CN2464928Y - 加压式松散、软地层取芯工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种用于地质勘探、煤层钻探和石油钻井取心的加压式松散、软地层取芯工具。该工具是一种双筒多层管柱的形状,由悬挂分流总成、旋转单流总成、外筒、含内衬管的内筒、岩心爪、取心钻头、密闭活塞和加压总成等构成。与现有技术相比,该工具更适合于松散地层、破碎地层、砾石地层和软地层取心。可满足常规取心、密闭取心和塑料管保形冷冻取心不同取心工作的要求,且能保证岩心质量,提高岩心收获率。

Description

加压式松散、软地层取芯工具

本实用新型涉及一种用于地质勘探、煤层钻探和石油钻井取心的加压式松散、软地层取心工具，是用于松散地层、破碎地层、砾石地层和软地层的双筒取心工具，属于钻井工具类。

取心质量是地质勘探、煤层钻探和石油钻井工程的三大质量之一，它包括三方面的含义：岩心收获率的高低；岩心地质结构的破坏程度；岩心组分的损失程度。目前现场上常用的取心工具有常规取心工具和特殊取心工具两种。常规取心工具有川式取心工具、250P系列取心工具、T—100取心工具等，特殊取心工具有橡胶筒取心工具、反循环取心工具、密闭取心工具、保压取心工具等等。常规取心工具在胶结良好的地层中取心，平均岩心收获率在90％以上，在松散地层、破碎地层、砾石层中取心，不仅岩心收获率不高，而且由于受到钻井液冲蚀，岩心结构破坏严重，岩心组分散失量大。特殊取心工具用于这些地层取心时，也在一定程度上存在上述问题，而且取心成本较高。

本实用新型的目的在于提供一种能够克服现有技术中的不足，提高在松散地层、破碎地层、砾石地层、软地层取心质量的取芯工具。这种取心工具能够提高岩心收获率，保护岩心结构，保持岩心组分不散失，降低取心成本，减少重复取心。

本实用新型的目的是提供一种加压式松散、软地层取芯工具，这种取心工具为双筒式结构，除包括常规取芯工具的外筒、岩心爪、取心钻头和加压总成几部分外，还设计有悬挂分流总成、旋转单流总成、含内衬管内筒和密闭活塞等部分。为了取得特殊的工作性能，该取心工具的岩心爪、取心钻头和加压总成组成也采用了新的技术方案。

悬挂分流总成由定位接头、悬挂接头、悬挂销子、销堵和滑动螺销组成。其作用是悬挂内筒、改变钻井液流向。定位接头为圆筒形结构，中间径向钻有均匀分布的两个以上的圆孔，用于插入悬挂销子，悬挂内筒。为防止悬挂销子脱落，孔外端加工有螺纹，与销堵匹配。在孔间间隔处铣有过流槽，槽截面足够大，便于钻井液通过。为便于连接，定位接头上部为石油专用锥形螺纹，与加压总成相连，下部为普通螺纹，与外筒相连。定位接头最下端径向钻有一个或数个螺孔，与滑动螺销连接。悬挂接头为圆筒形，上部径向钻有均匀分布的两个以上的圆孔，与悬挂销子配合；中部外表面铣有一个或数个槽，与滑动螺销相配合，用于组装工具。悬挂销子为圆柱形，截面积根据设计承受的剪切力确定。销堵和滑动螺销为六角头螺钉。

旋转单流总成由密封堵头、悬挂接头、紧帽、止动环、旋转轴承、轴承下紧帽、单流接头、单流座、单流盖、钢球和○形密封圈组成。该部分的作用是在取心钻进时，内外筒通过旋转轴承产生相对转动，当岩心进入内筒时，内筒中的钻井液经过单流阀进入内外筒之间的环形空间，不使钻井液冲蚀内筒中的松散岩心。密封堵头和单流接头中间的旋转轴承有两种润滑方式，一是机油或黄油润滑，用三个密封圈实现密封；二是去掉密封堵头、单流座和三个○形密封圈后，钻井液经过旋转轴承实现润滑。单流阀在阀座与阀盖之间用钢球来实现单流。

外筒由外筒上接头和外筒体组成，起到连接定位接头与钻头、承受钻压和传递扭矩的作用，它们都用厚壁钢管制成，两端车有便于装卸的螺纹。

内筒由内筒上接头、内筒体、内衬管和内筒下接头组成。除内衬管为耐高温的硬塑料管外，另三件为无缝钢管制成，两端车有连接螺纹；内衬管能耐足够高的温度，在3500M深的井底工作24小时，不会发生变形。岩心进入塑料内衬管的摩擦阻力比岩心进入钢管的摩擦阻力小于三分之一左右。该部分的作用是容装岩心。

本实用新型的岩心爪起割断并卡住岩心的作用，防止起钻过程中岩心掉落井底。该部件由无缝钢管制成，一端车有螺纹与内筒下接头相连，另一端制成带倒齿的爪，端部外圆制成一定角度，与钻头内的斜面相配合，加压后割断岩心。

为了防止钻井液冲蚀岩心，在取心钻头内设计一环状U形槽，槽的底部钻有均匀分布的圆孔，圆孔的直径根据理论计算，使钻井液射流不能很强的冲蚀地层，又有足够的流量携带钻屑和冷却钻头。取心钻头可以是研磨式，也可以是切削式。

密闭活塞由上紧螺帽、密封盘、销钉、活塞、活塞杆、触压头、销子和○形密封圈组成。该部分只是在密闭取心时装在工具的下部，与内筒和工具上部的密封堵头一起，容装密闭液。

加压总成是一种常规的加压接头组件，国内许多油田都有这种组件，也可以制成如附图4的加压总成，它由加压上接头、内六方套、外六方杆、加压下接头、加压套、承压杆、方圈、垫圈和加压钢球组成。该部分的作用是加压剪断悬挂销钉，使岩心爪收缩，割断并承托岩心。

本实用新型的加压式松散、软地层取心工具与现有技术相比具有如下优点：

1.它能够满足松散地层、破碎地层、砾石地层、软地层取心的工艺要求，保证岩心质量，提高岩心的收获率，降低取心成本，减少重复取心。

2.该工具除可用于常规取心外，还能用于塑料管保形冷冻取心和密闭取心。

3.该工具结构简单、设计合理、操作简便，宜于推广。

下面结合附图1至附图4给出的实施例对本实用新型做进一步的描述。

附图1是松散、软地层常规取心工具的结构图。

附图2是该工具用于塑料管保形冷冻取心时的下部结构图。

附图3是密闭活塞的结构图。

附图4是加压总成的结构图。

实施例1中的加压式松散、软地层常规取心工具(见附图1)由定位接头(1)、销堵(2)、悬挂销子(3)、滑动螺销(4)、密封堵头(5)、○形圈(6)、悬挂接头(7)、紧帽(8)、止动环(9)、钢球(10)、外筒上接头(11)、轴承轨道(12)、○形圈(13)、轴承下紧帽(14)、○形圈(15)、单流接头(16)、钢球(17)、单流座(18)、单流盖(19)、内筒上接头(20)、外筒体(21)、内筒体(22)、内筒下接头(23)、一把抓岩心爪(24)、取心钻头(25)和○形圈(26)组成。

定位接头(1)为圆筒形结构，用悬挂销子(3)与悬挂接头(7)相连。为防止悬挂销子(3)脱落，销孔外端加工有螺纹，螺纹上装配销堵(3)。定位接头(1)两端还分别加工有石油专用锥形螺纹和普通螺纹，各自与加压总成和外筒上接头(11)相连。定位接头(1)的下端还径向钻有一个或数个螺孔，安装滑动螺销(4)。外筒上接头(11)用普通螺纹与外筒体(21)相连，外筒体(21)的另外一端也加工有螺纹，用于连接取心钻头(25)。悬挂接头(7)为圆筒形，上部径向均布两个以上的圆孔，与悬挂销子(3)配合，中部外表铣有一个或数个槽，与滑动螺销(4)相配合。密封堵头(5)安装在悬挂接头(7)上。螺帽(8)将止动环(9)固紧在单流接头(16)的端部。轴承下紧帽(14)用螺纹与悬挂接头(7)相连，并安装固定轴承轨道(12)和钢球(17)，单流座(18)用螺纹固定在单流接头(16)上，内腔安装钢球(17)，并用单流盖(19)封闭一端，形成单流阀。内筒接头(20)用螺纹连接在单流接头(16)上，另一端与内筒体(22)用螺纹相连，内筒体(22)另一端的螺纹与内筒下接头(23)相连，内筒下接头(23)最后用螺纹与一把抓岩心爪(24)相连。为了保证连接的部位密封，在相应的部位上安装○形圈(6)，○形圈(13)、○形圈(15)和○形圈(26)。工具中的销堵(2)悬挂销子(3)、滑动螺销(4)均为两个以上，以实现工作中的可靠性和安全性。

实施例2(见附图2)是用于塑料管保形冷冻取心的加压式松散、软地层取心工具，该工具是在加压式松散、软地层常规取心工具的基础上，替换几个部件而成，即用内筒下接头(23A)替换(23)，一把抓岩心爪(24A)替换(24)，取心钻头(25A)替换(25)、在内筒体(22)中装入内衬管(27)组成。内衬管(硬塑料)与岩心的摩擦力比钢管与岩心的摩擦力小三分之一左右，因此用塑料内衬管作岩心保护筒，既有利于岩心入筒，不破坏岩心结构，又简化了岩心出筒，便于冷冻取样。岩心出筒过程是，首先把取心钻头(25A)、岩心爪(24A)、内筒下接头(23A)卸掉，从内筒体(22)中抽出内衬管(27)(内含岩心)，截成所需要的长度，然后放入冷冻箱中进行冷冻。

实施例3(见附图3)是用于密闭取心的加压式松散、软地层取心工具，该工具是在加压式松散、软地层常规取心工具的基础上，去掉○形圈(15)、钢球(17)、单流座(18)和单流盖(19)，用内筒下接头(23B)替换内筒下接头(23)，再装上如附图4的密闭活塞而成。密闭活塞由上紧螺帽(31)、密封盘(32)、○形圈(33)和(34)、销钉(35)、活塞(36)、活塞杆(37)、销子(38)和触压头(39)组成。

实施例中的加压总成(附图4)由加压上接头(41)、内六方套(42)、外六方杆(43)、方圈(44)、垫圈(45)、加压套(46)、加压下接头(47)、钢球(48)和承压杆(49)组成，加压总成下部接取心筒，上部与钻铤相连。

实施例中的加压式松散、软地层取心工具用于常规取心和密闭取心时，如取心钻头外径为240mm，外筒外径为203mm，内筒外径为159mm，钻取岩心直径可达133mm；用于塑料管保形取心时，塑料管外径为140mm，内径为131mm，则钻取岩心直径可达125mm。

Claims (2)

1、一种地质勘探、煤层钻探和石油钻井中使用的加压式松散、软地层取芯工具，包括常规取心工具的外筒、岩心爪、取心钻头和加压总成几部分，其特征在于：该取心工具还包括悬挂分流总成、旋转单流总成，含内衬管的内筒和密闭活塞等部分，悬挂分流总成由定位接头、悬挂接头、悬挂销子、销堵和滑动螺销等组成，定位接头为圆筒形，其中部径向钻有两个以上的圆孔，孔外端加工有螺纹，在孔间间隔处铣有足以使钻井液通过的过流槽，最下端径向钻有一个或数个连接滑动螺销的螺孔，悬挂接头为圆筒形，上部径向钻有与定位接头等数量的圆孔，中部外表面铣有两个以上的承装滑动螺销的滑动槽，悬挂销子为圆柱形，由金属制作，销堵和滑动螺销为六角螺钉，旋转单流总成由密封堵头、悬挂接头、紧帽、止动环、旋转轴承、轴承下紧帽、单流接头、单流座、单流盖、钢球和○形密封圈等组成，内筒包括内筒上接头、内筒体、内筒下接头和内衬管等部分，内衬管为圆筒状，内外表面光滑，用耐温150℃以上的硬塑料制成，密闭活塞由上紧螺帽、密封盘、销钉、活塞、活塞杆、触压头、销子和○形密封圈等组成。

2、根据权利要求1所述的取芯工具，其特征在于：取心钻头内设计有供钻井液流通的环状U形槽，槽底钻有均匀分布的圆孔。

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