CN106285669A - 小井眼大颗粒机械式井壁取芯器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小井眼大颗粒机械式井壁取芯器，及采用外径5英寸的机械式井壁取芯仪器（MSC‑127）获取油井中直径1.5英寸（38.1毫米），长度2.5英寸（63.5毫米）的圆柱体岩芯样品的方法。该仪器主要由地面控制系统、π机械式井壁取芯软件（软件著作权登记号：2015SR265183）、通讯短节、电源节、电子节、液压节、机械节组成。用于从井壁钻取岩芯样品（30/60颗）并安全带到地面的仪器。该仪器主要功能如下：1、可在既定的深度钻取岩芯，显示具体方位；2、按照钻取顺序，收集排列岩芯，相邻岩芯有隔片隔离；3、将岩芯安全完整的带到地面。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用外径5英寸的机械式井壁取芯仪器获取直径1.5英寸（38.1毫米），长度2.5英寸（63.5毫米）的圆柱体岩芯样品的方法，适用于油气勘探裸眼井中，仪器取芯时用测井绞车电缆下放定位到目标层位，通过地面操控，对井壁进行钻进而获取地层岩芯。
背景技术
小井眼大颗粒机械式井壁取芯器（MSC-127）属于机电一体化设备，其自上而下依次由马笼头、电子节、机械节等连接。
相较于钻井取芯，井壁取芯的优势在于技术水平高，成本低，省时；但同时所得样品体积小，为后期实验分析增加了难度。
目前在6英寸（152.4毫米）井眼中，可实现取芯规格为直径1英寸（25.4毫米），长度1.75英寸（44.5毫米）。大颗粒岩芯样品直径1.5英寸（38.1毫米），长度2.5英寸（63.5毫米），现有的仪器直径较大只能在大井眼中实现，无法在更普遍的小井眼环境中使用。
因此行业内急需一种能够在小井眼（6英寸）内实现大颗粒取芯的仪器。
另：目前市场上的取芯仪器在取芯过程中碰到地质松软、孔隙率大的地层，所取岩芯不完整，甚至破碎成几瓣，不利于后期识别和分析。
发明内容
本发明的目的在于在6英寸井眼内实现大颗粒取芯，并且在每相邻的两个岩芯之间有隔片隔开，以便识别。
本发明含有方位测定功能，能够获知岩芯方向，从而得到井下地层裂缝导向。
本发明含有独特的上下支臂结构，可以在取芯时放松活动电缆，防止取芯过程中的电缆吸附卡。
本发明的优点是：
仪器外径5英寸（127毫米），可以在6英寸（152.4毫米）井眼内取芯，并且大幅度降低了仪器的自重，便于运输和现场操作；
本发明的隔片装置，用来对每个岩芯样品进行隔离，隔片装置里有微动开关对每一个进入储芯筒的岩芯进行计数；
本发明的仪器在既定的位置取芯时，可测定仪器姿态（井斜）和取芯方向，在取芯过程中可以松电缆，防止电缆吸附卡；
本发明的仪器采取了先进的结构，增大了折芯的角度和力量，合理的利用了岩芯卡簧，在岩芯没有折断的情况下，使钻头不能收回，确保每次折芯成功。
附图说明
图1是本发明的一实施例仪器组成示意图；
图2是本发明的机械节构成示意图；
图3是本发明的隔片装置结构示意图；
图4是本发明的井下控制模块框图。
具体实施方式
小井眼大颗粒机械式井壁取芯器（MSC-127）主要由地面控制系统、π机械式井壁取芯软件（软件著作权登记号：2015SR265183）、通讯短节200、电源节300、电子节400、液压节500、机械节600组成。地面控制系统与井下仪器通过七芯测井电缆和马笼头105连接，通讯短节200与电源节300、电源节300与电子节400、电子节400与液压节500分别采用电子承压接头和螺纹环进行连接，液压节500与机械节600之间采用电子承压接头、液压快速接头和螺纹环连接。
地面控制系统由工控机101、地层测试电源及采集面板102、程控交流面板103、可编程高压直流电源104组成，各部分采用快速接头连接。工控机101是本发明的控制和操作单元，选用直观的操控界面实现人机对话，在下井过程中动画显示各动作过程，并且实时记录曲线以便地面回放。地层测试电源及采集面板102为井下仪器和程控电源提供电力支持，并且实现与井下仪器的编解码通讯及工控机的通讯101。程控交流面板103为井下通讯、电磁阀、液压交流电机等供电，并具有电压调节和电流保护功能。可编程高压直流电源104为取芯电机提供电力，并具有电压调节和电流保护功能。
通讯短节200，包含张力短节、井下通讯模块和γ射探测器。具有通讯、测量电缆张力，测定取芯深度的功能。
电源节300内包含三个主要模块：301通讯模块：负责与遥传短节通讯，联系遥传短节与电子节主控模块404。302高压电源模块：负责产生仪器需要的高压电源，分别产生400Vac液压马达电源，200Vdc电磁阀开关电源和250Vac仪器供电。303方位模块：内含三轴加速度传感器和三轴磁力计传感器，可以定位仪器井下姿态。
电子节404内含四个主要模块：主控模块404，负责通讯电源节内的通讯模块，将通讯模块接收到的命令传递到电机或电磁阀控制模块，将电子节采集数据反馈到通讯模块。低压电源模块405，将仪器供电250Vac转换成+5Vdc和+-15Vdc，此低压电供通讯模块301、方位模块303、主控模块404、电机驱动模块406和电磁阀控制模块407使用。电机驱动模块406，负责驱动取芯所用的直流无刷马达。电磁阀控制模块407，负责控制液压节的电磁阀开关。
液压节500为机械节提供液压动力，由平衡节、阀组模块、蓄能器、换向阀组、过油管、液压快速接头、外壳组成，平衡节由平衡弹簧、平衡活塞、T型密封圈等组成，功能为取芯时平衡仪器内外压差。蓄能器用于液压蓄能，各部分之间采用过油管连结。阀组模块由压力电磁阀、单向阀、安全阀、流量控制阀等组成，其功能在于为机械节提供液压动力和液压控制。蓄能器由蓄能弹簧、蓄能活塞等组成，其功能为：仪器紧急掉电后，用于机械节收回上支臂和下支臂；在取芯过程中，持续为倾斜液压缸提供动力，保证钻盒与电机驱动单元的齿轮啮合。换向阀组由两位三通电磁阀、阀座、液压控制阀等组成，其功能在于在电磁阀开启时，为机械节的上下支臂开启提供动力，在特出情况下如仪器掉电可以迅速切换到为机械节的上下支臂关闭/收回提供动力。过油管由卡套接头、卡套管组成，安装简单简洁，具有良好的互换性和维护性。快速接头由公接头和母接头（安装于机械节上）组成，各自结构均有密封作用，可在连接时导通，断开时及时封闭各自系统的液压油。
机械节600是用于机械取芯的执行部分，液压动力来自于液压节，取芯动力采用电机驱动，由上部骨架602、下部骨架613、钻盒与导轨609、电机驱动单元607、倾斜液压缸604、推芯缸、进给缸611、上支臂603、下支臂614、隔片装置610、过油管605、过线管606、储芯筒、盖板及其它附件组成，上部骨架和下部骨架通过两个侧板608连接，两个侧板之间安装可活动的钻盒与导轨609，上支臂603、倾斜液压缸604、推芯缸、电机驱动单元607依次安装在上部骨架上602，隔片装置610、进给液压缸611、下支臂614依次安装在下部骨架上613，上下部骨架的液压和电力分别采用过线管606、过油管605连接。上支臂603采用两级伸出型式，提供主要的推靠力，使仪器紧靠井壁，从而实现最大取芯长度。下支臂614采用斜撑型式，提供主要的支撑力，用于支撑整只仪器自重，在动作过程中防止松电缆后仪器下坠/移动。各液压缸结构形式均采用液压缸头部、连结节、液压筒、液压缸外箍、液压缸套管、液压油接头、活塞、液压缸尾部、电子接头、传感器所组成。液压缸头部内含承压的电子接头，用于电子连接和机械固定；连结节为调整液压缸安装长度；液压缸外箍和液压油接头，用于液压动力连结单元，可进行位置调整；传感器用于记录活塞位置和位移。钻盒与导轨用于取芯的核心零部件，钻盒在倾斜液压缸的作用下沿着导轨可实现翻转的功能；导轨在进给液压缸的作用下可实现钻头进给和收回；钻头装有卡簧，保持岩芯样品在钻头收回时一直保留在钻头内，同时在岩芯样品没有折断的情况下，使钻头不能收回，验证折芯是否成功。
隔片装置用来为相邻两个岩芯进行隔离标记，其内亦有计数器，可以测量岩芯长度、统计取芯数量，并在地面设备101的操作界面上予以直观的显示。
对岩芯长度测量和计数的具体实施过程如下：当岩芯61003在推芯竿的作用下到达拨片61004时，在隔片装置的壳体61002的挤压下，岩芯将拨片61004压倒，触动微动开关，向地面控制系统发出一个信号，地面控制系统抓取推芯竿内传感器位置标记，当岩芯通过拨片61004后，微动开关打开，再次向地面控制系统发出一个信号，地面控制系统抓取此时推芯竿内传感器位置标记，两项相减，得出成功取芯的岩芯长度并在操作界面上予以显示，同时在操作界面上动画显示取芯成功并标记。如果没有取芯成功，如岩芯没有折断或岩芯地层松软造成碎芯，推芯竿碰不到拨片61004，不能触动微动开关，此时可确认取芯不成功。
相邻两个岩芯进行隔离标记的具体实施过程如下：在仪器进入取芯模式后，地面控制系统100，对井下仪器发出开腿命令时，上支臂603和下支臂614打开支撑到井壁，同时液压节提供的液压油通过61001自下支臂流入隔片装置，将推片柱61005收回，推片柱61005将隔片61006推入储芯筒，在仪器取芯完成后，地面控制系统100，对井下仪器发出收腿命令时，上支臂603和下支臂614收拢到仪器里，同时推片柱61005被伸出，此时储片筒61007内的隔片61005在弹簧作用下，前进一个隔片的距离。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.小井眼大颗粒机械式井壁取芯器(MSC-127)，其特征在于：该仪器最大直径5英寸（127毫米），该仪器所取圆柱体岩芯样品直径1.5英寸（38.1毫米），长度2.5英寸（63.5毫米），适用于直径6英寸至14英寸井眼（可应用于最小5-7/8英寸钻头的钻井），在9英寸至14英寸井眼使用时，需安装加长推靠臂。
2.小井眼大颗粒机械式井壁取芯器，其特征在于：隔片装置用来为相邻两个岩芯进行隔离标记，其内亦有计数器，可以统计成功取芯的数量、对岩芯长度进行测量，并在地面设备的软件操作界面上予以直观的显示。
3.小井眼大颗粒机械式井壁取芯器，其特征在于：仪器装有方位模块，可在取芯过程中检测仪器姿态和取芯方向并予以显示和记录。
4.小井眼大颗粒机械式井壁取芯器，其特征在于：仪器设计有特有的上下支臂结构，在取芯过程中可以放松电缆，防止电缆吸附在井壁。
5.小井眼大颗粒机械式井壁取芯器，其特征在于：主要由地面控制系统、π机械式井壁取芯软件（软件著作权登记号：2015SR265183）、通讯短节、电源节、电子节、液压节、机械节组成，地面控制系统与井下仪器通过常规七芯测井电缆和马笼头连接，通讯短节与电源节、电源节与电子节、电子节与液压节分别采用承压接头进行连接，液压节与机械节之间采用承压接头和液压快速接头连接。
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Application publication date: 20170104 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |