CN204646156U - 一种密闭取芯钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种密闭取芯钻具，包括内管总成和外管总成，岩芯筒与捞矛头通过上接头连接，上接头的下部套设有一对圆锥滚子轴承，实现单筒双动，卡芯机构采用自锁式，由弹性卡簧外锥面与取芯钻头内锥面形成接触副，用于割取岩芯，达到密闭取芯的目的；所述岩芯筒为由内筒和外筒构成的双层结构，内筒为法兰套筒，外筒、内筒和内筒的法兰端部构成环空间隙，内筒两端的筒壁中均沿轴向开设有2个以上导流通孔，导流通孔与环空间隙连通；该密闭取芯钻具具有结构紧凑，启动方便，操作安全可靠，节省能源等优点，可有效解决提高岩芯收获率、密闭液流失、密闭液和钻井液混浆等问题，适用于深孔和复杂地层取芯钻探施工，为油田开发提供准确的地质资料。

Description

一种密闭取芯钻具

技术领域

本实用新型涉及一种钻探设备，具体涉及一种密闭取芯钻具，属于地质勘探领域。

背景技术

密闭取芯技术是20世纪迅速发展起来的一项综合性配套技术，到目前为此，岩芯还是了解地层和油气田最直观、最真实的依据，为研究地层岩性、电性、物性和含油性提供第一手资料。这些资料会有助于对地层油气的存在、数量及分布的深层了解，加深对地层结构的特性认识，能帮助制定科学合理的开发方案，获得最大的经济效益。

密闭取芯能够取得不受钻井液污染的岩芯，能获得比较准确的油水饱和度等一系列的地层资料，这些在油气开发、储量评估中起着重要的作用，如：检查储层水洗状况，为储层原油动用状况评价及剩余油研究提供依据；求取相关物性参数，分析评价油层水淹前后物性变化特性；检查水驱油效率，为水驱油效果评价提供依据；检查油层发育状况，为地质特性再认识提供依据等。

密闭取芯钻具作为深孔岩芯钻机上的重要部件，直接决定了钻探结果的好坏。密闭取芯技术现在还存在以下技术难点：

1、如何实现双筒单动保证岩芯完整，提高岩芯收获率；

2、如何解决下钻途中由于岩屑床的存在，密封活塞上的销钉容易提前剪断，密闭液流失的问题；

3、如何解决取芯过程中由于密闭液与钻井液密度差的存在易发生混浆的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，并提供一种可以合理满足上述3条技术难点的密闭取芯钻具，该密闭取芯钻具可更好地完成深孔和复杂地层取芯钻探施工任务。

实现本实用新型目的所采用的技术方案为，一种密闭取芯钻具，包括内管总成和外管总成，所述外管总成至少包括钻杆外筒、弹卡套筒和钻头，所述内管总成至少包括捞矛头、2个弹卡和岩芯筒，捞矛头位于弹卡套筒上端，弹卡位于弹卡套筒中，钻杆外筒套设于弹卡套筒和岩芯筒上，岩芯筒位于弹卡套筒下方，钻头安装于钻杆外筒下端，岩芯筒与捞矛头通过上接头连接，所述上接头的上部呈筒状构成弹卡室、下部为阶梯轴，弹卡套筒套设于弹卡室上，弹卡安装于弹卡室中，上接头的下部套设有轴承，岩芯筒内部安装有密封活塞，密封活塞的下端面上固定有刮泥板，岩芯筒下端连接有卡簧，卡簧嵌入钻头的中间通孔中并且套设于密封活塞上，钻头通过销钉与密封活塞固定连接；所述岩芯筒为由内筒和外筒构成的双层结构，内筒为法兰套筒，外筒、内筒和内筒的法兰端部构成环空间隙，内筒两端的筒壁中均沿轴向开设有2个以上导流通孔，导流通孔与环空间隙连通。

所述卡簧为侧壁开设断口的弹性卡簧，卡簧的外表面和钻头中间通孔的内表面均为圆锥面，卡簧的外锥面与钻头的内锥面相互配合形成用于割取岩芯的接触副，卡簧与钻头构成自锁式卡芯机构。

上接头的下部上套设有两个圆锥滚子轴承，轴承外圈与钻杆外筒的内壁配合。

上接头的下部上安装有调节螺母，调节螺母位于两个圆锥滚子轴承的上方。

弹卡室的上端设有连接块，捞矛头通过弹簧销固定于连接块上并且通过连接块安装于弹卡室的上端。

连接块的下端开设有空腔，空腔中通过弹簧销固定有张簧，张簧两臂的尾部分别与两个弹卡的上端连接。

两个弹卡叠放并且其下端通过弹簧销与弹卡室连接，弹卡室和弹卡套筒的侧壁上均开设有两条位置相对的长条形通孔，两个弹卡分别嵌入弹卡室和弹卡套筒侧壁的长条形通孔中，弹卡的外侧边与钻杆外筒的内壁接触。

岩芯筒的上端设有丝堵，岩芯筒与上接头通过丝堵连接，丝堵螺纹固定与岩芯筒中。

弹卡室中设有弹簧，弹簧通过弹簧销固定于弹卡室中并且位于弹卡的下方。

密封活塞的下端面上固定有刮泥板。

由上述技术方案可知，本实用新型提供的密闭取芯钻具，捞矛头和连接块构成打捞机构，岩芯筒、卡簧、钻头和密封活塞构成取芯机构，打捞机构与取芯机构通过上接头(悬挂总成)连接，上接头上套设轴承用于分离外管总成与内管总成的运动，实现双筒单动，即钻杆外筒旋转时岩芯筒保持静止，可防止岩芯碎断以及部分钻井液进入岩芯筒与密闭液发生混合，保证岩心收获率和岩芯筒密闭率；钻头通过销钉与密封活塞固定连接，下钻初始，钻头通过销钉带动密封活塞以及刮泥板旋转，从而实现刮泥功能，刮泥板可以对井底沉沙和泥饼充分刮洗，确保井底干净后再取芯，当钻压达到一定值时，密封活塞上的销钉被剪断，钻头旋转取芯；岩芯筒为双层结构，其内部设置由相互连通的轴向导流通孔与环空间隙构成的特殊的内腔侯道，保证密闭液能够顺利排出，防止堵芯，同时防止钻井液直射岩芯，提高密闭效果。

双筒单动通过一对圆锥滚子轴承实现，圆锥滚子轴承具有扶正性好、能同时承受较大的径向和轴向载荷的特点，即同时具备对内筒轴向限位和实现双筒单动功能，并且结构紧凑，可最大限度的提高内筒的有效长度，能有效地使内管在钻进时不随外管钻动。

本实用新型提供的密闭取芯钻具，卡芯机构为自锁式卡芯机构，卡簧的外锥面与钻头的内锥面相互配合形成接触副，用于割取岩芯。

上接头上安装调节螺母，内管总成和外管总成在组装时，如果上接头与钻头内台阶之间间隙不合适，可以通过调节螺母进行调节。

与现有技术相比，本实用新型提供的密闭取芯钻具具有如下优点：

1、本实用新型的密闭取芯钻具能实现双筒单动保证岩芯完整性，解决内筒上下两端密封保证密闭液不流失，同时保证密封活塞可顺利打开并且可防止密封活塞提前打开；

2、合理设计环空间隙，保证密闭液可顺利排出，防止堵芯，同时防止钻井液直射岩芯，提高密闭效果；

3、本实用新型的密闭取芯钻具结构紧凑，启动方便，操作安全可靠，钻头外径可加大，提高稳定性，适应深孔和复杂地层取芯钻探施工中的任务的需要。

附图说明

图1为本实用新型提供的密闭取芯钻具的全剖示图。

图2为本实用新型提供的密闭取芯钻具的整体结构示意图。

图3为取芯机构的结构示意图。

图4为图3的局部放大图。

图5为密封活塞与钻头的连接示意图。

图6为上接头的结构示意图。

图7为钻头的结构示意图。

图8为卡簧的结构示意图。

其中，1-捞矛头，2-连接块，3-钻杆外筒，4-钻头，5-密封活塞，6-刮泥板，7-丝堵，8-弹卡套筒，9-上接头，10-岩芯筒，11-卡簧，12-张簧，13-弹簧销，14-弹卡，15-弹簧，16-调整螺母，17-圆锥滚子轴承，18-内筒，19-外筒，20-导流通孔，21-弹卡室，22-阶梯轴，23-长条形通孔，24-销钉，25-销钉孔，26-外泄水槽，27-钻头水眼，28-内锥面，29-断口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细具体说明，本实用新型的内容不局限于以下实施例。

本实用新型提供的一种密闭取芯钻具，其结构如图1和图2所示，包括内管总成和外管总成，所述外管总成包括钻杆外筒3、弹卡套筒8和钻头4，内管总成包括捞矛头1、连接块2、上接头9、2个弹卡14、岩芯筒10、丝堵7、卡簧11、密封活塞5和刮泥板6；

捞矛头通过弹簧销13固定于连接块上并且通过连接块安装于弹卡套筒的上端，钻杆外筒套设于弹卡套筒和岩芯筒上，岩芯筒位于弹卡套筒下方，钻头安装于钻杆外筒下端，弹卡位于弹卡套筒中，捞矛头、连接块、上接头、丝堵和岩芯筒从上到下顺序连接，丝堵螺纹固定与岩芯筒中，密封活塞5安装于岩芯筒内部，刮泥板6固定于密封活塞的下端面上，卡簧11安装于岩芯筒下端，卡簧嵌入钻头的中间通孔中并且套设于密封活塞上，钻头通过销钉24与密封活塞固定连接；

岩芯筒的结构如图4和图5所示，所述岩芯筒为双层结构，由内筒18和外筒19构成的，内筒为法兰套筒，外筒、内筒和内筒的法兰端部构成环空间隙，内筒两端的筒壁中均沿轴向开设有2个以上导流通孔20，导流通孔与环空间隙连通；

上接头的结构如图6所示，上接头的上部呈筒状构成弹卡室21、下部为阶梯轴22，弹卡套筒套设于弹卡室上，弹卡14安装于弹卡室中，弹卡室中设有弹簧15，弹簧通过弹簧销固定于弹卡室中并且位于弹卡的下方，连接块2的下端开设有空腔，空腔中通过弹簧销固定有张簧12，张簧两臂的尾部分别与两个弹卡的上端连接，两个弹卡14叠放并且其下端通过弹簧销与弹卡室连接，弹卡室和弹卡套筒的侧壁上均开设有两条位置相对的长条形通孔23，两个弹卡分别嵌入弹卡室和弹卡套筒侧壁的长条形通孔中，弹卡的外侧边与钻杆外筒的内壁接触，上接头的下部上套设有两个圆锥滚子轴承17，轴承外圈与钻杆外筒的内壁配合，上接头的下部上安装有调节螺,16，调节螺母位于两个圆锥滚子轴承的上方。

本实用新型提供的密闭取芯钻具中，卡簧11与钻头4构成自锁式卡芯机构，钻头和卡簧的结构如图7和图8所示，钻头呈环形，钻头中间通孔的内表面上开设有用于安装销钉24的销钉孔25，钻头的各钻刃之间开设外泄水槽26，外泄水槽的槽底开设有钻头水眼27，卡簧为侧壁开设断口29的弹性卡簧，卡簧的外表面和钻头中间通孔的内表面均为圆锥面，卡簧的外锥面与钻头的内锥面28相互配合形成用于割取岩芯的接触副。

本实用新型的提供的密闭取芯钻具，其工作过程是：

1、工作前，组装好取芯钻具及钻头后，通过丝堵在岩芯筒里注满密闭液，确保筒内气泡返出，防止由于液柱压力的作用将密封活塞的销钉提前剪断，然后上紧丝堵；

2、钻杆外筒连接螺杆钻具下入到井底至取芯钻具离井底3～5m，首先开泵、旋转钻盘，缓慢下放钻具，由于密封活塞通过销钉与钻头固定连接，钻头通过销钉带动密封活塞旋转，对井底沉砂和泥饼充分刮洗大排量冲洗井底，待井底清洗干净后，停泵，缓慢下放钻具，施加钻压使销钉剪断；

3、取芯钻进时，销钉被剪断，随着钻具钻进，岩芯不断形成和增长，推着密封活塞不断上行，内筒密封被打开，之后钻头接触井底，并迫使密封活塞完全进入岩芯筒，此时，装在岩芯筒内的密闭液开始被挤出，在井底形成保护区，由于岩芯筒上端是密封的，故筒内密闭液只能被进入岩芯筒的岩芯所挤压，且只能从岩芯筒的环空间隙向外排出，排出的密闭液立即涂抹在岩芯柱表面形成保护膜，同时在井底岩芯柱周围形成一定范围的保护区，钻井液只通过钻头水眼和外泄水槽循环，在携带岩屑和清洗冷却外唇面，使保护岩芯免遭钻井液污染的目的得以实现；

4、割芯时，上提钻具，卡簧沿钻头的内锥面下行，产生径向锁紧力，将岩芯卡紧，当上提拉力达到岩芯断面极限拉力时，岩芯即被割断；

5、打捞钻具，打捞器在钻杆内下放到内管总成上端，打捞勾抓住捞矛头，向上提升打捞器使岩芯筒上移，并向内压缩弹卡使其合拢，使得内管总成和外管总成脱离，从而把内管总成提升上来，取芯完成。

本实用新型的密闭取芯钻具具有结构紧凑，启动方便，操作安全可靠，节省能源等优点；在提高岩芯收获率、解决密闭液流失、密闭液和钻井液混浆等问题上得到了很好地解决，适用于深孔和复杂地层取芯钻探施工中，为油田开发提供准确的地质资料。

Claims (9)

1.一种密闭取芯钻具，包括内管总成和外管总成，所述外管总成至少包括钻杆外筒、弹卡套筒和钻头，所述内管总成至少包括捞矛头、2个弹卡和岩芯筒，捞矛头位于弹卡套筒上端，弹卡位于弹卡套筒中，钻杆外筒套设于弹卡套筒和岩芯筒上，岩芯筒位于弹卡套筒下方，钻头安装于钻杆外筒下端，其特征在于：岩芯筒与捞矛头通过上接头连接，所述上接头的上部呈筒状构成弹卡室、下部为阶梯轴，弹卡套筒套设于弹卡室上，弹卡安装于弹卡室中，上接头的下部套设有轴承，岩芯筒内部安装有密封活塞，密封活塞的下端面上固定有刮泥板，岩芯筒下端连接有卡簧，卡簧嵌入钻头的中间通孔中并且套设于密封活塞上，钻头通过销钉与密封活塞固定连接；所述岩芯筒为由内筒和外筒构成的双层结构，内筒为法兰套筒，外筒、内筒和内筒的法兰端部构成环空间隙，内筒两端的筒壁中均沿轴向开设有2个以上导流通孔，导流通孔与环空间隙连通。

2.根据权利要求1所述的密闭取芯钻具，其特征在于：所述卡簧为侧壁开设断口的弹性卡簧，卡簧的外表面和钻头中间通孔的内表面均为圆锥面，卡簧的外锥面与钻头的内锥面相互配合形成用于割取岩芯的接触副，卡簧与钻头构成自锁式卡芯机构。

3.根据权利要求1所述的密闭取芯钻具，其特征在于：上接头的下部上套设有两个圆锥滚子轴承，轴承外圈与钻杆外筒的内壁配合。

4.根据权利要求3所述的密闭取芯钻具，其特征在于：上接头的下部上安装有调节螺母，调节螺母位于两个圆锥滚子轴承的上方。

5.根据权利要求1所述的密闭取芯钻具，其特征在于：弹卡室的上端设有连接块，捞矛头通过弹簧销固定于连接块上并且通过连接块安装于弹卡室的上端。

6.根据权利要求5所述的密闭取芯钻具，其特征在于：连接块的下端开设有空腔，空腔中通过弹簧销固定有张簧，张簧两臂的尾部分别与两个弹卡的上端连接。

7.根据权利要求6所述的密闭取芯钻具，其特征在于：两个弹卡叠放并且其下端通过弹簧销与弹卡室连接，弹卡室和弹卡套筒的侧壁上均开设有两条位置相对的长条形通孔，两个弹卡分别嵌入弹卡室和弹卡套筒侧壁的长条形通孔中，弹卡的外侧边与钻杆外筒的内壁接触。

8.根据权利要求1所述的密闭取芯钻具，其特征在于：岩芯筒的上端设有丝堵，岩芯筒与上接头通过丝堵连接，丝堵螺纹固定与岩芯筒中。

9.根据权利要求1所述的密闭取芯钻具，其特征在于：弹卡室中设有弹簧，弹簧通过弹簧销固定于弹卡室中并且位于弹卡的下方。