CN219220346U - 一种可打捞式随钻检测定向取芯装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及地质勘探技术领域的定向取芯装置技术领域，尤其涉及一种可打捞式随钻检测定向取芯装置。本实用新型中钻头、传动轴、分动机构、连接管、钻铤、钻杆从下至上依次螺纹连接，通过钻杆带动钻头旋转钻进；外部壳体套在传动轴的外侧，安装在钻头和分动机构之间，在外部壳体与传动轴之间的环形空间内安装钻进定向套装，钻进定向套装实现定向钻进；取芯内管总成设置在传动轴内部，连接管、钻铤和钻杆与取芯内管总成之间的环形空间内安装打捞式随钻检测套装，随钻检测套装可获取孔底位置参数的同时，获取当前地层的物理参数。需要获取岩芯时无需提钻，使用打捞器即可将取芯内管总成和打捞式随钻检测套装一通打捞至地面，增加了工作效率。

Description

一种可打捞式随钻检测定向取芯装置

技术领域

本实用新型涉及地质勘探技术领域的定向取芯装置技术领域，尤其涉及一种可打捞式随钻检测定向取芯装置。

背景技术

当前定向钻进技术可以使钻具沿预定轨道钻进，但由于井底结构复杂，难以获取地层岩芯。常规取芯钻具又无法实现定向钻进，钻进轨迹难以控制，无法保证所获取的岩芯能代表所探测地层的地质资料。

为获取和控制钻具的钻进轨迹，需使用测斜仪器对孔底井斜、方位和工具面角进行测量。现有测斜方式多为钻进完成后，提钻，下放测斜仪进行孔底测量，或者钻机停机后，下放测斜仪至钻杆内部，进行测量，此类方式无法进行随钻测量，操作繁琐，大大降低了钻进效率。

绳索取芯技术可实现不提钻连续取芯，但在钻进过程中，由于钻具振动或地层因素导致岩芯断裂，导致较软的岩芯被较硬的岩芯完全磨掉，从而降低岩芯的获取率。这也导致获取的岩芯不能完整展示所探测地层的地质信息。测井技术通过测量地层的物理参数来获取地质信息，可以作为通过岩芯获取的地质信息的补充，使地质信息可靠性更高。现有测井装置通常集成在钻铤内，无法打捞，维修困难且维修成本高，无法实现绳索取芯。

定向取芯装置是将旋转导向装置与绳索取芯装置的优点结合起来，使钻具沿预定设计轨道定向钻进的同时，获取对应地层的岩芯，进而判断目标地层的地质构造、岩层性质、矿产资源及水文地质等地质资料。

因此，满足获取地层物理参数准确可靠基础上，亟需一种实现随钻检测可打捞的同时能够定向取芯的装置。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种可打捞式的随钻测井取芯装置，其解决了在获取地层物理参数准确可靠基础上，无法同时满足按照预定设计轨迹钻进的情况下连续不断地获取岩芯以及无法打捞检测装置的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

本实用新型实施例提供一种可打捞式随钻检测定向取芯装置，包括钻头、外部壳体、连接管、钻铤、钻杆、分动机构、传动轴和取芯内管总成，其特征在于，还包括钻进定向套装和打捞式随钻检测套装，钻头、传动轴、分动机构、连接管、钻铤、钻杆从下至上依次螺纹连接；

外部壳体套在传动轴的外侧，安装在钻头和分动机构之间，在外部壳体与传动轴之间的环形空间内安装钻进定向套装；

取芯内管总成设置在传动轴内部，连接管、钻铤和钻杆与取芯内管总成之间的环形空间内安装打捞式随钻检测套装。

可选地，钻进定向套装包括第一轴承、偏心机构、卡固机构和第二轴承，从靠近钻头端始，依次设置第一轴承、偏心机构、卡固机构和第二轴承。

可选地，外部壳体和传动轴上均开设有对应孔洞，孔洞位置与卡固机构相对应，卡固机构包括膨胀橡胶和卡固块，靠近传动轴一侧是膨胀橡胶，膨胀橡胶与传动轴上孔洞相适配，膨胀橡胶用于封堵传动轴上孔洞；

远离传动轴一侧为卡固块，卡固块与外部壳体的孔洞相卡接适配，卡固块伸出外部壳体与外界岩壁固定；

卡固块和膨胀橡胶紧密贴合；卡固块材质为硬质合金。可选地，打捞式随钻检测套装套接在取芯内管总成上，打捞式随钻检测套装包括打捞筒总成、定位引鞋、脉冲发生器、随钻测量短节、随钻测井短节、过渡接头和第二打捞头，取芯内管总成上部与打捞筒总成非刚性连接，打捞筒总成、定位引鞋、脉冲发生器、随钻测量短节、随钻测井短节、过渡接头和第二打捞头之间沿取芯内管总成的轴向远离所述取芯内管总成依次螺纹连接。

可选地，打捞筒总成包括打捞筒本体，打捞筒本体的端部有打捞勾，取芯内管总成上设有第一打捞头，所述打捞勾与第一打捞头非刚性连接。

可选地，所述打捞筒总成还包括设置于所述打捞筒本体的定位销和压簧，所述打捞勾活动装设于所述定位销，所述压簧推动所述打捞勾抱紧固定所述取芯内管总成的第一打捞头。

可选地，定位引套固定在连接管内孔中，定位引鞋与定位引套上均设置螺旋结构，定位引鞋与定位引套的螺旋方向相互配合实现两者的周向定位。

可选地，定位引鞋上端安装有密封活塞，定位引鞋下端设置有流道，流道上安装有弹簧，弹簧与钢球一端抵接，钢球另一端与第一水孔抵接，弹簧两侧设置有第二水孔，第二水孔与定位引套相通。

可选地，连接管和取芯内管总成形成的环形空间内还设置有弹卡。

可选地，钻铤前后两端分别均周向设置多个发射信号窗口条和接收信号窗口条，每个发射信号窗口条和接收信号窗口条安装有相适配的陶瓷套，陶瓷套的一端设有挡圈。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种可打捞式随钻检测定向取芯装置，相对于现有技术而言，钻头、传动轴、分动机构、连接管、钻铤、钻杆从下至上依次螺纹连接，通过钻杆传递扭矩和钻压，带动钻头旋转钻进；钻进定向套装实现定向钻进过程；取芯内管总成位于转动轴内部且和打捞式随钻检测套装连接，需要获取岩芯时无需提钻，使用打捞器即可将取芯内管总成和打捞式随钻检测套装一通打捞至地面，增加工作效率。

优选地，改变了现有技术中将随钻测量短节和随钻测井短节集成在钻铤内从而无法打捞现状，实现了测井装置可打捞，减小了装置因埋钻原因掉落孔底的风险，降低了维护成本。

优选地，通过打捞式随钻检测套装获取地层物理参数，增加所获取地质信息的可靠性。

优选地，打捞筒总成带有打捞勾，便于与取芯内管总成非刚性连接，改善打捞结构的受力情况，减小弯曲应力。

优选地，钻铤的窗口条对应内孔处安装有陶瓷套，既可以避免冲洗液从窗口条泄漏，又可以不影响随钻测井短节信号的发送和接收。

优选地，定位引鞋上设有密封活塞和到位提醒结构，确保取芯内管总成能顺利下放到井底。

附图说明

图1为本实用新型的一种可打捞式随钻检测定向取芯装置的结构示意图；

图2为图1中打捞筒本体与取芯内管总成连接示意图；

图3为图1中定位引鞋结构示意图；

图4为图1中钻铤结构示意图；

图5为图1中钻铤结构剖视图。

附图标记说明

1：钻头；2：外部壳体；3：连接管；4：定位引套；5：钻铤；6：钻杆；7：第一轴承；8：偏心机构；9：卡固机构；10：第二轴承；11：分动机构；12：传动轴；13：取芯内管总成；14：打捞筒总成；15：定位引鞋；16：脉冲发生器；17：随钻测量短节；18：随钻测井短节；19：过渡接头；20：第二打捞头；

5.1：发射信号窗口条；5.2：接收信号窗口条；5.3：陶瓷套；5.4：挡圈；

15.1：密封活塞；15.2：弹簧；15.3：钢球；

13.1：第一打捞头；

14.1：打捞勾；14.2：压簧；14.3：定位销；14.4：打捞筒本体。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”等方位名词以图1的定向为参照。

本实用新型提出的一种可打捞式随钻检测定向取芯装置，此装置可实现定向取芯钻进，在按照预定设计轨迹钻进的同时，连续不断地获取岩芯。此装置通过可打捞的随钻测量和随钻测井装置获取钻进轨迹和地层物理参数，不仅可以实现随钻测量获取井底方位信息，也可实现随钻测井获取地层的物理参数。同时，将随钻测量与随钻测井装置与取芯内管集成，可利用绳索将其进行不提钻打捞，降低了装置因埋钻等原因掉落孔底的风险。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1：

如图1所示，一种可打捞式随钻检测定向取芯装置，包括钻头1、外部壳体2、连接管3、钻铤5、钻杆6、分动机构11、传动轴12和取芯内管总成13，其特征在于，还包括钻进定向套装和打捞式随钻检测套装，钻头1、传动轴12、分动机构11、连接管3、钻铤5、钻杆6从下至上依次螺纹连接，实现将扭矩和钻压传递到钻头处。

外部壳体2套在传动轴12的外侧，安装在钻头1和分动机构11之间，在外部壳体2与传动轴12之间的环形空间内安装钻进定向套装。

外部壳体2设置在分动机构11与钻头1之间，且与连接管3通过分动机构实现离合功能，分动机构11可实现上部连接管3与外部壳体2的连接与分离。

取芯内管总成13设置在传动轴12内部，在钻头1钻进时，岩芯进入取芯内管13，实现定向钻进的同时进行连续取芯。连接管3、钻铤5和钻杆6与取芯内管总成13之间的环形空间内安装打捞式随钻检测套装。

如图1所示，钻进定向套装包括第一轴承7、偏心机构8、卡固机构9和第二轴承10，从靠近钻头1端始，依次设置第一轴承7、偏心机构8、卡固机构9和第二轴承10。

偏心机构8主要由两个偏心套组成，改变偏心套的周向位置，使传动轴12发生弯曲。其中第一轴承7为调心滚子轴承，第二轴承10为推力圆锥滚子轴承，当传动轴12发生弯曲时，第一轴承7起支点的作用使钻头1与钻具轴线形成一定角度，第二轴承10使弯曲的传动轴12恢复，便于钻压和扭矩的传递。

具体的，外部壳体2和传动轴12上均开设有对应孔洞，孔洞位置与卡固机构9相对应，卡固机构9包括膨胀橡胶和卡固块，靠近传动轴12一侧是膨胀橡胶，膨胀橡胶与传动轴12上孔洞相适配，膨胀橡胶用于封堵传动轴12上孔洞；

远离传动轴12一侧为卡固块，卡固块与外部壳体2的孔洞相卡接适配，卡固块伸出外部壳体2与外界岩壁固定；

卡固块和膨胀橡胶紧密贴合；卡固块材质为硬质合金。

通冲洗液时，卡固机构9在压力的作用下径向伸出，抵住孔壁，防止外部壳体2旋转；分动机构11也在压力作用下将外部壳体2可以与上部连接管3分离，扭矩不会传递到外部壳体2上。在以上装置的协同作用下，使钻具能改变钻进方向，实现定向钻进。如图1所示，打捞式随钻检测套装连接在取芯内管总成13上，打捞式随钻检测套装包括打捞筒总成14、定位引鞋15、脉冲发生器16、随钻测量短节17、随钻测井短节18、过渡接头19和第二打捞头20，取芯内管总成13上部与打捞筒总成14非刚性连接，打捞筒总成14、定位引鞋15、脉冲发生器16、随钻测量短节17、随钻测井短节18、过渡接头19和第二打捞头20之间沿取芯内管总成13的轴向远离所述取芯内管总成13依次螺纹连接，打捞筒总成14、定位引鞋15、脉冲发生器16、随钻测量短节17、随钻测井短节18、过渡接头19和第二打捞头20，同轴连接放到钻杆6内孔中。当取芯内管充满岩芯时，使用打捞头可将以上装置连同取芯内管打捞出地面。所述取芯内管总成为常规成熟产品，带有弹卡与打捞头，易于维修和互换。

脉冲发生器16，可根据电信号改变冲洗液流道，从而产生压力脉冲，并将压力脉冲通过冲洗液无线传输到地面。随钻测量短节17包括测量探管和电池，可测量孔底方位角、井斜及工具面角等参数。随钻测井短节18包括发射短节、接收短节和电池，可测量地层的物理参数，如电阻率、中子孔隙度等。

如图2所示，所述打捞筒总成14包括打捞筒本体14.4，所述打捞筒本体14.4的端部有打捞勾14.1，取芯内管总成13上设有第一打捞头13.1，所述打捞勾14.1与第一打捞头13.1非刚性连接，改善装置受力情况。

具体的，所述打捞筒总成14还包括设置于所述打捞筒本体14.4的定位销14.3和压簧14.2，所述打捞勾14.1活动装设于所述定位销14.3，所述压簧14.2推动所述打捞勾14.1抱紧固定所述取芯内管总成13的第一打捞头13.1。

如图1所示，定位引套4固定在连接管3内孔中，定位引鞋15与定位引套4上均设置螺旋结构，定位引鞋15与定位引套4的螺旋结构相互配合，实现装置的周向定位，便于工具面角的测量。

定位引套4焊接在上部连接管3内孔中，定位引鞋15与定位引套4上有相互配合的螺旋形结构，实现周向定位，保证前端的随钻测量短节17与钻头1基准面的角度保持不变。

如图1所示，连接管3和取芯内管总成13形成的环形空间内还设置有弹卡，将打捞式随钻检测套装下放到弹卡时，代表下放到位。

如图3所示，定位引鞋15上端安装有密封活塞15.1，定位引鞋15下端设置有流道，流道上安装有弹簧15.2，弹簧15.2与钢球15.3一端抵接，钢球另一端与第一水孔抵接，流道与定位引套4相通。定位引鞋15上安装有密封活塞15.1，在水的作用下打捞式随钻检测套装下放，定位引鞋内部有到位提醒装置，当取芯内管总成13和打捞式随钻检测套装下放到位前，钢球15.3抵接弹簧15.2，恰好挡住第二水孔，水流无法形成通路；当下放到位时，可观测到系统的压力的突变，由于弹簧的外径小于流道内径，钢球压缩弹簧，定位引鞋15内部的通道打通，水流流向定位引套4，实现冲洗液的循环。观察压力表读数，当压力表读数发生突变时，装置下放到位。

如图4和图5所示，与随钻测井短节18上发射短节和接收短节相对应的钻铤5轴向位置处，钻铤5分别周向设置多个发射信号窗口条5.1和接收信号窗口条5.2，便于随钻测井短节18信号的发射和接收。

具体的，随钻测井短节18和钻铤5之间的环形空间为冲洗液的流道，为避免冲洗液从窗口条5.1和5.2泄漏，在钻铤每个发射信号窗口条5.1和接收信号窗口条5.2对应内孔处安装有陶瓷套5.3，陶瓷套5.3的功能主要有两个，一是便于传输信号，使发射短节上的信号传输至地层，使地层中信号传输至接收短节，二是耐冲蚀。陶瓷套5.3由挡圈5.4定位。

为了减小钻铤5和随钻测井短节18轴向定位的难度，使用不同轴向长度的过渡接头19来调节随钻测井短节18的轴向位置。

当取芯内管充满岩芯时，使用绳索打捞器将取芯内管总成13连同测量装置短节17和测井装置短节18一同打捞至地面。取出取芯，根据随钻测量短节17的结果判断是否需要调整钻头的偏转方向，若需要调整，不通冲洗液，此时分动机构11将外部壳体2与上部连接管3连接起来，钻动钻杆6，即可改变钻头1的偏转方向。调整好方向后，下放取芯内管总成13及随钻测量短节17和随钻测井短节18等装置，开始下一回次的钻进。

本实用新型提供的一种可打捞式随钻检测定向取芯装置，使用方便，可实现定向钻进的同时进行连续取芯，同时可实现随钻测量和随钻测井，并通过泥浆脉冲无线传输相关数据到达地面；将随钻测量短节和随钻测井短节与取芯内管总成集成，可实现绳索一体化打捞，降低装置的维护成本及掉落孔底的风险；结构简单，不改变取芯内管总成的结构，取芯内管总成为常规成熟产品，易于维护和互换；随钻测量短节和随钻测井短节可打捞，对电量要求不高，可随时打捞更换电池，有效减小结构尺寸，利于小口径钻探；可同时获取岩芯和地层物理信息，两者之间获取的地质信息相互印证，相互补充，有效提升了地质报告的详实性和正确性。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种可打捞式随钻检测定向取芯装置，包括钻头(1)、外部壳体(2)、连接管(3)、钻铤(5)、钻杆(6)、分动机构(11)、传动轴(12)和取芯内管总成(13)，其特征在于，还包括钻进定向套装和打捞式随钻检测套装，钻头(1)、传动轴(12)、分动机构(11)、连接管(3)、钻铤(5)、钻杆(6)从下至上依次螺纹连接；

外部壳体(2)套在传动轴(12)的外侧，安装在钻头(1)和分动机构(11)之间，在外部壳体(2)与传动轴(12)之间的环形空间内安装钻进定向套装；

取芯内管总成(13)设置在传动轴(12)内部，连接管(3)、钻铤(5)和钻杆(6)与取芯内管总成(13)之间的环形空间内安装打捞式随钻检测套装。

2.根据权利要求1所述的一种可打捞式随钻检测定向取芯装置，其特征在于，钻进定向套装包括第一轴承(7)、偏心机构(8)、卡固机构(9)和第二轴承(10)，从靠近钻头(1)端始，依次设置第一轴承(7)、偏心机构(8)、卡固机构(9)和第二轴承(10)。

3.根据权利要求2所述的一种可打捞式随钻检测定向取芯装置，其特征在于，外部壳体(2)和传动轴(12)上均开设有对应孔洞，孔洞位置与卡固机构(9)相对应，卡固机构(9)包括膨胀橡胶和卡固块，靠近传动轴(12)一侧是膨胀橡胶，膨胀橡胶与传动轴(12)上孔洞相适配，膨胀橡胶用于封堵传动轴(12)上孔洞；

远离传动轴(12)一侧为卡固块，卡固块与外部壳体(2)的孔洞相卡接适配，卡固块伸出外部壳体(2)与外界岩壁固定；

卡固块和膨胀橡胶紧密贴合；卡固块材质为硬质合金。

4.根据权利要求1所述的一种可打捞式随钻检测定向取芯装置，其特征在于，打捞式随钻检测套装套接在取芯内管总成(13)上，打捞式随钻检测套装包括打捞筒总成(14)、定位引鞋(15)、脉冲发生器(16)、随钻测量短节(17)、随钻测井短节(18)、过渡接头(19)和第二打捞头(20)，取芯内管总成(13)上部与打捞筒总成(14)非刚性连接，打捞筒总成(14)、定位引鞋(15)、脉冲发生器(16)、随钻测量短节(17)、随钻测井短节(18)、过渡接头(19)和第二打捞头(20)之间沿取芯内管总成(13)的轴向远离所述取芯内管总成(13)依次螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的一种可打捞式随钻检测定向取芯装置，其特征在于，所述打捞筒总成(14)包括打捞筒本体(14.4)，所述打捞筒本体(14.4)的端部有打捞勾(14.1)，取芯内管总成(13)上设有第一打捞头(13.1)，所述打捞勾(14.1)与第一打捞头(13.1)非刚性连接。

6.根据权利要求5所述的一种可打捞式随钻检测定向取芯装置，其特征在于，所述打捞筒总成(14)还包括设置于所述打捞筒本体(14.4)的定位销(14.3)和压簧(14.2)，所述打捞勾(14.1)活动装设于所述定位销(14.3)，所述压簧(14.2)推动所述打捞勾(14.1)抱紧固定所述取芯内管总成(13)的第一打捞头(13.1)。

7.根据权利要求4所述的一种可打捞式随钻检测定向取芯装置，其特征在于，定位引套(4)固定在连接管(3)内孔中，定位引鞋(15)与定位引套(4)上均设置螺旋结构，定位引鞋(15)与定位引套(4)的螺旋结构相互配合实现两者的周向定位。

8.根据权利要求7所述的一种可打捞式随钻检测定向取芯装置，其特征在于，定位引鞋(15)上端安装有密封活塞(15.1)，定位引鞋(15)下端设置有流道，流道上安装有弹簧(15.2)，弹簧(15.2)与钢球(15.3)一端抵接，钢球另一端与第一水孔抵接。

9.根据权利要求4所述的一种可打捞式随钻检测定向取芯装置，其特征在于，连接管(3)和取芯内管总成(13)形成的环形空间内还设置有弹卡。

10.根据权利要求4所述的一种可打捞式随钻检测定向取芯装置，其特征在于，钻铤(5)前后两端分别周向均布多个发射信号窗口条(5.1)和接收信号窗口条(5.2)，每个发射信号窗口条(5.1)和接收信号窗口条(5.2)安装有相适配的陶瓷套(5.3)，陶瓷套(5.3)的一端设有挡圈(5.4)。

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