CN115876516B - 一种可自清洁的保压取芯设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可自清洁的保压取芯设备及其使用方法，包括外钻杆、翻板阀、外管、岩心管和中心杆，外管位于外钻杆内，岩心管和中心杆位于外管内侧，翻板阀包括阀座和阀瓣，所述阀座有锥形密封面，所述阀座内壁安装有除尘圈，除尘圈位于所述锥形密封面下方。所述外管上有贯通其内外壁的液体通道，液体通道位于所述翻板阀上方；所述液体通道处安装有电磁阀，以关闭、打开所述液体通道。本申请的除尘圈可刮掉岩心管外壁附着的碎屑；开启电磁阀，钻井液可冲洗掉阀座的锥形密封面上的岩屑颗粒。通过二级除屑机构，可极大减少阀座锥形密封面上的残留岩屑，有效防止因滞留的碎屑造成翻板阀的初始密封失效，有利于提高保压取芯成功率。

Description

一种可自清洁的保压取芯设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及保压取芯技术领域，尤其涉及一种可自清洁的保压取芯设备及其使用方法。

背景技术

随着人口膨胀、人类生产力的发展，资源短缺问题越来越受到人们的重视。持续几十年甚至上百年的大规模资源开采使得地球浅部资源已趋于枯竭，深部资源开发成为常态。例如，目前煤炭开采深度已达1500m，金属矿开采深度超过4350 m，地热开采深度超过5000 m，油气资源开采深度超过 8800 m。

加大对深部资源的开发利用可以有效缓解资源紧张问题，向地球深部要资源已上升为世界各国的重大战略需求。通过保压取样的方式可以对深部油气、矿产资源和生物资源进行探索，同时对于研究大洋板块移动、未来气候变化和预测地震等具有重要的价值。在对深部高压强环境下的样品进行钻取时，需要保持样品始终处于环境压强。否则样品的物化属性无法得到保持，样品中的嗜压微生物失去正常生理状态，样品的力学行为遭到破坏，从而失去研究价值。所以要保证样品的原位环境压强。

保压是现代深部取样器的必备功能，保压装置是实现保压性能的关键装置。然而，在保压取芯过程中岩心管极易附着细小的碎屑，当岩心管越过翻板阀时，碎屑极易滞留在翻板阀的密封面上，滞留的碎屑极易造成翻板阀的初始密封失效，从而造成保压取芯失败。因此岩心筒的清洁对于提高保压取芯成功率十分重要。

发明内容

本申请为了解决上述技术问题提供一种可自清洁的保压取芯设备及其使用方法。

本申请通过下述技术方案实现：

一种可自清洁的保压取芯设备，包括外钻杆、翻板阀、外管、岩心管和中心杆，外管位于外钻杆内，岩心管和中心杆位于外管内侧，翻板阀包括阀座和阀瓣，所述阀座有锥形密封面，所述阀座内壁安装有除尘圈，除尘圈位于所述锥形密封面下方。通过除尘圈可刮掉岩心管外壁附着的碎屑，防止碎屑掉落在阀座的锥形密封面上，利于保证阀瓣与阀座的密封性能。

可选的，所述外管上有贯通其内外壁的液体通道，液体通道位于所述翻板阀上方；

所述液体通道处安装有电磁阀，以关闭、打开所述液体通道。

特别的，所述电磁阀包括弹簧、密封磁体和电磁铁；

所述外管内有腔体，腔体腔壁上有第一通孔和第二通孔，第一通孔贯穿外管的内壁，第二通孔贯穿外管的外壁，所述第二通孔、腔体、第一通孔依次连通形成所述液体通道；

所述弹簧、密封磁体和电磁铁均装于所述腔体内，密封磁体与腔体的内外侧腔壁密封配合，密封磁体位于电磁铁与弹簧之间；

当电磁铁断电时，密封磁体在弹簧的作用下保持在第一位置，此时，密封磁体将第一通孔和第二通孔封堵；当电磁铁通电时，电磁铁对密封磁体产生排斥力，使其克服弹簧的作用力而移动至第二位置，此时，第一通孔和第二通孔打开。

可选的，所述弹簧位于密封磁体下方，电磁铁位于密封磁体上方。

特别的，所述外管包括上管和下管，上管的下端与下管的上端螺纹连接，上管下端面有电源安装腔，电源安装在电源安装腔中；

所述腔体开于下管顶部并贯通下管的上端面，腔体顶部固定装有密封块，密封块内有走线孔，导线从走线孔内穿过实现电源与电磁铁的连接。

可选的，所述液体通道沿圆周方向间隔设有至少两个，所述电磁阀沿圆周方向间隔设有至少两个，电磁阀与液体通道一一对应。

可选的，所述腔体为与外管同轴的环形，密封磁体为与腔体适配的环形，密封磁体的内外环面分别与腔体的内外环面密封配合；所述弹簧沿圆周方向间隔布置多个，所述电磁铁沿圆周方向间隔布置多个。

可选的，所述电磁阀包括弹簧、密封磁体和电磁铁；所述外管内有腔体，腔体腔壁上有第一通孔和第二通孔，第一通孔贯穿外管的内壁，第二通孔贯穿外管的外壁，所述第二通孔、腔体、第一通孔依次连通形成所述液体通道；所述弹簧、密封磁体和电磁铁均装于所述腔体内，密封磁体与腔体的内外侧腔壁密封配合，弹簧位于密封磁体与电磁铁与之间；

当电磁铁断电时，密封磁体在弹簧的作用下保持在第一位置，此时，密封磁体将第一通孔和第二通孔封堵；当电磁铁通电时，电磁铁对密封磁体产生吸引力，使其克服弹簧的作用力而移动至第二位置，此时，第一通孔和第二通孔打开。

一种可自清洁的保压取芯设备的使用方法：保压取芯钻进完成后提拉岩心管过程中，除尘圈刮掉岩心管外壁附着的碎屑，防止碎屑掉落在阀座的锥形密封面上；在岩心管上提过程中，开启电磁阀，钻井液从外管与外钻杆之间的环空流向岩心管与外管之间的环空；钻井液向下流动冲洗掉阀座的锥形密封面上的岩屑颗粒。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

1，通过除尘圈可刮掉岩心管外壁附着的碎屑，防止碎屑掉落在阀座的锥形密封面上，利于保证阀瓣与阀座的密封性能；

2，少量掉落在锥形密封面上碎屑，可通过钻井液冲洗掉；通过除尘圈及电磁阀组成的二级除屑机构，可极大减少阀座锥形密封面上的残留岩屑，有效防止因滞留的碎屑造成翻板阀的初始密封失效，有利于提高保压取芯成功率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请实施方式的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施方式的限定。

图1是实施例中保压取芯钻进完成状态时的示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是图1中B处的局部放大图；

图4是实施例中岩心管清洁时的示意图；

图5是图4中C处的局部放大图。

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，下面将结合实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例公开的一种可自清洁的保压取芯设备，包括外钻杆1、取芯器端盖2、翻板阀、外管6、岩心管7和中心杆9，翻板阀包括阀座4和阀瓣5，阀座4有锥形密封面。

外管6位于外钻杆1内，取芯器端盖2与外管6下端螺纹连接，阀座4同轴安装在外管6上；岩心管7用于存放岩芯，岩心管7可被中心杆9提升至外管6内，当岩心管7被提升至一定高度后，阀瓣5落在阀座4上与锥形密封面密封配合。这是本领域的常规技术，此处不再赘述。

如图1、图2所示，本实施例在阀座4内壁安装有除尘圈3，除尘圈3位于锥形密封面下方，除尘圈3用于刮掉岩心管7外壁附着的碎屑。

在一种可能的设计中，外管6上有贯通其内外壁的液体通道，液体通道位于翻板阀上方，液体通道处安装有电磁阀8，以关闭、打开液体通道。液体通道打开，钻井液可从外管6与外钻杆1之间的环空流向岩心管7与外管6之间的环空，向下流动的钻井液可直接冲洗阀座4的锥形密封面上的岩屑颗粒。

在一种可能的设计中，如图1、3、图5所示，电磁阀8包括弹簧81、密封磁体82、电磁铁83和电源85。

外管6内有腔体61，腔体61腔壁上有第一通孔62和第二通孔63，第一通孔62贯穿外管6的内壁，第二通孔63贯穿外管6的外壁，外管6与岩心管7之间的环空通过第一通孔62与腔体61连通，外管6与外钻杆1之间的环空通过第二通孔63与腔体61连通。第二通孔63、腔体61、第一通孔62依次连通构成液体通道。

弹簧81和密封磁体82均装于腔体61内，密封磁体82与腔体61的内外侧腔壁密封配合，密封磁体82位于电磁铁83与弹簧81之间，电磁铁83通过导线84连接电源85。

如图3所示，当电磁铁83断电时，密封磁体82在弹簧81的作用下保持在第一位置，此时，密封磁体82将第一通孔62和第二通孔63封堵。如图5所示，当电磁铁83通电时，电磁铁83对密封磁体82产生排斥力，使其克服弹簧81的作用力而移动至第二位置，此时，第一通孔62和第二通孔63打开。当电磁铁83断电时，密封磁体82在弹簧81的作用力恢复至第一位置，第一通孔62和第二通孔63重新被堵上，液体通道关闭。

在一种可能的设计中，弹簧81位于密封磁体82下方，电磁铁83位于密封磁体82上方。

在一种可能的设计中，第二通孔63高于第一通孔62。

在一种可能的设计中，外管6包括上管601和下管602，上管601的下端与下管602的上端螺纹连接，上管601下端面有电源安装腔64，电源85安装在电源安装腔64中。腔体61开于下管602顶部并贯通下管602上端面，腔体61顶部固定装有密封块65，实现腔体61顶部的密封。密封块65位于第一通孔62和第二通孔63的上方，密封块65可与腔体61螺纹连接、或者固定卡于腔体61内。

在一种可能的设计中，电磁铁83可安装在密封块65下端。密封块65内有走线孔，导线84从走线孔内穿过实现电源85与电磁铁83的连接。

在一种可能的设计中，液体通道沿圆周方向间隔设有至少两个，相对应的，电磁阀8沿圆周方向间隔设有至少两个，液体通道与电磁阀8一一对应。液体通道的数量根据需要合理设置。

在一种可能的设计中，腔体61为与外管6同轴的环形，密封磁体82为与腔体61适配的环形，密封磁体82的内外环面分别与腔体61的内外环面密封配合。弹簧81沿圆周方向间隔布置多个，电磁铁83沿圆周方向间隔布置多个。

在一种可能的设计中，可将弹簧81置于密封磁体82与电磁铁83之间，通过电磁铁83吸引密封磁体82压缩弹簧81来改变密封磁体82的位置。

如图1所示，保压取芯钻进完成状态，由于井底钻井液循环及钻进切削的影响，此时岩心管7外壁及底部会附着细小的碎屑，提芯时碎屑会掉落至阀座4的锥形密封面上。

如图2所示状态，保压取芯钻进完成后提拉岩心管7过程中，除尘圈3会刮掉岩心管7外壁附着的碎屑，防止碎屑掉落在阀座4锥形密封面上。

此外，如图4、图5所示，在岩心管7上提过程中，开启电磁阀8，钻井液从外管6与外钻杆1之间的环空流向岩心管7与外管6之间的环空，此时，钻井液可直接冲洗阀座4的锥形密封面上的岩屑颗粒。

当岩心管7提升至一定高度，阀瓣5落在阀座4上与锥形密封面密封配合，关闭电磁阀8，密封磁体82在弹簧81的作用力恢复至原位，液体通道关闭。

本申请通过除尘圈3及电磁阀8组成的二级除屑机构，可极大减少阀座4锥形密封面上的残留岩屑，有效防止因滞留的碎屑造成翻板阀的初始密封失效，有利于提高保压取芯成功率。

以上的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可自清洁的保压取芯设备，包括外钻杆（1）、翻板阀、外管（6）、岩心管（7）和中心杆（9），外管（6）位于外钻杆（1）内，岩心管（7）和中心杆（9）位于外管（6）内侧，翻板阀包括阀座（4）和阀瓣（5），所述阀座（4）有锥形密封面，其特征在于：所述阀座（4）内壁安装有除尘圈（3），除尘圈（3）位于所述锥形密封面下方；

所述外管（6）上有贯通其内外壁的液体通道，液体通道位于所述翻板阀上方；所述液体通道处安装有电磁阀（8），以关闭、打开所述液体通道；

所述电磁阀（8）有两种结构：

第一种、所述电磁阀（8）包括弹簧（81）、密封磁体（82）、电磁铁（83）和电源（85）；

所述外管（6）内有腔体（61），腔体（61）腔壁上有第一通孔（62）和第二通孔（63），第一通孔（62）贯穿外管（6）的内壁，第二通孔（63）贯穿外管（6）的外壁，所述第二通孔（63）、腔体（61）、第一通孔（62）依次连通形成所述液体通道；

所述弹簧（81）、密封磁体（82）和电磁铁（83）均装于所述腔体（61）内，密封磁体（82）与腔体（61）的内外侧腔壁密封配合，密封磁体（82）位于电磁铁（83）与弹簧（81）之间；当电磁铁（83）断电时，密封磁体（82）在弹簧（81）的作用下保持在第一位置，此时，密封磁体（82）将第一通孔（62）和第二通孔（63）封堵；当电磁铁（83）通电时，电磁铁（83）对密封磁体（82）产生排斥力，使其克服弹簧（81）的作用力而移动至第二位置，此时，第一通孔（62）和第二通孔（63）打开；

第二种，所述电磁阀（8）包括弹簧（81）、密封磁体（82）和电磁铁（83）；

所述外管（6）内有腔体（61），腔体（61）腔壁上有第一通孔（62）和第二通孔（63），第一通孔（62）贯穿外管（6）的内壁，第二通孔（63）贯穿外管（6）的外壁，所述第二通孔（63）、腔体（61）、第一通孔（62）依次连通形成所述液体通道；

所述弹簧（81）、密封磁体（82）和电磁铁（83）均装于所述腔体（61）内，密封磁体（82）与腔体（61）的内外侧腔壁密封配合，弹簧（81）位于密封磁体（82）与电磁铁（83）与之间；

当电磁铁（83）断电时，密封磁体（82）在弹簧（81）的作用下保持在第一位置，此时，密封磁体（82）将第一通孔（62）和第二通孔（63）封堵；

当电磁铁（83）通电时，电磁铁（83）对密封磁体（82）产生吸引力，使其克服弹簧（81）的作用力而移动至第二位置，此时，第一通孔（62）和第二通孔（63）打开；

所述电磁铁（83）通过导线（84）连接电源（85），所述外管（6）包括上管（601）和下管（602），上管（601）的下端与下管（602）的上端螺纹连接，上管（601）下端面有电源安装腔（64），电源（85）安装在电源安装腔（64）中；

所述腔体（61）开于下管（602）顶部并贯通下管（602）的上端面，腔体（61）顶部固定装有密封块（65），密封块（65）内有走线孔，导线（84）从走线孔内穿过实现电源（85）与电磁铁（83）的连接。

2.根据权利要求1所述的一种可自清洁的保压取芯设备，其特征在于：当电磁阀（8）为第一种结构时，所述弹簧（81）位于密封磁体（82）下方，电磁铁（83）位于密封磁体（82）上方。

3.根据权利要求1所述的一种可自清洁的保压取芯设备，其特征在于：第二通孔（63）高于第一通孔（62）。

4.根据权利要求1所述的一种可自清洁的保压取芯设备，其特征在于：所述液体通道沿圆周方向间隔设有至少两个，所述电磁阀（8）沿圆周方向间隔设有至少两个，电磁阀（8）与液体通道一一对应。

5.根据权利要求1所述的一种可自清洁的保压取芯设备，其特征在于：所述腔体（61）为与外管（6）同轴的环形，密封磁体（82）为与腔体（61）适配的环形，密封磁体（82）的内外环面分别与腔体（61）的内外环面密封配合；

所述弹簧（81）沿圆周方向间隔布置多个，所述电磁铁（83）沿圆周方向间隔布置多个。

6.如权利要求1-5中任一项所述的一种可自清洁的保压取芯设备的使用方法，其特征在于：

保压取芯钻进完成后提拉岩心管（7）过程中，除尘圈（3）刮掉岩心管（7）外壁附着的碎屑，防止碎屑掉落在阀座（4）的锥形密封面上；

在岩心管（7）上提过程中，开启电磁阀（8），钻井液从外管（6）与外钻杆（1）之间的环空流向岩心管（7）与外管（6）之间的环空；钻井液向下流动冲洗掉阀座（4）的锥形密封面上的岩屑颗粒；

当岩心管（7）提升至一定高度，阀瓣（5）落在阀座（4）上与锥形密封面密封配合；关闭电磁阀（8）。

Images