹卡钳19以及弹卡座33通过弹性圆柱销四31连接在弹卡架35上；挂环接头36和弹卡架35通过螺纹连接；弹卡机构设置在弹卡腔体20中，上端回收管29通过销钉与打捞机构的捞矛座27连接，下端通过螺纹与补心杆组件连，接弹卡机构的作用在于对补心组件进行扶正，并防止其上窜。

3.补心杆组件：

所述补心机构包括补心杆组件37和补心钻头40，补心杆组件37由上补心杆38和下补心杆39组成，上补心杆38和下补心杆39中间通过螺纹连接，在补心杆组件37的下补心杆39的最前端是由螺纹连接的补心钻头40，补心钻头40前端的齿形结构与专用绳索取心钻头内腔的齿形结构啮合，可以实现扭矩的传递；补心杆组件37的上补心杆38的下端连接下补心杆39，上补心杆38的内螺纹与弹卡机构的挂环接头36的外螺纹连接。

二、本发明的安装连接顺序如下：

首先在地面将所述的打捞机构、弹卡机构和补心杆组件组装好。

1.打捞机构的组装顺序，打捞机构包括打捞筒和打捞头：

打捞筒的安装和连接如下：首先按图装好提环1、压帽2、推力轴承3和止动垫圈5；接着把拉杆12放入套筒11的下端，依次通过螺纹连接把压帽2、过渡接头7、套筒11连接上；再把捞钩15通过弹性圆柱销一16和弹簧14装入捞钩架13中，最后把捞钩架13与拉杆12通过螺纹连接；当钻具到达井底后，才从地面丢下脱卡筒10，在重力作用下，压开捞钩15；

打捞头组的安装如下：首先，将弹簧24装入弹簧座25，再将二者一起装入捞矛头23内，用弹性圆柱销二26把捞矛头23和捞矛座27连接。

2.弹卡机构的组装顺序：用圆柱销32把弹卡座33与弹卡架35连接，用弹性圆柱销四31把两片弹卡钳19与弹卡架35连接，两片弹卡钳19分别连接在张簧30的两端，再用弹性圆柱销五34把回收管29与弹卡架35连接；

3.补心杆组件的组装顺序：由上补心杆38和下补心杆39组成，上补心杆38和下补心杆39之间通过螺纹连接，在下补心杆39的最前端连接补心钻头40；

全面钻进时，补心机构上端通过螺纹与弹卡机构的弹卡架35连接，下端连接的补心钻头40的齿形结构与随钻专用取心钻头内腔的齿形结构啮合。

三、本发明的工作原理如下：

本发明的工作流程包括取心作业和钻进作业两个流程。

取心作业流程：当实施取心作业时，取心工具在钻具内部的组件从上到下依次连接打捞机构、弹卡机构、旋转总成以及取心机构，旋转总成可以用现有的旋转机构，在钻进时不需连接旋转总成。先将连接好的取心工具连接在打捞工具的下端，再用钢丝绳下入到钻具内，到达井底后，再将脱卡筒10从井上丢下，由于脱卡筒10的外径大于套筒10的外径，因此，在重力作用下，脱卡筒10会下滑，并套在捞钩15的尾端，压缩弹簧14使捞钩15的前端张开，直至下端压开捞钩实现脱钩的目的，并将打捞机构提出地面。

钻进作业流程：当需要全面钻进时，通过钢丝绳下放打捞机构，打捞机构到达井底后，捞钩15在弹簧14的作用下卡在打捞头的捞矛头23上，然后上提钢丝绳，取出实施取心作业时的取心组件，然后把弹卡机构以下的旋转总成和取心工具取下，然后将补心杆组件与弹卡架35通过螺纹连接，再将重新连接好的工具下放入井中，由于补心杆组合件的下补心杆39的下端连接有补心钻头40，而补心钻头40的齿形结构与随钻专用取心钻头内腔的齿形结构是啮合的，能够实现扭矩的传递，所以可以实现对专用绳索取心钻头的中空结构进行填补，由取心转化成全面钻进钻头；此时弹卡钳19的作用是抵住弹卡腔体20的下端面，可以防止内部组件上窜；

当再次需要实施取心作业时，用钢丝绳将打捞机构下入井内，将全面钻进机构捞出地面，再次依次连接打捞机构、弹卡机构、旋转总成以及取心机构，再将连接好的取心工具用钢丝绳下入到钻具内，到达井底后，再将脱卡筒10从井上丢下，在重力作用下，脱卡筒10下滑并套在捞钩15的尾端，压缩弹簧14使捞钩15的前端张开，直至下端压开捞钩实现脱钩的目的，并将打捞机构提出地面，然后再次开转盘，加钻压，进行取心钻进直至所需取心进尺，并以此循环实现不起钻进行多次取心与钻进的交替作业。

Claims (7)

1.一种随钻取心的钻进系统，包括打捞机构和补心机构，其特征在于：所述的打捞机构主要由打捞筒和打捞头构成；所述打捞筒中设置有提环（1）、脱卡筒（10）、套筒（11）、拉杆（12）、捞钩架（13）和捞钩；在提环（1）与套筒（11）之间设置有压帽（2）、推力轴承（3）、止动垫圈（5）和过渡接头（7）、套筒（11）内设置有剪销接头（9）；其中：提环（1）的一端穿过压帽（2）与推力轴承（3）和止动垫圈（5）进行固定，过渡接头（7）和压帽（2）连接，过渡接头（7）和剪销接头（9）连接；剪销接头（9）和套筒（11）连接，捞钩架（13）和拉杆（12）连接；捞钩连接在捞钩架（13）上，在捞钩的端部设置有压缩弹簧（14），捞钩架（13）的一端有连接螺纹；脱卡筒（10）套在套筒（11）的外面，脱卡筒（10）的一端套在捞钩的尾端；打捞头包括捞矛头（23）和捞矛座（27），在捞矛头（23）与捞矛座（27）之间设置有弹簧，弹簧设置在弹簧座内，弹簧和弹簧座装在捞矛头（23）内，捞矛头（23）与捞矛座（27）连接固定；所述捞钩与打捞头的捞矛头（23）连接；捞矛座（27）尾端连接所述补心机构的回收管（29）。

2.根据权利要求1所述的一种随钻取心的钻进系统，其特征在于：所述打捞机构还包括有位于推力轴承（3）和止动垫圈（5）之间的垫片（4），止动垫圈（5）和垫片（4）经螺母（6）固定。

3.根据权利要求1或2所述的一种随钻取心的钻进系统，其特征在于：所述捞钩通过弹性圆柱销一（16）连接在捞钩架（13）上，捞矛头（23）与捞矛座（27）由弹性圆柱销二（26）连接固定。

4.根据权利要求1所述的一种随钻取心的钻进系统，其特征在于：所述的补心机构主要由弹卡机构、补心杆组件（37）和补心钻头（40）构成，所述弹卡机构包括回收管（29）、弹卡钳、弹卡座（33），弹卡架（35）和挂环接头（36），弹卡机构是设置在弹卡腔体中的；在弹卡钳上设置有张簧（30），弹卡架（35）的一端连接在回收管（29）的后端，另一端与挂环接头（36）连接，弹卡钳的尾段固定在弹卡座（33）上，弹卡座（33）固定在回收管（29）上，弹卡座（33）位于弹卡钳和弹卡架（35）之间，捞矛座和回收管（29）之间通过弹性圆柱销三（28）连接。

5.根据权利要求4所述的一种随钻取心的钻进系统，其特征在于：所述弹卡机构还包括有圆柱销，弹性圆柱销四（31）和弹性圆柱销五（34），弹性圆柱销四（31）将弹卡钳的尾段固定在弹卡座（33）上，弹卡座（33）经圆柱销固定在回收管（29）上，弹性圆柱销五（34）穿过回收管（29）和弹卡架（35）的椭圆销孔对弹卡架（35）实施定位。

6.根据权利要求4或5所述的一种随钻取心的钻进系统，其特征在于：所述补心杆组件（37）主要由上补心杆（38）和下补心杆（39）组成，下补心杆（39）的一端和上补心杆（38）通过螺纹连接，下补心杆（39）的另一端连接补心钻头（40），补心钻头（40）的端头设置有与绳索取心钻头内腔啮合配合的齿形结构，所述上补心杆（38）的一端连接弹卡机构的挂环接头（36）。

7.根据权利要求6所述的一种随钻取心的钻进系统，其特征在于：所述上补心杆（38）的一端开有内螺纹，内螺纹与弹卡机构挂环接头（36）的外螺纹连接。