CN110593792B - 随钻测试智能取芯工具 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油地质钻探设备领域，尤其涉及一种随钻测试智能取芯工具，包括上接头、短接、外筒、钻头、内筒和岩心爪，还包括主活塞、悬挂轴承组件、割芯球和取芯球，所述的主活塞、悬挂轴承组件、内筒和岩心爪在所述的取芯工具外壳内部由上至下依次通过螺纹固定连接，其中，主活塞的上端设置有与所述的割芯球配合的密封面，主活塞的侧面通过销钉与上接头固定连接，所述的悬挂轴承组件的结构包括上连接体、压帽A、下连接体、压帽B和轴承，其中，上连接体与所述的主活塞连接。上连接体的侧面设置有供钻井液通过的过液孔。本发明是专门针对浅层的软地层、不成岩地层和破碎地层而设计的，解决了现有的取芯工具浅层取芯成功率低的问题。

Description

随钻测试智能取芯工具

技术领域

本发明属于石油地质钻探设备领域，尤其涉及一种随钻测试智能取芯工具。

背景技术

取芯工具是石油地质钻探过程中必备的一种作业工具，取芯过程中，需要 对破碎岩石后溢出的油层气进行取样分析。现有技术中，因为无法直接获取井 下的气体样本，所以只能通过脱气器将分散在钻井泥浆内的气体分离出来，实 现取样，但这样取得的样品的组分与油层气的真实组分存在差别，影响对地层 状况判断的准确性。

另外，随钻测量技术是近些年来兴起的一种高科技钻井技术，该技术改变 了传统的测井方式，可在钻进过程中直接获取地层中的岩性、地层压力等信息， 若将随钻测量技术结合在取芯工具上，则有利于减少工具数量，缩短工具串的 长度，但现有技术中并没有这种取芯工具。

发明内容

本发明提供一种随钻测试智能取芯工具，以解决上述背景技术中提出的问 题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

本发明包括上接头、外筒和内筒组件，外筒和内筒组件的上端均连接在上 接头上，外筒的下端连接有取芯钻头、内筒组件的下端连接有岩心爪，内筒组 件的结构包括主活塞、内筒堵头和内筒，主活塞插装在所述上接头的中央，主 活塞的下端从上接头的下端伸出，主活塞下端的外侧套有螺纹活套，螺纹活套 和主活塞的外表面之间的环形空间内设置有推力轴承，主活塞的下端通过螺纹连接有用于阻挡所述推力轴承下滑的限位套，所述的内筒堵头的上端通过螺纹 与所述螺纹活套连接，内筒堵头的下端通过螺纹与所述内筒的上端连接，所述 岩心爪通过螺纹连接在内筒的下端，所述内筒堵头内设置有切换活塞；

所述主活塞和切换活塞的中央均设置有过液通道，且主活塞上过液通道的 直径大于切换活塞上过液通道的直径，两段过液通道的上端均设置有起密封作 用的的圆锥面，所述主活塞的侧面设置有销钉A和销钉B，销钉A和销钉B均通 过螺纹连接在上接头上的螺纹孔内，销钉A的末端插在主活塞侧面的销钉孔内， 从而使主活塞固定连接在上接头上，主活塞的侧面加工有沿轴向的滑槽，所述 销钉B的末端插在所述的滑槽内并且位于滑槽的下端，所述切换活塞的侧面通 过销钉C固定连接在内筒堵头的侧壁上，所述内筒堵头的侧壁上设置有过液孔，销钉C未剪断时，所述切换活塞位于所述过液孔的上侧。

所述上接头上加工有凹槽，凹槽内设置有气体采集器，气体采集器固定安 装在上接头上，气体采集器内设置有气室、单向进气机构和进气通道，单向进 气机构的出口端与所述气室连通，上接头上与所述单向进气机构和进气通道分 别对应设置有连通孔A和连通孔B，所述主活塞的侧面设置有用于连通连通孔A 和连通孔B的连通槽，主活塞的外侧还设置有用于隔离连通孔A和连通孔B的 密封圈，且该密封圈位于所述连通槽的下侧，销钉A未剪断时，上述的密封圈隔在连通孔A和连通孔B之间。

所述上接头的上端连接有用于测量电阻率和地层压力的随钻测量短接。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过对现有取芯工具的改进，实现了井下取样，最大程度地保证 了样品组分的准确性。

2、本发明在取芯工具上设置了随钻测量短接，使取芯工具具备了测量电阻 率和地层压力的功能，虽然这种随钻测量短接在现有技术中已经存在，但将其 安装在取芯工具上可对取芯过程进行指导，从而改善取芯成功率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中内筒组件以及气体采集器所在处的局部放大图。

图中：1-随钻测量短接，2-上接头，3-主活塞，4-活套接头，5-推力轴承，6-限位套，7-过液孔，8-内筒堵头，9-外筒，10-钻头，11-岩心爪，12-切换活 塞，13-密封球B，14-密封圈，15-连通孔B，16-进气通道，17-单向进气机构， 18-连通孔A，19-连通槽，20-气室，21-气体采集器,22-内筒，23-销钉A，24- 销钉B，25-销钉C，26-滑槽，27-密封球A,28-橡胶环。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

本实施例包括上接头2、外筒9和内筒组件，外筒9和内筒组件的上端均连 接在上接头2上，外筒9的下端连接有取芯钻头10、内筒组件的下端连接有岩 心爪11。以上为现有技术中的常规结构在此不再赘述。

本实施例中，内筒组件的结构包括主活塞3、内筒堵头8和内筒22，主活 塞3插装在所述上接头2的中央，内筒组件通过主活塞3连接在上接头2上， 从而实现内筒组件在取芯工具内的安装。

主活塞3的下端从上接头2的下端伸出，主活塞3下端的外侧套有螺纹活 套4，螺纹活套4和主活塞3的外表面之间的环形空间内设置有推力轴承5，主 活塞3的下端通过螺纹连接有用于阻挡所述推力轴承5下滑的限位套6，所述的 内筒堵头8的上端通过螺纹与所述螺纹活套4连接。螺纹活套4、限位套6和推 力轴承5三者在主活塞3和内筒堵头8之间形成了一个可旋转连接。内筒堵头8 的下端通过螺纹与所述内筒22的上端连接，所述岩心爪11通过螺纹连接在内 筒22的下端，取芯时，上接头2转动而内筒22不转动，从而避免了内筒22转动后对其内的岩芯造成破坏。

所述内筒堵头8内设置有切换活塞12，切换活塞12有两个稳定的位置状态， 一个位置状态如图2所示，切换活塞12位于过液孔7的上侧，另一个位置状态 是切换活塞12位于过液孔7的下侧。

所述主活塞2和切换活塞12的中央均设置有过液通道，且主活塞3上过液 通道的直径大于切换活塞12上过液通道的直径，两段过液通道的上端均设置有 起密封作用的的圆锥面。

所述主活塞3的侧面设置有销钉A23和销钉B24，销钉A23和销钉B24均通 过螺纹连接在上接头2上的螺纹孔内，销钉A23的末端插在主活塞3侧面的销 钉孔内，从而使主活塞3固定连接在上接头2上，主活塞3的侧面加工有沿轴 向的滑槽26，所述销钉B24的末端插在所述的滑槽26内并且位于滑槽26的下 端，所述切换活塞12的侧面通过销钉C25固定连接在内筒堵头8的侧壁上，所 述内筒堵头8的侧壁上设置有过液孔7，销钉C25未剪断时，所述切换活塞12位于所述过液孔7的上侧。

所述上接头2上加工有凹槽，凹槽内设置有气体采集器21，气体采集器21 固定安装在上接头2上，气体采集器21内设置有气室20、单向进气机构17和 进气通道16，单向进气机构17的出口端与所述气室20连通，上接头2上与所 述单向进气机构17和进气通道16分别对应设置有连通孔A18和连通孔B14，所 述主活塞3的侧面设置有用于连通连通孔A18和连通孔B14的连通槽19，主活 塞3的外侧还设置有用于隔离连通孔A18和连通孔B14的密封圈15，且该密封圈15位于所述连通槽19的下侧，销钉A23未剪断时，上述的密封圈15隔在连 通孔A18和连通孔B14之间。

本发明的工作过程如下：

步骤一，通过钻杆将本发明所述的装置下至井中，启动电机开始取芯钻进， 此时，本发明内未投放密封球A27和密封球B13，钻进过程中，钻井液依次通过 主活塞3和切换活塞12上的过液通道，再通过内筒堵头8上的过液孔7后，经 由内筒22和外筒9之间的环形空间排出。

步骤二，当返出井口的钻井液中检测到油层气溢出后，停钻并向本发明内 投入密封球B13，密封球B13将切换活塞12中央的过液通道封堵使钻井液不能 通过，然后向钻杆内打压，抗剪切能力较差的销钉A23首先被剪断，内筒组件 连同岩心爪11一同向下移动，向下移动，移动范围受所述滑槽26的长度所限， 当销钉B24的末端滑动至滑槽26的上端时，内筒组件停止下滑。

上述的下滑过程结束后，所述密封圈15从连通孔A18和连通孔B14之间移 出，同时连通孔A18和连通孔B14均与所述连通槽19连通。此时，地层中溢出 的气体依次经过进气通道16、连通孔B14、连通槽19、连通孔A18和单向进气 机构17后进入气室20中，直至气室内外压力平衡后，进气停止，气体收集完 成。

步骤三，进一步增大钻杆内的压力，抗剪切能力弱于销钉B24的销钉C25 被剪断，切换活塞12下行至过液孔7下侧，使钻井液通道再次打通，从而使被 中断的取芯钻进过程得以继续。

步骤四，取芯钻进过程完毕后，向钻杆内投入密封球A27，密封球A27将主 活塞3中央的过液通道封堵，然后再次向钻杆内打压，主活塞3在压力作用下 将销钉C25剪断，使岩心爪11向下移动，完成割芯。

步骤五，将钻杆连同本发明一起从井中起出，得到气体样品和岩芯样品。

本发明通过对现有取芯工具的改进，实现了井下取样，最大程度地保证了 样品组分的准确性

本发明在取芯工具上设置了随钻测量短接，使取芯工具具备了测量电阻率 和地层压力的功能，虽然这种随钻测量短接在现有技术中已经存在(如专利号 为CN2015109460630和CN201110178983.4的两个专利中已经记载了同类设备)， 但将其安装在取芯工具上可对取芯过程进行指导，从而改善取芯成功率。

Claims (2)

1.一种随钻测试智能取芯工具，包括上接头（2）、外筒（9）和内筒组件，外筒（9）和内筒组件的上端均连接在上接头（2）上，外筒（9）的下端连接有取芯钻头（10）、内筒组件的下端连接有岩心爪（11），其特征在于：内筒组件的结构包括主活塞（3）、内筒堵头（8）和内筒（22），主活塞（3）插装在所述上接头（2）的中央，主活塞（3）的下端从上接头（2）的下端伸出，主活塞（3）下端的外侧套有螺纹活套（4），螺纹活套（4）和主活塞（3）的外表面之间的环形空间内设置有推力轴承（5），主活塞（3）的下端通过螺纹连接有用于阻挡所述推力轴承（5）下滑的限位套（6），所述的内筒堵头（8）的上端通过螺纹与所述螺纹活套（4）连接，内筒堵头（8）的下端通过螺纹与所述内筒（22）的上端连接，所述岩心爪（11）通过螺纹连接在内筒（22）的下端，取芯时，上接头（2）转动而内筒（22）不转动，从而避免了内筒（22）转动后对其内的岩芯造成破坏；

所述内筒堵头（8）内设置有切换活塞（12），切换活塞（12）有两个稳定的位置状态，处于一个稳定的位置状态时，切换活塞（12）位于过液孔（7）的上侧，处于另一个稳定的位置状态时，切换活塞（12）位于过液孔（7）的下侧；

所述主活塞（3）和切换活塞（12）的中央均设置有过液通道，且主活塞（3）上过液通道的直径大于切换活塞（12）上过液通道的直径，两段过液通道的上端均设置有起密封作用的圆锥面，所述主活塞（3）的侧面设置有销钉A（23）和销钉B（24），销钉A（23）和销钉B（24）均通过螺纹连接在上接头（2）上的螺纹孔内，销钉A（23）的末端插在主活塞（3）侧面的销钉孔内，从而使主活塞（3）固定连接在上接头（2）上，主活塞（3）的侧面加工有沿轴向的滑槽（26），所述销钉B（24）的末端插在所述的滑槽（26）内并且位于滑槽（26）的下端，所述切换活塞（12）的侧面通过销钉C（25）固定连接在内筒堵头（8）的侧壁上，所述内筒堵头（8）的侧壁上设置有过液孔（7），销钉C（25）未剪断时，所述切换活塞（12）位于所述过液孔（7）的上侧；

取芯时，从井口投入密封球B(13)，密封球B(13)将切换活塞(12)中央的过液通道封堵,使钻井液不能通过，然后向钻杆内打压，抗剪切能力较差的销钉A(23)首先被剪断，内筒组件连同岩心爪(11)一同向下移动，移动范围受所述滑槽(26)的长度所限，当销钉B(24)的末端滑动至滑槽(26)_的上端时，内筒组件停止下滑；

所述上接头（2）上加工有凹槽，凹槽内设置有气体采集器（21），气体采集器（21）固定安装在上接头（2）上，气体采集器（21）内设置有气室（20）、单向进气机构（17）和进气通道（16），单向进气机构（17）的出口端与所述气室（20）连通，上接头（2）上与所述单向进气机构（17）和进气通道（16）分别对应设置有连通孔A（18）和连通孔B（14），所述主活塞（3）的侧面设置有用于连通连通孔A（18）和连通孔B（14）的连通槽（19），主活塞（3）的外侧还设置有用于隔离连通孔A（18）和连通孔B（14）的密封圈（15），且该密封圈（15）位于所述连通槽（19）的下侧，销钉A（23）未剪断时，上述的密封圈（15）隔在连通孔A（18）和连通孔B（14）之间。

2.根据权利要求1所述的一种随钻测试智能取芯工具，其特征在于：所述上接头（2）的上端连接有用于测量电阻率和地层压力的随钻测量短接（1）。

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