CN105569594A - 一种页岩气及岩心保压密封取样器 - Google Patents

一种页岩气及岩心保压密封取样器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种页岩气及岩心保压密封取样器，是由打捞机构、弹卡定位机构、悬挂单动机构、到位报信机构、上端密封机构、岩心管、岩心卡断机构和下端密封机构组成，打捞机构、弹卡定位机构、悬挂单动机构、到位报信机构、上端密封机构、岩心管、岩心卡断机构和下端密封机构依次设置在一起；从钻进前投入井内到取出岩心过程中，依次经历以下过程：到位、报信、上端密封、卡断岩心、下端密封和打捞。本发明成本低，具有密封功能，便于操作，成功率高，同时能把岩心管内原先存在的气体排出，减少对页岩气成分的干扰，采用绳索取心的方式，取样器投放过程中，岩心管内有钻井液流动的通道，到位后能报警，可加快投放过程。

Description

一种页岩气及岩心保压密封取样器
技术领域
本发明涉及页岩气勘探密闭取样技术领域，特别涉及一种页岩气及岩心保压密封取样器。
背景技术
页岩气是一种非常规天然气，它赋存于以富有有机质页岩为主的储集岩系中，储层评价、探勘阶段是评估页岩气选区开发潜力的重要手段，而取得原状样的孔底岩心是勘探阶段的重点，对生油气层性质、油气开发具有指导作用。常规取心技术会让岩心在提取过程中和流动的钻井液接触，使得岩心中游离气的成分、含量发生改变，而采用密闭取心、保压密闭取心技术可以尽量保持孔底岩心赋存的状态，保持岩心提取过程中环境的相对稳定，更可能接近岩心在孔底时的状态。
密闭取心时，一般采用的是密封液，成本相对较高，而且岩心容易受到流动的钻井液的侵蚀，从而造成污染；保压密闭取心则更多的是依靠球阀完成密封，可靠性有所提升，但是整套机构复杂，有多处易损件容易造成密封失效，成功率依然不高，现有密闭取心和保压密闭取心技术多采用提钻取心，使得回次钻进效率很低，而且容易造成孔内事故。
发明内容
本发明的目的是要解决上述现有密闭取心和保压密闭取心技术多采用提钻取心，使得回次钻进效率很低，而且容易造成孔内事故，密闭取心时，成本较高，岩心容易侵蚀，从而造成污染；保压密闭取心整套机构复杂，容易造成密封失效，成功率低等问题，而提供一种页岩气及岩心保压密封取样器。
本发明是由打捞机构、弹卡定位机构、悬挂单动机构、到位报信机构、上端密封机构、岩心管、岩心卡断机构和下端密封机构组成，打捞机构、弹卡定位机构、悬挂单动机构、到位报信机构依次螺纹连接在一起，上端密封机构、岩心管、岩心卡断机构和下端密封机构依次螺纹连接在一起，到位报信机构设置在上端密封机构上端；
打捞机构包括捞矛头、回收管帽、第一弹性圆柱销、复位弹簧、捞矛座和回收管，捞矛头和捞矛座通过第一弹性圆柱销铰接设置，第一弹性圆柱销穿过回收管帽，回收管帽下端和回收管上端螺纹连接在一起，捞矛座设置在回收管帽内，复位弹簧和捞矛座设置在回收管内，复位弹簧设置在回收管帽与捞矛座之间；
弹卡定位机构包括第二弹性圆柱销、回收管、第一弹卡涨簧、第一弹卡钳、弹卡座、弹卡架、第三弹性圆柱销和第四弹性圆柱销，第一弹卡涨簧设置在第一弹卡钳上端，并撑开第一弹卡钳，第一弹卡钳、弹卡座和弹卡架之间依次通过第三弹性圆柱销设置连接，第一弹卡钳、弹卡座和弹卡架设置在回收管内，弹卡架上端与回收管下端间隙配合，弹卡架和回收管通过第二弹性圆柱销铰接设置在一起，弹卡座和弹卡架通过第四弹性圆柱销铰接设置在一起；
悬挂单动机构包括异径接头、悬挂环、限位接头，止推轴承和报信单动部件，异径接头上端与弹卡架下端螺纹连接在一起，悬挂环上端与异径接头下端螺纹连接在一起，限位接头设置在异径接头和悬挂环内，止推轴承设置在悬挂环上，并套在报信单动部件，报信单动部件上端螺纹连接在限位接头上，报信单动部件穿过止推轴承和悬挂环的中心通道内；
报信机构包括报信密封阀芯、报信单动部件、报信弹簧和岩心管上接头，岩心管上接头上端与报信单动部件下端螺纹连接在一起，报信密封阀芯和报信弹簧设置在报信单动部件中心，报信单动部件内具有小弹卡室，报信密封阀芯设置在报信弹簧上端；
上端密封机构包括到位报信机构、第二弹卡涨簧、第二弹卡钳、定位销、O型密封圈和岩心管上接头，第二弹卡涨簧、第二弹卡钳、定位销、O型密封圈分别设置在报信单动部件内，第二弹卡涨簧设置在第二弹卡钳上端，第二弹卡涨簧撑开第二弹卡钳，第二弹卡钳和报信密封阀芯通过定位销铰接设置在一起，O型密封圈设置在报信密封阀芯内；
岩心管包括岩心管上接头、岩心管主体和岩心管下接头，岩心管上接头和岩心管下接头分别螺纹连接在岩心管主体上下两端；
岩心卡断机构包括岩心管主体、岩心管下接头和卡簧，卡簧在岩心管主体和岩心管下接头的螺纹连接处；
下端密封机构包括岩心管下接头、密封曲板、铰接头和第三涨簧，密封曲板和第三涨簧通过铰接头铰接在岩心管下接头内，密封曲板铰接在铰接头上。
本发明的工作原理和过程：
1、钻进新的回次前向钻杆内投入完整的取样器，然后开泥浆泵施加泵压，取样器在下落过程中，岩心管内的流体从经过到位报信机构和上端密封机构留有的钻井液流动通道溢流而出，排出密闭装置内气体；
2、取样器到达孔底后，悬挂环落在承座环上，封堵住了泥浆下行的通道，钻杆内取样器上端钻井液压力逐渐增大，报信密封阀芯在压力差的作用下克服报信弹簧阻力并向下行走，打开钻井液流动通道，使得瞬间井内压力降低、泥浆泵示数变小，从而完成到位报信工作；
3、报信密封阀芯完成报信的同时，已经借助O型密封圈堵住了钻井液与岩心管上接头流通的通道，弹卡钳受弹卡室限制，无法上行，O型密封圈始终与岩心管上接头接触，完成了对取样器上端的密封工作；
4、在钻进过程中，悬挂环、止推轴承、限位接头构成了单动系统，可以使异径接头和悬挂环及以上部分随钻杆回转，而内管其余部分则随岩心不动；
5、进行取心时，卡簧将岩心卡断，然后继续将钻杆提离孔底20cm左右以留给下端密封曲板足够空间在自重和第三涨簧力作用下的密封运动，之后用绳索将内管打捞出孔底，此时钻杆内泵压降低，由于内管内有一定压力，使得下端密封曲板牢牢密封住，取样器在孔底完成取心，进入绳索取心打捞工作。
本发明的有益效果：
本发明结构简单，安装、拆卸方便，成本相对较低，经常更换的只有岩心管上端的密封圈，密封功能的实现便于操作，成功率高，同时能把岩心管内原先存在的气体排出，减少对页岩气成分的干扰，采用绳索取心的方式，取样器投放过程中，岩心管内有钻井液流动的通道，到位后通过报信机构通知操作人员，可加快投放过程，提高工作效率。
附图说明
图1是本发明上半部分的结构剖视图。
图2是本发明下半部分的结构剖视图。
图3是本发明的结构剖视图。
具体实施方式
请参阅图1、图2和图3所示，本发明是由打捞机构1、弹卡定位机构2、悬挂单动机构3、到位报信机构4、上端密封机构5、岩心管6、岩心卡断机构7和下端密封机构8组成，打捞机构1、弹卡定位机构2、悬挂单动机构3、到位报信机构4依次螺纹连接在一起，上端密封机构5、岩心管6、岩心卡断机构7和下端密封机构8依次螺纹连接在一起，到位报信机构4设置在上端密封机构5上端；
打捞机构1包括捞矛头11、回收管帽12、第一弹性圆柱销13、复位弹簧14、捞矛座15和回收管16，捞矛头11和捞矛座15通过第一弹性圆柱销13铰接设置，第一弹性圆柱销13穿过回收管帽12，回收管帽12下端和回收管16上端螺纹连接在一起，捞矛座15设置在回收管帽12内，复位弹簧14和捞矛座15设置在回收管16内，复位弹簧14设置在回收管帽12与捞矛座15之间；
弹卡定位机构2包括第二弹性圆柱销21、回收管16、第一弹卡涨簧22、第一弹卡钳23、弹卡座24、弹卡架25、第三弹性圆柱销27和第四弹性圆柱销28，第一弹卡涨簧22设置在第一弹卡钳23上端，并撑开第一弹卡钳23，第一弹卡钳23、弹卡座24和弹卡架25之间依次通过第三弹性圆柱销27设置连接，第一弹卡钳23、弹卡座24和弹卡架25设置在回收管16内，弹卡架25上端与回收管16下端间隙配合，弹卡架25和回收管16通过第第二弹性圆柱销21铰接设置在一起，弹卡座24和弹卡架25通过第四弹性圆柱销28铰接设置在一起；
悬挂单动机构3包括异径接头31、悬挂环32、限位接头33，止推轴承34和报信单动部件36，异径接头31上端与弹卡架25下端螺纹连接在一起，悬挂环32上端与异径接头31下端螺纹连接在一起，限位接头33设置在异径接头31和悬挂环32内，止推轴承34设置在悬挂环32上，并套在报信单动部件36，报信单动部件36上端螺纹连接在限位接头33上，报信单动部件36穿过止推轴承34和悬挂环32的中心通道内；
报信机构4包括报信密封阀芯41、报信单动部件36、报信弹簧42和岩心管上接头43，岩心管上接头43上端与报信单动部件36下端螺纹连接在一起，报信密封阀芯41和报信弹簧42设置在报信单动部件36中心，报信单动部件36内具有小弹卡室，报信密封阀芯41设置在报信弹簧42上端；
上端密封机构5包括到位报信机构36、第二弹卡涨簧51、第二弹卡钳52、定位销53、O型密封圈54和岩心管上接头43，第二弹卡涨簧51、第二弹卡钳52、定位销53、O型密封圈54分别设置在报信单动部件36内，第二弹卡涨簧51设置在第二弹卡钳52上端，第二弹卡涨簧51撑开第二弹卡钳52，第二弹卡钳52和报信密封阀芯36通过定位销53铰接设置在一起，O型密封圈54设置在报信密封阀芯41内；
岩心管6包括岩心管上接头43、岩心管主体61和岩心管下接头62，岩心管上接头43和岩心管下接头62分别螺纹连接在岩心管主体61上下两端；
岩心卡断机构7包括岩心管主体61、岩心管下接头62和卡簧71，卡簧71在岩心管主体61和岩心管下接头62的螺纹连接处；
下端密封机构8包括岩心管下接头62、密封曲板81、铰接头82和第三涨簧83，密封曲板81和第三涨簧83通过铰接头82铰接在岩心管下接头62内，密封曲板81铰接在铰接头82上。
本发明的工作原理和过程：
请参阅图1、图2和图3所示：
1、钻进新的回次前向钻杆内投入完整的取样器，然后开泥浆泵施加泵压，取样器在下落过程中，岩心管6内的流体从经过5到位报信机构4和上端密封机构留有的钻井液流动通道26溢流而出，排出密闭装置内气体；
2、取样器到达孔底后，悬挂环32落在承座环上，封堵住了泥浆下行的通道，钻杆内取样器上端钻井液压力逐渐增大，报信密封阀芯41在压力差的作用下克服报信弹簧42阻力并向下行走，打开钻井液流动通道26，使得瞬间井内压力降低、泥浆泵示数变小，从而完成到位报信工作；
3、报信密封阀芯41完成报信的同时，已经借助O型密封圈54堵住了钻井液与岩心管上接头43流通的通道，弹卡钳受弹卡室限制，无法上行，O型密封圈始终与岩心管上接头接触，完成了对取样器上端的密封工作；
4、在钻进过程中，悬挂环32、止推轴承34、限位接头33构成了单动系统，可以使异径接头31和悬挂环32及以上部分随钻杆回转，而内管其余部分则随岩心不动；
5、进行取心时，卡簧71将岩心卡断，然后继续将钻杆提离孔底20cm左右以留给下端密封曲板81足够空间在自重和第三涨簧83力作用下的密封运动，之后用绳索将内管打捞出孔底，此时钻杆内泵压降低，由于内管内有一定压力，使得下端密封曲板81牢牢密封住，取样器在孔底完成取心，进入绳索取心打捞工作。

Claims (1)

1.一种页岩气及岩心保压密封取样器，其特征在于：是由打捞机构(1)、弹卡定位机构(2)、悬挂单动机构(3)、到位报信机构(4)、上端密封机构(5)、岩心管(6)、岩心卡断机构(7)和下端密封机构(8)组成，打捞机构(1)、弹卡定位机构(2)、悬挂单动机构(3)、到位报信机构(4)依次螺纹连接在一起，上端密封机构(5)、岩心管(6)、岩心卡断机构(7)和下端密封机构(8)依次螺纹连接在一起，到位报信机构(4)设置在上端密封机构(5)上端；
打捞机构(1)包括捞矛头(11)、回收管帽(12)、第一弹性圆柱销(13)、复位弹簧(14)、捞矛座(15)和回收管(16)，捞矛头(11)和捞矛座(15)通过第一弹性圆柱销(13)铰接设置，第一弹性圆柱销(13)穿过回收管帽(12)，回收管帽(12)下端和回收管(16)上端螺纹连接在一起，捞矛座(15)设置在回收管帽(12)内，复位弹簧(14)和捞矛座(15)设置在回收管(16)内，复位弹簧(14)设置在回收管帽(12)与捞矛座(15)之间；
弹卡定位机构(2)包括第二弹性圆柱销(21)、回收管(16)、第一弹卡涨簧(22)、第一弹卡钳(23)、弹卡座(24)、弹卡架(25)、第三弹性圆柱销(27)和第四弹性圆柱销(28)，第一弹卡涨簧(22)设置在第一弹卡钳(23)上端，并撑开第一弹卡钳(23)，第一弹卡钳(23)、弹卡座(24)和弹卡架(25)之间依次通过第三弹性圆柱销(27)设置连接，第一弹卡钳(23)、弹卡座(24)和弹卡架(25)设置在回收管(16)内，弹卡架(25)上端与回收管(16)下端间隙配合，弹卡架(25)和回收管(16)通过第第二弹性圆柱销(21)铰接设置在一起，弹卡座(24)和弹卡架(25)通过第四弹性圆柱销(28)铰接设置在一起；
悬挂单动机构(3)包括异径接头(31)、悬挂环(32)、限位接头(33)，止推轴承(34)和报信单动部件(36)，异径接头(31)上端与弹卡架(25)下端螺纹连接在一起，悬挂环(32)上端与异径接头(31)下端螺纹连接在一起，限位接头(33)设置在异径接头(31)和悬挂环(32)内，止推轴承(34)设置在悬挂环(32)上，并套在报信单动部件(36)，报信单动部件(36)上端螺纹连接在限位接头(33)上，报信单动部件(36)穿过止推轴承(34)和悬挂环(32)的中心通道内；
报信机构(4)包括报信密封阀芯(41)、报信单动部件(36)、报信弹簧(42)和岩心管上接头(43)，岩心管上接头(43)上端与报信单动部件(36)下端螺纹连接在一起，报信密封阀芯(41)和报信弹簧(42)设置在报信单动部件(36)中心，报信单动部件(36)内具有小弹卡室，报信密封阀芯(41)设置在报信弹簧(42)上端；
上端密封机构(5)包括到位报信机构(36)、第二弹卡涨簧(51)、第二弹卡钳(52)、定位销(53)、O型密封圈(54)和岩心管上接头(43)，第二弹卡涨簧(51)、第二弹卡钳(52)、定位销(53)、O型密封圈(54)分别设置在报信单动部件(36)内，第二弹卡涨簧(51)设置在第二弹卡钳(52)上端，第二弹卡涨簧(51)撑开第二弹卡钳(52)，第二弹卡钳(52)和报信密封阀芯(36)通过定位销(53)铰接设置在一起，O型密封圈(54)设置在报信密封阀芯(41)内；
岩心管(6)包括岩心管上接头(43)、岩心管主体(61)和岩心管下接头(62)，岩心管上接头(43)和岩心管下接头(62)分别螺纹连接在岩心管主体(61)上下两端；
岩心卡断机构(7)包括岩心管主体(61)、岩心管下接头(62)和卡簧(71)，卡簧(71)在岩心管主体(61)和岩心管下接头(62)的螺纹连接处；
下端密封机构(8)包括岩心管下接头(62)、密封曲板(81)、铰接头(82)和第三涨簧(83)，密封曲板(81)和第三涨簧(83)通过铰接头(82)铰接在岩心管下接头(62)内，密封曲板(81)铰接在铰接头(82)上。
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