CN106285663B - 投捞式井底取样工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种投捞式井底取样工具，包括自上而下依次螺纹连接的外筒、过渡接头和密封取样机构，以及内筒、滑套和内侧套装有一密封活塞的保护套，内筒固定在外筒内侧，滑套和保护套自上而下依次套装在密封取样机构外侧并通过剪切销钉固定在密封取样机构上，滑套和保护套分别用于封堵进液孔和保护工具初次入水剪切销钉不断；该投捞式井底取样工具结构简单，操作方便，通过从地面投入依靠重量下落至井底，待取样工具底部撞击油管内的点火棒、点火头、球座等工具后，自动剪断滑套剪钉漏出取样通道，井底流体在压力作用下进入取样工具完成取液过程。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发应用的井下工具技术领域，特别涉及一种投捞式井底取样工具。
背景技术
试油井射孔后，需要对地层水进行取样分析，常规方法是射孔前降低井筒液面，测量射孔前后的液面高度，再通过反洗井，从油管出口获取样品的方法；这种方法的要求地面计量要准确，而且地层出的水要足够多，一般出水在2方以上才能获得真实的样品。另外，利用该方法获得样品时，由于洗井水与地层水存在混合带，样品经常与洗井用水混合，与真实水样有较大的误差。特别是地层渗透率低，出水量少时，利用此方法获取井底液样更加困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种依靠地面投送机械撞击打掉滑套后使井底流体在压力驱动下进入取样工具再由钢丝打捞地面而得到所要液样的投捞式井底取样工具。
为此，本发明技术方案如下：
一种投捞式井底取样工具，包括：
自上而下依次螺纹连接的外筒、过渡接头和密封取样机构；所述外筒为一顶端封闭的筒体结构；所述密封取样机构为一自顶面开设有变径盲孔的圆柱形结构，所述变径盲孔上部内径大于下部内径且在所述变径盲孔底部开设有一个贯穿所述密封取样机构侧壁的第一进液通道，所述变径盲孔上部内侧设置有第一弹簧和密封球；所述过渡接头设置在所述外筒和所述密封取样机构之间使所述外筒和所述密封取样机构的腔体隔离；所述第一弹簧一端固定在过渡接头底面上、另一端与封堵在变径处的密封球固定且所述第一弹簧处于压缩状态；
内筒，其套装在所述外筒且底端固定在所述过渡接头的顶面上；在所述过渡接头上开设有一连通所述外筒内腔和所述密封取样机构内腔的轴向过液孔且所述轴向过液孔位于所述内筒外侧；
滑套，其套装在开设有所述第一进液通道处的所述密封取样机构外侧并通过多个第一剪切销钉固定在所述密封取样机构上；
和内侧套装有一密封活塞的保护套；所述保护套以与所述密封取样机构存在缝隙的方式套装在所述密封取样机构下侧并通过多个第二剪切销钉固定在所述密封取样机构上；在所述保护套底端螺纹连接有一丝堵，使所述丝堵与所述活塞之间形成有封闭的空气室；
在所述保护套的对侧内壁上各开设有一个设置有保护销的保护销室；所述保护销局部凸出所述保护套内壁形成有一环形凸台，所述密封取样机构底端压配在所述环形凸台的上端面上；所述活塞上侧外壁向内凹陷使所述环形凸台侧壁压配在所述活塞两侧侧壁上。
在所述保护套的对侧侧壁上各开设有一个与所述保护销室连通的第二进液通道。
在所述保护套内壁上开设有至少一个径向盲孔，所述保护销室位于所述径向盲孔下方，在所述径向盲孔内自内向外依次设置有处于压缩状态的第二弹簧和防落销，所述防落销受所述第二弹簧弹力作用卡在所述密封取样机构的外壁上；在所述密封取样机构外壁上开设有至少一个位于所述径向盲孔下方且与所述径向盲孔位置对应的防落槽，使所述保护套相对于所述密封取样机构向下滑动时通过防落销插入所述防落槽内阻止所述保护套继续下行。
在所述外筒顶面中心处焊接有一球形打捞头；另外，所述外筒顶面还设置有一出水阀。
在位于所述第一进液通道两侧的所述密封取样机构外壁上分别设置有至少一道密封圈，使所述密封取样机构和所述滑套之间形成密封；所述活塞下侧外壁上设有至少一道密封圈，使所述活塞与所述保护套之间形成密封。
与现有技术相比，该投捞式井底取样工具结构简单，操作方便，通过从地面投入依靠重量下落至井底，待取样工具底部撞击油管内的点火棒、点火头、球座等工具后，自动剪断滑套剪钉漏出取样通道，井底流体在压力作用下进入取样工具完成取液过程，是一种用于试油过程取地层水样的新工具。
附图说明
图1为本发明的投捞式井底取样工具的剖视图；
图2为本发明的投捞式井底取样工具密封取样机构的剖视图；
图3为本发明的投捞式井底取样工具的保护套剖视图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
低渗透油气藏试油前普遍采用负压射孔工艺，一般井内油管底部带射孔枪；由于液面不在井口且距离井口较远，因此需要使用该投捞式井底取样工具进行取样。
如图1所示，该投捞式井底取样工具，包括：自上而下依次螺纹连接的外筒3、过渡接头5和密封取样机构9、内筒4、滑套11和内侧套装有一密封活塞18的保护套19；具体地，
所述外筒3为一顶端封闭的筒体结构，在所述外筒3顶面中心处焊接有一球形打捞头1，用于装吊钢丝绳，便于取液完成后通过钢丝绳将该装置从井内取出；所述外筒3顶面还设置有一放液的出水阀2，便于将盛装在其内的样液倒出；
如图2所示，所述密封取样机构9为一自顶面中心处开设有变径盲孔的圆柱形结构，盲孔上部902内径大于下部903内径且变径处形成有一环形台阶，在所述盲孔底部还开设有一个径向贯穿所述密封取样机构9侧壁的第一进液通道12；在所述盲孔上部内腔中设置有第一弹簧7和密封球8，所述密封球8的直径大于盲孔下部内径，使所述密封球8设置在所述环形台阶上且的封堵住盲孔下部孔道；其中，所述环形台阶顶角处加工为与所述密封球8弧度相适应的弧形面901，使所述密封球8与所述环形台阶紧密贴合；
所述过渡接头5为一实心圆柱形板，其设置在所述外筒3和所述密封取样机构9之间用于隔离所述外筒3和所述密封取样机构9的内腔；所述第一弹簧7一端固定在过渡接头5的底面中心处、另一端与封堵在变径处的密封球8固定且保持所述第一弹簧7处于压缩状态；
所述内筒4为套装在所述外筒3内侧的筒体结构，其底端固定在所述过渡接头5的顶面中央，用于盛装进入装置内部的井底液体；在所述过渡接头5上开设有一连通所述外筒3和所述密封取样机构9内腔的轴向过液孔6，所述轴向过液孔6位于所述内筒4外侧；
所述滑套11套装在开设有第一进液通道12处的所述密封取样机构9外侧并通过多个第一剪切销钉1001固定在所述密封取样机构9上；在位于所述第一进液通道12两侧的所述密封取样机构9外壁上设置有至少一道密封圈22，使所述密封取样机构9和所述滑套11之间形成密封，完全封堵住第一进液通道12；
其中，所述外筒3、过渡接头5和密封取样机构9外径一致；所述密封取样机构9下部外壁向内收缩，外径减小，使所述滑套11和保护套19套装在所述密封取样机构9外侧后，最大外径尺寸不超过所述密封取样机构9上侧外径。所述密封取样机构9下部外壁向内收缩形成有一环形限位台阶，所述滑套11的长度小于或等于所述第一进液通道12至所述环形限位台阶的距离，使所述滑套11脱离所述第一剪切销钉1001固定作用后，在惯性作用下相对于所述密封取样机构9向上移动，打开第一进液通道12；
如图3所示，所述保护套19为一筒体结构，以与所述密封取样机构9存在缝隙的方式套装在所述密封取样机构9下侧，并通过多个第二剪切销钉1002固定在所述密封取样机构9上；在所述保护套19内设置有一活塞18，所述活塞18为圆柱形结构且上侧外径小于下侧外径，通过设置在所述活塞18下侧外壁上的双道密封圈23使所述活塞18与所述保护套19内壁之间形成密封；在所述保护套19底端内壁上设有连接内螺纹1903，且通过连接内螺纹1903连接有一丝堵21，使所述丝堵21与所述活塞18之间形成有空气室20，其内压强与大气压一致；
在所述保护套19的对侧内壁上各开设有一个设置有保护销16的保护销室17，所述保护销室17位于所述径向盲孔1901下方；具体地，所述保护销16为圆柱形结构，其顶部加工为圆锥体，所述保护销室17形状与所述保护销16的形状相互配合，使所述保护销16顶部插装在所述保护销室17内；所述保护销16局部凸出所述保护套19内壁形成有两个凸台，所述密封取样机构9底端压配在所述两个凸台的上端面上；所述活塞18上侧外壁向内凹陷使所述两个凸台侧壁压配在所述活塞18两侧侧壁上；
在所述保护套19的对侧侧壁上各开设有一个与所述保护销室17连通的第二进液通道1902；第二进液通道1902用于进液，使保护销16在水压作用下推入所述保护套19的内腔中；其中，所述保护套19内腔的大小能够满足所述活塞18向下移动至所述保护销室17下方，使所述保护销16自所述保护销室17内掉出至所述活塞18上；
为防止在重力作用下，所述保护套19与所述密封取样机构9发生相对移动导致部件之间脱离，在所述保护套19内壁上开设有一个径向盲孔1901，在所述径向盲孔1901内自内向外设置有处于压缩状态的第二弹簧15和防落销13，所述防落销13受所述第二弹簧15弹力作用卡在所述密封取样机构9的外壁上；在所述密封取样机构9外壁上开设有一个位于所述径向盲孔下方且与所述径向盲孔位置对应的防落槽14，使所述保护套19相对于所述密封取样机构9向下滑动时通过防落销13插入所述防落槽14内阻止所述保护套19继续下行。
以下通过投捞式井底取样工具的工作原理进行进一步解释：
取样时从油管内投入该投捞式井底取样工具，投入时保护套19朝下，打捞头朝上。在重力作用下，取样工具在井内做自由落体运动，当落到油管的液面时发生第一次撞击，此时保护套19突然减速，而密封取样机构9速度不变，二者之间会发生很大的剪切力，此时由于保护销16的设置阻止保护套19和密封取样机构9之间产生相对滑动，保护第一剪切销钉1001和第二剪切销钉1002不被剪断；
当工具进入液体后，在重力作用下继续下行，此时，油管内的水沿着保护套19和密封取样机构9之间缝隙到达活塞18和密封取样机构9之间的缝隙处，由于活塞下方的空腔室20内的压力为地面大气压，因此随着液体深度的增加，活塞18上方的压力逐渐增加，所述活塞18承压开始向下移动，当活塞18下移一定距离后，保护销16失去支撑而从保护销室17内脱落到活塞上面，失去对密封取样机构9的固定作用；由于密封取样机构9和保护套19之间存在间隙，无法实现密封，井底液体可以自由流动至所述活塞18、所述密封取样机构9和保护套19之间围成的内腔中，另外，保护销室17上开设的所述第二进液通道1902也可以进液，使保护销16失去支撑后在水压和重力作用下被立即推入并掉落在所述活塞18上，保证井底液体及时得到收集；
当取样工具落到底井底时，与油管内的点火棒或者点火头等发生二次撞击，保护套19突然停止运动而整个机构中其他部件的速度不变，此时保护套19和密封取样机构9二者之间再次发生很大的剪切力，使第一剪切销钉1001和第二剪切销钉1002剪断，在惯性作用下，保护套19撞击滑套11，使滑套11相对于密封取样机构9上行，打开进液通道12；
由于工具在地面组装，内筒的压力为地面大气压，远低于井底压力，流体在压力驱动下顶开密封球8，而最终进入内筒，当内外压力平衡后，密封球8在弹簧7的推动下关闭中心孔33，样品保存在内筒中。此时从地面利用钢丝携带打捞工具，可以把取样工具捞出井筒；
在工具上升过程中，保护套19和密封取样机构9向两侧发生相当移动，当防落销13与防落槽14重合时，弹簧15推动防落销13进入防落槽14中，阻碍保护套19和密封取样机构9继续移动，在工具上提过程中，让保护套19随取样工具一起起出。
Claims (7)
1.一种投捞式井底取样工具，其特征在于，包括：
自上而下依次螺纹连接的外筒(3)、过渡接头(5)和密封取样机构(9)；所述外筒(3)为一顶端封闭的筒体结构；所述密封取样机构(9)为一自顶面开设有变径盲孔的圆柱形结构，所述变径盲孔上部内径大于下部内径且在所述变径盲孔底部开设有一个贯穿所述密封取样机构(9)侧壁的第一进液通道(12)，所述变径盲孔上部内侧设置有第一弹簧(7)和密封球(8)；所述过渡接头(5)设置在所述外筒(3)和所述密封取样机构(9)之间使所述外筒(3)和所述密封取样机构(9)的腔体隔离；所述第一弹簧(7)一端固定在过渡接头(5)底面上、另一端与封堵在变径处的密封球(8)固定且所述第一弹簧(7)处于压缩状态；
内筒(4)，其套装在所述外筒(3)且底端固定在所述过渡接头(5)的顶面上；在所述过渡接头(5)上开设有一连通所述外筒(3)内腔和所述密封取样机构(9)内腔的轴向过液孔(6)且所述轴向过液孔(6)位于所述内筒(4)外侧；
滑套(11)，其套装在开设有所述第一进液通道(12)处的所述密封取样机构(9)外侧并通过多个第一剪切销钉(1001)固定在所述密封取样机构(9)上；
和内侧套装有一密封活塞(18)的保护套(19)；所述保护套(19)以与所述密封取样机构(9)存在缝隙的方式套装在所述密封取样机构(9)下侧并通过多个第二剪切销钉(1002)固定在所述密封取样机构(9)上；在所述保护套(19)底端螺纹连接有一丝堵(21)，使所述丝堵(21)与所述活塞(18)之间形成有封闭的空气室(20)；
在所述保护套(19)的对侧内壁上各开设有一个设置有保护销(16)的保护销室(17)，所述保护销室(17)位于开设在保护套(19)内壁上的径向盲孔(1901)下方；所述保护销(16)局部凸出所述保护套(19)内壁形成有一环形凸台，所述密封取样机构(9)底端压配在所述环形凸台的上端面上；所述活塞(18)上侧外壁向内凹陷使所述环形凸台侧壁压配在所述活塞(18)两侧侧壁上。
2.根据权利要求1所述的投捞式井底取样工具，其特征在于，在所述保护套(19)的对侧侧壁上各开设有一个与所述保护销室(17)连通的第二进液通道(1902)。
3.根据权利要求1所述的投捞式井底取样工具，其特征在于，在所述保护套(19)内壁上开设有至少一个径向盲孔(1901)，在所述径向盲孔(1901)内自内向外依次设置有处于压缩状态的第二弹簧(15)和防落销(13)，所述防落销(13)受所述第二弹簧(15)弹力作用卡在所述密封取样机构(9)的外壁上；在所述密封取样机构(9)外壁上开设有至少一个位于所述径向盲孔下方且与所述径向盲孔位置对应的防落槽(14)，使所述保护套(19)相对于所述密封取样机构(9)向下滑动时通过防落销(13)插入所述防落槽(14)内阻止所述保护套(19)继续下行。
4.根据权利要求1所述的投捞式井底取样工具，其特征在于，所述外筒(3)顶面中心处焊接有一球形打捞头(1)。
5.根据权利要求1所述的投捞式井底取样工具，其特征在于，所述外筒(3)顶面还设置有一出水阀(2)。
6.根据权利要求1所述的投捞式井底取样工具，其特征在于，在位于所述第一进液通道(12)两侧的所述密封取样机构(9)外壁上分别设置有至少一道密封圈(22)，使所述密封取样机构(9)和所述滑套(11)之间形成密封。
7.根据权利要求1所述的投捞式井底取样工具，其特征在于，所述活塞(18)下侧外壁上设有至少一道密封圈，使所述活塞(18)与所述保护套(19)之间形成密封。
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