CN109162710B - 井壁裂隙打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种井壁裂隙打印装置，包括：内架结构体，其具有中心通道，所述内架结构体上沿其轴向方向设有至少一个安装环槽；至少一个打印机构，能径向移动地安装在所述至少一个安装环槽内，所述打印机构具有沿圆周方向设置的至少三个安装托，各所述安装托的外侧均设有打印结构层。本发明的井壁裂隙打印装置，能够获得地层中不同岩性在井壁上的裂缝和孔洞，其形状、长短、宽窄、数量分布及方向等参数，该井壁裂隙打印装置结构简单，操作方便。

Description

井壁裂隙打印装置

技术领域

本发明涉及油气及地热勘探开发技术领域，尤其涉及一种井壁裂隙打印装置。

背景技术

在油气井和中深层地热井中，对于地层中不同岩性在井壁上的裂缝和孔洞，其形状、长短、宽窄、数量分布及方向等，一直是人们希望直接看到但却不能达到的难题，因为它对油气储层和热储地层的准确认识及开发方式的选择都极为重要。对石油和地热钻井工程而言，打井时会遇到由于岩石裂缝或孔洞的存在而导致的钻井液大量漏失，堵漏时需要知道裂缝及孔洞的一系列参数，才能有针对性的选配堵漏桨中粒子的级配，否则只能摸索实验，且一次成功不一定能在另外一口井复制，因为即使岩石各方面条件相同，只要早期成因不同、井深不同，井底的液柱压力也不同，在不同的液柱压力下，裂缝和孔洞的闭合度也不一样；在完井工程和后期开采过程中，我们同样希望了解裂缝和孔洞的发育状况，为压井、调剖堵水、压裂酸化等工艺措施中工作液及参数优化提供依据。在地质方面，知道了裂缝及孔洞的一系列参数，将为研究地质构造与油气储集特征及确定找油方向提供帮助。

多年以来，人们一直试图了解上述问题，但一直未能如愿。现有技术中，利用漏失时的参数通过漏失量及地面压降进行计算，但不能获得裂隙的数量及分布；而利用堵漏成功的井进行推算，除了牵扯到裂隙的数量及分布外，还牵扯到不同粒度及膨胀性的粒子在不同的温度、压力等综合作用下的填充数量问题；再有，利用成像测井确定裂隙，会受到分辨率低的制约，也很难确定裂缝和孔洞的发育状况。因此，油气勘探开发非常需要一种技术能够解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种井壁裂隙打印装置，能够获得地层中不同岩性在井壁上的裂缝和孔洞，其形状、长短、宽窄、数量分布及方向等参数，该井壁裂隙打印装置结构简单，操作方便。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供了一种井壁裂隙打印装置，包括：

内架结构体，其具有中心通道，所述内架结构体上沿其轴向方向设有至少一个安装环槽；

至少一个打印机构，能径向移动地安装在所述至少一个安装环槽内，所述打印机构具有沿圆周方向设置的至少三个安装托，各所述安装托的外侧均设有打印结构层。

在本发明的实施方式中，所述至少一个打印机构通过多个活塞总成能径向移动地连接于所述内架结构体，沿所述内架结构体的圆周方向间隔设有多列活塞连接部，各列所述活塞连接部沿所述内架结构体的轴向方向设有间隔设置的多个所述活塞总成。

在本发明的实施方式中，所述活塞总成包括：

活塞杆，其一端连接在所述打印机构上，其另一端穿过所述内架结构体并伸入所述中心通道内；

外侧磁体，能轴向移动地连接在所述活塞杆的一端，所述外侧磁体与所述内架结构体固定相连；

内侧磁体，连接在所述活塞杆的另一端并位于所述中心通道内；

其中，所述内侧磁体与所述外侧磁体相面对的两侧极性相同。

在本发明的实施方式中，所述活塞杆的一端连接在所述打印机构的安装托上。

在本发明的实施方式中，所述打印机构为两个或两个以上，所述安装环槽为两个或两个以上，两两相邻的所述安装环槽之间设有扶正环。

在本发明的实施方式中，所述扶正环上沿其圆周方向间隔设有至少三个液流槽，两两相邻的所述液流槽之间形成有阻挡凸部，所述打印机构的两两相邻的所述安装托之间形成的缝隙与所述阻挡凸部轴向相对设置。

在本发明的实施方式中，所述内架结构体具有上接头和下接头，所述上接头沿其圆周方向间隔设有至少三个上凸块，所述下接头沿其圆周方向间隔设有至少三个下凸块，所述上凸块与所述下凸块轴向相对设置。

在本发明的实施方式中，两两相邻的所述安装托之间形成的缝隙与所述上凸块、所述下凸块轴向相对设置。

在本发明的实施方式中，所述打印结构层为铅膜层或锡膜层。

在本发明的实施方式中，所述中心通道的一端形成有锥形孔，所述锥形孔内能封堵有憋压球。

本发明的井壁裂隙打印装置的特点及优点是：本发明的井壁裂隙打印装置，为减轻磁场的影响，其金属件均采用不锈钢材料制作。该井壁裂隙打印装置，通过多个活塞总成将各打印机构径向推出，以抵压在井壁上，从而获得地层中不同岩性在井壁上的裂缝和孔洞，例如裂缝和孔洞的形状、长短、宽窄、数量分布及方向等参数，该井壁裂隙打印装置结构简单，操作方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的井壁裂隙打印装置的剖视结构示意图。

图2为本发明的井壁裂隙打印装置的内架结构体的结构示意图。

图3为本发明的内架结构体的安装环槽表面展开图。

图4为本发明的井壁裂隙打印装置的结构示意图。

图5为图1的A-A向剖面图。

图6为本发明的井壁裂隙打印装置的活塞总成的结构示意图。

图7为图1的B-B向剖面图。

图8为图2的C-C向剖面图。

图9为图2的D-D向剖面图。

图10为图2的E-E向剖面图。

附图标号说明：1、内架结构体；11、中心通道；111、锥形孔；112、憋压球；12、安装环槽；121、安装孔；122、安装部；13、扶正环；131、液流槽；132、阻挡凸部；14、上接头；141、内螺纹段；142、上凸块；143、上液流槽；15、下接头；151、外螺纹段；152、下凸块；153、下液流槽；2、打印机构；21、安装托；22、打印结构层；23、缝隙；3、活塞总成；31、活塞杆；311、外侧缩颈部；312、内侧缩颈部；32、外侧磁体；33、内侧磁体；34、外螺母；35、缸套；351、密封槽；352、容纳槽；353、外螺纹段；36、密封圈；37、锁紧环；38、内螺母。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种井壁裂隙打印装置，包括内架结构体1和至少一个打印机构2，其中：内架结构体1具有中心通道11，所述内架结构体1上沿其轴向方向设有至少一个安装环槽12；至少一个打印机构2能径向移动地安装在所述至少一个安装环槽12内，所述打印机构2具有沿圆周方向设置的至少三个安装托21，各所述安装托21的外侧均设有打印结构层22。

具体是，如图2所示，内架结构体1大体呈长条筒状，其为一根不锈钢管，该内架结构体1的中部形成有轴向贯通的中心通道11，在本实施例中，该中心通道11的一端形成有锥形孔111，该锥形孔111内能封堵有憋压球112，该锥形孔111的设计，能够保证本发明下井过程中遇阻可以循环，同时能使憋压球112封堵该锥形孔111，以便该中心通道11形成密封空间，通过地面设备给中心通道11中加压；再有，在大斜度井或水平井中，能使憋压球112较容易进入锥形孔111中。进一步的，在内架结构体1的外壁上设有至少一个安装环槽12，该至少一个安装环槽12沿内架结构体1的轴向方向设置。在本实施例中，根据井下情况及实际需要，该内架结构体1上可仅设有一个安装环槽12，或者在另外的实施例中，在该内架结构体1上可设有两个或两个以上的安装环槽12，当设有两个或两个以上的安装环槽12时，两两相邻的安装环槽12之间形成有扶正环13。

在本发明中，该内架结构体1的上端形成有上接头14，其下端形成有下接头15，该上接头14具有内螺纹段141，也即在上接头14上加工有钻杆母扣，该下接头15上设有外螺纹段151，也即在下接头15上加工有钻杆公扣。

打印机构2能径向移动地连接在内架结构体1的安装环槽12内，在本发明中，根据内架结构体1上的安装环槽12的数量对应设置打印机构2的数量，也即，打印机构2的数量与安装环槽12的数量相同。根据井下情况及实际需要，可在内架结构体1上沿其轴向方向安装有一个、两个或更多个打印机构2，对应的，该内架结构体1上沿其轴向方向设有一个、两个或更多个安装环槽12，在此不做限制。在本实施例中，在内架结构体1上安装有两个打印机构2，两个打印机构2之间通过成型在内架结构体1上的扶正环13间隔设置。

该打印机构2为用于获得地层中不同岩性在井壁上的裂缝和孔洞，例如裂缝和孔洞的形状、长短、宽窄、数量分布及方向等参数的机构，该打印机构2具有沿内架结构体1的圆周方向设置的至少三个安装托21，各安装托21的外壁面均设有打印结构层22。在本实施例中，如图5所示，该打印机构2沿内架结构体1的圆周方向设有四个安装托21，当然，在其他的实施例中，该打印机构2可设有三个安装托21、五个或更多个安装托21等，在此不做限制；该打印结构层22可为铅膜层或锡膜层，其厚度h在10mm以上，该铅膜层或锡膜层为由铅或锡制成的弧形板，其弧度与井眼弧度一致，以保证打印效果，当然，在其他的实施例中，该打印结构层22也可采用其它易变形的材料制成，在此不做限制。

在本发明中，该至少一个打印机构2通过多个活塞总成3径向移动地连接于内架结构体1。具体的，针对一个打印机构2，沿内架结构体1的圆周方向间隔设有多列活塞连接部，各列活塞连接部沿内架结构体1的轴向方向间隔设有多个活塞总成3。

请配合参阅图3所示，为该内架结构体1的安装环槽12的表面展开图。在该内架结构体1的安装环槽12的槽底开设有多个安装孔121，该些安装孔121与内架结构体1的中心通道11相连通，在本实施例中，沿内架结构体1的圆周方向间隔设有多列安装部122，各列安装部122中具有沿内架结构体1的轴向方向间隔设置的多个安装孔121，各列安装部122中的安装孔121沿内架结构体1的圆周方向交错设置，以保证各安装孔121之间不会相互干涉。

该打印机构2即通过多个活塞总成3连接在内架结构体1的安装环槽12内的多个安装孔121中。该安装环槽12内的多个安装孔121的设计，既要保证活塞总成3有适当的打印压力(该打印压力通常为4.5kg/cm²以上)，又要避免活塞总成3之间互相干扰。

在本实施例中，如图6所示，该活塞总成3包括活塞杆31、外侧磁体32和内侧磁体33，该活塞杆31的一端连接在打印机构2上，其另一端穿过内架结构体1并伸入中心通道11内；外侧磁体32能轴向移动地连接在活塞杆31的一端，该外侧磁体32与内架结构体1固定相连；内侧磁体33连接在活塞杆31的另一端并位于中心通道11内；其中，该内侧磁体33与外侧磁体32相面对的两侧极性相同。

具体的，该活塞杆31的两端分别形成有外侧缩颈部311和内侧缩颈部312，该活塞杆31通过其外侧缩颈部311连接在打印机构2的安装托21上，例如将活塞杆31的外侧缩颈部311穿设在安装托21上并通过外螺母34将外侧缩颈部311压紧在安装托21上，之后在安装托21的外表面附上一层打印结构层22；当然，在另外的实施例中，可先将打印结构层22浇铸在安装托21的外表面，然后在打印结构层22上留有能拧紧外螺母34的装配孔，以便将活塞杆31的外侧缩颈部311连接在打印结构层22上，这样装配比较方便。

活塞杆31能相对外侧磁体32轴向移动，在本实施例中，活塞杆31的外侧套设有缸套35，在缸套35的内壁上开设有密封槽351，在密封槽351中放入密封圈36，可实现缸套35与活塞杆31之间的密封；缸套35的内侧设有能安装外侧磁体32的容纳槽352，该外侧磁体32放置在容纳槽352后，通过锁紧环37连接在缸套35上而被固定在容纳槽352中；该缸套35的外壁面设有外螺纹段353，该缸套35通过其外螺纹段353螺纹连接在打印结构层22的安装托21上，从而使得缸套35内的外侧磁体32相对打印结构层22固定设置。

内侧磁体33套设在活塞杆31的内侧缩颈部312上，该内侧缩颈部312上还连接有内螺母38，该内侧磁体33通过内螺母38被固定在内侧缩颈部312上。在本实施例中，该内侧磁体33与外侧磁体32相面对的两侧极性相同，也即，该内侧磁体33与外侧磁体32相面对的两侧可同为S极或同为N极，以便活塞总成3在外侧磁体32与内侧磁体33之间的磁复位力作用下复位。

当活塞总成3受压时，内侧磁体33的N极(或S极)与外侧磁体32的N极(或S极)靠近，当内架结构体1的中心通道11中的压力释放时，由于内侧磁体33与外侧磁体32同为N极(或S极)靠近，其排斥力将使活塞总成3复位，该排斥力的计算公式如下：

本实施例中使用的是钕铁硼磁铁，其为一种天然永磁铁，而非受不稳定电流影响、磁场不稳定的电磁铁影响，其吸力是自身重量的640倍，认为其排斥力与吸力相同，则有：

吸力＝磁铁体积×材料密度×N(倍数)，其中N＝640；

不同牌号的钕铁硼磁铁密度不同，但差别不大，约为7.5克/立方厘米。当然这只是理论估值，并且在不同距离处的磁力也不尽相同，准确的数据还需经过实践实验得到。

根据本发明的一个实施方式，如图4和图7所示，该扶正环13上沿其圆周方向间隔设有至少三个液流槽131，两两相邻的液流槽131之间形成有阻挡凸部132，该打印机构2的两两相邻的安装托21之间形成的缝隙23与该阻挡凸部132轴向相对设置。

在本发明中，以该打印机构2具有沿圆周方向设置的四个安装托21为例具体说明。在本实施例中，该扶正环13上沿其圆周方向间隔设有四个液流槽131，两两相邻的液流槽131之间形成有一个阻挡凸部132，该阻挡凸部132的外径大于该液流槽131的外径，该些液流槽131的设计，可相对增大井壁裂隙打印装置与井筒之间形成的环空的过流面积。另外，从井壁裂隙打印装置的轴向方向看，该些阻挡凸部132分别与打印机构2的两两相邻的安装托21之间形成的缝隙23相对设置，该些阻挡凸部132可用来保护打印机构2在井内上下运动时免受刮擦。

进一步的，在本发明的实施方式中，该内架结构体1的上接头14沿其圆周方向间隔设有至少三个上凸块142，该内架结构体1的下接头15沿其圆周方向间隔设有至少三个下凸块152，该些上凸块142与该些下凸块152轴向相对设置。且两两相邻的安装托21之间形成的缝隙23与该上凸块142、下凸块152轴向相对设置。

在本发明中，以打印机构2具有沿圆周方向设置的四个安装托21为例具体说明。在本实施例中，如图8所示，该上接头14沿其圆周方向间隔设有四个上凸块142，两两相邻的上凸块142之间形成有上液流槽143；如图9所示，该下接头15沿其圆周方向间隔设有四个下凸块152，两两相邻的下凸块152之间形成有下液流槽153。该些上液流槽143和该些下液流槽153的设计，可相对增大井壁裂隙打印装置与井筒之间形成的环形空间的过流面积。另外，从井壁裂隙打印装置的轴向方向看，该些上凸块142和该些下凸块152分别与打印机构2的两两相邻的安装托21之间形成缝隙23相对设置，该些上凸块142和该些下凸块152可用来保护打印机构2在井内上下运动时免受刮擦。

该井壁裂隙打印装置的工作过程如下：

在井壁裂隙打印装置下井前，首先保证井眼畅通，在井壁裂隙打印装置的上下两端各接一个常规扶正器，在上方的扶正器上端接一个定向接头，该定向接头的上端接一个无磁钻铤，该无磁钻铤里面装有随钻测量仪器(Measure While Drilling,MWD)，该无磁钻铤的上端接钻杆，整套钻具组合下到预定位置后，开泵循环清洗井壁，然后投球憋压，当憋压球112把井壁裂隙打印装置最下面的锥形孔111堵塞后，整个管柱内就变成了一个密闭的容腔，这时就可以通过地面的加压泵给管柱内加压，该井壁裂隙打印装置的各个活塞总成3在压力的作用下把打印机构2径向向外推出，直至推靠到井壁上，当管柱内的压力足够大时，井壁上的裂隙就被印在各打印机构2的打印结构层22上，此时保压3～5分钟，就可以起钻观察打印效果，由于可以测出定向接头的定向键方位，因此也就可以确定打印出来的裂隙方位。当管柱内的压力被释放后，各活塞总成3在内侧磁体33和外侧磁体32的同极相斥的磁力作用下复位，从而带动各打印机构2复位。

本发明的井壁裂隙打印装置，为减轻磁场的影响，其金属件均采用不锈钢材料制作。该井壁裂隙打印装置，通过多个活塞总成3将各打印机构2径向向外推出，以抵压在井壁上，从而获得地层中不同岩性在井壁上的裂缝和孔洞，例如裂缝和孔洞的形状、长短、宽窄、数量分布及方向等参数，该井壁裂隙打印装置结构简单，操作方便。

在本发明的一个具体实例中，根据直径为215.9mm的井眼设计的井壁裂隙打印装置的具体实例如下：

该内架结构体1为一根长2709mm的不锈钢管，如图1所示，从左到右依次为上接头14、打印机构2、扶正环13、打印机构2和下接头15。其中：

上接头14的左端外径为165mm，加工有5"钻杆母扣，上接头14的右端外径为210mm，分别开有四个角度为-30°～30°、60°～120°、150°～210°、240°～300°的上液流槽143，如图8所示，该上液流槽143的外径D1为210mm，内径D2为192mm。

如图1和图8所示，该内架结构体1的安装环槽12的内径d1为66mm，外径d2为126mm，段长L为1m，沿其圆周均布4排共25个M58的安装孔121，用来安放活塞总成3。如图3所示，同一列上的安装孔121的中心间距L1为150mm，相邻两列安装孔121的中心轴向间距L2为37.5mm，如此设计的尺寸保证了安装孔121与安装孔121之间不会互相干涉，同时又可保证Φ20的憋压球112能顺利通过。

扶正环13的轴向厚度为50mm，如图7所示，该扶正环13的外径D3为210mm，其上开有4个角度为45°～105°、135°～195°、225°～285°、315°～15°的液流槽131，液流槽131的外径D4(也即外径D3)为210mm，内径D5为192mm。

该下接头15的右端外径为165mm，加工有5"钻杆公扣，下接头15的左端外径为210mm，分别开有4个角度为-30°～30°、60°～120°、150°～210°、240°～300°的下液流槽153，如图9所示，该下液流槽153的外径D6为210mm，内径D7为192mm。

由上述数据可知，上接头14和下接头15上均布有四个60°的弧形的上液流槽143和弧形的下液流槽153，二者起始角度相同，都是-30°，而四块安装托21的结合部处的缝隙23分别处于内架结构体1的45°、135°、225°和315°位置处，由于打印结构层22的外表面的弧度与井壁的弧度相同，对于各打印结构层22的外凸出边缘需要加以保护，而上述的上接头14和下接头15上的上液流槽143和下液流槽153之间的上凸块142和下凸块152的中心分别处于内架结构体1的45°、135°、225°和315°位置处，且该上凸块142和下凸块152的外径均大于打印结构层22的外径，这是考虑到在大斜度井或水平井中，上凸块142和下凸块152可以有效地保护打印结构层22不接触井壁；

另外，该扶正环13的外径同样开有四个液流槽131，并留有四个阻挡凸部132，其尺寸与上接头14的上液流槽143和上凸块142、以及下接头15的下液流槽153和下凸块152的尺寸相同，只不过相位角相差45°。如图10所示，当扶正环13的液流槽131与上接头14的上液流槽143中间向着水平井的下井壁时，打印结构层22处于井眼最低位置，扶正环13的阻挡凸部132将打印结构层22抬起，避免了打印结构层22与井底的接触。由图10所示，打印结构层22的最低点是扶正环13的阻挡凸部132的F点与上接头14的上凸块142的G点同时接触井底时，但这时仍能较好的保证打印结构层22不接触井底或井壁。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种井壁裂隙打印装置，其特征在于，包括：

内架结构体，其具有中心通道，所述内架结构体上沿其轴向方向设有至少一个安装环槽；所述安装环槽的槽底开设有与所述中心通道相连通的多个安装孔，其中，沿所述内架结构体的圆周方向间隔设有多列安装部，各列所述安装部中具有沿所述内架结构体的轴向方向间隔设置的多个所述安装孔，各列所述安装部中的各所述安装孔沿所述内架结构体的圆周方向交错设置；

至少一个打印机构，能径向移动地安装在所述至少一个安装环槽内，所述打印机构具有沿圆周方向设置的至少三个安装托，各所述安装托的外侧均设有打印结构层；所述至少一个打印机构用于获得地层中不同岩性在井壁上的裂缝和孔洞；

其中，所述至少一个打印机构通过多个活塞总成能径向移动地连接于所述内架结构体的所述安装环槽内的多个所述安装孔中，所述活塞总成包括：

活塞杆，其一端连接在所述打印机构上，其另一端穿过所述内架结构体并伸入所述中心通道内；

外侧磁体，能轴向移动地连接在所述活塞杆的一端，所述外侧磁体与所述内架结构体固定相连；

内侧磁体，连接在所述活塞杆的另一端并位于所述中心通道内；

其中，所述内侧磁体与所述外侧磁体相面对的两侧极性相同；

其中，所述内架结构体具有上接头和下接头，所述上接头沿其圆周方向间隔设有至少三个上凸块，所述下接头沿其圆周方向间隔设有至少三个下凸块，所述上凸块与所述下凸块轴向相对设置；

所述打印机构为两个或两个以上，所述安装环槽为两个或两个以上，两两相邻的所述安装环槽之间设有扶正环；

所述扶正环上沿其圆周方向间隔设有至少三个液流槽，两两相邻的所述液流槽之间形成有阻挡凸部，所述打印机构的两两相邻的所述安装托之间形成的缝隙与所述阻挡凸部轴向相对设置。

2.如权利要求1所述的井壁裂隙打印装置，其特征在于，沿所述内架结构体的圆周方向间隔设有多列活塞连接部，各列所述活塞连接部沿所述内架结构体的轴向方向设有间隔设置的多个所述活塞总成。

3.如权利要求1所述的井壁裂隙打印装置，其特征在于，所述活塞杆的一端连接在所述打印机构的安装托上。

4.如权利要求1所述的井壁裂隙打印装置，其特征在于，两两相邻的所述安装托之间形成的缝隙与所述上凸块、所述下凸块轴向相对设置。

5.如权利要求1所述的井壁裂隙打印装置，其特征在于，所述打印结构层为铅膜层或锡膜层。

6.如权利要求1所述的井壁裂隙打印装置，其特征在于，所述中心通道的一端形成有锥形孔，所述锥形孔内能封堵有憋压球。

Images