CN112922550B - 岩心筒 - Google Patents

Abstract

本公开公开了一种岩心筒，属于钻井工程领域。该岩心筒包括筒状本体、保压筒和岩心容纳筒，筒状本体具有第一腔室和第二腔室，第一腔室通过第一阀门与外界连通，第二腔室内设置有活塞，第二腔室被活塞分隔为第一部分和第二部分，第一部分通过第二阀门与第一腔室连通，第二部分通过第三阀门与外界连通，岩心容纳筒同轴布置在保压筒内，岩心容纳筒与保压筒之间形成有环形腔，环形腔通过第四阀门与第二部分连通。开启第四阀门和第二阀门，高压气体推动活塞将液体推入环形腔。由于岩心容纳筒的侧壁具有弹性，液体向岩心容纳筒施加压力，侧壁形变对岩心施加压力使岩心保持在较高压力下，使取到的岩心保持在高压环境下，有利于获得真实的地层渗透率。

Description

岩心筒

技术领域

本公开涉及钻井工程领域，特别涉及一种岩心筒。

背景技术

取岩心是在钻井过程中使用取心工具把地下岩石成块地取到地面上来，这种成块的岩石叫做岩心，通过岩心可以测定岩石的各种性质，直观地研究地下构造和岩石沉积环境，了解地层渗透率等。

岩心筒是取心工具中的一种，在取岩心过程中，取心钻头在井下钻进，从而形成柱状的岩心，岩心筒套在岩心外，岩心筒上的剪切密封机构可以剪断岩心，将岩心封在岩心筒内，以便于从井中取出。

岩心在地下处于高压环境下，但是随岩心筒取出的过程中，岩心所处环境的压力逐渐降低，并且在取出后还要经过长时间的地面保存与运输，所处环境的压力与地下的压力相差很大，因此岩心在进行测试时获得的试验数据与地层的真实渗透率相差较大，导致无法获得真实的地层渗透率。

发明内容

本公开实施例提供了一种岩心筒，能够有利于更准确地获取地层渗透率。

所述技术方案如下：

本公开实施例提供了一种岩心筒，包括筒状本体、保压筒和侧壁具有弹性的岩心容纳筒，所述筒状本体具有第一腔室和第二腔室，所述第一腔室通过第一阀门与外界连通，所述第二腔室内设置有活塞，所述第二腔室被所述活塞分隔为独立的第一部分和第二部分，所述第一部分通过第二阀门与所述第一腔室连通，所述第二部分通过第三阀门与外界连通，所述保压筒的一端与所述筒状本体同轴连接，所述岩心容纳筒同轴布置在所述保压筒内，所述岩心容纳筒的一端封闭且与所述筒状本体固定连接，所述岩心容纳筒的另一端敞开且与所述保压筒的内壁固定连接，所述岩心容纳筒与所述保压筒之间形成有环形腔，所述环形腔通过第四阀门与所述第二部分连通，所述保压筒的另一端设置有剪切密封机构。

可选地，所述岩心容纳筒包括胶筒、呈筒状的第一接头和呈环状的第二接头，所述第一接头的端部与所述筒状本体固定连接，所述第二接头与所述保压筒同轴连接，所述胶筒的两端分别与所述第一接头和所述第二接头连接。

可选地，所述保压筒包括保压筒本体和筒状安装座，所述保压筒本体的一端与所述筒状本体可拆卸连接或焊接，所述保压筒本体的另一端与所述筒状安装座可拆卸连接或焊接，所述第二接头和所述剪切密封机构均连接在所述筒状安装座上。

可选地，所述剪切密封机构包括密封球，所述密封球上具有进料通孔，所述密封球通过销轴转动安装在所述保压筒内，所述密封球具有第一状态和第二状态，若所述密封球处于所述第一状态，所述进料通孔与所述保压筒同轴，所述密封球连通所述岩心容纳筒和外界，若所述密封球处于所述第二状态，所述进料通孔的轴线与所述保压筒的轴线垂直，所述密封球封闭所述岩心容纳筒。

可选地，所述保压筒的侧壁上具有驱动销滑槽，所述密封球上连接有驱动销，所述驱动销与所述销轴平行间隔布置，所述驱动销位于所述驱动销滑槽中，且所述驱动销延伸至所述保压筒外。

可选地，所述筒状本体上还设置有第五阀门，所述第五阀门连通所述岩心容纳筒的所述一端和外界，所述密封球上设置有第六阀门，若所述密封球处于所述第二状态，所述第六阀门连通所述岩心容纳筒和外界。

可选地，所述保压筒的侧壁上具有开口，若所述密封球处于所述第一状态，所述密封球封闭所述开口，若所述密封球处于所述第二状态，所述进料通孔与所述开口连通。

可选地，所述第二阀门为液控阀，所述第二阀门具有液控端，所述液控端与所述第二部分连通，所述第二阀门被配置为在所述第二部分的压力低于预设值时开启，在所述第二部分的压力不低于所述预设值时关闭。

可选地，还包括用于检测所述第二部分的压力的压力传感器，所述第二阀门为电控阀，所述第二阀门被配置为在所述第二部分的压力低于预设值时开启，在所述第二部分的压力不低于所述预设值时关闭。

可选地，所述第一阀门和所述第三阀门均为单向阀，所述第一阀门的出口与所述第一腔室连通，所述第三阀门的出口与所述第二部分连通。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

通过将保压筒的一端与筒状本体同轴连接，将岩心容纳筒同轴布置在保压筒内，保压筒的另一端还设置有剪切密封机构，在取岩心时，岩心进入到岩心容纳筒内，剪切密封机构可以剪断岩心，将岩心密封在岩心容纳筒中。由于筒状本体具有第一腔室和第二腔室，第一腔室通过第一阀门与外界连通，可以通过第一阀门向第一腔室注入高压气体。第二腔室内设置有活塞，活塞将第二腔室分隔为独立的第一部分和第二部分，第一部分通过第二阀门与第一腔室连通，从而可以通过控制第二阀门开启，利用第一腔室内的高压气体推动活塞。由于第二部分通过第三阀门与外界连通，可以通过第三阀门向第二部分注入液体，推动阀门压缩第一部分，并关闭第三阀门，使液体保留在第二腔室中。由于岩心容纳筒与保压筒之间形成有环形腔，环形腔通过第四阀门与第二部分连通，在剪切密封机构剪断岩心后，可以开启第四阀门和第二阀门，使第一腔室内的高压气体推动活塞，将第二腔室内的液体推入环形腔。由于岩心容纳筒的侧壁具有弹性，进入环形腔的液体向岩心容纳筒的侧壁施加压力，使侧壁形变，从而对岩心施加压力，使岩心可以保持在较高的压力下。还可以关闭第二阀门，使活塞停止运动，液体停止继续进入环形腔，使岩心受到的压力可调。通过该岩心筒可以使取到的岩心保持在合适的高压环境下，确保在进行测试时获得的试验数据接近地层的真实渗透率，有利于获得真实的地层渗透率。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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公开的一些实施例，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是本公开实施例提供的一种岩心筒的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的一种岩心筒的局部结构示意图；

图3是本公开实施例提供的一种岩心容纳筒的结构示意图；

图4是本公开实施例提供的一种保压筒的结构示意图；

图5是本公开实施例提供的一种岩心筒的局部结构示意图；

图6是图5的A向视图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

图1是本公开实施例提供的一种岩心筒的结构示意图。如图1所示，该岩心筒包括筒状本体10、保压筒20和侧壁具有弹性的岩心容纳筒30。

筒状本体10具有第一腔室11和第二腔室12，第一腔室11通过第一阀门41与外界连通。第二腔室12内设置有活塞13，第二腔室12被活塞13分隔为独立的第一部分12a和第二部分12b。第一部分通过第二阀门42与第一腔室11连通，第二部分12b通过第三阀门43与外界连通。

保压筒20的一端与筒状本体10同轴连接，岩心容纳筒30同轴布置在保压筒20内。岩心容纳筒30的一端封闭且与筒状本体10固定连接，岩心容纳筒30的另一端敞开且与保压筒20的内壁固定连接。岩心容纳筒30与保压筒20之间形成有环形腔21，环形腔21通过第四阀门44与第二部分12b连通。保压筒20的另一端设置有剪切密封机构50。

通过将保压筒的一端与筒状本体同轴连接，将岩心容纳筒同轴布置在保压筒内，保压筒的另一端还设置有剪切密封机构，在取岩心时，岩心进入到岩心容纳筒内，剪切密封机构可以剪断岩心，将岩心密封在岩心容纳筒中。由于筒状本体具有第一腔室和第二腔室，第一腔室通过第一阀门与外界连通，可以通过第一阀门向第一腔室注入高压气体。第二腔室内设置有活塞，活塞将第二腔室分隔为独立的第一部分和第二部分，第一部分通过第二阀门与第一腔室连通，从而可以通过控制第二阀门开启，利用第一腔室内的高压气体推动活塞。由于第二部分通过第三阀门与外界连通，可以通过第三阀门向第二部分注入液体，推动阀门压缩第一部分，并关闭第三阀门，使液体保留在第二腔室中。由于岩心容纳筒与保压筒之间形成有环形腔，环形腔通过第四阀门与第二部分连通，在剪切密封机构剪断岩心后，可以开启第四阀门和第二阀门，使第一腔室内的高压气体推动活塞，将第二腔室内的液体推入环形腔。由于岩心容纳筒的侧壁具有弹性，进入环形腔的液体向岩心容纳筒的侧壁施加压力，使侧壁形变，从而对岩心施加压力，使岩心可以保持在较高的压力下。还可以关闭第二阀门，使活塞停止运动，液体停止继续进入环形腔，使岩心受到的压力可调。通过该岩心筒可以使取到的岩心保持在合适的高压环境下，确保在进行测试时获得的试验数据接近地层的真实渗透率，有利于获得真实的地层渗透率。

此外，由于岩心筒可以使岩心处于较好的密封状态，并能保持地层的压力，因此，在对含气的地层进行取心时，例如含有煤层气、页岩气，还可以准确确定出含气量。

图2是本公开实施例提供的一种岩心筒的局部结构示意图。如图2所示，第二阀门42可以为液控阀，第二阀门42具有液控端421，该液控端421与第二部分12b连通。第二阀门42被配置为在第二部分12b的压力低于预设值时开启，在第二部分12b的压力不低于预设值时关闭。由于第二部分12b与环形腔21是连通的，因此第二部分12b的压力与环形腔21的压力保持一致，环形腔21内的压力降低，则表明岩心容纳筒30内的岩心受到的压力降低了。第二阀门42的液控端421与第二部分12b连通后，该液控端421的压力与第二部分12b保持一致，岩心受到的压力降低后，液控端421的压力也降低了，若液控端421的压力低于了预设值，第二阀门42开启，使得第一腔室11内的高压气体可以推动活塞13，活塞13压缩第二部分12b，使第二部分12b内的压力升高，即使岩心受到的压力升高，从而便于将岩心受到的压力始终维持在接近原始地层压力的状态下。

预设值可以根据岩心的原始地层压力进行设置。示例性地，预设值P可以满足如下等式：

P＝ρgh+a

其中，ρ为钻井液的密度，g为重力加速度，h为取心井的深度，a为补偿值，2PMa≤a≤5MPa。

在本公开另一种可能的实现方式中，该岩心筒还可以还包括用于检测第二部分12b的压力的压力传感器。第二阀门42为电控阀，第二阀门42被配置为在第二部分12b的压力低于预设值时开启，在第二部分12b的压力不低于预设值时关闭。通过压力传感器检测第二部分12b的压力，使第二阀门42可以基于第二部分12b的压力开启和关闭，从而便于将岩心受到的压力始终维持在接近原始地层压力的状态下。

可选地，第一阀门41和第三阀门43均可以为单向阀，第一阀门41的出口与第一腔室11连通，第三阀门43的出口与第二部分12b连通。这样可以直接将充气设备与第一阀门41连通，向第一腔室11内充入高压气体，撤去充气设备后，第一阀门41就可以保持关闭状态，避免高压气体的泄漏。而第三阀门43可以与注水设备连通，向第二部分12b注水，在完成注水后，可以直接撤去注水设备，第三阀门43可以保持关闭状态，避免水从第二部分12b中泄漏。

在其他可能的实现方式中，第一阀门41和第三阀门43也可以是开关阀。

第一腔室11内的高压气体的气压可以为50MPa，以使高压气体有足够的压力推动活塞13。在向第二部分12b注水时，可以关闭第四阀门44，避免注水过程中岩心容纳筒30产生较大形变，影响岩心进入岩心容纳筒30内，在岩心进入岩心容纳筒30之后，可以保持第四阀门44开启。

图3是本公开实施例提供的一种岩心容纳筒的结构示意图。如图3所示，该岩心容纳筒30可以包括胶筒31、呈筒状的第一接头32和呈环状的第二接头33。第一接头32的端部与筒状本体10固定连接，第二接头33与保压筒20同轴连接，胶筒31的两端分别与第一接头32和第二接头33连接。胶筒31可以通过硫化处理分别与第一接头32和第二接头33连接为一体。胶筒31为橡胶结构，具有较好的弹性，能够在环形腔21内的压力增大时较好地发生形变向岩心施加压力。第一接头32和第二接头33可以方便将岩心容纳筒30的两端分别与筒状本体10和保压筒20连接。

如图3所示，第一接头32的端部可以设置有柱状凸起321，筒状本体10的端部可以对应设置有凹槽，柱状凸起321与凹槽可以通过螺纹连接，从而将第一接头32安装到筒状本体10上。

第二接头33与保压筒20也可以通过螺纹连接，以方便安装。第二接头33和保压筒20之间还可以设置有密封圈，以提高环形腔21的密封性。

图4是本公开实施例提供的一种保压筒的结构示意图。如图4所示，保压筒20可以包括保压筒本体22和筒状安装座23。保压筒本体22的一端可以与筒状本体10可拆卸连接，保压筒本体22的另一端可以与筒状安装座23可拆卸连接，第二接头33和剪切密封机构50均连接在筒状安装座23上。将保压筒20设置成保压筒本体22和筒状安装座23两部分，可以方便岩心筒整体的组装。并且筒状本体10和筒状安装座23均与保压筒本体22采用可拆卸连接的方式，能够便于保压筒20的拆解和维修，并且也方便岩心容纳筒30的安装。

在本公开实施例另一种可能的实现方式中，保压筒本体22的一端可以与筒状本体10焊接，保压筒本体22的另一端可以与筒状安装座23焊接，在组装时，直接将保压筒20焊接为一体，密封性较好。

可选地，该岩心筒还可以包括第五阀门45和第六阀门46，第五阀门45可以设置在筒状本体10上，第五阀门45连通岩心容纳筒30的一端和外界，第六阀门46可以位于岩心容纳筒30的另一端处。岩心在取出后可以一直保存在岩心筒内，通过第二阀门42的开闭继续使环形腔21内的压力维持在较高的状态。在需要对岩心进行测试时，可以将测试的装置分别与第五阀门45和第六阀门46连通，形成渗透率闭环测量线路，测量岩心的渗透率。由于在测试过程中岩心仍然处于较高的压力状态下，能够更准确地测量出岩心的渗透率

示例性地，第五阀门45和第六阀门46中的一个可以为单向阀，在没有连接测试的装置时，单向阀可以保持截止，在连接测试的装置后，又可以通过单向阀向岩心容纳筒30内部加压。

图5是本公开实施例提供的一种岩心筒的局部结构示意图。如图5所示，剪切密封机构50可以包括密封球51。密封球51上具有进料通孔51a，密封球51通过销轴52转动安装在保压筒20内。密封球51具有第一状态和第二状态，若密封球51处于第一状态，即图1所示状态，进料通孔51a与保压筒20同轴，密封球51连通岩心容纳筒30和外界，若密封球51处于第二状态，即图5所示状态，进料通孔51a的轴线与保压筒20的轴线垂直，密封球51封闭岩心容纳筒30。在取岩心时，密封球51处于第一状态，进料通孔51a与岩心容纳筒30相通，岩心通过进料通孔51a伸入到岩心容纳筒30内，通过转动密封球51，密封球51将岩心剪断，密封球51转动到第二状态后，遮挡住岩心容纳筒30，使岩心被密封在岩心容纳筒30内。

如图5所示，第六阀门46可以位于密封球51上，若密封球51处于第二状态，第六阀门46连通岩心容纳筒30和外界。密封球51处于第二状态时，密封球51遮挡住岩心容纳筒30，第六阀门46则正好转动至与岩心容纳筒30连通。

图6是图5的A向视图。图6中的密封球51处于第一状态。如图6所示，保压筒20的侧壁上还可以具有开口23b。若密封球51处于第一状态，密封球51封闭开口23b，若密封球51处于第二状态，进料通孔51a与开口23b连通。通过设置开口23b，在密封球51处于第二状态时，可以从开口23b中去除位于进料通孔51a内的岩石，使进料通孔51a通畅，这样测试装置就可以从进料通孔51a中与第六阀门46连接。

如图6所示，保压筒20的侧壁上还可以具有驱动销滑槽23a，密封球51上连接有驱动销53，驱动销53与销轴52平行间隔布置，驱动销53位于驱动销滑槽23a中，且驱动销53延伸至保压筒20外。由于驱动销53延伸至保压筒20外，在需要转动密封球51时，可以从保压筒20外沿保压筒20的轴向推动驱动销53，密封球51绕销轴52转动，从而使密封球51从第一状态转动到第二状态，密封球51将岩心剪断。

密封球51上可以设置有两根驱动销53，两根驱动销53关于保压筒20的轴线中心对称布置，相应地，保压筒20的侧壁上也可以具有两个驱动销滑槽23a，两个驱动销滑槽23a也关于保压筒20的轴线中心对称布置，这样在推动密封球51时，密封球51的受力更平衡，更容易转动。

以下简单说明本公开实施例提供的岩心筒的使用过程：

首先，向第一腔室11和第二部分12b加压，其中第一腔室11注入的可以是高压氮气，第二部分12b注入的可以是水，。

然后，在完成取心钻进后，剪切密封机构50完成割心，岩心被密封在岩心容纳筒30内。

之后，可以保持第四阀门44开启，并通过间隔开启第二阀门42，利用第一腔室11内的高压气体推动活塞13压缩第二部分12b，提升环形腔21的压力，使岩心始终保持在接近原始地层压力的高压状态。

以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩心筒，其特征在于，包括筒状本体(10)、保压筒(20)和侧壁具有弹性的岩心容纳筒(30)，所述筒状本体(10)具有第一腔室(11)和第二腔室(12)，所述第一腔室(11)通过第一阀门(41)与外界连通，所述第二腔室(12)内设置有活塞(13)，所述第二腔室(12)被所述活塞(13)分隔为独立的第一部分(12a)和第二部分(12b)，所述第一部分通过第二阀门(42)与所述第一腔室(11)连通，所述第二阀门(42)被配置为在所述第二部分(12b)的压力低于预设值时开启，在所述第二部分(12b)的压力不低于所述预设值时关闭，所述预设值满足如下等式：

P＝ρgh+a

其中，P为所述预设值，ρ为钻井液的密度，g为重力加速度，h为取心井的深度，a为补偿值，2PMa≤a≤5MPa；

所述第二部分(12b)通过第三阀门(43)与外界连通，所述保压筒(20)的一端与所述筒状本体(10)同轴连接，所述岩心容纳筒(30)同轴布置在所述保压筒(20)内，所述岩心容纳筒(30)的一端封闭且与所述筒状本体(10)固定连接，所述岩心容纳筒(30)的另一端敞开且与所述保压筒(20)的内壁固定连接，所述岩心容纳筒(30)与所述保压筒(20)之间形成有环形腔(21)，所述环形腔(21)通过第四阀门(44)与所述第二部分(12b)连通，所述保压筒(20)的另一端设置有剪切密封机构(50)。

2.根据权利要求1所述的岩心筒，其特征在于，所述岩心容纳筒(30)包括胶筒(31)、呈筒状的第一接头(32)和呈环状的第二接头(33)，所述第一接头(32)的端部与所述筒状本体(10)固定连接，所述第二接头(33)与所述保压筒(20)同轴连接，所述胶筒(31)的两端分别与所述第一接头(32)和所述第二接头(33)连接。

3.根据权利要求2所述的岩心筒，其特征在于，所述保压筒(20)包括保压筒本体(22)和筒状安装座(23)，所述保压筒本体(22)的一端与所述筒状本体(10)可拆卸连接或焊接，所述保压筒本体(22)的另一端与所述筒状安装座(23)可拆卸连接或焊接，所述第二接头(33)和所述剪切密封机构(50)均连接在所述筒状安装座(23)上。

4.根据权利要求1所述的岩心筒，其特征在于，所述剪切密封机构(50)包括密封球(51)，所述密封球(51)上具有进料通孔(51a)，所述密封球(51)通过销轴(52)转动安装在所述保压筒(20)内，所述密封球(51)具有第一状态和第二状态，若所述密封球(51)处于所述第一状态，所述进料通孔(51a)与所述保压筒(20)同轴，所述密封球(51)连通所述岩心容纳筒(30)和外界，若所述密封球(51)处于所述第二状态，所述进料通孔(51a)的轴线与所述保压筒(20)的轴线垂直，所述密封球(51)封闭所述岩心容纳筒(30)。

5.根据权利要求4所述的岩心筒，其特征在于，所述保压筒(20)的侧壁上具有驱动销滑槽(23a)，所述密封球(51)上连接有驱动销(53)，所述驱动销(53)与所述销轴(52)平行间隔布置，所述驱动销(53)位于所述驱动销滑槽(23a)中，且所述驱动销(53)延伸至所述保压筒(20)外。

6.根据权利要求4所述的岩心筒，其特征在于，所述筒状本体(10)上还设置有第五阀门(45)，所述第五阀门(45)连通所述岩心容纳筒(30)的所述一端和外界，所述密封球(51)上设置有第六阀门(46)，若所述密封球(51)处于所述第二状态，所述第六阀门(46)连通所述岩心容纳筒(30)和外界。

7.根据权利要求6所述的岩心筒，其特征在于，所述保压筒(20)的侧壁上具有开口(23b)，若所述密封球(51)处于所述第一状态，所述密封球(51)封闭所述开口(23b)，若所述密封球(51)处于所述第二状态，所述进料通孔(51a)与所述开口(23b)连通。

8.根据权利要求1～7任一项所述的岩心筒，其特征在于，所述第二阀门(42)为液控阀，所述第二阀门(42)具有液控端(421)，所述液控端(421)与所述第二部分(12b)连通。

9.根据权利要求1～7任一项所述的岩心筒，其特征在于，还包括用于检测所述第二部分(12b)的压力的压力传感器，所述第二阀门(42)为电控阀。

10.根据权利要求1～7任一项所述的岩心筒，其特征在于，所述第一阀门(41)和所述第三阀门(43)均为单向阀，所述第一阀门(41)的出口与所述第一腔室(11)连通，所述第三阀门(43)的出口与所述第二部分(12b)连通。

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