CN220769409U - 一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具，包括外管总成、内管总成、中心杆、岩心内筒、保压控制器和液压差动机构，液压差动机构位于外管总成内，液压差动机构下端与中心杆上端连接。液压差动机构包括中空结构的差动轴、差动筒、球座和钢球，球座固定装于差动轴下端，球座中央有流道孔，钢球与流道孔适配用于堵住球座的流道孔；差动筒套在差动轴外并可沿差动轴轴向移动一定距离，差动筒下端与中心杆上端连接；球座位于差动筒内并与差动筒滑动配合，差动轴和差动筒下端侧壁开有多个钻井液孔。本申请通过液力差动机构实现保压控制器的密封关闭，其体积小，并可实现保压，尤其适用于陆上深层油气勘探。

Description

一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具

技术领域

本实用新型涉及取芯装置技术领域，尤其涉及一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具。

背景技术

传统钻探取芯由于不能完全封闭保压，保压能力受限，所取出的岩芯所包含的孔隙度、渗透率、饱和度都将失真，不能完全科学获取原位岩芯成分信息和赋存状态信息，对油气资源评估的准确性造成较大影响。为准确实现油气储量的精准评估，需要使用保真(保压、保温、保质、保光、保湿)取芯技术。

其中，保压取芯技术通过将岩芯压力维持在原位压力，保证岩芯内部油气组分在取芯钻具上提过程中不排出，进而保证油气储量评估的精准。目前现有的保压取芯装置，其保压原理主要是通过球阀或翻板阀的关闭，形成一个密封腔，以维持岩心样品的原位压力。而阀门的关闭常通过地面远程机械式控制取芯装置内外管之间的相对运动来实现。

在陆上深层油气勘探中，由于通用石油钻杆内径较小，通过机械作用实现取芯装置内外管之间的相对运动实现控制阀门存在一定困难。

实用新型内容

本申请为了解决上述技术问题提供一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具。

本申请通过下述技术方案实现：

一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具，包括外管总成、内管总成、中心杆、岩心内筒、保压控制器和液压差动机构，液压差动机构位于外管总成内，液压差动机构下端与中心杆上端连接。

可选的，液压差动机构包括中空结构的差动轴、差动筒、球座和钢球，球座固定装于差动轴下端，球座中央有流道孔，钢球与流道孔适配用于堵住球座的流道孔；

差动筒套在差动轴外并可沿差动轴轴向移动一定距离，差动筒下端与中心杆上端连接；

球座位于差动筒内并与差动筒滑动配合，差动轴和差动筒下端侧壁开有多个钻井液孔。

可选的，差动筒上端内壁与差动轴外圆面之间设有密封圈；球座的外圆面与差动筒内壁之间装有密封圈。

可选的，液压差动机构通过防转机构与中心杆连接。

可选的，防转机构包括连接杆、连接筒、上止推轴承和下止推轴承，连接杆上端与液压差动机构的下端螺纹固定，连接筒与中心杆上端固定连接；

连接杆下端装在连接筒内，上止推轴承和下止推轴承套在连接杆外并位于连接筒内，连接杆上有环形凸起，上止推轴承和下止推轴承分别位于环形凸起的上方和下方。

可选的，连接筒包括上筒和下筒，上筒与下筒螺纹连接，上止推轴承通过上筒上端部与连接杆的环形凸起实现轴向限位；下止推轴承通过连接杆的环形凸起与下筒的上端面实现轴向限位。

其中，内管总成包括自顶至底依次设置的第一内管段、第二内管段和岩芯外筒，保压控制器装于岩芯外筒中。

可选的，岩芯外筒有真空夹层。

可选的，岩心内筒外壁涂覆石墨烯材料构成电加热层。

可选的，岩心内筒中装有温度传感器。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

本申请通过液力差动机构实现保压控制器的密封关闭，其体积小，并可实现保压，尤其适用于陆上深层油气勘探。

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，并不构成对本实用新型实施方式的限定。

图1是实施例中取芯前保压取芯钻具的结构示意图；

图2是实施例中取芯前保压取芯钻具底端的局部示意图；

图3是实施例中取芯后保压取芯钻具的结构示意图；

图4是实施例中取芯后保压取芯钻具底端的局部示意图；

图5是实施例中保压取芯钻具的示意图；

图6是实施例中防转机构的示意图；

图7是实施例中投球前液压差动机构的示意图；

图8是实施例中投球后液压差动机构的示意图；

图9是实施例中投球前保压取芯钻具中钻井液流向示意图；

图10是实施例中投球后保压取芯钻具中钻井液流向示意图。

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，对本实用新型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实用新型一部分实施方式，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实用新型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实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型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。

在本实用新型的描述中，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，或者是该实用新型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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

如图1-图4所示，本实施例公开的适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具，包括外管总成1、内管总成2、液压差动机构3、中心杆4、岩心内筒5和保压控制器6。

液压差动机构3、内管总成2和中心杆4位于外管总成1内，岩心内筒5和保压控制器6位于内管总成2内，液压差动机构3下端与中心杆4上端连接，中心杆4下端与岩心内筒5螺纹连接。

岩心内筒5内有捕芯器51，保压控制器6包括阀座61和阀盖62，这是本领域的常规技术，此处不再赘述。

在一种可能的设计中，如图5所示，外管总成1包括自顶至底同轴螺纹连接的第一外管段11、第二外管段12、第三外管段13、第四外管段14、第五外管段15、扶正器16和取芯钻头17。取芯前，液压差动机构3位于第一外管段11、第二外管段12、第三外管段13组成的外管段中；内管总成2位于第五外管段15、扶正器16组成的外管段中。

在一种可能的设计中，内管总成2包括自顶至底依次设置的第一内管段21、第二内管段22和岩芯外筒23，保压控制器6装于岩芯外筒23中。第一内管段21与第二内管段22螺纹连接，第二内管段22与岩芯外筒23螺纹连接。

在一种可能的设计中，液压差动机构3通过防转机构8与中心杆4连接。

可选的，如图6所示，防转机构8包括连接杆81、连接筒、上止推轴承83和下止推轴承84，连接杆81上端与液压差动机构3的下端螺纹固定，连接筒与中心杆4上端固定连接。

连接杆81下端装在连接筒内，上止推轴承83和下止推轴承84套在连接杆81外并位于连接筒内，连接杆81上有环形凸起，上止推轴承83和下止推轴承84分别位于环形凸起的上方和下方。

在一种可能的设计中，连接筒包括上筒82和下筒85，上筒82与下筒85螺纹连接，上止推轴承83通过上筒82上端部与连接杆81的环形凸起实现轴向限位；下止推轴承84通过连接杆81的环形凸起与下筒85的上端面实现轴向限位。

在一种可能的设计中，如图7、图8所示，液压差动机构3包括中空结构的差动轴31、差动筒32、球座33和钢球34，球座33固定装于差动轴31下端，球座33中央有流道孔，钢球34与流道孔适配用于堵住球座33的流道孔。

差动筒32套在差动轴31外并可沿差动轴31轴向移动一定距离，差动筒32下端通过防转机构8与中心杆4上端连接。

差动筒32上端内壁与差动轴31外圆面之间设有密封圈36，球座33位于差动筒32内并与差动筒32滑动配合，球座33的外圆面与差动筒32内壁之间装有密封圈36，差动轴31和差动筒32下端侧壁开有多个钻井液孔35。

液压差动机构3的工作原理：如图7所示，初始状态下，钻井液正常流过差动总成液压差动机构3，并沿液压差动机构3的底部流道孔流出；当需要提升时，将钢球34投入差动轴31内，随后落入球座33内，继而堵住球座33的流道孔，钻井液流动方向改变，具体为：钻井液从差动轴31下端的钻井液孔35流向差动筒32与差动轴31的环空内，差动筒32在水压的作用下沿差动轴31向上抬升，带动岩心内筒5相对于内管总成2向上运动；当差动筒32上升至上行程终点后，差动筒32与差动轴31环空内的钻井液再从差动筒32下端钻井液孔35流出。

值得说明的是，本实施例中下端采用保压控制器6实现保压密封控制，上端则通过在中心杆4下端与岩心内筒5连接处安装的密封圈(图中未示出)密封，该密封圈与内管总成2之间形成密封接触，通过上、下端密封，从而构成用于存储岩心的保压舱。

在一种可能的设计中，岩芯外筒23有真空夹层，真空夹层可阻隔岩芯与外界的热交换，实现被动保温。

在一种可能的设计中，岩心内筒5外壁涂覆石墨烯材料构成电加热层，可通过岩心内筒5中的温度传感器实时记录岩心内筒5内的温度，当温度降低到预设值时，自动控制岩心内筒5外部的电加热层进行加热。

本实施例中的适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具的使用方法，包括以下步骤：

取芯钻具的顶部的第一外管段11与钻井钻具连接，下放至工作层，进行岩芯钻取作业，此时岩心内筒5位于保压控制器6的阀座61中，阀盖62处于开启状态，如图1、图2、图9所示；

随着取芯作业开始，原位岩芯样品逐渐进入岩心内筒5，当取到足够多的岩心样本后，提起钻杆，通过钻具底部捕芯器51的岩芯卡爪折断岩芯；

将憋压钢球34投入井中，液压差动机构3的差动筒32在钻井液循环产生的液压压力下向上抬升，带动中心杆4向上移动，岩心内筒5随之向上运动到保压控制器6的阀盖61上方，阀盖61失去限制继而在重力，和/或弹力，和/或磁力作用下关闭，以保持原位压力，如图3、图4、图10所示；

通过起大钻的方式回收保温保压取芯钻具，获取原位岩芯样品。

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，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具，包括外管总成(1)、内管总成(2)、中心杆(4)、岩心内筒(5)和保压控制器(6)，其特征在于：还包括液压差动机构(3)，液压差动机构(3)位于外管总成(1)内，液压差动机构(3)下端与中心杆(4)上端连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具，其特征在于：液压差动机构(3)包括中空结构的差动轴(31)、差动筒(32)、球座(33)和钢球(34)，球座(33)固定装于差动轴(31)下端，球座(33)中央有流道孔，钢球(34)与流道孔适配用于堵住球座(33)的流道孔；

差动筒(32)套在差动轴(31)外并可沿差动轴(31)轴向移动一定距离，差动筒(32)下端与中心杆(4)上端连接；

球座(33)位于差动筒(32)内并与差动筒(32)滑动配合，差动轴(31)和差动筒(32)下端侧壁开有多个钻井液孔(35)。

3.根据权利要求2所述的一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具，其特征在于：差动筒(32)上端内壁与差动轴(31)外圆面之间设有密封圈(36)；球座(33)的外圆面与差动筒(32)内壁之间装有密封圈(36)。

4.根据权利要求1所述的一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具，其特征在于：液压差动机构(3)通过防转机构(8)与中心杆(4)连接。

5.根据权利要求4所述的一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具，其特征在于：防转机构(8)包括连接杆(81)、连接筒、上止推轴承(83)和下止推轴承(84)，连接杆(81)上端与液压差动机构(3)的下端螺纹固定，连接筒与中心杆(4)上端固定连接；

连接杆(81)下端装在连接筒内，上止推轴承(83)和下止推轴承(84)套在连接杆(81)外并位于连接筒内，连接杆(81)上有环形凸起，上止推轴承(83)和下止推轴承(84)分别位于环形凸起的上方和下方。

6.根据权利要求5所述的一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具，其特征在于：连接筒包括上筒(82)和下筒(85)，上筒(82)与下筒(85)螺纹连接，上止推轴承(83)通过上筒(82)上端部与连接杆(81)的环形凸起实现轴向限位；下止推轴承(84)通过连接杆(81)的环形凸起与下筒(85)的上端面实现轴向限位。

7.根据权利要求1所述的一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具，其特征在于：内管总成(2)包括自顶至底依次设置的第一内管段(21)、第二内管段(22)和岩芯外筒(23)，保压控制器(6)装于岩芯外筒(23)中。

8.根据权利要求7所述的一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具，其特征在于：岩芯外筒(23)有真空夹层。

9.根据权利要求1或8所述的一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具，其特征在于：岩心内筒(5)外壁涂覆石墨烯材料构成电加热层。

10.根据权利要求9所述的一种适用于陆上油气勘探的保压取芯钻具，其特征在于：岩心内筒(5)中装有温度传感器。