CN109403900B - 深部岩石保质取芯装置及其取芯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例适用于科学钻探技术领域，提供了一种深部岩石保质取芯装置及其取芯方法。该深部岩石保质取芯装置包括钻具、钻头、中心杆以及储芯本体，钻头安装在钻具的下端，中心杆的下端连接储芯本体，并且中心杆能够带动储芯本体在钻具内沿钻具的轴向方向移动，中心杆内开设有下端开口的储液腔，储芯本体内开设有下端开口的储芯腔，储芯本体的上端安装有用于控制储液腔与储芯腔相互连通或阻断的第一阀门，钻具的内壁上安装用于封盖或打开储芯腔下端开口的第二阀门。本发明在取芯过程中能够避免岩芯上的微生物生存环境改变，同时可以防止岩芯内部油气资源的丧失而导致资源评估失真，最终充分达到保质取芯目的，保证了岩芯原位品质状态。
Description
技术领域
本发明属于科学钻探技术领域，尤其涉及一种深部岩石保质取芯装置及其取芯方法。
背景技术
目前，深部岩石钻探取芯的保质技术基本处于定性的相对保质状态，无法做到所取岩芯完全保质。在钻进岩层取芯及取出岩芯过程中，岩芯会受到井底地层水或钻井液等的污染而造成岩芯原位品质、油气含量及湿度等受到影响，并且岩芯取出后会由于空气的影响导致微生物生存环境改变而影响科学研究；同时，岩芯内部油气资源的丧失会导致资源评估失真，所以对深部岩石科学探索的基本前提是实现原位保质取芯。
在国内已经开展了大量的科学钻探研究，但岩石取芯技术无法做到完全保质取芯，这对于探知原位环境、油气资源勘探、深地医学研究都十分不利，亟需提供岩石原位保质取芯技术来为深部岩石科学探索研究奠定基础。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于提供一种深部岩石保质取芯装置及其取芯方法，旨在解决现有技术中的深部岩石取芯技术无法做到完全保质取芯而导致岩芯原位品质受到影响的问题。
本发明实施例是这样实现的，提供一种深部岩石保质取芯装置。该深部岩石保质取芯装置包括钻具、钻头、中心杆以及用于储存岩芯的储芯本体；所述钻头安装在所述钻具的下端，所述中心杆的下端连接所述储芯本体，并且所述中心杆能够带动所述储芯本体在所述钻具内沿钻具的轴向方向移动，所述中心杆内开设有下端开口的储液腔，所述储芯本体内开设有下端开口的储芯腔，所述储芯本体的上端安装有用于控制所述储液腔与所述储芯腔相互连通或阻断的第一阀门，所述钻具的内壁上安装用于封盖或打开所述储芯腔下端开口的第二阀门；
当所述深部岩石保质取芯装置提取岩芯前，所述储液腔内存储有第一液体，所述第一阀门封盖所述储液腔的下端开口，使所述储液腔与所述储芯腔阻断，所述储芯腔内存储有第二液体，并通过膜状物封闭所述储芯腔的下端开口。
进一步地，所述储芯本体的内壁上设有液体流路，当打开所述第一阀门后，所述储液腔通过所述液体流路与所述储芯腔连通。
进一步地，所述液体流路包括相互连通的若干分流路和若干开孔，当打开所述第一阀门后，所述储液腔、分流路、开孔以及储芯腔依次连通。
进一步地，所述的若干分流路沿所述储芯本体的轴向方向延伸。
进一步地，所述的若干分流路沿所述储芯本体的圆周方向均匀分布。
进一步地，所述的若干开孔沿所述储芯本体的轴向方向等间距分布。
进一步地，所述第一阀门为电控阀门，所述第二阀门为翻板阀。
进一步地，所述钻具的下端内壁设置有用于夹紧岩芯的卡爪。
进一步地，所述第一液体为水或乙醇，所述第二液体为聚砜与DMF/NMP相混合后形成的溶液或者聚偏氟乙烯与DMF/NMP相混合后形成的溶液。
本发明实施例还提供一种如上所述的深部岩石保质取芯装置的取芯方法，该取芯方法包括如下步骤：
首先在所述储液腔内存储所述第一液体后，将第一阀门关闭，使所述储液腔与所述储芯腔阻断，然后在所述储芯腔内存储第二液体，并通过膜状物将所述储芯腔的下端开口封闭，防止第二液体泄露；
启动所述钻具，所述钻具驱动所述钻头进行破岩工作，在破岩提取岩芯过程中，岩芯冲破膜状物开始进入所述储芯腔内，此时储芯腔内的第二液体由于岩芯的进入开始排出，在岩芯进入储芯腔的过程中，第二液体始终将岩芯包裹，避免其他液体对岩芯的污染；
岩芯进入所述储芯腔后，取芯结束，钻具停止工作，关闭第二阀门，使所述第二阀门封盖所述储芯腔下端开口，然后打开所述第一阀门，使所述储液腔与所述储芯腔相互连通，所述储液腔内的所述第一液体进入储芯腔内后，与岩芯周围的第二液体混合发生物质间的传质相变形成密封膜包裹岩芯，使岩芯与外界隔绝，避免岩芯上的微生物生存环境改变，同时可以防止岩芯内部油气资源的丧失而导致资源评估失真，最终充分达到保质取芯目的。
本发明实施例与现有技术相比，有益效果在于：本发明的深部岩石保质取芯装置在提取岩芯过程中，岩芯冲破膜状物进入储芯腔时，由于第二液体始终将岩芯包裹，避免了地层深部其他液体对岩芯造成污染，并且在岩芯进入储芯腔后，储液腔内的第一液体进入储芯腔与第二液体混合发生物质间的传质相变形成密封膜包裹岩芯，隔绝岩芯与外界接触，从而避免岩芯上的微生物生存环境改变，同时可以防止岩芯内部油气资源的丧失而导致资源评估失真，最终充分达到保质取芯目的，保证了岩芯原位品质状态，为深部岩石科学探索研究奠定了基础。
附图说明
图1是本发明实施例提供的深部岩石保质取芯装置在提取岩芯前的结构示意图；
图2是图1中的A区域放大结构示意图；
图3是图1中B-B方向的断面结构示意图。
在附图中，各附图标记表示:
1、钻具；2、钻头；3、中心杆；4、储芯本体；5、卡爪；6、第一阀门；7、第二阀门；30、储液腔；40、储芯腔；41、分流路；42、开孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图3所示，是本发明实施例提供的深部岩石保质取芯装置。该深部岩石保质取芯装置包括钻具1、钻头2、中心杆3以及用于储存岩芯的储芯本体4，其中，钻头2安装在钻具1的下端，中心杆3的下端连接储芯本体4，并且中心杆3能够带动储芯本体4在钻具1内沿钻具1的轴向方向移动，以通过启动钻具1来带动钻头2进行破岩作业，通过驱动中心杆3带动储芯本体4进行提取岩芯作业。在钻具1的下端内壁设置有卡爪5，以便于对岩芯夹紧，使岩芯被拉断，在中心杆3内开设有下端开口的储液腔30，储芯本体4内开设有下端开口的储芯腔40，储液腔30通过其下端开口与储芯腔40的上端连通。在储芯本体4的上端安装有第一阀门6，该第一阀门6为电控阀门，通过打开与关闭第一阀门6来控制储液腔30与储芯腔40进行相互连通或相互阻断。钻具1的内壁上安装有第二阀门7，第二阀门7为电控的翻板阀，通过打开与关闭第二阀门7来封盖或打开储芯腔40的下端开口。
当深部岩石保质取芯装置在提取岩芯前，在储液腔30内存储有一定量的第一液体(图中未示出)，通过关闭第一阀门6来封盖储液腔30的下端开口，使储液腔30与储芯腔40阻断，防止第一液体流入储芯腔40内；在储芯腔40内存储有第二液体(图中未示出)，并通过膜状物(图中未示出)封闭储芯腔40的下端开口，防止第二液体流出。当深部岩石保质取芯装置在提取岩芯后，岩芯进入储芯腔40内将部分第二液体排出，同时，打开第一阀门6，使储液腔30内的第一液体进入储芯腔40内与第二液体相混合，第一液体与第二液体相互混合后发生物质间的传质相变形成一层密封膜包裹岩芯，使岩芯与外界隔离。
上述实施例中，储芯本体4的内壁上设有液体流路，当打开第一阀门6后，储液腔30通过液体流路与储芯腔40连通。具体地，液体流路包括相互连通的若干分流路41和若干开孔42，当打开第一阀门6后，储液腔30、分流路41、开孔42以及储芯腔40依次连通；上述的若干分流路41沿储芯本体4的轴向方向延伸，并且该若干分流路41沿储芯本体4的圆周方向均匀分布，上述的若干开孔42沿储芯本体4的轴向方向等间距分布，从而能够使第一液体能够迅速并均匀地流入储芯腔40内与第二液体相混合。
在本实施例中，第一液体可以为水或乙醇，第二液体为聚砜与DMF/NMP相混合后形成的溶液或者聚偏氟乙烯与DMF/NMP相混合后形成的溶液，即第二液体可以为聚砜与DMF(N,N-Dimethylformamide N,N-二甲基甲酰胺)相混合后形成的溶液，可以为聚砜与NMP(N-methyl-2-pyrrolidone N-甲基吡咯烷酮)相混合后形成的溶液，也可以为聚偏氟乙烯与DMF(N,N-Dimethylformamide N,N-二甲基甲酰胺)相混合后形成的溶液，还可以为聚偏氟乙烯与NMP(N-methyl-2-pyrrolidone N-甲基吡咯烷酮)相混合后形成的溶液。在其他实施方式中，第一液体和第二液体也可为在两者混合后能够对岩芯形成密封保护层的其它液体。
本发明实施例还包括一种如上所述的深部岩石保质取芯装置的取芯方法，该取芯方法包括如下步骤：
首先在储液腔30内存储第一液体后，将第一阀门6关闭，使储液腔30与储芯腔40阻断，然后在储芯腔40内存储第二液体，并通过膜状物将储芯腔40的下端开口封闭，防止第二液体泄露。本实施例中的第二液体为聚砜与DMF/NMP相混合后形成的溶液或者聚偏氟乙烯与DMF/NMP相混合后形成的溶液，该液体为具有粘稠状的液体，可通过具有粘黏性的膜状物(如保鲜膜)封闭储芯腔的下端开口。
在存储好第一液体和第二液体后，启动钻具1，钻具1驱动钻头2进行破岩工作，在破岩提取岩芯过程中，岩芯经过卡爪5，并冲破膜状物开始进入储芯本体4的储芯腔40内，此时储芯腔40内的第二液体由于岩芯的进入开始慢慢排出，在岩芯进入储芯腔40的过程中，第二液体始终将岩芯包裹，以避免其他液体对岩芯的污染。
在岩芯进入储芯腔40后，取芯结束，钻具1停止工作，驱动中心杆3带动储芯本体4向上提升，在中心杆3上升瞬间，驱动卡爪5夹紧岩芯，由于岩芯被拉断后上行，直至越过第二阀门7后，关闭第二阀门7，使第二阀门7封盖储芯腔40下端开口，以封盖岩芯于储芯腔40内。然后打开第一阀门6，储液腔30与储芯腔40相互连通，使储液腔30内的第一液体通过液体流路进入储芯腔40内后，能够与岩芯周围的第二液体混合发生物质间的传质相变形成密封膜包裹岩芯，在整个取芯过程中，岩芯全程处于保质状态。
综上所述，本发明的深部岩石保质取芯装置在提取岩芯过程中，在岩芯冲破膜状物进入储芯腔40时，由于第二液体始终将岩芯包裹，避免了地层深部其他液体对岩芯造成污染，并且在岩芯进入储芯腔40后，储液腔30内的第一液体进入储芯腔40与第二液体混合发生物质间的传质相变形成密封膜包裹岩芯，隔绝岩芯与外界接触，从而避免岩芯上的微生物生存环境改变，同时可以防止岩芯内部油气资源的丧失而导致资源评估失真，最终充分达到保质取芯目的，保证了岩芯原位品质状态，为深部岩石科学探索研究奠定了基础。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种深部岩石保质取芯装置，其特征在于，包括钻具、钻头、中心杆以及用于储存岩芯的储芯本体；所述钻头安装在所述钻具的下端，所述中心杆的下端连接所述储芯本体，并且所述中心杆能够带动所述储芯本体在所述钻具内沿钻具的轴向方向移动，所述中心杆内开设有下端开口的储液腔，所述储芯本体内开设有下端开口的储芯腔，所述储芯本体的上端安装有用于控制所述储液腔与所述储芯腔相互连通或阻断的第一阀门，所述钻具的内壁上安装用于封盖或打开所述储芯腔下端开口的第二阀门；所述储芯本体的内壁上设有液体流路，当打开所述第一阀门后，所述储液腔通过所述液体流路与所述储芯腔连通；所述钻具的下端内壁设置有用于夹紧岩芯的卡爪；
当所述深部岩石保质取芯装置提取岩芯前，所述储液腔内存储有第一液体，所述第一阀门封盖所述储液腔的下端开口，使所述储液腔与所述储芯腔阻断，所述储芯腔内存储有第二液体，并通过膜状物封闭所述储芯腔的下端开口；所述储液腔内的所述第一液体自上而下通过所述第一阀门进入储芯腔内后，与岩芯周围的第二液体混合发生物质间的传质相变形成密封膜包裹岩芯，使岩芯与外界隔离。
2.如权利要求1所述的深部岩石保质取芯装置，其特征在于，所述液体流路包括相互连通的若干分流路和若干开孔，当打开所述第一阀门后，所述储液腔、分流路、开孔以及储芯腔依次连通。
3.如权利要求2所述的深部岩石保质取芯装置，其特征在于，所述的若干分流路沿所述储芯本体的轴向方向延伸。
4.如权利要求3所述的深部岩石保质取芯装置，其特征在于，所述的若干分流路沿所述储芯本体的圆周方向均匀分布。
5.如权利要求4所述的深部岩石保质取芯装置，其特征在于，所述的若干开孔沿所述储芯本体的轴向方向等间距分布。
6.如权利要求1所述的深部岩石保质取芯装置，其特征在于，所述第一阀门为电控阀门，所述第二阀门为翻板阀。
7.如权利要求1所述的深部岩石保质取芯装置，其特征在于，所述第一液体为水或乙醇，所述第二液体为聚砜与DMF/NMP相混合后形成的溶液或者聚偏氟乙烯与DMF/NMP相混合后形成的溶液。
8.一种如权利要求1至7中任意一项所述的深部岩石保质取芯装置的取芯方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先在所述储液腔内存储所述第一液体后，将第一阀门关闭，使所述储液腔与所述储芯腔阻断，然后在所述储芯腔内存储第二液体，并通过膜状物将所述储芯腔的下端开口封闭，防止第二液体泄露；
启动所述钻具，所述钻具驱动所述钻头进行破岩工作，在破岩提取岩芯过程中，岩芯冲破膜状物开始进入所述储芯腔内，此时储芯腔内的第二液体由于岩芯的进入开始排出，在岩芯进入储芯腔的过程中，第二液体始终将岩芯包裹，避免其他液体对岩芯的污染；
岩芯进入所述储芯腔后，取芯结束，钻具停止工作，关闭第二阀门，使所述第二阀门封盖所述储芯腔下端开口，然后打开所述第一阀门，使所述储液腔与所述储芯腔相互连通，所述储液腔内的所述第一液体进入储芯腔内后，与岩芯周围的第二液体混合发生物质间的传质相变形成密封膜包裹岩芯，使岩芯与外界隔离。
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