专利名称：适用于加压式取心工具的旋转总成的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于加压式取心工具的旋转总成，用于石油天然气钻井的取心，属于钻井取心工具的设计制造技术领域。
背景技术：
在实施石油天然气的钻井过程中，为了了解井下地层的含油含气情况，通常按照设计的井深，都要进行对地下不同层位岩心的钻取施工，为了获得较好的岩心，在钻取岩心中就需要采用专门的取心工具。根据地层的不同，目前取心的工具主要包括常规取心工具和特殊取心工具，其中常规取心工具包括自锁式取心工具和加压式取心工具几种。专利号为CN200620149089.9的一种新型机械加压式取心工具，公开了一种使用机械加压的取心工具，主要解决现有的机械加压取心工具不能冲洗内筒、操作麻烦及可靠性差的问题。包括六方套、悬挂接头、夕卜筒、及钻头、及岩心抓，该工具能够清洗内筒。另外一件专利号为CN200920244502.3的“一种松散地层机械加压式密闭取心工具”，公开了一种用于松散地层的机械加压式密闭取心工具，主要解决现有的机械加压式取心工具需要多次投球、上提钻具、受井斜影响大的问题，包括六方杆、剪销套在六方套与剪销套对应处均布若干个水平方向的孔，该松散地层机械加压式密闭取心工具具有只需一次投球、不用上提钻具、受井斜影响小的特点。目前这些取心工具最长的可以获取9.2米长的岩心，收获率可以达到60 %以上，具有良好的取心效果。但是目前这些现有技术的取心工具在用于破碎地层的取心时，由于岩心破碎、成柱性差、操作复杂原因，导致收获率较差，主要的技术问题是现有技术的加压工具内筒不能旋转，因此，当取心过程中，当岩心进入加压工具的内筒时，因为外筒旋转的同时带动内筒旋转，静止的岩心与内筒产生相对旋转运动，导致折断直至破碎，而破碎的岩心由于在出心时无法正确归位，被取到地面后就难以获得地下确定层位的真实情况。 发明内容本实用新型的目的在于克服现有加压式取心技术存在的上述问题，提供一种适用于加压式取心工具的旋转总成，采用本实用新型在取心的过程中使加压工具的内筒可以随着钻具的旋转而旋转，解决了现有技术由于加压工具内筒不能旋转，容易导致进入内筒的岩心破碎的问题。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下:—种适用于加压式取心工具的旋转总成，其特征在于:包括心轴，心轴的一端设置有旋转装置，另一端设置有自动泄压总成，自动泄压总成包括钢球座和用于封闭钢球座的泄压钢球，心轴的上端通过旋转装置与上部工具连接。所述旋转装置包括轴承盒,在轴承盒中设置有轴承,轴承盒上设置有与上部工具连接的连接端。[0009]所述轴承盒内的心轴上设置有半环，半环上轴向设置有固定半环的挡圈，轴承的一侧通过半环和挡圈限位，另一侧通过轴承盒的端部限位。所述轴承盒与上部工具连接的连接端为内螺丝扣连接端，所述自动泄压总成上设置有与下部工具连接的外螺丝扣连接端。所述自动泄压总成的钢球座上方设置有用于对泄压钢球限位的挡板。采用本实用新型的优点在于一、本实用新型中，所述旋转总成包括心轴，心轴的一端设置有旋转装置，另一端设置有自动泄压总成，自动泄压总成包括钢球座和用于封闭钢球座的泄压钢球，心轴的上端通过旋转装置与上部工具连接，将旋转总成设置在加压式取心工具中，在取心过程中，由于平面推力球轴承作用，加压工具的内筒可以随着钻具的旋转而旋转，解决了现有技术由于加压工具内筒不能旋转，容易导致进入内筒的岩心破碎的问题，并且泄压钢球向上运动时实现泄压，向下运动在钢球座上时实现封闭，可防止钻井液进入内筒。二、本实用新型中，所述旋转装置包括轴承盒，在轴承盒中设置有轴承，轴承盒上设置有与上部工具连接的连接端，采用此结构不仅保证了旋转的可靠性，并且还便于与上部工具连接。三、本实用新型中，所述轴承盒内的心轴上设置有半环，半环用于心轴的稳定和防掉，半环上轴向设置有固定半环的挡圈，轴承的一侧通过半环和挡圈限位，另一侧通过轴承盒的端部限位，采用此结构便于安装定位，也方便拆装。四、本实用新型中，所述轴承盒上与上部工具连接的连接端为内螺丝扣连接端，所述自动泄压总成上设置有与下部工具连接的外螺丝扣连接端，采用此结构，便于旋转总成与上部工具和下部工具的连接和拆卸。五、本实用新型中，所述自动泄压总成的钢球座上方设置有用于对泄压钢球限位的挡板，可控制泄压钢球向上运动的距离，提高泄压钢球封闭钢球座的可靠性。
图1为本实用新型结构示意图图2是取心工具的总装结构示意图图3为取心工具中的岩心爪组合件的结构示意图图4为取心工具中的承压装置的结构示意图图5是承压装置中的承压活塞结构示意图图6是承压装置中的承压活塞立体结构示意图图中标记为1、上接头,2、六方杆，3、六方套，4、密封胶皮，5、加压接头，6、承压钢球，7、承压活塞，8、剪切销钉，9、承压套，10、承压挡环，11、外筒短接，12、旋转总成，13、外筒，14、内筒组件，15、差值短接，16、岩心爪组合件，17、取心钻头，18、泄砂孔，19、流道，20、销槽，21、加压式岩心爪，22、心轴，23、钢球座，24、泄压钢球，25、轴承盒，26、轴承，27、半环，28、挡圈，29、挡板，30、连接套，31、卡箍座，32、卡箍，33、自锁式岩心爪，34、密封件。
具体实施方式
实施例1[0026]一种适用于加压式取心工具的旋转总成，包括心轴22，心轴22的一端设置有旋转装置，另一端设置有自动泄压总成，自动泄压总成包括钢球座23和用于封闭钢球座23的泄压钢球24，心轴22的上端通过旋转装置与上部工具连接。当流体往下流时，泄压钢球24挡在钢球座23上实现加压过程，当液体回流时，泄压钢球24和钢球座23分开，使流体通过流道，实现泄压过程。本实用新型的优选实施方式为，所述旋转装置包括轴承盒25，在轴承盒25中设置有轴承26，轴承盒25上设置有与上部工具连接的连接端，旋转装置的结构有很多，并不局限于此结构。本实用新型的又一优选实施方式为，所述轴承盒25内的心轴22上设置有半环27，半环27用于心轴22的稳定和防掉，半环27上轴向设置有固定半环的挡圈28，挡圈28优选为钢丝挡圈，轴承26的一侧通过半环27和挡圈28限位，另一侧通过轴承盒25的端部限位。本实用新型的又一优选实施方式为，所述轴承盒25与上部工具连接的连接端为内螺丝扣连接端，所述自动泄压总成上设置有与下部工具连接的外螺丝扣连接端，但并不局限于螺丝扣的连接方式。本实用新型的又一优选实施方式为，所述自动泄压总成的钢球座23上方设置有用于对泄压钢球24限位的挡板29，挡板29上可开设流通孔。实施例2本实施例是对本实用新型应用到加压式取心工具中时，结合加式压取心工具的其它部件进行详细说明。涉及到的加压式取心工具，包括上接头1、六方杆2、六方套3、外筒短接11、外筒13、差值短接15、内筒组件14和取心钻头17，六方套3通过外筒短接11与外筒13连接，夕卜筒13与差值短接15连接，差值短接15与取心钻头17连接，还包括承压装置、旋转总成12和岩心爪组合件16。对承压装置的具体说明如下承压装置包括承压总成和销钉部件，承压总成包括承压活塞7和套接在承压活塞7上的承压套9，销钉部件包括剪切销钉8，所述承压活塞7上端通过承压钢球6限位在六方套3内的加压接头6内的台阶上，承压钢球6可以将压力传递到承压活塞7，下端与旋转总成12连接，承压套9通过剪切销钉8与承压活塞7固定连接，承压套9下端限位在外筒短接11上，承压活塞7上端设置有与承压活塞7内腔连通的泄砂孔18和流道19。所述承压活塞7包括设置有泄砂孔18的泄砂体和设置有流道19的流道体，流道体的外径小于泄砂体的外径，且泄砂体位于流道体和承压活塞本体之间。所述承压活塞7的外壁上设置有用于连接固定承压套9的环形销槽20，剪切销钉8 一端穿过承压套9上的螺纹孔，剪切销钉8的端部位于环形销槽20内。在投球加压过程中剪断剪切销钉8，使内筒下移，进而使加压式岩心爪21在钻头内腔的作用下封闭破碎岩心，通过自动泄砂孔18和流道19，实现了自动泄压功能，采用此结构提高了泄砂孔18和流道19的工作效率和可靠性，从而保证了能够顺利实施自动泄压。本实施例中，所述销钉部件还包括承压挡环10，承压挡环10与承压活塞7固定连接，且限位在外筒短接11上的台阶面处。[0039]本实施例的优选实施方式为，所述泄砂孔18径向设置在泄砂体上，流道19轴向设置在流道体上。进一步地，所述流道19为四个且呈凹槽形状，四个流道19均匀分布在流道体上，用于钻井液流通，承压活塞7和加压接头5通过流道19相连通。所述泄砂孔18为三个，均匀分布在泄砂体上。承压装置解决了现有加压式取心工具从外筒穿销损伤外筒性能的问题，可在投球加压过程中剪断剪切销钉，使内筒下移，进而使加压式岩心爪在钻头内腔的作用下封闭破碎岩心，可以达到不损害外筒结构和性能的目的，同时避免了常规穿销的销钉从销钉孔向外退出，卡住取心筒不易出心的情况。承压装置的连接顺序和连接方式为取心工具除承压套9外，先将下端部件装配好，先通过连接螺纹把承压活塞7与下端旋转总成的轴承盒25连接好；然后把承压挡环10套在承压套9上，用剪切销钉8把承压套9和承压活塞7连接上；最后把所有取心工具内部组件放入外筒内，保证承压挡环10下端面抵到外筒短节11的内台阶面上；接着将取心工具提到钻台紧好外筒各螺纹，在场地上组装加压机构；依次装好密封圈、加压接头以及上接；然后将加压机构吊上钻台，再通过螺纹连接使六方套与外筒短节连接上；最后，上好取心钻头，下放钻具并座好卡瓦和安全卡瓦，接钻具入井，进行取心的施工。承压装置工作原理为在投球加压过程中剪断剪切销钉，使内筒下移，进而使加压式岩心爪在钻头内腔的作用下封闭破碎岩心，通过泄砂孔和流道，实现了自动泄压功能。对旋转总成的具体说明如下旋转总成12包括心轴22，心轴22的一端设置有旋转装置，另一端设置有自动泄压总成，自动泄压总成包括钢球座23和用于封闭钢球座23的泄压钢球24 ;心轴22的上端通过旋转装置与承压活塞7的下端连接，下端与内筒组件14的上端连接。本实施例的优选实施方式为，所述旋转装置包括轴承盒25，在轴承盒25中设置有轴承26，轴承盒25上设置有与承压活塞7下端连接的连接端。旋转装置的结构有很多，此为优选实施方式，但并不局限于此结构，也可采用现有技术中的旋转结构。进一步地，所述轴承盒25内的心轴上设置有半环27，半环27用于心轴22的稳定和防掉，半环27上轴向设置有固定半环的挡圈28，轴承26的一侧通过半环27和挡圈28限位，另一侧通过轴承盒25的端部限位。所述轴承盒25上与承压活塞7下端连接的连接端为内螺丝扣连接端，所述自动泄压总成上设置有与内筒组件14连接的外螺丝扣连接端。所述自动泄压总成的钢球座23上方设置有用于对泄压钢球24限位的挡板29，挡板29上开有流通孔，可控制泄压钢球24向上运动的距离。将旋转总成设置在加压式取心工具中，在取心过程中，由于平面推力球轴承作用，加压工具的内筒可以随着钻具的旋转而旋转，解决了现有技术由于加压工具内筒不能旋转，容易导致进入内筒的岩心破碎的问题，并且泄压钢球向上运动时实现泄压，向下运动在钢球座上时实现封闭，可防止钻井液进入内筒。本实施例的旋转总成工作原理为在取心过程中，由于平面推力球轴承作用，加压工具的内筒通过轴承盒可以随着钻具的旋转而旋转，当流体往下流时，泄压钢球挡在钢球座上实现加压过程，防止钻井液进入内筒；当液体回流时，泄压钢球和钢球座分开，使流体通过流道，实现泄压过程。对岩心爪组合件的具体说明如下所述岩心爪组合件包括连接套30、卡箍座31、卡箍32、加压式岩心爪21和自锁式岩心爪33，卡箍座31 —端与连接套30的下端连接，另一端与加压式岩心爪21连接，连接套30的上端与内筒组件14连接，卡箍32设置在卡箍座31内，自锁式岩心爪33设置在加压式岩心爪21内。自锁式岩心爪33和加压式岩心爪21通过螺纹连接，自锁式岩心爪33通过上提钻具，岩心爪相对岩心沿锥度下行，直至锁紧的方式实现进入取心筒内岩心的自锁，使进入取心筒内的岩心被锁定而不能滑出。加压式岩心爪21是在投球加压下移的过程中，在钻头内腔作用下产生对岩心爪的压力，目地是起到封闭破碎岩心的作用。岩心爪组合件具有在起钻时承托已割取的岩心以防脱落的性能，既解决了破碎地层不能抓取岩心的问题，又能获取成柱性好的岩心。加压式岩心爪21和自锁式岩心爪33均可采用现有技术中的结构。本实施例中，在所述加压式岩心爪21的外壁上还设置有与取心钻头内壁配合的密封件34。本实施例的优选连接方式为，所述连接套30 —端设置有内圆丝扣，另一端设置有外圆丝扣，卡箍座31 —端通过外圆丝扣与连接套30连接，卡箍座31另一端通过外圆丝扣与加压式岩心爪21连接，卡箍32通过卡箍座31内壁上的内圆丝扣与卡箍座连接。由于岩心爪组合件的自锁式岩心爪具有自锁成柱性岩心的性能，而加压式岩心爪具有在起钻时承托已割取的岩心以防脱落的性能，所以通过自锁式岩心爪与加压式岩心爪的组合应用，在使用过程中，自锁式岩心爪起到抓取较硬、成柱性较好的、加压式岩心爪无法抓取的岩心作用，加压式岩心爪起到引导进心、割心以及封闭破碎岩心作用，因而既解决了破碎地层不能抓取岩心的问题，又通过自锁式岩心爪获取了成柱性好的岩心，实现了加压式取心工具既可以获得破碎岩心，又可以获取成柱好的岩心。岩心爪组合件工作原理为自锁式岩心爪通过上提钻具，岩心爪相对岩心沿锥度下行，直至锁紧的方式实现进入取心筒内岩心的自锁，使进入取心筒内的岩心被锁定而不能滑出，加压式岩心爪在投球加压下移的过程中，在钻头内腔作用下产生对岩心爪的压力，封闭破碎岩心。实施例3本实施例是对本实用新型应用到加压式取心工具中时，对加式压取心工具的连接及其工作过程进行详细说明。承压活塞设置在加压式取心工具的中段，在承压活塞7的前端设置有泄砂孔18和流道19，在承压活塞7的最前端设置有四个流道19，流道19为凹槽形状，在流道19后端的承压活塞7的圆周上设置有三个泄砂孔18 ;承压活塞7的上端由承压钢球6阻挡在取心工具的加压接头5内，加压接头5的上端是六方杆2，在六方杆2与加压接头5之间设置有密封胶皮4 ;六方杆2、加压接头5和密封胶皮4是设置在六方套3内的，六方杆2的上端由公接头连接上接头I ;承压活塞7的后端由承压套9和承压挡环10定位，承压套9由剪切销钉8与承压活塞7连接，承压活塞7被外筒短接11定位；承压活塞7的后端有连接丝扣；承压活塞7的中段设置有销槽20。旋转总成12设置在承压活塞7的下端，旋转总成12包括心轴和轴承盒，心轴的一端设置有自动泄压总成，在自动泄压总成内有钢球座23，在钢球座23上设置有泄压钢球24;自动泄压总成的外圆是与下端工具连接的外螺丝扣；在心轴的另一端是轴承盒25，在轴承盒25中设置有轴承26，在心轴22的尾端还设置有轴向钢丝挡圈28，轴向钢丝挡圈28设置在半环27内；所述轴承盒25的尾部内圆有与上部工具连接的内螺丝扣；旋转总成12的下端与岩心爪组合件的内筒连接，旋转总成12设置在外筒短接11内，外筒短接11的下端与岩心爪组合件的外筒连接。岩心爪组合件16连接在加压取心工具的下端，包括连接套30、卡箍座31、卡箍32、自锁式岩心爪33和加压式岩心爪21,岩心爪组合件设置在外筒13和差值短接15内；卡箍32设置在卡箍座31内，在连接套30、卡箍座31、卡箍32和加压式岩心爪21的两端分别是内圆丝扣和外圆丝扣，加压式岩心爪21的内圆丝扣与卡箍座31的外圆丝扣连接,卡箍座31的内圆丝扣与连接套30的外圆丝扣连接，连接套30的内圆丝扣与上部的工具连接，在加压式岩心爪21的外圆还设置有密封件34。自锁式岩心爪33和加压式岩心爪21设置在岩心爪组合件的前端，自锁式岩心爪33是通过上提钻具，岩心爪相对岩心沿锥度下行，直至锁紧的方式实现进入取心筒内岩心的自锁，使进入取心筒内的岩心被锁定而不能滑出。加压式岩心爪21是在投球加压下移的过程中，在钻头内腔作用下产生对岩心爪的压力，目地是起到封闭破碎岩心的作用。加压式取心工具的连接方式如下在下井使用之前，先将承压活塞7、旋转总成12和岩心爪组合件分别组装好，然后在六方套3内依次装入六方杆2、密封胶皮4和承压钢球6，再将组装好的承压活塞7装入六方套3内；然后将组装好的旋转总成12的上端与承压活塞7下端的丝扣连接，然后再将外筒短接11套在旋转总成12的外面，并与六方套3的下端连接好，然后将组装好的岩心爪组合件上端与旋转总成12连接好，再将连接好的外筒13与差值短接15套在岩心爪组合件的外面，并与外筒短接11的下端连接，然后将取心钻头17连接在外筒下端，这样就完成了组装。加压式取心工具的工作过程如下下井使用时，将上端的上接头I与钻具连接，然后由钻具送入井下，到达预定的取心层位以后，取心工具在钻具的带动下开始旋转，前端的取心钻头开始切割岩石，由于取心钻头是空心的，所以，当钻头不断向下钻进时，被切割的岩石就形成了岩心柱，并不断进入取心筒的内筒，取心进尺钻完后，割心前按钻井操作规程对钻井液进行循环。在取心过程中，由于平面推力球轴承作用，心轴的一端设置有自动泄压总成，在自动泄压总成内有钢球座，在钢球座上设置有泄压钢球；自动泄压总成的外圆是与下端工具连接的外螺丝扣；在心轴的另一端是轴承盒，在轴承盒中设置有轴承，在心轴的尾端还设置有轴向钢丝挡圈，轴向钢丝挡圈设置在半环内；轴承盒的尾部内圆有与上部工具连接的内螺丝扣；旋转总成的下端与岩心爪组合件的内筒连接，旋转总成设置在外筒短接内，外筒短接的下端与岩心爪组合件的外筒连接，加压工具的内筒可以随着钻具的旋转而旋转。自锁式岩心爪通过上提钻具，岩心爪相对岩心沿锥度下行，直至锁紧的方式实现进入取心筒内岩心的自锁，使进入取心筒内的岩心被锁定而不能滑出。加压式岩心爪是在投球加压下移的过程中，在钻头内腔作用下产生对岩心爪的压力，目地是起到封闭破碎岩心的作用。[0070]割心先上提钻具露出球座，再投入承压钢球6，下压钻具确保剪切销钉8被剪断，继续加压，静止20-30S，缓慢上提钻具，注意观察指重表显示。若上提钻具超过钻具压缩距而不增加悬重，则认定割心操作完成。割心完毕后，按钻井操作规程要求起钻。出心割心完毕并起钻到钻台上后，先卸掉六方套3和外筒短节11之间的螺纹，把上接头1、六方杆2、六方套3、加压接头5和下方的承压活塞7等分离，分离过程中注意承压钢球6和剪切销钉8的掉落，避免掉入井口或遗失，然后用提拔工具与承压活塞7连接，上拉提拔工具，把内筒提出外筒13，再按钻井出心操作规程要求进行出心操作。连续取心当完成出心操作及内筒清洗、取出已断剪切销钉8等操作后，若需要进行连续取心，先把内筒用内筒卡盘固定在外筒短节11上，然后与旋转总成12连接，旋转总成12与承压活塞7连接，放入承压挡环10和承压套9内，把承压套9和承压活塞7通过剪切销钉8连接，再用提拔工具连接承压活塞7，并吊起承压活塞7及下面内筒等，然后取下内筒卡盘，承压挡环10就掉放在外筒短节11的台阶上，在慢慢下放提拔工具，承压活塞7和内筒组件在承压挡环10上，最后卸下提拔工具。上接头1、六方杆2、六方套3、加压接头5四个部件在滑动顺利及密封胶皮4密封效果良好情况下不用拆卸，当完成上述操作后，把六方套3和外筒短节11通过螺纹连接，即可入井进行下一步取心操作，如此往复。
权利要求1.一种适用于加压式取心工具的旋转总成，其特征在于:包括心轴(22)，心轴(22)的一端设置有旋转装置，另一端设置有自动泄压总成，自动泄压总成包括钢球座(23)和用于封闭钢球座(23)的泄压钢球(24)，心轴(22)的上端通过旋转装置与上部工具连接。
2.根据权利要求1所述的适用于加压式取心工具的旋转总成，其特征在于:所述旋转装置包括轴承盒(2 5)，在轴承盒(25)中设置有轴承(26)，轴承盒(25)上设置有与上部工具连接的连接端。
3.根据权利要求2所述的适用于加压式取心工具的旋转总成，其特征在于:所述轴承盒(25)内的心轴(22)上设置有半环(27)，半环(27)上轴向设置有固定半环(27)的挡圈(28)，轴承(26)的一侧通过半环(27)和挡圈(28)限位，另一侧通过轴承盒(25)的端部限位。
4.根据权利要求2或3所述的适用于加压式取心工具的旋转总成，其特征在于:所述轴承盒(25)与上部工具连接的连接端为内螺丝扣连接端，所述自动泄压总成上设置有与下部工具连接的外螺丝扣连接端。
5.根据权利要求4所述的适用于加压式取心工具的旋转总成，其特征在于:所述自动泄压总成的钢球座(23)上方设置有用于对泄压钢球(24)限位的挡板(29)。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于加压式取心工具的旋转总成，包括心轴，心轴的一端设置有旋转装置，另一端设置有自动泄压总成，自动泄压总成包括钢球座和用于封闭钢球座的泄压钢球，心轴的上端通过旋转装置与上部工具连接。采用本实用新型在取心的过程中使加压工具的内筒可以随着钻具的旋转而旋转，解决了现有技术由于加压工具内筒不能旋转，容易导致进入内筒的岩心破碎的问题。
文档编号E21B25/10GK202914004SQ20122058741
公开日2013年5月1日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者陈立, 陈晓彬, 胡畔, 付晓平, 何超, 黄伟 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司