CN112901099B - 一种静压恒速取芯工具及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种静压恒速取芯工具及方法，所述工具包括外管和安装在外管内的内管总成，外管从上至下依次安装有座环、水眼和钻头，座环固定安装在外管上端的内壁上，水眼位于外管下端且将外管的内腔与外部连通，钻头位于外管最下端且固定安装在外管的外壁上，内管总成包括打捞矛头、恒速阀、剪切销、剪切销内套、长袖密封套、外管密封座、长袖、岩心管、内管、活塞头、卡簧和压入管鞋，打捞矛头下端与恒速阀固定连接，恒速阀悬挂在所述座环上，以使得整个内管总成悬挂安装在外管内。本发明既能保证取芯样品(即岩心)的原状性，避免对岩心的扰动，又能大幅度减少能量的消耗，提高能量的利用率，取芯方式效率高，节省作业时间。
Description
技术领域
本发明涉及海洋取样装置技术领域，具体是一种静压恒速取芯工具及方法。
背景技术
随着对海洋资源勘探需求，通过钻探船等科考船进行取芯(即取样)工作量也日益增加，取芯质量的好坏直接关系到对样品成分分析研究的准确性和科学性。现有的取芯装置中，通常采用整根钻柱转动方式来进行取芯，取芯装置的能量(动力)来源与井口动力装置，井口动力装置提供的能量在钻柱上进行传递。在能量传递过程中，能量沿行程损失大，当地层位置较深时，钻柱深入至地层的能量利用率较低，造成额外能量消耗或者无法进行更深层的地层勘探。同时，回转式钻探取芯方式容易对地层造成扰动，进而对样品造成扰动，影响取芯质量。现有的取芯装置中，对样品造成扰动的现象普遍存在，亟需改善。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种静压恒速取芯工具，其能够解决消耗更少能量且避免对样品造成扰动的问题。
实现本发明的目的的技术方案为：一种静压恒速取芯工具，包括外管和安装在外管内的内管总成，
外管从上至下依次安装有座环、水眼和钻头，座环固定安装在外管上端的内壁上，水眼位于外管下端且将外管的内腔与外部连通，钻头位于外管最下端且固定安装在外管的外壁上，
内管总成包括打捞矛头、恒速阀、剪切销、剪切销内套、长袖密封套、外管密封座、长袖、岩心管、内管、活塞头、卡簧和压入管鞋，打捞矛头下端与恒速阀固定连接，恒速阀悬挂在所述座环上，以使得整个内管总成悬挂安装在外管内，恒速阀下端与长袖的上端固定连接，长袖的下端与活塞头固定连接，
所述剪切销内套通过剪切销与长袖连接，剪切销内套的下端与长袖密封套的上端固定连接，长袖密封套的下端与外管密封座的上端固定连接，外管密封座的下端分别与岩心管和内管固定连接，岩心管位于内管内，长袖穿过岩心管，岩心管的下端和内管的下端均与卡簧固定连接，活塞头位于岩心管和内管内，活塞头紧贴于岩心管的内壁，卡簧位于活塞头下方且位于外管下端，卡簧的下端固定安装在压入管鞋内。
进一步地，所述外管的外壁上还固定安装有扶正器，扶正器位于座环和水眼之间。
进一步地，所述剪切销沿剪切销内套的径向方向设置并穿过长袖，剪切销的两端与剪切销内套固定连接。
进一步地，在所述长袖密封套与长袖接触之间设置有第一密封圈。
进一步地，在所述长袖密封套与外管密封座之间设置有第二密封圈。
进一步地，在所述活塞头与岩心管接触处设置有第三密封圈。
进一步地，所述卡簧与压入管鞋通过螺纹连接。
本发明同时还提供一种基于所述静压恒速取芯工具的使用方法，包括以下步骤：
将部件连接安装完成后，通过打捞矛头将整个静压恒速取芯工具送到孔底，送至孔底后，将外管上端进行密封，以使得外管内部形成密封空间，
当开始取芯工作之前，启动泥浆泵并控制泥浆泵的排量，当排出的泥浆产生的压力升至预设阈值时，开启恒速阀，泥浆压力将所述剪切销剪断并继续保持当前泥浆排量和泥浆压力，剪切销内套与恒速阀断开连接，从而使得剪切销内套以及与剪切销内套连接且位于剪切销内套下方的各个部件沿着长袖向下滑落，直至剪切销内套滑落至长袖的最下方，在滑落过程中，带有岩心管的内管处于恒速向前推进，从而使得岩心管进入地层，完成取芯。
本发明的有益效果为：本发明既能保证取芯样品(即岩心)的原状性，避免对岩心的扰动，又能大幅度减少能量的消耗，提高能量的利用率，取芯方式效率高，节省作业时间。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明完成取芯后的的结构示意图。
图中，1-打捞矛头、2-恒速阀、3-座环、4-剪切销、5-剪切销内套、6-长袖密封套、7-第一密封圈、8-第二密封圈、9-外管密封座、10-长袖、11-岩心管、12-内管、13-外管、14-扶正器、15-活塞头、16-第三密封圈、17-水眼、18-卡簧、19-压入管鞋、20-钻头、21-校准孔、22-挡圈、23-钢套、24-弹簧。
具体实施方案
下面结合附图及具体实施方案，对本发明做进一步描述：
如图1-图2所示，一种静压恒速取芯工具，包括外管13和安装在外管13内的内管总成。
外管13从上至下依次安装有座环3、扶正器14、水眼17和钻头20，座环3固定安装在外管13上端的内壁上，扶正器14安装在外管13下端的外壁上，水眼17位于外管13下端且将外管13的内腔与外部连通，钻头20位于外管13最下端且固定安装在外管13的外壁上。
内管总成包括打捞矛头1、恒速阀2、剪切销4、剪切销内套5、长袖密封套6、外管密封座9、长袖10、岩心管11、内管12、活塞头15、卡簧18和压入管鞋19，打捞矛头1下端与恒速阀2固定连接，恒速阀2悬挂在所述座环3上，从而使得整个内管总成悬挂安装在外管13内，恒速阀2下端与长袖10的上端固定连接，长袖10为管状，长袖10沿外管13轴向方向延伸，长袖10的下端与活塞头15固定连接。所述剪切销内套5通过剪切销4与长袖10连接，长袖10穿过剪切销内套5，从而使得剪切销内套5能够固定安装在长袖10上，剪切销4沿剪切销内套5的径向方向设置并穿过长袖10，剪切销4的两端与剪切销内套5固定连接。剪切销内套5的下端与长袖密封套6的上端固定连接，长袖密封套6的下端与外管密封座9的上端固定连接。长袖密封套6与长袖10接触之间设置有第一密封圈7，长袖密封套6与外管密封座9之间设置有第二密封圈8，第一密封圈7和第二密封圈8均起到密封作用。外管密封座9的下端分别与岩心管11和内管12固定连接，岩心管11位于内管12内，长袖10穿过岩心管11。岩心管11的下端和内管12的下端均与卡簧18固定连接，活塞头15位于岩心管11和内管12内，活塞头15紧贴于岩心管11的内壁，在活塞头15与岩心管11接触处设置有第三密封圈16，起到密封作用，卡簧18位于活塞头15下方且位于外管13下端处，并与水眼17齐平，卡簧18的下端固定安装有压入管鞋19，且卡簧18安装在压入管鞋19内，卡簧18与压入管鞋19通过螺纹连接。
其中，所述恒速阀2包括校准孔21、挡圈22、钢套23和弹簧24，校准孔21安装在钢套23上端的中央位置处，校准孔21与外管13的内腔连通，用于调节进入恒速阀2泥浆流量大小，校准孔21越大，则进入的泥浆流量越大，反之，则越小。钢套23沿外管13轴向设置在外管13内腔内，钢套23通过挡圈22与打捞矛头1连接，挡圈22固定安装在钢套23上端的两侧并与校准孔24齐平。钢套23呈倒U型结构，弹簧24上端固定在钢套23的上内壁并与校准孔21接触，下端固定安装在恒速阀2的底座上(图中未示出)。挡圈22起到限位作用，限制钢套23的安装位置进而限制钢套23内弹簧24的位置，从而限制弹簧24受压程度，使得弹簧24维持在一定程度的受压，最终使得恒速阀2进口和出口压力稳定，完成恒速静压取芯。
其中，以上连接可以采用螺纹连接或其他连接方式。
在开始钻进前，将以上部件连接安装完成，并通过钻孔设备清孔至取芯地层，也即钻出与取芯地层连通的孔通道出来。然后，通过安装在钻探船上的取芯绞车与打捞矛头1连接，将整个静压恒速取芯工具送到孔底，送至孔底后保持取芯绞车的钢丝绳松弛，以使得静压恒速取芯工具不再受到取芯绞车束缚。通过阀门将外管13上端进行密封，也即将打捞矛头1的上端进行密封，从而使得外管13内部形成密封空间，从而完成取芯工作之前的准备工作。
当开始取芯工作之前，启动泥浆泵并控制泥浆泵的排量，泥浆泵可以采用低排量泥浆泵，可以控制泥浆泵的排量在10-17L/min(升/分钟)左右。其中，排量是根据外管13的内径或者外管13内腔的横截面积以及泥浆排出速度来调节的，泥浆排出速度通常为1.5-2.5cm/s，外管13的内径为121mm(毫米)。当排出的泥浆产生的压力升至预设阈值(例如3Mpa)时，开启恒速阀2，泥浆压力将所述剪切销4剪断，继续保持当前泥浆排量和泥浆压力。由于剪切销4被剪断后，剪切销内套5与恒速阀2断开连接，从而使得剪切销内套5以及与剪切销内套5连接且位于剪切销内套5下方的各个部件沿着长袖10向下滑落，直至剪切销内套5滑落至长袖10的最下方。在滑落过程中，带有岩心管11的内管12处于恒速向前(即朝向取芯地层)推进，从而使得岩心管11进入地层，完成取芯。当内管12走完整个向下行程后，泥浆压力上升，超过原先的泥浆压力，关闭泥浆泵并打开阀门，从而解除密封空间，通取芯绞车提取打捞矛头1，打捞矛头1通过恒速阀2及长袖10将整个内管总成从外管13内提取出来，然后从岩心管11中将取芯样品取出，完成取芯所有工作。
本发明既能保证取芯样品(即岩心)的原状性，避免对岩心的扰动，又能大幅度减少能量的消耗，提高能量的利用率，取芯方式效率高，节省作业时间。
本说明书所公开的实施例只是对本发明单方面特征的一个例证，本发明的保护范围不限于此实施例，其他任何功能等效的实施例均落入本发明的保护范围内。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种静压恒速取芯工具，其特征在于，包括外管和安装在外管内的内管总成，
外管从上至下依次安装有座环、水眼和钻头，座环固定安装在外管上端的内壁上，水眼位于外管下端且将外管的内腔与外部连通，钻头位于外管最下端且固定安装在外管的外壁上，
内管总成包括打捞矛头、阀门、剪切销、剪切销内套、长袖密封套、外管密封座、长袖、岩心管、内管、活塞头、卡簧和压入管鞋，打捞矛头下端与阀门固定连接，阀门悬挂在所述座环上，以使得整个内管总成悬挂安装在外管内，阀门下端与长袖的上端固定连接，长袖的下端与活塞头固定连接，
所述剪切销内套通过剪切销与长袖连接，剪切销内套的下端与长袖密封套的上端固定连接，长袖密封套的下端与外管密封座的上端固定连接，外管密封座的下端分别与岩心管和内管固定连接，岩心管位于内管内，长袖穿过岩心管，岩心管的下端和内管的下端均与卡簧固定连接，活塞头位于岩心管和内管内，活塞头紧贴于岩心管的内壁，卡簧位于活塞头下方且位于外管下端，卡簧的下端固定安装在压入管鞋内。
2.根据权利要求1所述的静压恒速取芯工具，其特征在于，所述外管的外壁上还固定安装有扶正器，扶正器位于座环和水眼之间。
3.根据权利要求1所述的静压恒速取芯工具，其特征在于，所述剪切销沿剪切销内套的径向方向设置并穿过长袖，剪切销的两端与剪切销内套固定连接。
4.根据权利要求1所述的静压恒速取芯工具，其特征在于，在所述长袖密封套与长袖接触之间设置有第一密封圈。
5.根据权利要求1所述的静压恒速取芯工具，其特征在于，在所述长袖密封套与外管密封座之间设置有第二密封圈。
6.根据权利要求1所述的静压恒速取芯工具，其特征在于，在所述活塞头与岩心管接触处设置有第三密封圈。
7.根据权利要求1所述的静压恒速取芯工具，其特征在于，所述卡簧与压入管鞋通过螺纹连接。
8.一种采用如权利要求1所述静压恒速取芯工具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
将部件连接安装完成后，通过打捞矛头将整个静压恒速取芯工具送到孔底，送至孔底后，将外管上端进行密封，以使得外管内部形成密封空间，
当开始取芯工作之前，启动泥浆泵并控制泥浆泵的排量，当排出的泥浆产生的压力升至预设阈值时，开启阀门，泥浆压力将所述剪切销剪断并继续保持当前泥浆排量和泥浆压力，剪切销内套与阀门断开连接，从而使得剪切销内套以及与剪切销内套连接且位于剪切销内套下方的各个部件沿着长袖向下滑落，直至剪切销内套滑落至长袖的最下方，在滑落过程中，带有岩心管的内管处于恒速向前推进，从而使得岩心管进入地层，完成取芯。
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| GR01 | Patent grant | ||
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