CN114777978B - 一种岩心管及取心钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种岩心管，包括管本体、测距单元以及控制单元，在井下岩心被钻取后，岩心进入岩心仓内，当岩心到达测距单元时，测距元件能够测量并记录测距元件到岩心表面的距离，测距组件中的多个测距元件绕管本体的轴线周向设置，每一组测距组件能够获得圆周方向岩心与测距元件之间的距离，根据数据能够绘制岩心径向截面的轮廓图，随着岩心逐渐进入管本体的岩心仓，岩心径向截面轮廓逐渐通过测距单元获得。以时间为标尺，根据测量数据绘制不同时间的岩心径向截面轮廓图，多组测距组件能够获得多组测量数据，从而为地应力测量提供有效数据。本发明还提供一种取心钻具，包括上述的岩心管，充分利用岩心钻取、提取的时间进行测量。

Description

一种岩心管及取心钻具

技术领域

本发明涉及岩心钻探设备及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种岩心管及取心钻具。

背景技术

无论是油气资源勘探，还是地球科学研究，地应力测量都十分必要，另外地应力测量还有助于分析深井、超深井井内复杂情况，可有针对性的提高井壁稳定性。地应力的测量方法分为直接测量法和间接测量法。ASR法是间接测量地应力的一种方法，近年发展较快。ASR法多用于深井，特别是科学钻探井的地应力测量，例如德国KTB、我国汶川科学钻探井、松辽盆地大陆科学钻探井等都曾用该种方法测量地应力，地应力测量深度超过7000m。

ASR法测量地应力是测量岩心的非弹性恢复量来测量地应力的。根据岩心应变恢复规律，岩心被钻取卸荷后，弹性应变恢复瞬间完成，非弹性应变恢复是随时间增长逐渐恢复，且随时间增加非弹性应变恢复速率显著降低。即随着开始钻取岩心到开始测量的时间间隔(一般包括岩心钻取、提取到地面、测试前处理等时间)越长，最后能测得的非弹性应变恢复量越少。因此，ASR法测量地应力对岩心时效性要求较高，钻取岩心后越早拿到地面进行测量，越能较好的测得岩心的非弹性恢复量。而一些超深井，从取心钻进结束，到岩心被拿到地表，时长高达24小时，甚至更长，错过了ASR法测量地应力的最佳时机，可测得的非弹性恢复量过少，导致测量精度降低或测量失败。因此，有必要更早的获得岩心恢复数据，以提高ASR法的测量精度，扩宽其应用范围。

公开号为CN109209360A的中国专利，公开了一种水平主地应力方向随钻测量系统及测量方法，具体公开了一种可以在随钻工况下，实时解算水平主地应力方向的系统和方法。其利用测井系统圆周分布的m个超声波换能器，测量圆周方向上工具到井壁的距离，从而绘制出井眼实际形状，根据井眼不同方向的变形测算主应力方向。

公开号为CN101892830A的中国专利，公开了一种深部地应力随钻测试系统，其具体公开一种近钻头随钻测量地应力的系统。系统包括感应测量单元、数据采集储存单元和数据分析单元。感应测量单元包括应变测量单元、方位测量单元和温度测量单元，分别测量井壁应变量、测量点井斜和方位以及测量时环境温度。该发明测量时，井下工具需静止不动，通过直接测量井壁的应变和位置信息来计算地应力。

上述方法都是随钻测量井壁的变形，而非岩心的变形测量地应力，测量原理不同，其数据不能用于ASR法测量地应力。

因此，如何改变现有技术中，ASR法不能随钻获取岩心变形恢复数据的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种岩心管及取心钻具，以解决上述现有技术存在的问题，为ASR法测算地应力提供及时有效数据，提高该方法测算精确度、拓宽其应用范围。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种岩心管，包括：

管本体，所述管本体具有能够容纳岩心的岩心仓，所述管本体还具有电子仓，所述岩心仓设置于所述管本体靠近取心钻具钻头的一端；

测距单元，所述测距单元包括测距组件，所述测距组件包括多个测距元件，所述测距元件设置于所述岩心仓的侧壁上，所述测距元件能够测量所述测距元件与所述岩心之间的距离；每一组所述测距组件中，多个所述测距元件绕所述管本体的轴线周向设置；所述测距组件的数量为多组，多组所述测距组件沿所述管本体的轴线方向设置；

控制单元，所述控制单元设置于所述电子仓内，所述测距元件与所述控制单元相连，所述控制单元能够存储所述测距元件测得的数据。

优选地，所述岩心仓靠近所述电子仓的一端设置压力测量元件和温度测量元件，所述压力测量元件能够监测所述管本体工作时的岩心围压，所述温度测量元件能够监测所述管本体工作时的岩心环境温度，所述压力测量元件与所述温度测量元件均与所述控制单元相连。

优选地，每一组所述测距组件中，多个所述测距元件绕所述管本体的轴线周向均布设置。

优选地，多组所述测距组件沿所述管本体的轴线方向等间距设置。

优选地，所述控制单元内置数据传输元件，所述数据传输元件能够与外部数据处理设备通讯连接。

优选地，所述岩心仓的侧壁设置有安装孔，所述测距元件设置于所述安装孔内，所述安装孔与所述测距元件一一对应。

本发明还提供一种取心钻具，包括上述的岩心管。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：使用本发明的岩心管，在井下岩心被钻取后，岩心进入岩心仓内，当岩心到达测距单元时，测距元件能够测量并记录测距元件到岩心表面的距离，测距组件中的多个测距元件绕管本体的轴线周向设置，每一组测距组件能够获得圆周方向岩心与测距元件之间的距离，根据数据能够绘制岩心径向截面的轮廓图，随着岩心逐渐进入管本体的岩心仓，岩心径向截面轮廓逐个通过测距单元获得。以时间为标尺，根据测量数据绘制不同时间的岩心径向截面轮廓图，多组测距组件能够获得多组测量数据，从而为地应力测量提供有效数据。

本发明还提供一种取心钻具，包括上述的岩心管，在井下岩心被钻取进入岩心管后，即开始测量岩心的变形恢复，充分利用岩心钻取、提取的时间进行测量，为地应力测量提供更加及时有效的数据，提高地应力测算结果精确度。

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为本发明的岩心管的剖切结构示意图；

图2为图1中沿A-A向的剖切结构示意图；

图3为本发明实施例中岩心径向截面轮廓图；

图4为本发明实施例中经过一段时间应变恢复的岩心径向截面轮廓图。

其中，100为岩心管；

1为管本体，101为岩心仓，102为电子仓，103为安装孔，2为测距单元，201为测距组件，202为测距元件，3为压力测量元件，4为温度测量元件。

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岩心管及取心钻具，以解决上述现有技术存在的问题，为ASR法测算地应力提供及时有效数据，提高该方法测算精确度、拓宽其应用范围。

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。

请参考图1-4，其中，图1为本发明的岩心管的剖切结构示意图，图2为图1中沿A-A向的剖切结构示意图，图3为本发明实施例中岩心径向截面轮廓图，图4为本发明实施例中经过一段时间应变恢复的岩心径向截面轮廓图。

本发明提供一种岩心管100，包括管本体1、测距单元2以及控制单元，其中，管本体1具有能够容纳岩心的岩心仓101，管本体1还具有电子仓102，岩心仓101设置于管本体1靠近取心钻具钻头的一端；测距单元2包括测距组件201，测距组件201包括多个测距元件202，测距元件202设置于岩心仓101的侧壁上，测距元件202能够测量测距元件202与岩心之间的距离；每一组测距组件201中，多个测距元件202绕管本体1的轴线周向设置；测距组件201的数量为多组，多组测距组件201沿管本体1的轴线方向设置；控制单元设置于电子仓102内，测距元件202与控制单元相连，控制单元能够存储测距元件202测得的数据。

在井下岩心被钻取后，岩心进入岩心仓101内，当岩心到达测距单元2时，测距元件202能够测量并记录测距元件202到岩心表面的距离，测距组件201中的多个测距元件202绕管本体1的轴线周向设置，每一组测距组件201能够获得圆周方向岩心与测距元件202之间的距离，根据数据能够绘制岩心径向截面的轮廓图，随着岩心逐渐进入管本体1的岩心仓101，岩心径向截面轮廓逐渐通过测距单元2获得。以时间为标尺，根据测量数据绘制不同时间的岩心径向截面轮廓图，多组测距组件201能够获得多组测量数据，从而为地应力测量提供有效数据。在本具体实施方式中，测距元件202可以利用排线与控制单元相连，在本发明的其他具体实施方式中，测距元件202还可以与控制单元通讯连接，提高装置的灵活适应性。

与此同时，岩心仓101靠近电子仓102的一端设置压力测量元件3和温度测量元件4，压力测量元件3能够监测管本体1工作时的岩心围压，温度测量元件4能够监测管本体1工作时的岩心环境温度，压力测量元件3与温度测量元件4均与控制单元相连，在对岩心测量的同时，记录温度、压力、时间等参数，且控制单元能够存储记录的参数，为地应力测算提供便利。

在本具体实施方式中，每一组测距组件201中，多个测距元件202绕管本体1的轴线周向均布设置，且每一组测距组件201中，设置尽可能多的测距元件202，增加测量点，从而使得利用测距元件202绘制出的岩心径向截面图更加接近岩心真实的截面轮廓，进而提高地应力测算结果精确度。

相应地，多组测距组件201沿管本体1的轴线方向等间距设置，以获得岩心不同位置的径向截面变化数据。

具体地，控制单元内置数据传输元件，数据传输元件能够与外部数据处理设备通讯连接，当钻取工作结束后，岩心被提出至地表后，利用数据传输元件可方便地导出数据。实际操作中，数据传输元件可采用无线方式与外部处理设备连接，例如蓝牙等，提高连接便捷度，同时减少设备冗余结构。

更具体地，岩心仓101的侧壁设置有安装孔103，测距元件202设置于安装孔103内，安装孔103为测距元件202的安装固定提供了稳定支撑，且起到了定位测距元件202的作用，保证测距元件202的工作可靠性，安装孔103与测距元件202一一对应；此处还需要说明的是，每组测距元件202以组为单位与控制单元相连，方便维护更换。

进一步地，本发明还提供一种取心钻具，包括上述的岩心管100，岩心仓101设置于岩心管100靠近钻具钻头的一侧。在井下岩心被钻取进入岩心管100后，即开始测量岩心的变形恢复，充分利用岩心钻取、提取的时间进行测量，为地应力测量提供更加及时有效的数据，提高地应力测算结果精确度。

下钻前，设置、核对时间参数。钻进过程中，位于岩心仓101底部的第一组测距组件201首次测得有效数据后开始记录，储存每次测量的距离、温度、压力、时间等数据。岩心进入岩心管100内，到达第一组测距组件201时，测距元件202测量数据并记录测距元件202与岩心表面之间的距离，可获得N(此处N为测距元件202的数量)个岩心径向截面方向等间距分布的距离数据，根据测距元件202获得的数据绘制出的岩心径向截面轮廓图如图3所示。随着岩心慢慢进入岩心管100，岩心圆周外形数据被后续的测距组件201测量获得。岩心装满取心钻进结束，起钻，起钻过程中仍以固定的时间间隔测量数据。提出至地表，下载测量数据。以时间为标尺，根据测量数据绘制不同时间的岩心圆周轮廓图，经过一段时间的应变恢复，岩心径向截面轮廓如图4所示，为椭圆形，长轴方向为最大水平主应力方向，短轴方向为最小水平主应力方向。

本发明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 (6)

1.一种岩心管，其特征在于，包括：

管本体，所述管本体具有能够容纳岩心的岩心仓，所述管本体还具有电子仓，所述岩心仓设置于所述管本体靠近取心钻具钻头的一端；

测距单元，所述测距单元包括测距组件，所述测距组件包括多个测距元件，所述测距元件设置于所述岩心仓的侧壁上，所述测距元件能够测量所述测距元件与所述岩心之间的距离；每一组所述测距组件中，多个所述测距元件绕所述管本体的轴线周向设置；所述测距组件的数量为多组，多组所述测距组件沿所述管本体的轴线方向设置；每一组所述测距组件中，多个所述测距元件绕所述管本体的轴线周向均布设置；

控制单元，所述控制单元设置于所述电子仓内，所述测距元件与所述控制单元相连，所述控制单元能够存储所述测距元件测得的数据。

2.根据权利要求1所述的岩心管，其特征在于：所述岩心仓靠近所述电子仓的一端设置压力测量元件和温度测量元件，所述压力测量元件能够监测所述管本体工作时的岩心围压，所述温度测量元件能够监测所述管本体工作时的岩心环境温度，所述压力测量元件与所述温度测量元件均与所述控制单元相连。

3.根据权利要求1所述的岩心管，其特征在于：多组所述测距组件沿所述管本体的轴线方向等间距设置。

4.根据权利要求1所述的岩心管，其特征在于：所述控制单元内置数据传输元件，所述数据传输元件能够与外部数据处理设备通讯连接。

5.根据权利要求1所述的岩心管，其特征在于：所述岩心仓的侧壁设置有安装孔，所述测距元件设置于所述安装孔内，所述安装孔与所述测距元件一一对应。

6.一种取心钻具，其特征在于：包含权利要求1-5任一项所述的岩心管。