CN107401387B - 基于地磁场的岩心定向装置、取心装置及其取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地磁场的岩心定向装置及其取样方法，属于钻井取心技术领域。其解决了现有技术中的岩心定向装置定向不准确且具体实施效果较差的技术问题。其包括钻头、岩心筒和岩心爪，岩心筒的上部与岩心爪连接，下部与钻筒连接，岩心筒包括外筒和内筒，内筒悬挂在外筒的顶部，内筒底部安设有可旋转的圆盘，圆盘底部设置有用来指示方向的磁针和标记方向的印泥。本发明岩心定向装置实现了通过地磁场来判定取心的方向性问题，并且有助于保证取心的完整性，提高取心效率，克服了以往取心过程中的不足。

Description

基于地磁场的岩心定向装置、取心装置及其取样方法

技术领域

本发明涉及钻井取心技术领域，具体涉及一种基于地磁场的岩心定向装置、取心装置及其取样方法。

背景技术

钻井取心过程中，定向取心可以提供地层的走向、方位等数据。现有技术中使用的岩心定向装置还存在一些不足之处，它们往往定向标记模糊、方向不准确、精度不高，如CN201396092Y公开了一种岩心定向装置，它是将化学膨胀管与推力锥连接为一体，推力锥受化学膨胀管内部空腔上键和推力锥上槽的限制无法旋转，通过常规钻杆施加压力，压力传递到推力锥迫使化学膨胀管发生纵向膨胀破坏并挤压空腔内的速凝剂流出，使化学膨胀管挤压胶结在小钻孔中，测取标记痕的方位即得到岩心方位。但是该定向取心方法操作工序复杂，耗时耗资，而且定向不准确且具体实施效果较差。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种基于地磁场的岩心定向装置、取心装置及取样方法，其实现了通过地磁场来判定取心的方向性问题，并且有助于保证取心的完整性，提高取心效率，克服了以往取心过程中的不足。

本发明的任务之一是提供一种基于地磁场的岩心定向装置。

一种岩心定向装置，其包括：刚性圆筒、岩心爪和钻头，所述刚性圆筒的上方连接所述岩心爪，下方安设所述钻头，所述刚性圆筒的底部安设有可旋转的圆盘，所述圆盘底部设置有用来指示方向的磁针和标记方向的印泥。

优选的，所述刚性圆筒底部和圆盘之间通过轴承连接。

本发明的任务之二是提供一种取心装置。

一种取心装置，其包括内岩心筒、外岩心筒和悬挂装置，还包括如权利要求1或2所述的岩心定向装置，所述岩心爪上接所述内岩心筒，所述内岩心筒通过所述悬挂装置与所述外岩心筒相接，所述悬挂装置与所述内岩心筒之间装有悬挂轴承，在所述内岩心筒的中部设置有扶正器，上部设置有回压凡尔装置。

优选的，所述内岩心筒由无缝钢管制成。

本发明的另一任务是提供上述取心装置的取样方法。

上述取心装置的取样方法，依次包括以下步骤：

a将淤积在内岩心筒中的泥沙和井壁刮下来的岩屑冲洗干净，清洗内岩心筒和井底，通过回压凡尔装置使钻井液流出，以便保护取样时的岩心不被冲刷破坏；

b开始取心，外岩心筒随着钻头一起转动，源源不断提供动力，岩心在钻头的钻进下不断上移，当岩心到达岩心定向装置时，与圆盘相接触，使印泥在岩心顶部留下清晰的标记，并来指示岩心的方位；

c钻头的转动带动岩心不断上移，经过岩心爪进入内岩心筒，钻下的岩心被内岩心筒储存保护起来，此时岩心贯穿于钻头、岩心定向装置、岩心爪及内岩心筒之间，此时，圆盘处于完全打开状态；

d当取心钻进完毕后，岩心爪与岩心之间的摩擦力带动收缩、自锁、卡紧并使岩心卡断，钻头上提，被岩心爪卡断的底部岩心掉落，圆盘回到原来位置，此时岩心主要存在内岩心筒中；

e当岩心爪自锁不紧、岩心较为松散的情况下，此时的岩心会保存在岩心定向装置、岩心爪和内岩心筒之间，在岩心爪和岩心定向装置的共同作用下，保护了取样岩心的完整性，钻头继续上提取心，当提出地面时，取样结束。

本发明所带来的有益技术效果为：

本发明通过在圆盘底部设置指向性磁针来判断取样的方向，操作简单方便，性能可靠。同时，圆盘和刚性圆筒底部通过轴承连接，取心开始时，由位于圆盘底部的磁针来判断岩心的方位，钻头开始取心时，岩心不断向上移动，与圆盘接触时，由于轴承和圆盘的自身重量共同作用，会使印泥在岩心顶部留下标记，用来指示取样岩心的方位。当取样结束时，圆盘关闭保护了取心的完整性，取心效果好，提高取心效率。

上述岩心定向装置用于取心装置中取样时，在岩心定向装置底部具有一定承载重量的实体圆盘和控制其开关的轴承的作用下，能保证取样岩心不至于滑出。在岩心爪自锁不紧、取样岩心较为松散的情况下，此时的取样岩心会保存在岩心定向装置、岩心爪和内岩心筒之间。通过岩心爪和岩心定向装置的共同作用，从而保护取样岩心的完整性，避免滑出取心工具。取心钻具继续上提，当提出地面，取样结束。

本发明利用地磁场的方向标定岩心的方向，以取得更多、更精确的的后期地质研究资料。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明取心装置的结构示意图；

图2为本发明岩心定向装置的结构示意图；

图3为本发明圆盘底面结构图；

图4为本发明圆盘转动状态示意图；

图中，1、钻头，2、岩心定向装置，3、岩心爪，4、内岩心筒，5、扶正器，6、外岩心筒，7、回压凡尔装置，8、悬挂轴承，9、悬挂装置，10、刚性圆筒，11、弹簧轴承，12、圆盘，13、磁针，14、印泥。

具体实施方式

本发明公开了一种基于地磁场的岩心定向装置、取心装置及其取样方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

结合图1-图3所示，本发明岩心定向装置，包括：刚性圆筒10、岩心爪3和钻头1，刚性圆筒的上方连接岩心爪3，下方安设钻头1，刚性圆筒的底部安设有可旋转的圆盘12，圆盘底部设置有用来指示方向的磁针13和标记方向的印泥14。优选刚性圆筒的底部与圆盘之间通过弹簧轴承11连接来实现旋转。

本发明取心装置，由岩心定向装置2、内岩心筒4、外岩心筒6、扶正器5、回压凡尔装置7、悬挂轴承8、悬挂装置9组成，其中，岩心定向装置的上部与岩心爪3相连，岩心爪3上接内岩心筒4，其直径大于取样岩心的直径，内岩心筒4通过悬挂装置9与外岩心筒6相接，悬挂装置9与内岩心筒4之间装有悬挂轴承8，悬挂轴承主要作用是保证内筒不随外筒一起旋转；在内岩心筒4中装扶正器5，防止岩心弯曲、变形；上部为回压凡尔装置7，避免洗井液冲刷岩心，同时保证内筒液体排除；岩心定向装置2下部与钻头1相连，其底部装置有可以上下转动的实体圆盘12，实体圆盘12具有一定重量，可以承载一定的压力；实体圆盘12通过弹簧轴承11固定在刚性圆筒10底部，刚性圆筒10的直径略大于取心岩样的直径；弹簧轴承11主要作用是控制实体圆盘12的开关；实体圆盘12底部镶嵌有可以自由转动、利用地磁场确定方向的磁针13和用来标记方向的标记性印泥14。

本发明取心装置的具体取样方法，包括以下步骤：

首先通过大量循环钻井液，将淤积在内筒中的泥沙和井壁刮下来的岩屑冲洗干净，清洗内筒和井底，然后通过回压凡尔装置7使钻井液流出，以便保护取样时的岩心不被冲刷破坏。取心开始时，根据取样地点地磁场方向，指向方向的磁针13可以自动判断出取样岩心的方位。当钻头1开始取心，外岩心筒6随着钻头1一起转动，源源不断提供动力，岩心在钻头的钻进下不断上移，当岩心到达岩心定向装置2时，与岩心定向装置底部的实体圆盘12相接触，在控制实体圆盘开关的弹簧轴承11和具有一定自身重量的实体圆盘12共同作用下，会使印泥14在岩心顶部留下清晰的标记，用来指示取样岩心的方位；

钻头的转动使岩心不断上移，经过岩心爪3进入内岩心筒4，内岩心筒4中安装扶正器5，以便保证岩心不被变形和弯曲。钻下的岩心被内筒储存保护起来，此时取样岩心贯穿于钻头1、岩心定向装置2、岩心爪3、内岩心筒4之间，实体圆盘12处于完全打开状态。

当取心钻进完毕缓慢上提钻具时，岩心爪3因与取样岩心之间的的摩擦力而收缩、自锁、卡紧并使岩心卡断。钻具上提，被岩心爪3卡断的底部取样岩心掉落，岩心定向装置2底部的实体圆盘12在弹簧轴承11的作用下回复原来位置，整个过程如图4所示，此时岩心主要存在内岩心筒4中。钻具不断上提的过程中，由于取样岩心自身重量的原因，或者取样岩心较为松散，岩心会出现向下滑落的趋势，岩心爪3也会出现自锁不紧的现象，此时在岩心定向装置2底部具有一定承载重量的实体圆盘12和控制其开关的弹簧轴承11的作用下，保证了取样岩心不至于滑出。在岩心爪3自锁不紧、取样岩心较为松散的情况下，此时的取样岩心会保存在岩心定向装置2、岩心爪3和内岩心筒4之间。通过岩心爪3和岩心定向装置2共同作用下，保护了取样岩心的完整性，避免滑出取心工具。取心钻具继续上提，当提出地面，取样结束。

岩心定向装置2主要安置在钻头1和岩心爪3之间，该实施方法的主要原理是通过磁针13利用地磁场来判定取心的方向，利用标记性印泥14对其方向进行标定；同时通过刚性圆筒装置10及与弹簧轴承11相连具有一定重量和承载能力的实体圆盘12共同作用，保证取心的完整性，提高取心效率，达到了定向、保护的双重效果。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种岩心定向装置，其特征在于：包括刚性圆筒、岩心爪和钻头，所述刚性圆筒的上方连接所述岩心爪，下方安设所述钻头，所述刚性圆筒的底部安设有可旋转的圆盘，所述圆盘底部设置有用来指示方向的磁针和标记方向的印泥。

2.根据权利要求1所述的岩心定向装置，其特征在于：所述刚性圆筒底部和圆盘之间通过轴承连接。

3.一种取心装置，其包括内岩心筒、外岩心筒和悬挂装置，其特征在于：还包括如权利要求1或2所述的岩心定向装置，所述岩心爪上接所述内岩心筒，所述内岩心筒通过所述悬挂装置与所述外岩心筒相接，所述悬挂装置与所述内岩心筒之间装有悬挂轴承，在所述内岩心筒的中部设置有扶正器，上部设置有回压凡尔装置。

4.根据权利要求3所述的取心装置，其特征在于：所述内岩心筒由无缝钢管制成。

5.一种如权利要求3或4所述的取心装置的使用方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

a将淤积在内岩心筒中的泥沙和井壁刮下来的岩屑冲洗干净，清洗内岩心筒和井底，通过回压凡尔装置使钻井液流出，以便保护取样时的岩心不被冲刷破坏；

b开始取心，外岩心筒随着钻头一起转动，源源不断提供动力，岩心在钻头的钻进下不断上移，当岩心到达岩心定向装置时，与圆盘相接触，使印泥在岩心顶部留下清晰的标记，并来指示岩心的方位；

c钻头的转动带动岩心不断上移，经过岩心爪进入内岩心筒，钻下的岩心被内岩心筒储存保护起来，此时岩心贯穿于钻头、岩心定向装置、岩心爪及内岩心筒之间，此时，圆盘处于完全打开状态；

d当取心钻进完毕后，岩心爪与岩心之间的摩擦力带动收缩、自锁、卡紧并使岩心卡断，钻头上提，被岩心爪卡断的底部岩心掉落，圆盘回到原来位置，此时岩心主要存在内岩心筒中；

e当岩心爪自锁不紧、岩心较为松散的情况下，此时的岩心会保存在岩心定向装置、岩心爪和内岩心筒之间，在岩心爪和岩心定向装置的共同作用下，保护了取样岩心的完整性，钻头继续上提取心，当提出地面时，取样结束。

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