CN111855271B - 一种可钻取井下指定方位岩心的取心仪 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可钻取井下指定方位岩心的取心仪，取心仪包括依次相连的电子短节、支撑臂短节、旋转短节、液压控制短节、机械短节和储心筒短节，所述机械短节设置为完成推靠、取心、折心以及岩心长度测量作业；所述储心筒短节设置为储存所取岩心；所述电子短节设置为与地面控制系统进行通讯，并识别井下所取岩心方位；所述旋转短节设置为转动机械短节到指定方位进行旋转取心；所述液压控制短节为所述旋转短节和所述机械短节提供动力；所述支撑臂短节设置为固定取心仪的位置。

Description

一种可钻取井下指定方位岩心的取心仪

技术领域

本申请涉及但不限于测井仪器领域，特别是一种可钻取井下指定方位岩心的取心仪。

背景技术

在目前的井下取心操作中，针对井下非匀质地层，所取岩心的方位信息非常重要，不同方位的岩心所代表的意义差别很大，岩心方位及裂缝，对地质专家来说，非常重要。而目前已有的取心仪，仅在井下能够完成取心作业，无法精确识别岩心在井下的方位，更无法直接钻取井下某一特定方位的岩心。

发明内容

本申请实施例提供了一种可钻取井下指定方位岩心的取心仪，可识别仪器在井下所处的方位，并钻取指定方位的岩心。

本申请实施例提供了一种可钻取井下指定方位岩心的取心仪，可钻取井下指定方位岩心的取心仪包括依次相连的电子短节、支撑臂短节、旋转短节、液压控制短节、机械短节和储心筒短节，

所述机械短节设置为完成推靠、取心、折心以及岩心长度测量作业；所述储心筒短节设置为储存所取岩心；所述电子短节设置为与地面控制系统进行通讯，并识别井下所取岩心方位；所述旋转短节设置为转动机械短节到指定方位进行旋转取心；所述液压控制短节为所述旋转短节和所述机械短节提供动力；所述支撑臂短节设置为固定取心仪在井下的位置。

所述旋转短节包括旋转轴、运动套和固定外壳，所述运动套套设在所述旋转轴外侧并与所述旋转轴螺纹连接；所述旋转轴和所述运动套设置在所述固定外壳内，且所述旋转轴的两端伸出所述固定外壳的两端，所述旋转轴在所述固定外壳内轴向限位；所述固定外壳靠近所述液压控制短节的端面上设置有进油口，所述液压控制短节通过所述进油口向所述固定外壳内注入液压油以推动所述运动套轴向移动。

相比于一些技术，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供的可钻取井下指定方位岩心的取心仪，可以精确测量仪器进行取心时所处的方位，并根据所处方位进一步调整取心仪的方位，以钻取所需方位处的岩心，在本申请实施例的取心仪完成取心后，由相关人员(例如：地质专家)对岩心进行分析，分析出地层的孔隙度、渗透率、饱和度，并附加岩心的方位信息，所分析的地层资料更精确，为储层评价提供更有效的信息，大幅提升了所取岩心的利用价值。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例所述的可钻取井下指定方位岩心的取心仪的结构示意图；

图2为本申请实施例所述的可钻取井下指定方位岩心的取心仪的工作系统示意图；

图3为本申请实施例所述的旋转短节的结构示意图。

图示说明：

1-电子短节，2-支撑臂短节，21-支撑固定臂，3-旋转短节，31-旋转轴，311-第一限位部，312-第二限位部，313-过线通道，32-运动套，33-固定外壳，331-套筒，332-固定法兰，333-固定套，334-第一进油口，335-第二进油口，34-旋转盘，4-液压控制短节，41-反推靠臂，42-上推靠臂，5-机械短节，51-下推靠臂，6-储心筒短节，71-第一空腔，72-第二空腔，73-通道，81-地面控制系统，82-中间传动装置，83-取心仪。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本申请实施例提供了一种可钻取井下指定方位岩心的取心仪83，如图1所示，取心仪83包括依次相连的电子短节1、支撑臂短节2、旋转短节3、液压控制短节4、机械短节5和储心筒短节6，

机械短节5设置为完成推靠、取心、折心以及岩心长度测量作业；储心筒短节6设置为储存所取岩心；电子短节1设置为与地面控制系统81进行通讯，并识别井下所取岩心方位，及控制支撑臂短节2、液压控制短节4、旋转短节3、机械短节5的动作；旋转短节3设置为转动机械短节5到指定方位进行旋转取心；液压控制短节4为旋转短节3和机械短节5提供动力；支撑臂短节2设置为固定取心仪83在井下的位置，

旋转短节3包括旋转轴31、运动套32和固定外壳33，运动套32套设在旋转轴31外侧并与旋转轴31螺纹连接；旋转轴31和运动套32设置在固定外壳33内，且旋转轴31的两端伸出固定外壳33的两端，旋转轴31在固定外壳33内轴向限位；固定外壳33靠近液压控制短节4的端面上设置有进油口，液压控制短节4通过进油口向固定外壳33内注入液压油以推动运动套32轴向移动。

如图2所示，取心仪83下入井下工作，地面上设置有地面控制系统81，地面控制系统81可用于接收指令、发送指令、数据采集及处理数据等，并提供控制电源与动力电源。地面控制系统81可包括地面操作控制面板、大电机直流电源、小电机直流电源、地面监控工控机、发电机、集流环及其它电控附件等。地面控制系统81通过中间传动装置82将取心仪83下入井中进行测井作业。

取心仪83中，机械短节5设置为完成推靠、取心、折心以及岩心长度测量作业；储心筒短节6设置为储存所取岩心；电子短节1设置为与地面控制系统81进行通讯，接收地面控制系统81发送的指令，并按照控制系统传输的指令要求，指挥井下仪器完成一系列取心动作，并采集机械短节5的仪器状态，供操作人员参考；旋转短节3设置为将机械短节5旋转到指定方位进行旋转取心；液压控制短节4为旋转短节3提供动力，支撑臂短节2设置为固定取心仪83在井下的位置，当取心仪83在井下的位置固定，且旋转短节3上部的结构固定不动后，方可进行旋转操作。

液压油注入固定外壳33中，利用高压液压油的压力推动运动套32轴向移动，由于运动套32与旋转轴31螺纹连接，运动套32轴向移动的同时会带动旋转轴31转动，从而通过旋转轴31控制下端机械短节5转动。

在一示例性实施例中，如图3所示，进油口包括第一进油口334和第二进油口335，运动套32与固定外壳33之间动密封，并在运动套32两侧形成密封的第一空腔71和第二空腔72，第一进油口334和第二进油口335分别与第一空腔71和第二空腔72连通。

当液压油通过第一进油口334注入第一空腔71内时，推动运动套32向左移动，旋转轴31正转；当液压油通过第二进油口335注入第二空腔72内时，推动运动套32向右移动，旋转轴31反转。旋转轴31正转或反转，带动机械短节5进行相应的转动，以钻取所需方位的岩心。

在一示例性实施例中，如图3所示，固定外壳33包括套筒331、固定法兰332和固定套333，固定法兰332和固定套333分别设置在套筒331的两端，固定法兰332和固定套333上设置有供旋转轴31通过的通孔。

套筒331、固定法兰332和固定套333形成两端带有通孔的筒体结构，旋转轴31和运动套32均设置在该筒体结构中，且旋转轴31的两端分别从固定法兰332和固定套333上的通孔伸出，以连接两端的其他结构。为了提高连接的密封性能，在套筒331与固定套333之间、套筒331与固定法兰332之间设置有O型密封圈。

在一示例性实施例中，如图3所示，旋转轴31上的固定套333外侧设置有旋转盘34。

旋转轴31通过旋转盘34连接下方的其他仪器串构件。

在一示例性实施例中，第一进油口334和第二进油口335设置在固定法兰332上。

第一进油口334直接与第一空腔71连通；第二进油口335通过设置在套筒331上的通道73，与第二空腔72连通。

在一示例性实施例中，旋转轴31上设置有第一限位部311，第一限位部311的一端抵住固定套333，套筒331上安装有挡圈，挡圈抵住第一限位部311的另一端；或者，如图3所示，旋转轴31上还设置有第二限位部312，第二限位部312抵住固定法兰332。

对旋转轴31的轴向位置进行固定限位，使固定套333转动时带动旋转轴31转动，而不会使旋转轴31轴向移动。可在旋转轴31上设置第一限位部311，并通过设置挡圈的方式，限制旋转轴31的两个方向上(即：图3中向左和向右)的轴向移动；也可通过设置两个限位部(第一限位部311和第二限位部312)的方式，以限制旋转轴31的两个方向上的轴向移动。第一限位部311可以是防止轴向串动的轴承，第二限位部312可以是轴向止动滑动套。

在一示例性实施例中，如图3所示，旋转轴31内设置有过线通道313。

导线或电缆等穿过过线通道313进行连接，使得导线或电缆不受仪器转动的影响。

在一示例性实施例中，液压控制短节4上设置有三个磁通门传感器(图中未示出)，三个磁通门传感器的指向相互垂直。

其中一个磁通门传感器的指向与电子短节1的中心轴线平行，另外两个磁通门传感器的指向与电子短节1的中心轴线垂直。将磁通门传感器两两水平正交，根据地磁场在各传感器上对应的分量关系，再通过方位判别和反正切函数的运算即可得到实际方位角度。应该当理解的是，磁通门传感器还可设置仪旋转短节3下方的其他位置，保证磁通门传感器与机械短节5的位置相对固定，并能够检测到机械短节5的角度即可。

在一示例性实施例中，取心仪83还包括平衡短节(图中未示出)，平衡短节与液压控制短节4相连，平衡短节设置为实现仪器内部液压油压力与井下地层泥浆压力之间的平衡。

平衡短节可以与液压控制短节4并行设置，减小对取心仪83长度的影响。当然，平衡短节也可设置在液压控制短节4与机械短节5之间。

在一示例性实施例中，液压控制短节4上还设置有反推靠臂41，当取心仪83在井下遇卡时，反推靠臂41动作，使取心仪83与井壁分离。

在具体操作中，当取心仪83到达目标层位后，方位传感器(即磁通门传感器)先测量钻头(即机械短节5)的方位，如果方位不是目标方位，取心仪83上部的两个支撑固定臂21打开，将仪器上部固定，然后旋转短节3旋转，带动钻头摆动，钻头摆动的同时，方位传感器继续检测钻头的位置，到达指定方位后，旋转短节3停止转动，打开上推靠臂42和下推靠臂51，上部的两个支撑固定臂21收回，开始取心动作。完成取心作业后，收回上推靠臂42和下推靠臂51。如果仪器粘卡，反推靠臂41(安装在钻头一侧)打开，把仪器从井壁剥离开。并且，在仪器粘卡时，还可通过控制旋转短节3，使机械短节5转动的方法，使仪器从井壁剥离开。

本申请实施例提供的可钻取井下指定方位岩心的取心仪83，能够获得井下钻取岩心的精确方位。在取心过程中，取心仪83能够根据地质学家的设计要求，获取指定深度、指定方位的岩心，并进行记录，在地面能够准确区分井下所取岩心的深度及所取岩心的方位。地质专家对岩心进行分析，分析出地层的孔隙度、渗透率、饱和度，并附加岩心的方位信息，所分析的地层资料更精确，为储层评价提供更有效的信息，大幅提升所取岩心的利用价值。

在本申请中的描述中，需要说明的是，“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义理解，例如，术语“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请描述的实施例是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的技术方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它技术方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的技术方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种可钻取井下指定方位岩心的取心仪，其特征在于，包括依次相连的电子短节、支撑臂短节、旋转短节、液压控制短节、机械短节和储心筒短节，

所述机械短节设置为完成推靠、取心、折心以及岩心长度测量作业；所述储心筒短节设置为储存所取岩心；所述电子短节设置为与地面控制系统进行通讯，并识别井下所取岩心方位；所述旋转短节设置为转动机械短节到指定方位进行旋转取心；所述液压控制短节为所述旋转短节和所述机械短节提供动力；所述支撑臂短节设置为固定取心仪在井下的位置，

所述旋转短节包括旋转轴、运动套和固定外壳，所述运动套套设在所述旋转轴外侧并与所述旋转轴螺纹连接；所述旋转轴和所述运动套设置在所述固定外壳内，且所述旋转轴的两端伸出所述固定外壳的两端，所述旋转轴在所述固定外壳内轴向限位；所述固定外壳靠近所述液压控制短节的端面上设置有进油口，所述液压控制短节通过所述进油口向所述固定外壳内注入液压油以推动所述运动套轴向移动。

2.根据权利要求1所述的可钻取井下指定方位岩心的取心仪，其特征在于，所述进油口包括第一进油口和第二进油口，

所述运动套与所述固定外壳之间动密封，并在所述运动套两侧形成密封的第一空腔和第二空腔，所述第一进油口和所述第二进油口分别与所述第一空腔和所述第二空腔连通。

3.根据权利要求2所述的可钻取井下指定方位岩心的取心仪，其特征在于，所述固定外壳包括套筒、固定法兰和固定套，所述固定法兰和所述固定套分别设置在所述套筒的两端，

所述固定法兰和所述固定套上设置有供所述旋转轴通过的通孔。

4.根据权利要求3所述的可钻取井下指定方位岩心的取心仪，其特征在于，所述第一进油口和所述第二进油口设置在所述固定法兰上。

5.根据权利要求4所述的可钻取井下指定方位岩心的取心仪，其特征在于，所述旋转轴上设置有第一限位部，所述第一限位部的一端抵住所述固定套，

所述套筒上安装有挡圈，所述挡圈抵住所述第一限位部的另一端；或者，所述旋转轴上还设置有第二限位部，所述第二限位部抵住所述固定法兰。

6.根据权利要求1所述的可钻取井下指定方位岩心的取心仪，其特征在于，所述旋转轴内设置有过线通道。

7.根据权利要求3所述的可钻取井下指定方位岩心的取心仪，其特征在于，所述旋转轴上的所述固定套外侧设置有旋转盘。

8.根据权利要求1至7中任一所述的可钻取井下指定方位岩心的取心仪，其特征在于，所述液压控制短节上设置有三个磁通门传感器，三个所述磁通门传感器的指向相互垂直。

9.根据权利要求1至7中任一所述的可钻取井下指定方位岩心的取心仪，其特征在于，还包括平衡短节，所述平衡短节与所述液压控制短节相连，所述平衡短节设置为实现仪器内部压力与井下地层压力之间的压力平衡。

10.根据权利要求1至7中任一所述的可钻取井下指定方位岩心的取心仪，其特征在于，所述液压控制短节上还设置有反推靠臂，当取心仪在井下遇卡时，所述反推靠臂动作，使取心仪与井壁分离。