CN105181381A - 保真取样器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保真取样器。该装置包括钻杆、岩心管、保真舱，岩心管、保真舱分别设置于钻杆内部，岩心管顶部设有第一半球阀与第一水孔，底部依次设置卡簧挡圈、卡簧和卡簧座；保真舱包括舱体、舱顶和下舱盖总成，舱顶和下舱盖总成分别设置于舱体的顶部与底部，用于对保真舱进行密封，舱顶设有第二水孔、第二半球阀和弹卡，钻杆内壁上设有弹卡室，下舱盖总成包括扭簧、底部舱盖、第二锁扣组、密封圈和密封圈脱离装置。本发明不仅能在钻进完毕尚未提钻前对普通的岩心管进行保压保温密封，得到令研究人员满意的原状样品，而且通过绳索取心工艺免去了重复的提下钻工程，减轻了劳动强度。

Description

保真取样器

技术领域

本发明涉及海洋勘探领域，特别是一种保真取样器。

背景技术

近些年来，随着海洋开发的升温，海洋地质勘探活动日益频繁。相对于地球物理，原位静力触探等手段，钻探取样是唯一的直观勘探手段。以最常见的海上工程地质钻探为例，常规的技术工艺是在海上平台或者工作船上架设钻机，通过下钻-转进-提钻3个步骤完成一个取样回次，限于开放性的岩心管(取样管)，在需要保压保温样品，例如海底浅层气勘探、沉积物生物取样时，样品中的气体和温度会在提钻过程中散失，无法得到令研究人员满意的原状样品。

现有的保真取样器，如中国专利公告号CN2903961Y，名为“煤田钻探瓦斯保真取样器”的实用新型专利，其公开了由弹卡接头、外弹卡室、打捞机构、弹性销、外回收管、外弹卡定位机构、外弹卡架、中连管、内弹卡架、内回收管、内弹卡定位机构、内连轴，其改进在于内连轴通过销轴与待测汽阀的样品容纳室连接，样品容纳室下端与带球阀通道的球阀连接，球阀与带内进入口和内密封套通道的内密封套连接，中连管与内弹卡室连接，内弹卡室通过座环与中间测压采样接头连接，悬挂环坐在座环上端，带测口和槽口的中间测压采样接头与外密封套连接，外密封套与引导接头连接，引导接头下端开有外进入口组成。

虽然上述实用新型专利可以实现保真取样的目的，但是依然具有一定的缺陷，如结构较为复杂，成本高；密封的可靠性不能得到保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、能够提高样品原状性、减轻劳动强度的保真取样器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

保真取样器，包括钻杆、岩心管、保真舱，岩心管、保真舱分别设置于钻杆内部，岩心管顶部设有第一半球阀与第一水孔，底部依次设置卡簧挡圈、卡簧和卡簧座；保真舱包括舱体、舱顶和下舱盖总成，舱顶和下舱盖总成分别设置于舱体的顶部与底部，用于对保真舱进行密封，舱顶设有第二水孔、第二半球阀和弹卡，钻杆内壁上设有弹卡室，下舱盖总成包括扭簧、底部舱盖、第二锁扣组、密封圈和密封圈脱离装置。

首先，本发明通过设置保真舱，不仅能在钻进完毕尚未提钻前对普通的岩心管进行保压保温密封，从而得到令研究人员满意的原状样品，而且本发明通过绳索取心工艺免去了重复的提下钻工程，减轻了劳动强度；另一方面，取样器主体结构简单，成本较低，通用性强。

作为优选，钻杆设有扶正环、钻头；钻杆与岩心管之间设有套筒。其优点在于，扶正环对保真舱舱体起扶正作用；套筒用于在钻进过程中对岩心管与钻杆之间的缝隙进行填充稳定，从而保证钻进和取样的顺利进行。

作为优选，岩心管通过刚性杆于保真舱内外上下活动。其优点在于，刚性杆可通过保真舱舱顶的第二水孔连接岩心管，从而带动岩心管的下放与上提，而保真舱的舱顶和刚性杆的打捞矛头则对岩心管上下活动的范围进行限制。

作为优选，钻进完毕后，岩心管被提入保真舱中。其优点在于，当岩心管被提入保真舱后，下舱盖总成对保真舱底部进行密封，舱顶与岩心管顶部在刚性杆的上提作用力和重力作用下对保真舱顶部进行密封，从而得到保压保温密封的样品。

作为优选，岩心管顶部通过第一半球阀、第二半球阀与保真舱舱顶密封连接。其优点在于，待岩心管在保真舱内到位后，两对半球阀组刚好也顶住了水孔，此时保真舱、岩心管与刚性杆呈一整体被吊在钻杆内，无论上提与下放，半球阀组始终会在刚性杆上提力与重力的作用下紧紧顶在一起起到密封作用。

作为优选，密封圈脱离装置与密封圈连接，密封圈与底部舱盖连接，底部舱盖通过扭簧、锁扣、密封圈与保真舱底部密封连接。其优点在于，通过扭簧的作用力可使在岩心管在保真舱内到位后将底部舱盖闭合，从而可以自动地进行密封；而且设有密封圈、锁扣，使得密封效果更好。

作为优选，保真舱舱体底部还设有凸起，即保真舱底部开口突出于舱体。其优点在于，能在不影响密封效果的同时对舱体增大外径设置隔层，获得更好的保温效果。

作为优选，密封圈使用压缩系数大于底部舱盖的材料，能实现上提后对保真舱底部开口的膨胀密封。其优点在于，能够得到更好的密封效果，从而使得样品的保真程度更高。

作为优选，还包括打捞矛头，打捞矛头上设有第一锁扣，打捞矛头通过刚性杆与岩心管连接。其优点在于，锁扣安装于打捞矛头上，用于锁住下放来的绳索打捞装置。

作为优选，还设有到位报信装置。其优点在于，岩心管进入套筒接钻头后，到位报信装置发出到位信号。

本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：

1、由于本发明在普通取样器的基础上增设保真舱，并且保真舱可在岩心管上提到其内部时进行密封，从而可以方便地得到保温、保压的原状样品，而且操作简单，成本较低。

2、由于本发明采用扭簧的结构使得岩心管在进入保真舱后，下舱盖可以自动闭合并通过锁扣、密封圈进行密封；而岩心管和保真舱的顶部通过两个半球阀及上提力和重力的作用下实现密封，因此操作简单，无需通过额外的人力介入以实现密封。

3、由于本发明设有钻杆、保真舱、岩心管，因此结构强度较大，及时在海底高压、恶劣的环境下依然能够顺利工作，因此可靠性高，实用性好。

4、由于本发明结构简单，只要稍加改装就可运用于陆地钻探，通用性较强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的分解结构示意图。

图2为本发明实施例1在钻进时的结构示意图。

图3为本发明实施例1的岩心管进入保真舱后的结构示意图。

标号说明：

1、打捞矛头2、刚性杆3、第一半球阀

4、第二半球阀5、钻杆6、岩心管

7、套筒8、卡簧挡圈9、卡簧

10、卡簧座11、钻头12、弹卡室

13、弹卡14、第一水孔15、第二水孔

16、扶正环17、扭簧18、底部舱盖

19、密封圈20、凸起21、第二锁扣

22、第一锁扣23、密封圈脱离装置24、样品

25、保真舱

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1：

由于常见的钻探绳索取芯设备只有岩心管6，因此它有个缺陷就是无法保真(保压，保温)取样，譬如在进行海底浅层天然气钻探作业中，原本沉积物样品24中的气体会在岩心管6中发生大量逸散，等在海面封装完毕时，样品24中的气体已经所剩无多了，所以这个缺陷对于海底含气地层取样，海底微生物取样等需要较好原状样品24的科学研究来说是无法忽视的。

本发明主要针对海底沉积物钻探特点，能够在钻探完毕后直接在原环境下对样品24进行保压保温密封，尽可能地减少对原状样的破坏，同时结构尽可能地简单可靠以适应恶劣的井下环境。

如图1至3所示，本实施例主要包括钻杆5、岩心管6、保真舱25、刚性杆2和打捞矛头1，岩心管6、保真舱25分别设置在钻杆5内部，岩心管6的孔径比保真舱25小，因此，其可以被提入保真舱25内。

钻杆5设有扶正环16、钻头11，扶正环16对保真舱25的舱体起扶正作用。钻杆5与岩心管6之间设有用于填充稳定的套筒7，套筒7在本实施例中的作用为：a.缩小孔径以稳定直径较小的岩心管6；b.靠自身重量压制多余的土样进入岩心管6与钻杆5的空隙中；c.在岩心管6下放时起导向作用。钻杆5内壁上还设有弹卡室12。

岩心管6顶部设有第一半球阀3和第一水孔14，底部依次设有卡簧挡圈8、卡簧9和卡簧座10。岩心管6顶部通过第一半球阀3、第二半球阀4与保真舱25舱顶密封连接。

保真舱25包括舱体、舱顶和下舱盖总成，舱顶设有第二水孔15、第二半球阀4和弹卡13，当保真舱25下放时候弹卡13刚好能弹出挂在弹卡室12中，上提时弹卡13能顺着槽壁收回。下舱盖总成包括扭簧17、底部舱盖18、第二锁扣21、密封圈19和密封圈脱离装置23，舱顶设置于舱体的顶部，下舱盖总成设置于舱体的底部，舱顶和下舱盖总成用于对保真舱25进行密封。密封圈脱离装置23与密封圈19连接，密封圈19与底部舱盖18连接，底部舱盖18通过扭簧17、第二锁扣21、密封圈19与保真舱25底部密封连接。密封圈19使用压缩系数大于底部舱盖18的材料，能实现上提后对保真舱25底部开口的膨胀密封。保真舱舱体底部还设有凸起，即保真舱底部开口突出于舱体。

刚性杆2主要用于设备的上提与下放。岩心管6通过刚性杆2于保真舱25内外上下活动，钻进完毕后，岩心管6被提入保真舱25中。具体地，保真舱25通过舱顶的第二水孔15限制刚性杆2的活动范围来连接岩心管6，岩心管6下放到底时刚性杆2的打捞矛头1刚刚被保真舱25顶部顶住，吊住了岩心管6，上提时刚性杆2拉动岩心管6进入保真舱25，到位后两组半球阀刚好到位顶住第一水孔14和第二水孔15，起到密封作用。

打捞矛头1上设有第一锁扣22，打捞矛头1通过刚性杆2与岩心管6连接。

本实施例的工作过程如下：

在钻进即将进入目标地层时，提钻收回孔内原有的钻具，底部换成绳索取心配套钻具，然后投放套筒7入内。套筒7到位后，如图1所示，放入取样管组：打捞矛头1锁定保真舱25顶部位置，岩心管6伸出并将底部舱盖18撑开，底部舱盖18密封圈19涂胶。岩心管6下放到位后保真舱25顶部弹卡13进入弹卡室12，岩心管6进入套筒7接钻头11，下钻后钻具组合顶部钻杆5到位，泥浆泵量中等，此时部分泥浆通过水孔正循环并对岩心管6顶部保持压力。

钻进开始后，原状样通过岩心管6底部的卡簧9进入岩心管6，钻进停止后，移开钻杆5下放打捞具，打捞具到位顶开第一锁扣22后套住打捞矛头1并提升，此时卡簧9或岩心卡断器卡断样品24，卡簧9可单向性兜住样品24使其保持在岩心管6内。岩心管6在进入保真舱25后，保真舱25底部舱盖18也因为失去岩心管6的支撑力而在扭簧17的作用下逐渐关闭底部舱盖18，同时保真舱25顶部和岩心管6顶部的第一半球阀3和第二半球阀4也在上提力和重力作用下分别顶住了顶部的第一水孔14、第二水孔15的通道，此时在舱体底部的密封圈19、半球阀组合和密封圈19涂胶的三重作用下整个取样器进入密封状态，而保真舱25的内壁与外壁间的隔层也起到了保温作用。

取样器吊至海面后，应立即在垂直悬吊状态下胶封保真舱25顶部半球阀组合和底部舱盖18，然后松开刚性杆2与岩心管6顶部半球的螺纹，平放进入岩心箱按照国家规范进行保存，另取下一个保真取样组合投放入孔内。保真舱25底部舱盖18可与密封圈19分离，便于在实验室进行剖样。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，其唯一不同之处在于：密封圈19使用压缩系数大于底部舱盖18的材料，能实现上提后对保真舱25底部开口的膨胀密封。

在本实施例中，底部的密封圈19使用压缩系数大于底部舱盖18的材料，从而当底部舱盖18在扭簧17的作用下逐渐关闭时，实现对保真舱25底部开口的膨胀密封。

实施例3：

本实施例与实施例1或2基本相同，其唯一不同之处在于：还设有到位报信装置。

到位报信装置的主要作用在于:当岩心管6下放到位后保真舱25顶部弹卡13进入弹卡室12，岩心管6进入套筒7接钻头11，到位报信装置发出到位信号。

本发明通过在传统的开放岩心管6外增加一个保真舱25，在下钻和钻进阶段，保真舱25通过弹卡13悬吊于岩心管6上方并通过刚性杆2相连，岩心管6下部通过套筒7放置于钻头11上方，岩心管6上部通过卡住保真舱25的底部舱盖18保持进入保真舱25的通道。在钻进完毕后，由井口投放打捞矛头1连接刚性杆2，通过井口绞车上提将岩心管6拉入保真舱25中，此时保真舱25底部舱盖18失去岩心管6的支撑力而在扭簧17作用下盖住保真舱25底端开口完成密封，而岩心管6和保真舱25上部的半球阀组合在刚性杆2的上提作用力和重力作用下也实现对保真舱25的密封，待将整个保真取样器提出井口后立即进行胶封，然后脱离打捞矛头1装箱，实现了对样品24的保真密封。此时无须再进行提钻，只须向井口再投入一套空的保真取样器即可，大大减轻了劳动强度和时间。

综上所述，本发明不仅能在钻进完毕尚未提钻前就对样品24进行密封，提高了样品24的原状性，而且通过绳索取心工艺免去了重复的提下钻工程，减轻了劳动强度，而且本发明主体结构简单并可使用PVC材料，成本低廉，此外稍加改装就可运用于陆地钻探，通用性较强。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种保真取样器，其特征是：包括钻杆、岩心管、保真舱，所述岩心管、保真舱分别设置于钻杆内部，所述的岩心管顶部设有第一半球阀与第一水孔，底部依次设置卡簧挡圈、卡簧和卡簧座；所述的保真舱包括舱体、舱顶和下舱盖总成，所述舱顶和下舱盖总成分别设置于舱体的顶部与底部，用于对保真舱进行密封，所述的舱顶设有第二水孔、第二半球阀和弹卡，所述钻杆内壁上设有弹卡室，所述下舱盖总成包括扭簧、底部舱盖、第二锁扣、密封圈和密封圈脱离装置。

2.根据权利要求1所述的保真取样器，其特征是：所述的钻杆设有扶正环、钻头；钻杆与岩心管之间设有套筒。

3.根据权利要求1所述的保真取样器，其特征是：所述的岩心管通过刚性杆于保真舱内外上下活动。

4.根据权利要求3所述的保真取样器，其特征是：钻进完毕后，所述的岩心管被提入保真舱中。

5.根据权利要求4所述的保真取样器，其特征是：所述的岩心管顶部通过第一半球阀、第二半球阀与保真舱舱顶密封连接。

6.根据权利要求1所述的保真取样器，其特征是：所述的密封圈脱离装置与密封圈连接，密封圈与底部舱盖连接，底部舱盖通过扭簧、第二锁扣、密封圈与保真舱底部密封连接。

7.根据权利要求6所述的保真取样器，其特征是：所述的保真舱舱体底部还设有凸起。

8.根据权利要求1所述的保真取样器，其特征是：所述的密封圈使用压缩系数大于底部舱盖的材料，能实现上提后对保真舱底部开口的膨胀密封。

9.根据权利要求1所述的保真取样器，其特征是：还包括打捞矛头，所述打捞矛头上设有第一锁扣，打捞矛头通过刚性杆与岩心管连接。

10.根据权利要求1所述的保真取样器，其特征是：还设有到位报信装置。