CN108798663A - 一种页岩地层钻井取心油气捕集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种页岩地层钻井取心油气捕集装置，包括泄压阀、储气筒上密封盖、储气筒本体、活塞杆、平衡活塞、储气筒下密封盖、排气阀总成和储气筒上配合接头。泄压阀、储气筒上密封盖、活塞杆、平衡活塞、储气筒下密封盖依次连接置于储气筒本体内腔。储气筒本体上下两端通过螺纹与储气筒上配合接头和排气阀总成连接。通过本装置，在进行页岩地层钻井取心作业时，允许在安全的工作压力下，在起钻过程中几乎100%原位收集岩心逸出的油气，用于分析原始含油气量、气/油比、直接测量的饱和度、无损失气体含量等其它常规取心技术不能获得的数据及增强的储层数据。

Description

一种页岩地层钻井取心油气捕集装置

技术领域

本发明涉及一种用于页岩气勘探开发领域的页岩地层钻井取心油气捕集装置。

背景技术

储层岩石的流体饱和度在页岩油气勘探与开发中具有十分重要的作用。它是计算油气储量、分析开发动态以及提高最终采收率等不可缺少的参数。然而，目前的钻井技术条件下，钻井取心得到的岩样在起钻过程中，由于岩心环境压力的不断减小，当岩心到达地面后，岩心中所储存的气体几乎被全部排放掉，难以对随钻油气完整的捕集。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够进行随钻油气完整捕集的页岩地层钻井取心油气捕集装置。

本发明的技术方案包括：

一种页岩地层钻井取心油气捕集装置，包括储气筒本体6和设置在储气筒本体6上、下端口内的储气筒上密封盖4、储气筒下密封盖10，储气筒本体6上端与储气筒上配合接头13密封连接，并对储气筒上密封盖4进行轴向限位，储气筒本体6下端与排气阀总成12连接，并对储气筒下密封盖10进行轴向限位，在储气筒上密封盖4、储气筒下密封盖10之间连接有活塞杆7，活塞杆7外部滑动密封配合有平衡活塞9，平衡活塞9将储气筒本体6和储气筒上密封盖4、储气筒下密封盖10组成的密封腔分隔为液压油腔17和油气捕集腔18，在储气筒上密封盖4轴向设置贯通液压油腔17和储气筒本体6上部空腔的排液孔16，排液孔16与销钉2连接，在储气筒下密封盖10轴向设置贯通油气捕集腔18和储气筒本体6下部空腔的过滤孔19，储气筒上配合接头13的管壁上径向设置排液孔14，排气阀总成12轴向设置有贯通上下腔的内部流道20，排气阀总成12下端设有与钻井取心内筒总成连接的连接头。

上述方案还包括：

排气阀总成12还包括径向设置并分别与内部流道20贯通的排出孔和密封孔，排出孔和密封孔呈“十”字交叉配合，并在排出孔连接密封丝堵12-2，在密封孔内设置密封螺栓12-4，密封螺栓12-4的伸进和伸出实现对排出孔的关闭和打开。

密封螺栓12-4与密封孔端口螺纹连接，并在连接处设置防松垫圈12-5；密封丝堵12-2与排出孔螺纹连接并在连接处设置密封件。

在储气筒上密封盖4上还连接有泄压阀1，泄压阀1的进液口依次与储气筒上密封盖4设置的通孔、活塞杆7内部设置的中空腔、活塞杆7位于油气捕集腔18段的径向通孔和油气捕集腔18贯通，泄压阀1的出液口与储气筒上密封盖4上部空腔贯通。

储气筒本体6上端与储气筒上配合接头13螺纹连接并在连接处设置密封件，储气筒本体6下端与排气阀总成12螺纹连接，并在连接处设置密封件。

储气筒本体6和设置在储气筒本体6上、下端口内的储气筒上密封盖4、储气筒下密封盖10之间设置密封件；平衡活塞9与活塞杆7外部以及储气筒本体6之间设置密封件。

本发明的应用原理和过程：在页岩地层进行钻井取心油气捕集前，把本装置装入页岩地层钻井取心油气捕集装置外筒内部，下部同取心内筒总成连接，上部同取心内筒悬挂和分水接头连接。钻井取心结束后，页岩地层钻井取心油气捕集装置下部的密封阀关闭，岩心被封闭在密封阀和平衡活塞组成的密封空腔内。起钻过程中，装置从井底到地面的过程中，井筒环空压力逐渐降低，岩心内部的流体通过孔隙渗出进入封闭腔室，推动平衡活塞滑动，驱替出提前注入的液压油。如果岩心中流体特别是页岩气较多，导致封闭腔室压力过高，超过泄压阀设定的压力值，则泄压阀开启，泄掉部分地层流体，直到封闭腔室的压力小于例泄压阀设定的压力值，泄压阀关闭。本装置起钻到地面后，可将密封丝堵卸开，转接到流体收集装置的转换接头，缓慢旋开密封螺栓，至到有流体流出，当流体收集装置的压力不再变化后，将储气筒上密封盖的螺栓孔连接到液压油泵，反向打压驱动平衡活塞滑动，将储气筒内腔从新注满液压油，将储气筒内腔的地层流体完全排出，旋动密封螺栓，关闭排气阀。

本发明的优点是：本装置利用活塞上、下腔体内的压力自动调节平衡的原理，在进行页岩地层钻井取心作业时，允许在安全的工作压力下，在起钻过程中几乎100%原位收集岩心逸出的油气，用于分析原始含油气量、气/油比、直接测量的饱和度、无损失气体含量等其它常规取心技术不能获得的数据及增强的储层数据，并在储气筒上部设有泄压阀，保证了本装置始终处于设定的安全工作载荷内，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的一种页岩地层钻井取心油气捕集装置结构示意图。

图2为本发明的排气阀总成剖视结构示意图。

图3为排气阀总成在地面排气工作状态结构示意图。

图中：1.泄压阀，2.销钉，3.垫圈、4.储气筒上密封盖，5活塞杆上密封圈，6.储气筒本体，7.活塞杆，8.活塞密封圈，9.平衡活塞，10.储气筒下密封盖，11.密封元件，12.排气阀总成，12-1.排气阀本体，12-2.密封丝堵，12-3.密封螺栓密封圈，12-4.密封螺栓，12-5.防松垫圈，13.储气筒上配合接头，14.储气筒上配合接头排液孔，15.井筒钻井液，16.储气筒上密封盖排液孔，17.液压油腔（液压油），18. 油气捕集腔（地层空隙流体），19.储气筒下密封盖过滤孔，20.排气阀内腔，21.排气转换接头内腔，22.排气转换接头。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式，对本发明作进一步描述。

实施例1，一种页岩地层钻井取心油气捕集装置，包括储气筒本体6和设置在储气筒本体6上、下端口内的储气筒上密封盖4、储气筒下密封盖10，储气筒本体6上端与储气筒上配合接头13密封连接，并对储气筒上密封盖4进行轴向限位，储气筒本体6下端与排气阀总成12连接，并对储气筒下密封盖10进行轴向限位，在储气筒上密封盖4、储气筒下密封盖10之间连接有活塞杆7，活塞杆7外部滑动密封配合有平衡活塞9，平衡活塞9将储气筒本体6和储气筒上密封盖4、储气筒下密封盖10组成的密封腔分隔为液压油腔17和油气捕集腔18，在储气筒上密封盖4轴向设置贯通液压油腔17和储气筒本体6上部空腔的排液孔16，排液孔16与销钉2密封，在储气筒下密封盖10轴向设置贯通油气捕集腔18和储气筒本体6下部空腔的过滤孔19，储气筒上配合接头13的管壁上径向设置排液孔14，排气阀总成12轴向设置有贯通上下腔的内部流道20，排气阀总成12下端设有与钻井取心内筒总成连接的连接头。

上述实施例没有限定泄压阀，适用于井底流体压力较低的情形下使用。

典型实施例2，参照附图1-3，一种页岩地层钻井取心油气捕集装置用压力平衡装置，包括比例泄压阀1、销钉2和垫圈3、储气筒上密封盖4、活塞杆上密封圈5、储气筒本体6、活塞杆7、活塞密封圈8、平衡活塞9、储气筒下密封盖10、排气阀总成12和储气筒上配合接头13。

比例泄压阀1、储气筒上密封盖4、活塞杆7、平衡活塞9、储气筒下密封盖10依次连接并置于储气筒本体6内部，比例泄压阀1与储气筒上密封盖4通过螺纹连接，活塞杆7上下两端分别插入储气筒上密封盖4和储气筒下密封盖10中间小孔部分，活塞杆7上端与储气筒上密封盖4连接部分压制活塞杆密封圈5，平衡活塞9处于活塞杆7和储气筒本体6之间，并压制有活塞密封圈8，平衡活塞9可以沿活塞杆7在储气筒本体6内腔滑动，平衡活塞9两侧分别为装置入井前注入的液压油腔（液压油）17和油气捕集腔（地层孔隙流体）18。储气筒本体6上下两端分别通过螺纹与储气筒上配合接头13和排气阀总成12连接，储气筒本体6与排气阀总成12连接部分压制密封元件11，储气筒上配合接头13起对储气筒上密封盖4起限位作用，排气阀总成12除了可以进行储气筒气体排气作用外对储气筒下密封盖10起限位作用。

入井前，储气筒本体6液压油腔17充满液压油，钻井取心结束后，起钻过程中，岩心筒岩心孔隙内的流体排出，先通过排气阀内腔20，再经过储气筒下密封盖过滤孔19过滤后进入储气筒本体6内腔，推动平衡活塞9滑动，将液压油17通过储气筒上密封盖4中的排液孔16驱替出储气筒内腔（此时排液孔16销钉被打开），然后将排出的液压油和原来储气筒上配合接头16中的钻井液15通过储气筒上配合接头排液孔14排出到井筒环空。

参照图2，排气阀总成12由排气阀本体12-1、密封丝堵12-2、密封螺栓12-4和防松垫圈12-5组成，密封螺栓12-4和排气阀本体12-1由螺纹连接并压制有双层密封元件12-3；密封螺栓12-4和密封丝堵12-2呈“十”字交叉配合，当排气阀处于密封状态时，密封螺栓12-4上的密封元件12-3封堵密封丝堵12-2内部流道。

参照图3，本装置返回地面以后，卸开密封丝堵12-2，并通过排气转换接头22连接到地面流体收集装置，将密封螺纹12-4缓慢旋出，解除对密封丝堵12-2内部流道的封堵，储气筒内的地层油气流体通过外接转换接头的内部流道21排出储气筒，当地面流体收集装置的压力不再变化后，将储气筒上密封盖4的储气筒上密封盖排液孔16连接到液压油泵，反向打压驱动平衡活塞9滑动，将储气筒内腔重新注满液压油17，将储气筒内腔的地层流体18完全排出，旋动密封螺栓12-4，关闭排气阀。

实践证明，利用页岩地层钻井取心油气捕集装置，在安全的工作压力下，即在起钻过程中能够完整的收集钻井取心岩心逸出的油气。

Claims (6)

1.一种页岩地层钻井取心油气捕集装置，其特征在于：包括储气筒本体（6）和设置在储气筒本体（6）上、下端口内的储气筒上密封盖（4）、储气筒下密封盖（10），储气筒本体（6）上端与储气筒上配合接头（13）密封连接，并对储气筒上密封盖（4）进行轴向限位，储气筒本体（6）下端与排气阀总成（12）连接，并对储气筒下密封盖（10）进行轴向限位，在储气筒上密封盖（4）、储气筒下密封盖（10）之间连接有活塞杆（7），活塞杆（7）外部滑动密封配合有平衡活塞（9），平衡活塞（9）将储气筒本体（6）和储气筒上密封盖（4）、储气筒下密封盖（10）组成的密封腔分隔为液压油腔（17）和油气捕集腔（18），在储气筒上密封盖（4）轴向设置贯通液压油腔（17）和储气筒本体（6）上部空腔的排液孔（16），排液孔（16）设置销钉（2），在储气筒下密封盖（10）轴向设置贯通油气捕集腔（18）和储气筒本体（6）下部空腔的过滤孔（19），储气筒上配合接头（13）的管壁上径向设置排液孔（14），排气阀总成（12）轴向设置有贯通上下腔的内部流道（20），排气阀总成（12）下端设有与钻井取心内筒总成连接的连接头。

2.根据权利要求1页岩地层钻井取心油气捕集装置，其特征在于：排气阀总成（12）还包括径向设置并分别与内部流道（20）贯通的排出孔和密封孔，排出孔和密封孔呈“十”字交叉配合，并在排出孔连接密封丝堵（12-2），在密封孔内设置密封螺栓（12-4），密封螺栓（12-4）的伸进和伸出实现对排出孔的关闭和打开。

3.根据权利要求2所述的页岩地层钻井取心油气捕集装置，其特征在于：密封螺栓（12-4）与密封孔端口螺纹连接，并在连接处设置防松垫圈（12-5）；密封丝堵（12-2）与排出孔螺纹连接并在连接处设置密封件。

4.根据权利要求1或2、3所述的页岩地层钻井取心油气捕集装置，其特征在于：在储气筒上密封盖（4）上还连接有泄压阀（1），泄压阀（1）的进液口依次与储气筒上密封盖（4）设置的通孔、活塞杆（7）内部设置的中空腔、活塞杆（7）位于油气捕集腔（18）段的径向通孔和油气捕集腔（18）贯通，泄压阀（1）的出液口与储气筒上密封盖（4）上部空腔贯通。

5.根据权利要求4所述的页岩地层钻井取心油气捕集装置，其特征在于：储气筒本体（6）上端与储气筒上配合接头（13）螺纹连接并在连接处设置密封件，储气筒本体（6）下端与排气阀总成（12）螺纹连接，并在连接处设置密封件。

6.根据权利要求5所述的页岩地层钻井取心油气捕集装置，其特征在于：储气筒本体（6）和设置在储气筒本体（6）上、下端口内的储气筒上密封盖（4）、储气筒下密封盖（10）之间设置密封件；平衡活塞（9）与活塞杆（7）外部以及储气筒本体（6）之间设置密封件。