CN108286416A - 一种用于软地层的常规取心工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于软地层的常规取心工具，外层管串包括花键套、上扶正器、外筒、下扶正器、限位套、短节和钻头；内层管串包括上接头、锁定套、轴承套和轴承挡套，锁定套内设释放套、弹簧、弹簧座和下弹性挡圈，释放套设置上弹性挡圈和球座；轴承套内设轴承座，轴承座连接悬挂套，轴承座和轴承套间设置轴承；悬挂套内设小球座，外连内筒、内筒延伸筒、支撑筒，支撑筒设置常规岩心爪；内筒延伸筒连接连接套，连接套连接中间筒、爪座、岩心爪卡箍，中间筒和支撑筒间设置固定套和哈壳式岩心爪。本发明能够提高在松软地层取心质量，有效提高岩心收获率，保持岩心不散失，减少重复作业，降低作业成本，适用于海洋或陆地松软地层保形取心。

Description

一种用于软地层的常规取心工具

技术领域

本发明属于石油天然气钻井岩心钻取装备制造技术领域，涉及石油天然气钻井作业中的取心工具，更具体的说，是涉及一种用于软地层的常规取心工具。

背景技术

在目前的油田开发中，国内外针对完整及硬岩地层的钻探取芯技术已较为成熟。但对于软泥地层，包括流塑、半流塑，软塑、硬塑的泥层、淤泥层及疏松流沙层岩心钻探的取心技术尚不成熟。常规取心工具在胶结良好的地层中取心，平均岩心收获率在90％以上，在松散地层、破碎地层、砾石层中取心，不仅岩心收获率不高，而且由于受到钻井液冲蚀，岩心结构破坏严重，岩心组分散矢量大。特殊取心工具用于这些地层取心时，也在一定程度上存在上述问题，而且取心成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种用于软地层的常规取心工具，能够提高在松软地层取心质量，有效提高岩心收获率，保持岩心不散失，减少重复作业，降低作业成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种用于软地层的常规取心工具，包括外层管串和内层管串，所述外层管串包括由上至下依次连接的花键套、上扶正器、外筒、下扶正器、限位套、短节和钻头；

所述内层管串包括由上至下依次连接的上接头、锁定套、轴承套和轴承挡套，所述锁定套内由上至下依次设置有释放套、弹簧、弹簧座和下弹性挡圈，所述释放套上端内部设置有上弹性挡圈和球座，所述锁定套侧壁沿周向设置有锁定球，通过锁定球实现花键套和释放套的连接；所述轴承套内部设置有轴承座，所述轴承座下端连接有与轴承挡套面接触的悬挂套，所述轴承座和轴承套之间设置有带轴承钢珠的轴承，且轴承位于轴承挡套和悬挂套的上端面；所述悬挂套下端内部设置有小球座，下端外部由上至下依次连接有内筒、内筒延伸筒、支撑筒，所述支撑筒下端外部设置有常规岩心爪；所述内筒延伸筒外部通过卡箍连接有连接套，所述连接套下端依次连接有中间筒、爪座、插接于钻头内部的岩心爪卡箍，所述中间筒和支撑筒之间设置有固定套和哈壳式岩心爪，所述固定套和中间筒通过限位螺钉进行定位，所述哈壳式岩心爪设置于固定套和和爪座之间，所述哈壳式岩心爪和和爪座通过转轴销连接。

所述上接头上下两端均设置有内螺纹，中部设置有台阶，台阶面上部沿圆周设置有O圈槽和径向阶梯孔，O圈槽内设置有第一密封圈，每个阶梯孔内均设置有橡胶堵，每个橡胶堵均设置有第二密封圈；所述上接头台阶面下部沿圆周设置有轴向花键槽，与花键套内部的花键进行配合。

所述释放套上下两端均设置有台阶，上端内表面设置有锥面和挡圈槽。

所述锁定套下部外表面设置有第三密封圈，所述锁定套下部设置有用于定位轴承套的防转销，所述轴承套上端设置有外螺纹，上端外表面设置有与防转销配合的轴向沟槽，所述轴承套下端设置有内螺纹，下部沿圆周设置有径向圆孔，所述轴承套内外表面均设置有台阶面。

所述轴承座外部设置有用于轴向定位轴承的台阶面，上端沿圆周设置有径向圆孔，下端设置有外螺纹；所述轴承挡套上部设置有外螺纹，下部设置有径向通孔。

所述悬挂套上部设置有内螺纹，中部沿圆周设置有斜孔，下部设置有内螺纹和外螺纹。

所述小球座设置有轴向通孔，下部沿圆周设置有径向圆孔，上部内表面设置有锥面。

所述内筒延伸筒外部和连接套上端均设置有与卡箍配合的带斜角的台阶，所述卡箍内部设置有环形斜槽。

所述中间筒和内筒延伸筒之间设置有限位环，所述中间筒下部沿圆周设置有轴向直槽口，所述固定套沿圆周设置有径向螺纹孔，每个螺纹孔内均设置有沿直槽口轴向滑动限位螺钉。

所述哈壳式岩心爪沿圆周设置有两片，每片哈壳式岩心爪上端均设置为锥面，下端开槽并设有销孔；所述爪座上端面设置有凸台，凸台设置有销孔，内表面中部设置有斜台阶。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明中的两瓣哈壳式岩心爪在取心过程中能够完全闭合，可以避免线在割心完毕后上提工具过程中岩心脱落的情况，有效提高岩心收获率，现场作业操作简单可靠。

(2)本发明通过投球打压，使锁定释放机构的弹簧压缩，释放套下移，使得锁定球脱离锁定套，再上提工具内部管柱，使取心执行机构的两瓣哈壳式岩心爪抱住岩心，最后上提整个取心工具，将岩心取出。整个工作过程简单方便，安全可靠，可以广泛应用在软地层常规取心作业过程中，具有显著的便捷性和优越性。

(3)本发明可用于科学钻探、湖泊与海洋钻探、建筑工程勘察钻探、地质矿山勘查钻探等钻探工程所遇软泥地层，包括流塑、半流塑，软塑、硬塑的泥层、淤泥层及疏松流沙层的钻探取心工作。本发明可以满足在松软地层中取心作业的需要，在不增加钻探设备及取心钻进工艺前提下，实现有效提高取心收获率的目标。

附图说明

图1是本发明用于软地层的常规取心工具示意图；

图2是本发明中锁紧释放机构示意图；

图3是本发明中旋转总成机构示意图；

图4是本发明中取心执行机构示意图。

附图标记:1.上接头，2.花键套，3.第一密封圈，4.橡胶堵，5.第二密封圈，6.锁定套，7.锁定球，8.释放套，9.上弹性挡圈，10.球座，11.弹簧，12弹簧座，13.第三密封圈，14.防转销，15.轴承套，16.轴承座，17.轴承，18.轴承钢珠，19.轴承挡套，20.悬挂套，21.小球座，22.上扶正器，23.外筒，24.内筒，25.下扶正器，26.内筒延伸筒，27.卡箍，28.连接套，29.限位环，30.中间筒，31.限位套，32.短节，33.固定套，34.限位螺钉，35.支撑筒，36哈壳式岩心爪，37.爪座，38.转轴销，39.岩心爪卡箍，40.常规岩心爪，41.钻头，42.下弹性挡圈。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1至图4所示，本发明的用于软地层的常规取心工具，主要包括外层管串和内层管串，所述外层管串包括由上至下依次连接的花键套2、上扶正器22、外筒23、下扶正器25、限位套31、短节32和钻头41。所述花键套2内表面设置有台阶、一条环形圆弧槽和若干花键，下端设置有外螺纹。所述上扶正器22上端设置有内螺纹，下端设置有外螺纹；所述外筒23上端设置有内螺纹，下端设置有外螺纹；所述下扶正器25上端设置有内螺纹，下端设置有外螺纹；所述限位套31上端设置有内螺纹，下端设置有外螺纹；所述短节32上端设置有内螺纹，下端设置有外螺纹；所述钻头41上端设置有内螺纹，下端内部沿轴向开设有环形槽。

所述内层管串包括由上至下依次连接的上接头1、锁定套6、轴承套15和轴承挡套19，所述锁定套6内由上至下依次设置有释放套8、弹簧11、弹簧座12和下弹性挡圈42，所述释放套8上端内部设置有上弹性挡圈9和球座10，所述锁定套6侧壁沿周向设置有锁定球7，通过锁定球7实现花键套2和释放套8的连接。所述轴承套15内部设置有轴承座16，所述轴承座16下端连接有与轴承挡套19面接触的悬挂套20，所述轴承座16和轴承套15之间设置有带轴承钢珠18的轴承17，且轴承17位于轴承挡套19和悬挂套20的上端面。所述悬挂套20下端内部设置有小球座21，下端外部由上至下依次连接有内筒24、内筒延伸筒26、支撑筒35，所述支撑筒35下端外部设置有常规岩心爪40。所述内筒延伸筒26外部通过卡箍27连接有连接套28，所述连接套28下端依次连接有中间筒30、爪座37、插接于钻头41内部的岩心爪卡箍39，所述中间筒30和支撑筒35之间设置有固定套33和哈壳式岩心爪36，所述固定套33和中间筒30通过限位螺钉34进行定位，所述哈壳式岩心爪36设置于固定套33和和爪座37之间，所述哈壳式岩心爪36和和爪座37通过转轴销38连接。

所述上接头1上下两端均设置有内螺纹，中部设置有台阶，台阶面上部设置有O圈槽，O圈槽内设置有第一密封圈3，台阶面上部沿圆周设置有若干径向阶梯孔，每个阶梯孔内均设置有橡胶堵4，每个橡胶堵4均设置有第二密封圈5；所述上接头1台阶面下部沿圆周设置有轴向花键槽，与花键套2内部的花键进行配合。所述释放套8上下两端外表面均设置有台阶，上端内表面设置有锥面和挡圈槽。所述锁定套6上端设置有外螺纹，下端设置有内螺纹，外螺纹下端设置有台阶，中部设置有若干用于放置锁定球7的圆孔，下部外表面设置有O圈槽，O圈槽内设置有第三密封圈13，所述锁定套6下部设置有用于定位轴承套15的防转销14，所述锁定球7位于花键套2内表面的环形圆弧槽内。所述轴承套15上端设置有外螺纹，上端外表面设置有一条与防转销14配合的轴向沟槽，所述轴承套15下端设置有内螺纹，下部沿圆周设置有径向圆孔，所述轴承套15内外表面均设置有台阶面。

所述轴承座16外部设置有用于轴向定位轴承17的台阶面，上端沿圆周设置有若干径向圆孔，下端设置有外螺纹。所述轴承挡套19上部设置有外螺纹，下部设置有径向通孔。所述悬挂套20上部设置有内螺纹，中部沿圆周设置有若干斜孔，下部设置有内螺纹和外螺纹。所述小球座21设置有轴向通孔，下部沿圆周设置有若干径向圆孔，上部内表面设置有锥面，外表面设置有螺纹。所述内筒延伸筒26上下两端均设置有内螺纹，所述内筒延伸筒26外部和连接套28上端均设置有与卡箍27配合的带斜角的台阶，所述卡箍27内部设置有环形斜槽；所述连接套28下端设置有外螺纹。所述中间筒30和内筒延伸筒26之间设置有限位环29，所述中间筒30上下两端均设置有内螺纹，下部沿圆周设置有若干轴向直槽口，所述固定套33沿圆周设置有若干径向螺纹孔，每个螺纹孔内均设置有沿直槽口轴向滑动限位螺钉34。

所述支撑筒35上端设置有外螺纹，外螺纹下端设置有台阶。所述哈壳式岩心爪36沿圆周设置有两片，实现360°覆盖，每片哈壳式岩心爪36上端均设置为锥面，下端开槽并设有销孔。所述爪座37上端面设置有凸台，凸台设置有销孔，内表面中部设置有斜台阶，所述爪座37上端设置有外螺纹，下端设置有内螺纹。所述岩心爪卡箍39上部设置有外螺纹和台阶，内部设置有锥面和台阶，下部内表面设置有台阶，插接于钻头41内部的环形槽内。

所述上接头1、橡胶堵4、花键套2、锁定套6、锁定球7、释放套8、弹簧11、弹簧座12构成本发明的锁紧释放机构。所述轴承套15、轴承座16、轴承17、轴承挡套19、悬挂套20、小球座21构成本发明的旋转总成机构。所述限位套31、内筒延伸筒26、连接套28、卡箍27、限位环29、中间筒30、支撑筒35、固定套33、限位螺钉34、哈壳式岩心爪36、爪座37、转轴销38、常规岩心爪40、岩心爪卡箍39构成本发明的取心执行机构。

本发明安装在钻具底部，工具下钻前，先将工具上接头1与钻具连接好后下入，待工具下入到位后向钻具内投入小球，小球落在小球座21上，改变钻井液流道，钻井液流道由原来通过内筒24改为通过内筒24和外筒23的环空流出，保证所取岩心不被钻井液污染。开始通过本工具正常取心钻进，取心长度达到预设值后开始进行割心操作，钻进到位后，此时投入大球，大球落至球座10上，向工具内打压，工具憋压后弹簧11被压缩，释放套8随之下行，锁定球7解锁，上提内层管串，泄压，锁定套6与花键套2分离，待橡胶堵4露出至花键套2外后，工具内压力被泄掉，继续上提内层管串，待限位螺钉34顶至限位套31上时，内筒延伸筒26与卡箍27脱离，固定套33被固定，继续上提内层管串，支撑筒35与哈壳式岩心爪36脱开，哈壳式岩心爪36在固定套33作用下开始闭合直至完全闭合抱死岩心，继续上提内层管串，完成割心操作，最后待内层管串取出后，完成将岩心从内筒取出，完成取心作业。

本发明中的两瓣哈壳式岩心爪36能够完全闭合，可以避免线在割心完毕后上提工具过程中岩心脱落的情况，有效提高岩心收获率，现场作业操作简单可靠。本发明可用于科学钻探、湖泊与海洋钻探、建筑工程勘察钻探、地质矿山勘查钻探等钻探工程所遇软泥地层，包括流塑、半流塑，软塑、硬塑的泥层、淤泥层及疏松流沙层的钻探取心工作。本发明可以满足在松软地层中取心作业的需要，在不增加钻探设备及取心钻进工艺前提下，实现有效提高取心收获率的目标。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种用于软地层的常规取心工具，包括外层管串和内层管串，其特征在于，所述外层管串包括由上至下依次连接的花键套(2)、上扶正器(22)、外筒(23)、下扶正器(25)、限位套(31)、短节(32)和钻头(41)；

所述内层管串包括由上至下依次连接的上接头(1)、锁定套(6)、轴承套(15)和轴承挡套(19)，所述锁定套(6)内由上至下依次设置有释放套(8)、弹簧(11)、弹簧座(12)和下弹性挡圈(42)，所述释放套(8)上端内部设置有上弹性挡圈(9)和球座(10)，所述锁定套(6)侧壁沿周向设置有锁定球(7)，通过锁定球(7)实现花键套(2)和释放套(8)的连接；所述轴承套(15)内部设置有轴承座(16)，所述轴承座(16)下端连接有与轴承挡套(19)面接触的悬挂套(20)，所述轴承座(16)和轴承套(15)之间设置有带轴承钢珠(18)的轴承(17)，且轴承(17)位于轴承挡套(19)和悬挂套(20)的上端面；所述悬挂套(20)下端内部设置有小球座(21)，下端外部由上至下依次连接有内筒(24)、内筒延伸筒(26)、支撑筒(35)，所述支撑筒(35)下端外部设置有常规岩心爪(40)；所述内筒延伸筒(26)外部通过卡箍(27)连接有连接套(28)，所述连接套(28)下端依次连接有中间筒(30)、爪座(37)、插接于钻头(41)内部的岩心爪卡箍(39)，所述中间筒(30)和支撑筒(35)之间设置有固定套(33)和哈壳式岩心爪(36)，所述固定套(33)和中间筒(30)通过限位螺钉(34)进行定位，所述哈壳式岩心爪(36)设置于固定套(33)和爪座(37)之间，所述哈壳式岩心爪(36)和爪座(37)通过转轴销(38)连接。

2.根据权利要求1所述的用于软地层的常规取心工具，其特征在于，所述上接头(1)上下两端均设置有内螺纹，中部设置有台阶，台阶面上部沿圆周设置有O圈槽和径向阶梯孔，O圈槽内设置有第一密封圈(3)，每个阶梯孔内均设置有橡胶堵(4)，每个橡胶堵(4)均设置有第二密封圈(5)；所述上接头(1)台阶面下部沿圆周设置有轴向花键槽，与花键套(2)内部的花键进行配合。

3.根据权利要求1所述的用于软地层的常规取心工具，其特征在于，所述释放套(8)上下两端均设置有台阶，上端内表面设置有锥面和挡圈槽。

4.根据权利要求1所述的用于软地层的常规取心工具，其特征在于，所述锁定套(6)下部外表面设置有第三密封圈(13)，所述锁定套(6)下部设置有用于定位轴承套(15)的防转销(14)，所述轴承套(15)上端设置有外螺纹，上端外表面设置有与防转销(14)配合的轴向沟槽，所述轴承套(15)下端设置有内螺纹，下部沿圆周设置有径向圆孔，所述轴承套(15)内外表面均设置有台阶面。

5.根据权利要求1所述的用于软地层的常规取心工具，其特征在于，所述轴承座(16)外部设置有用于轴向定位轴承(17)的台阶面，上端沿圆周设置有径向圆孔，下端设置有外螺纹；所述轴承挡套(19)上部设置有外螺纹，下部设置有径向通孔。

6.根据权利要求1所述的用于软地层的常规取心工具，其特征在于，所述悬挂套(20)上部设置有内螺纹，中部沿圆周设置有斜孔，下部设置有内螺纹和外螺纹。

7.根据权利要求1所述的用于软地层的常规取心工具，其特征在于，所述小球座(21)设置有轴向通孔，下部沿圆周设置有径向圆孔，上部内表面设置有锥面。

8.根据权利要求1所述的用于软地层的常规取心工具，其特征在于，所述内筒延伸筒(26)外部和连接套(28)上端均设置有与卡箍(27)配合的带斜角的台阶，所述卡箍(27)内部设置有环形斜槽。

9.根据权利要求1所述的用于软地层的常规取心工具，其特征在于，所述中间筒(30)和内筒延伸筒(26)之间设置有限位环(29)，所述中间筒(30)下部沿圆周设置有轴向直槽口，所述固定套(33)沿圆周设置有径向螺纹孔，每个螺纹孔内均设置有沿直槽口轴向滑动限位螺钉(34)。

10.根据权利要求1所述的用于软地层的常规取心工具，其特征在于，所述哈壳式岩心爪(36)沿圆周设置有两片，每片哈壳式岩心爪(36)上端均设置为锥面，下端开槽并设有销孔；所述爪座(37)上端面设置有凸台，凸台设置有销孔，内表面中部设置有斜台阶。