CN109681194A - 一种绳索取心随钻测量和信息打捞装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绳索取心随钻测量和信息打捞装置，所述装置包括：捞矛头机构、随钻测量总成和绳索取心内管总成；捞矛头机构和随钻测量总成采用弹性销插接方式连接；随钻测量总成和绳索取心内管总成采用弹性销插接方式连接；随钻测量总成包括顺次连接的第一短接、第二短接、第三短接和第四短接；第一短接内设置压力传感器，第二短接内设置传感器组和计算机，第三短接内设置电池，第四短接内设置泥浆脉冲发生器；压力传感器与传感器组获取的测量数据发送到计算机，计算机根据实时获取的测量数据对钻进过程进行控制。本发明实现了在岩心打捞的同时实时检测和储存随钻测量信息，提高了钻进过程的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及地质岩心随钻测量技术领域，特别是涉及一种绳索取心随钻测量和信息打捞装置。
背景技术
在地质岩心钻探中，虽然绳索取心钻进已经是一种比较成熟的工艺。但目前的绳索取心钻进只能实现回次打捞岩心，即内岩心管装满岩心后用绳索打捞器打捞出岩心，但随着钻探智能化的需求，钻探信息，特别是小口径钻进过程中的孔内工程(或过程)参数信息无法实现随钻检测，这是智能化钻进的瓶颈问题。石油定向或导向钻进多是通过泥浆脉冲发生器传送井下的轨迹信息，其一般不要求取心，而且石油钻进所用的随钻测量系统所需的泵量大(一般远大于5L/s)，钻具直径大，对岩心钻探来说不可匹配。
目前，石油钻井行业有专用的随钻测量装置。但其尺寸大，钻井工艺上也没有取心要求，而且石油随钻测量装置正常工作时，需求泵量大，无法适应地质取心钻进的要求。在地质岩心钻探行业，有系列绳索取心钻具，但其只是满足取心工艺要求，只能打捞岩心。两者的集成和结合尚无。总之，目前缺少小口径绳索取心随钻测量和信息打捞装置，即缺乏绳索捞取岩心、随钻实时传输钻进信息和打捞储存测录信息并重的集成装置。
另外，石油随钻测量装置的安装方法和工作方式是将测录装置固定好，与钻具一同下入井底，钻进过程中随钻信息通过泥浆传送地表，直至该回次钻进过程结束，再提钻取出仪器，对钻具要求高，对电池寿命要求高，对泵量要求高。
发明内容
本发明的目的是提供一种绳索取心随钻测量和信息打捞装置，实现了在岩心打捞的同时实时检测和储存随钻测量信息，提高了钻进过程的准确性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种绳索取心随钻测量和信息打捞装置，所述装置包括：捞矛头机构(1)、随钻测量总成(2)和绳索取心内管总成(3)；
所述捞矛头机构(1)和所述随钻测量总成(2)采用弹性销插接方式连接；
所述随钻测量总成(2)和所述绳索取心内管总成采用弹性销插接方式连接；
所述随钻测量总成(2)包括顺次连接的第一短接、第二短接、第三短接和第四短接；所述第一短接内设置压力传感器(22)，所述第二短接内设置传感器组和计算机(24)，所述第三短接内设置电池，所述第四短接内设置泥浆脉冲发生器(27)；
钻进过程中，所述压力传感器(22)与所述传感器组获取的测量数据发送到所述计算机，所述计算机控制所述泥浆脉冲发生器(27)将所述测量数据传送到地面计算机，所述计算机还根据实时获取的测量数据对钻进过程进行控制，所述绳索取心内管总成(3)打捞岩心结束后，打捞机构与所述捞矛头机构(1)连接，所述打捞机构将所述装置提升到地面。
可选的，所述装置包括外管(4)，所述外管(4)内壁设有挡圈(41)和座环(42)，所述绳索取心内管总成(3)设有悬挂环(32)和弹卡(31)，所述悬挂环(32)的外径大于所述座环(42)的内径，所述悬挂环(32)的外径小于挡圈(41)的内径；所述弹卡(31)和所述悬挂环(32)位于所述挡圈(41)和所述座环(42)之间，所述弹卡(31)打开后能够抵住挡圈(41)，所述装置通过所述悬挂环(32)悬挂在所述座环(42)上。
可选的，所述第四短接外侧与所述外管(4)内壁之间设置有两个开孔朝向所述捞矛头(11)方向的Y型密封圈，用于所述第四短接和所述外管(4)之间的密封。
可选的，所述第二短接外设有三爪扶正器，用于扶正所述第二短接。
可选的，所述传感器组包括顶角传感器、温度传感器、转速传感器、振动传感器和脉冲控制器，所述计算机根据接收并存储的各个传感器获得的信息控制钻进过程；所述脉冲控制器用于控制所述泥浆脉冲发生器(27)的脉冲频率。
可选的，所述捞矛头机构(1)包括捞矛头(11)、锥轴弹簧(12)、弹簧顶套(13)和捞矛座(15)，所述捞矛头(11)的一端为矛头，另一端为半空心的圆柱体，所述半空心的圆柱体的一端开设有垂直于所述半空心的圆柱体轴向的第一通孔，用于插入第一弹性圆柱销(14)，垂直于所述第一通孔的方向设有两个相对的U型孔；
所述半空心的圆柱体内设置锥轴弹簧(12)，所述锥轴弹簧(12)上套设有弹簧顶套(13)；所述弹簧顶套(13)一端为半空心圆柱，用于容置所述锥轴弹簧(12)，另一端为半球体；
所述捞矛座(15)为圆柱体，所述捞矛座(15)的一端插入所述捞矛头(11)的所述半空心的圆柱体，所述捞矛座(15)插入所述捞矛头(11)的一端的底面设有与所述弹簧顶套(13)的所述半球体相匹配的凹槽，另一端设有与所述捞矛座(15)轴向垂直的第二通孔，用于插入第二弹性圆柱销(16)，所述捞矛座(15)的与所述第一通孔相对应的位置开有所述第三通孔；所述第一弹性圆柱销(14)插入所述第一通孔和所述第三通孔。
可选的，所述随钻测量总成(2)长度不大于3m。
可选的，所述装置最小的安装直径不大于40mm。
可选的，所述随钻测量总成(2)的泵量范围为1.6L/s～2L/s。
可选的，所述计算机为孔下计算机。
根据本发明提供的发明内容，本发明公开了以下技术效果：本发明将捞矛头机构、随钻测量总成和绳索取心内管总成集合到一起，随钻测量总成为绳索取心钻进过程提供实时钻进参数，提高钻速，提高钻进效率；随钻测量总成在绳索取心钻进过程提供实时钻进参数的同时存储采集的数据，存储采集的数据在钻进结束后，随绳索取心打捞矛一并打捞至地表，降低了信息获取成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例一种绳索取心随钻测量和信息打捞装置剖面结构示意图；
图2为本发明实施例一种绳索取心随钻测量和信息打捞装置总体结构示意图；
图3为本发明实施例捞矛头机构的结构示意图；
图4为本发明实施例座封结构示意图。
附图说明：1.捞矛头机构，2.随钻测量总成，3.绳索取心内管总成，4.外管，11.捞矛头，12.锥轴弹簧，13.弹簧顶套，14.第一弹性圆柱销，15.捞矛座，16第二弹性圆柱销，21.金属管，22.压力传感器，23.第一扶正器，24.传感器组与计算机，25第二扶正器，26.锂电池组，27.泥浆脉冲发生器，28.第一Y型密封圈，29.第二Y型密封圈，210.接头，211.下连接头连接销，31.弹卡，32.悬挂环，41.挡圈，42.座环。
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。
本发明的目的是提供一种绳索取心随钻测量和信息打捞装置，实现了为绳索取芯钻进实时提高数据支持，从而提高钻速和钻进效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明公开了一种绳索取心随钻测量和信息打捞装置，如图1至图4所示，装置包括：捞矛头机构1、随钻测量总成2和绳索取心内管总成3；
捞矛头机构1和随钻测量总成2采用弹性销插接方式连接；
随钻测量总成2和绳索取心内管总成3采用弹性销插接方式连接；
泥浆脉冲发生器27下部有带有弹性销轴的接头210，直接连接绳索取心内管总成2的上部接头处；采用弹性销插接方式与绳索取心内管总成3连接，便于拆卸安装。既可独立使用，也可与绳索取心内管总成3复合使用。既实现了打捞岩心，也可以打捞随钻测录存储信息。
随钻测量总成2包括顺次连接的第一短接、第二短接、第三短接和第四短接；第一短接内设置压力传感器22，第二短接内设置传感器组和计算机24，第三短接内设置锂电池组26，第四短接内设置泥浆脉冲发生器27；
钻进过程中，压力传感器22与传感器组获取的测量数据发送到计算机，计算机控制泥浆脉冲发生器27将测量数据传送到地面计算机，计算机还根据实时获取的测量数据对钻进过程进行控制，绳索取心内管总成3打捞岩心结束后，打捞机构与捞矛头机构1连接，打捞机构将装置提升到地面。
装置包括外管4，外管4内壁设有挡圈41和座环42，绳索取心内管总成3设有悬挂环32和弹卡31，悬挂环32的外径大于座环42的内径，悬挂环32的外径小于挡圈41的内径；弹卡31和悬挂环32位于挡圈41和座环42之间，弹卡31打开后能够抵住挡圈41，装置通过悬挂环32悬挂在座环42上。在装置投入到外管4时，弹卡31处于收缩状态，当装置坐于外管4的座环42上时，弹卡31打开，顶住外管4的挡圈41，使整个装置固定在一定范围内，可以小幅度浮动。其中，泥浆脉冲发生器27坐在绳索取心内管总成3之上，充分利用了绳索取心内管总成3与座环42之间的间接限位，防止了装置的下串，并且该结构不受钻进过程中内管随岩心浮动的影响，提高密封效果和座封结构的可靠性。
第四短接外侧与外管4内壁之间设置有两个开孔朝向捞矛头11方向的Y型密封圈，分别为第一Y型密封圈28和第二Y型密封圈29，用于第四短接和外管4之间的密封。Y型密封圈与外管4形成密封，使泥浆只能通过泥浆脉冲器的泥浆通道，这样泥浆脉冲发生器27能够准确控制泥浆产生泥浆脉冲。
第二短接外设有三爪扶正器，起扶正和减震的作用，同时能保证泥浆脉冲发生器27外侧的Y型密封圈的密封效果。
第二短接为金属管，金属管内部为压力传感器22的部分设有孔洞，便于压力传感器22实时采集压力信息。
传感器组包括顶角传感器，用于采集顶角，温度传感器，用于采集温度、转速传感器，用于采集转速，振动传感器，用于采集振动频率，脉冲控制器，用于控制泥浆脉冲发生器27的脉冲频率；计算机根据接收并存储的各个传感器获得的信息控制钻进过程。
压力传感器22和传感器组中的传感器为绳索取心钻进提供实时的孔底温度、压力、转速、顶角、振动频率、孔底冲击器冲击频率等关键数据，避免钻进过程的盲目性，为智能化钻探提供钻进参数，提高钻速，提高钻进效率，同时根据每回次孔底顶角测量数据来判断钻孔是否超斜，以便采取进一步措施来对钻孔轨迹进行纠正，提高钻孔质量，使钻孔精确的到达靶区。
捞矛头机构1包括捞矛头11、锥轴弹簧12、弹簧顶套13和捞矛座15，捞矛头11的一端为矛头，另一端为半空心的圆柱体，半空心的圆柱体的一端开有垂直于半空心的圆柱体轴向的第一通孔，用于插入第一弹性圆柱销14，垂直于第一通孔的方向设有两个相对的U型孔；
半空心的圆柱体内设置锥轴弹簧12，锥轴弹簧12上套设有弹簧顶套13；弹簧顶套13一端为半空心圆柱，用于容置锥轴弹簧12，另一端为半球体；
捞矛座15为圆柱体，捞矛座15的一端插入捞矛头11的半空心的圆柱体，捞矛座15插入捞矛头11的一端的底面设有与弹簧顶套13的半球体相匹配的凹槽，另一端设有与捞矛座15轴向垂直的第二通孔，用于插入第二弹性圆柱销16，捞矛座15的与第一通孔相对应的位置开有第三通孔；第一弹性圆柱销14插入第一通孔和第三通孔。
捞矛头机构在正常情况下，由于锥轴弹簧12作用，保持直立，当受到外力时，锥轴弹簧12压缩，捞矛头11绕弹性圆柱销转动，在打捞时防止捞矛头11从打捞器的捞钩中脱出，方便打捞，提高了捞矛头11的灵活性。捞矛头机构与绳索取心打捞器配套，并且通过第二弹性圆柱销16与随钻测量总成2连接。
随钻测量总成2长度不大于3m。
装置最小的安装直径不大于40mm。
随钻测量总成2的泵量范围为1.6L/s～2L/s，小泵量就可以有效工作并传送随钻测试数据。
本发明对孔内测录和信号发送器进行小直径组合设计和座封专项设计，保障了小直径泥浆脉冲发生器27能满足地质岩心钻探的小泵量、小尺寸要求；实现了随钻泥浆传输数据和回次钻进参数信息打捞的功能，克服了石油钻随钻测试使用成本高和地质岩心钻孔底信息难以获取的不足。
计算机为孔下计算机。
工作时，该装置整体投入钻杆内，随内管总成送入孔底。在工作时，传感器组检测静态(不回转)和动态(回转随钻)数据，密封圈将泥浆脉冲发生器27外侧的通道封闭，迫使泥浆通过泥浆脉冲发生器27控制阀，泥浆脉冲器在CPU控制下产生系列经过调制的脉冲波，达到传输编码数据的目的，地表仪器检测泥浆脉冲还原孔内检测到的钻探过程信息。当岩心管装满岩心时，停泵停钻，采用绳索取心打捞器打捞该装置，提离到地表，采集岩心管内的岩心，同时可导出测量短接中的大量存储信息(黑匣子)。完成该过程后，再组合投入到钻杆内，进行下一回次的测量和打捞。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种绳索取心随钻测量和信息打捞装置，其特征在于，所述装置包括：
捞矛头机构(1)、随钻测量总成(2)和绳索取心内管总成(3)；
所述捞矛头机构(1)和所述随钻测量总成(2)采用弹性销插接方式连接；
所述随钻测量总成(2)和所述绳索取心内管总成(3)采用弹性销插接方式连接；
所述随钻测量总成(2)包括顺次连接的第一短接、第二短接、第三短接和第四短接；所述第一短接内设置压力传感器(22)，所述第二短接内设置传感器组和计算机(24)，所述第三短接内设置电池(26)，所述第四短接内设置泥浆脉冲发生器(27)；
钻进过程中，所述压力传感器(22)与所述传感器组获取的测量数据发送到所述计算机，所述计算机控制所述泥浆脉冲发生器(27)将所述测量数据传送到地面计算机，所述计算机还根据实时获取的测量数据控制钻进过程，所述绳索取心内管总成(3)打捞岩心结束后，打捞机构与所述捞矛头机构(1)连接，所述打捞机构将所述装置提升到地面。
2.根据权利要求1所述的绳索取心随钻测量和信息打捞装置，其特征在于，所述装置还包括外管(4)，所述外管(4)内壁设有挡圈(41)和座环(42)，所述绳索取心内管总成(3)设有悬挂环(32)和弹卡(31)，所述悬挂环(32)的外径大于所述座环(42)的内径，所述悬挂环(32)的外径小于挡圈(41)的内径；所述弹卡(31)和所述悬挂环(32)位于所述挡圈(41)和所述座环(42)之间，所述弹卡(31)打开后能够抵住挡圈(41)，所述装置通过所述悬挂环(32)悬挂在所述座环(42)上。
3.根据权利要求2所述的绳索取心随钻测量和信息打捞装置，其特征在于，所述第四短接外侧与所述外管(4)内壁之间设置有两个开孔朝向所述捞矛头方向的Y型密封圈，用于所述第四短接和所述外管(4)之间的密封。
4.根据权利要求1所述的绳索取心随钻测量和信息打捞装置，其特征在于，所述第二短接外设有三爪扶正器，用于扶正所述第二短接。
5.根据权利要求1所述的绳索取心随钻测量和信息打捞装置，其特征在于，所述传感器组包括顶角传感器、温度传感器、转速传感器、振动传感器和脉冲控制器，所述计算机根据接收并存储的各个传感器获得的信息控制钻进过程；所述脉冲控制器用于控制所述泥浆脉冲发生器(27)的脉冲频率。
6.根据权利要求1所述的绳索取心随钻测量和信息打捞装置，其特征在于，所述捞矛头机构(1)包括捞矛头(11)、锥轴弹簧(12)、弹簧顶套(13)和捞矛座(15)，所述捞矛头(11)的一端为矛头，另一端为半空心的圆柱体，所述半空心的圆柱体的一端开设有垂直于所述半空心的圆柱体轴向的第一通孔，用于插入第一弹性圆柱销(14)，垂直于所述第一通孔的方向设有两个相对的U型孔；
所述半空心的圆柱体内设置锥轴弹簧(12)，所述锥轴弹簧(12)上套设有弹簧顶套(13)；所述弹簧顶套(13)一端为半空心圆柱，用于容置所述锥轴弹簧(12)，另一端为半球体；
所述捞矛座(15)为圆柱体，所述捞矛座(15)的一端插入所述捞矛头(11)的所述半空心的圆柱体，所述捞矛座(15)插入所述捞矛头(11)的一端的底面设有与所述弹簧顶套(13)的所述半球体相匹配的凹槽，另一端设有与所述捞矛座(15)轴向垂直的第二通孔，用于插入第二弹性圆柱销(16)，所述捞矛座(15)的与所述第一通孔相对应的位置开有所述第三通孔；所述第一弹性圆柱销(14)插入所述第一通孔和所述第三通孔。
7.根据权利要求1所述的绳索取心随钻测量和信息打捞装置，其特征在于，所述随钻测量总成(2)长度不大于3m。
8.根据权利要求1所述的绳索取心随钻测量和信息打捞装置，其特征在于，所述装置最小的安装直径不大于40mm。
9.根据权利要求1所述的绳索取心随钻测量和信息打捞装置，其特征在于，所述随钻测量总成(2)的泵量范围为1.6L/s～2L/s。
10.根据权利要求1所述的绳索取心随钻测量和信息打捞装置，其特征在于，所述计算机为孔下计算机。
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