一种液动加压式取心工具的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种液动加压式取心工具，包括安全接头、液动加压装置、外筒组件、内筒组件和岩心爪组件，其中安全接头为底部和顶部中空上大下小的圆锥形，安全接头中部与外筒组件螺纹连接、下部与液动加压装置螺纹连接；内筒组件通过悬挂装置悬挂于液动加压装置下方，岩心爪组件设置于内筒组件下方；液动加压装置、内筒组件和岩心爪组件位于外筒组件内。液动加压装置施加液压后，悬挂装置脱落，内筒组件与岩心爪组件随悬挂装置一起下降，岩心爪组件在液压的作用下卡紧，实现对破碎岩心完全包裹的目的。岩心密封套塑性变形达到一定程度时，钻井液从岩心密封套与连接套间隙泄放，使岩心不会受到过度压缩，进而保正了岩心的完整性。
【专利说明】
一种液动加压式取心工具
【技术领域】
[0001]本发明属于钻井取心领域，具体涉及一种液动加压式取心工具。
【背景技术】
[0002]在松软、破碎地层的取心作业中，主要存在以下难题:地层胶结物强度低致使岩心不易成形、难以进入取心工具。当岩心胶结物具有较强水敏性时，在水基钻井液冲蚀下岩心承载能力降低、易坍塌破碎，造成堵心、磨心现象的发生，从而影响取心技术指标。在胶结松散、不均质含砾砂砾岩取心过程中，取心钻头和工具振动易造成岩心断裂、破碎。岩心的出筒过程中，由于岩心柱受力状态发生变化，岩心易坍塌破碎，减小了岩心地质分析的选样范围，降低了地质资料的准确性。由于这些难题的存在，使得在松软、破碎地层的取心作业难度大、取心收获率较低。现有技术中针对松软、破碎地层的取心作业中使用的取心工具仍较为落后，平均取心收获率极低，对于地质勘探造成不利影响。因此，迫切需要研发一种适应松软、破碎地层的取心工具，以满足现场需求。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于提供一种结构简单、使用方便，能有效提高松软、破碎地层取心收获率的液动加压式取心工具。
[0004]为实现上述技术目的，使用一下技术方案:
[0005]一种液动加压式取心工具，包括安全接头、液动加压装置、外筒组件、内筒组件和岩心爪组件，其中安全接头为底部和顶部中空上大下小的圆锥形，安全接头中部与外筒组件螺纹连接、下部与液动加压装置螺纹连接；内筒组件通过悬挂装置悬挂于液动加压装置下方，岩心爪组件设置于内筒组件下方；液动加压装置、内筒组件和岩心爪组件位于外筒组件内。液动加压装置施加液压后，悬挂装置脱落，内筒组件与岩心爪组件随悬挂装置一起下降，岩心爪组件在液压的作用下卡紧，实现对破碎岩心完全包裹的目的。
[0006]为使本发明更加适于实用，下面做进一步改进:
[0007]所述液动加压装置包括心轴和密封球座,心轴侧壁中部位置设置有至少一个泄压孔，泄压孔下方设置有至少一个放置孔；密封球座通过销钉设置于心轴内侧，将泄压孔与放置孔密封。在需要加压时，从安全接头向内投入加压钢球，经心轴后落入密封球座，加压钢球与密封球座形成密封，密封球座在液压作用下剪短销钉，密封球座在自身重力作用下下降，暴露出泄压孔与放置孔。
[0008]所述泄压孔设置为四个。
[0009]所述放置孔设置为两个。
[0010]所述悬挂装置包括悬挂钢球、内筒连接件、单流阀座和密封钢球，内筒连接件下部与内筒组件连接，内筒连接件侧壁内侧面设置有与悬挂钢球一一对应的凹槽，悬挂钢球与放置孔一一对应，悬挂钢球一半位于放置孔、一半位于凹槽；内筒连接件侧壁上还设置有至少一个循环孔，循环孔位于密封球座下方；单流阀座设置于内筒连接件底部，密封钢球设置于单流阀座上方，形成单流阀。
[0011]所述循环孔设置为四个。
[0012]所述泄压孔和循环孔由内到外向下倾斜，以防止钻井液倒流入内筒。
[0013]所述岩心爪组件包括连接套、岩心密封套、卡箍和卡箍座，连接套侧壁设置有至少两个在同一横截面相互对称的施压孔，岩心密封套设置于连接套内侧，将施压孔密封；连接套侧壁外侧面、施压孔下方设置有环形凸起一；卡箍座设置于连接套下方，卡箍设置于卡箍座内。
[0014]为方便描述，做如下简称:悬挂装置脱落，内筒组件与岩心爪组件随悬挂装置一起下降，其下降的距离简称为下降距离。环形凸起一的凸起顶部的宽度为凸一宽，环形凸起二的凸起顶部的宽度为凸二宽，环形凸起一的凸起顶部中点和环形凸起二的凸起顶部中点之间的垂直距离为凸中距。
[0015]所述外筒组件包括外筒、加压短节和保护短节，加压短节设置于外筒下方并位于连接套外侧，保护短节设置于加压短节下方并位于卡箍座外侧，加压短节侧壁内侧面设置有环形凸起二 ；环形凸起二位于环形凸起一下方，其凸起顶部相互接触后密封内筒组件与外筒组件之间的环空空间，凸中距大于下降距离减去二分之一凸一宽再减去二分之一凸二宽、小于下降距离加上二分之一凸一宽再加上二分之一凸二宽。
[0016]所述外筒组件还包括差值短节，差值短节设置于外筒上方或下方，用于调节外筒组件整体长度。
[0017]所述凸中距等于下降距离。
[0018]本发明有益效果在于:能够合理利用钻井液的液压力实现对破碎岩心完全包裹的目的。在钻井取心过程中，钻井液从安全接头流经心轴和密封球座后从循环孔流入内外筒之间的环空部分，最后经钻头水眼流出，实现将井底岩屑带回地面的目的。钻井取心结束后投入加压钢球，加压钢球经安全接头和心轴后落入密封球座，使钻井液流道被密封无法泄压，从而对加压钢球施加液压力。加压钢球将液压力传递给密封球座，致使密封球座在液压力的作用下剪断销钉并下降，进而暴露出泄压孔和放置孔。钻井液从泄压孔流出，放置孔内的悬挂钢球失去来自密封球座的支撑，导致悬挂钢球向内滚动，从而使悬挂装置脱落，悬挂装置脱落后，内筒组件与岩心爪组件随悬挂装置一起下降。下降后使环形凸起一和环形凸起二的凸起顶部相互接触，从而密封内筒组件与外筒组件之间的环空空间。钻井液从泄压孔流出后，由于内筒组件与外筒组件之间的环空空间被密封，使得钻井液的液压力从施压孔对岩心密封套施压，导致岩心密封套发生强烈的塑性形变。同时岩心密封套塑性变形达到一定程度时，钻井液从岩心密封套与连接套间隙泄放，使岩心不会受到过度压缩，保正岩心的完整性。最终实现岩心密封套对破碎岩心完全包裹的目的。竟而保证了在松软、破碎地层的取心收获率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明钻井取心过程中的结构示意图。
[0020]图2为图1的A-A剖面示意图。
[0021]图3为图1的B部分放大示意图。
[0022]图4为图1的C部分放大示意图。
[0023]图5为本发明钻井取心结束后的结构示意图。
[0024]图6为图5的F-F剖面示意图。
[0025]图7为图5的D部分放大示意图。
[0026]图8为图5的E部分放大示意图。
[0027]图9为液动加压装置与悬挂装置结构示意图。
[0028]图10为图9的F-F首I]面不意图。
[0029]图11为岩心爪组件结构示意图。
[0030]图12为图11的G-G剖面示意图。
[0031]附图中:1-安全接头，21-心轴，22-销钉，23-密封球座，24-泄压孔，25-加压钢球，31-内筒连接件，32-悬挂钢球，33-循环孔，34-密封钢球，35-单流阀座，36-凹槽，37-放置孔，41-外筒，42-加压短节，43-环形凸起二，44-保护短节，45-差值短节，5-内筒组件，61-连接套，62-岩心密封套，63-环形凸起一，64-施压孔，65-卡箍座，66-卡箍。
【具体实施方式】
[0032]如图1、图2、图3和图4所示，一种液动加压式取心工具，包括安全接头1、液动加压装置、外筒组件、内筒组件5和岩心爪组件，其中安全接头I为底部和顶部中空上大下小的圆锥形，安全接头I中部与外筒组件螺纹连接、下部与液动加压装置螺纹连接；内筒组件5通过悬挂装置悬挂于液动加压装置下方，岩心爪组件设置于内筒组件5下方；液动加压装置、内筒组件5和岩心爪组件位于外筒组件内。液动加压装置施加液压后，悬挂装置脱落，内筒组件5与岩心爪组件随悬挂装置一起下降，岩心爪组件在液压的作用下卡紧，实现对破碎岩心完全包裹的目的。如图9、图3、图5、图6、图7和图10所示，液动加压装置包括心轴21和密封球座23，心轴21侧壁中部位置设置有至少一个泄压孔24，泄压孔24下方设置有至少一个放置孔37 ;密封球座23通过销钉22设置于心轴21内侧，将泄压孔24与放置孔37密封。在需要加压时，从安全接头I向内投入加压钢球25，经心轴21后落入密封球座23，加压钢球25与密封球座23形成密封，密封球座23在液压作用下剪短销钉22，密封球座23在自身重力作用下下降，暴露出泄压孔24与放置孔37。悬挂装置包括悬挂钢球32、内筒连接件31、单流阀座35和密封钢球34，内筒连接件31下部与内筒组件5连接，内筒连接件31侧壁内侧面设置有与悬挂钢球32——对应的凹槽36，悬挂钢球32与放置孔37——对应，悬挂钢球32 —半位于放置孔37、一半位于凹槽36 ;内筒连接件31侧壁上还设置有至少一个循环孔33，循环孔33位于密封球座23下方；单流阀座35设置于内筒连接件31底部，密封钢球34设置于单流阀座35上方，形成单流阀。如图11、图12、图4和图8所示，岩心爪组件包括连接套61、岩心密封套62、卡箍66和卡箍座65，连接套61侧壁设置有至少两个在同一横截面相互对称的施压孔64，岩心密封套62设置于连接套61内侧，将施压孔64密封；连接套61侧壁外侧面、施压孔64下方设置有环形凸起一 63 ;卡箍座65设置于连接套61下方,卡箍66设置于卡箍座65内。如图1、图2、图3和图4所不,外筒组件包括外筒41、加压短节42和保护短节44，加压短节42设置于外筒41下方并位于连接套61外侧，保护短节44设置于加压短节42下方并位于卡箍座65外侧，加压短节42侧壁内侧面设置有环形凸起二 43 ;环形凸起二 43位于环形凸起一 63下方，其凸起顶部相互接触后密封内筒组件5与外筒组件之间的环空空间，凸中距大于下降距离减去二分之一凸一宽再减去二分之一凸二宽、小于下降距离加上二分之一凸一宽再加上二分之一凸二宽。泄压孔24设置为四个。放置孔37设置为两个。循环孔33设置为四个。泄压孔24和循环孔33由内到外向下倾斜，以防止钻井液倒流入内筒。外筒组件还包括差值短节45，差值短节45设置于外筒41上方或下方，用于调节外筒组件整体长度。凸中距等于下降距离。
[0033]本发明在工作过程中:钻井取心过程中，钻井液从安全接头I流经心轴21和密封球座23后从循环孔33流入内外筒41之间的环空部分，最后经钻头水眼流出，实现将井底岩屑带回地面的目的。钻井取心结束后，投入加压钢球25，加压钢球25经安全接头I和心轴21后落入密封球座23，使钻井液流道被密封无法泄压，从而对加压钢球25施加液压力。加压钢球25将液压力传递给密封球座23，致使密封球座23在液压力的作用下剪断销钉22并下降，进而暴露出泄压孔24和放置孔37。钻井液从泄压孔24流出，放置孔37内的悬挂钢球32失去来自密封球座23的支撑，导致悬挂钢球32向内滚动，从而使悬挂装置脱落，液动加压装置加压时，悬挂装置脱落，内筒组件5与岩心爪组件随悬挂装置一起下降。下降后使环形凸起一 63和环形凸起二 43的凸起顶部相互接触，从而密封内筒组件5与外筒组件之间的环空空间。钻井液从泄压孔24流出后，由于内筒组件5与外筒组件之间的环空空间被密封，使得钻井液的液压力从施压孔64对岩心密封套62施压，导致岩心密封套62发生强烈的塑性形变。同时岩心密封套62塑性变形达到一定程度时，钻井液从岩心密封套62与连接套61间隙经单流阀泄放，使岩心不会受到过度压缩，保正岩心的完整性。最终实现岩心密封套62对破碎岩心完全包裹的目的。竟而保证了在松软、破碎地层的取心收获率。
【权利要求】
1.一种液动加压式取心工具，其特征在于:包括安全接头(I)、液动加压装置、外筒组件、内筒组件(5)和岩心爪组件，其中安全接头(I)为底部和顶部中空上大下小的圆锥形，安全接头(I)中部与外筒组件螺纹连接、下部与液动加压装置螺纹连接，内筒组件(5)通过悬挂装置悬挂于液动加压装置下方，岩心爪组件设置于内筒组件(5)下方，液动加压装置、内筒组件(5)和岩心爪组件位于外筒组件内。
2.如权利要求1所述液动加压式取心工具，其特征在于:所述液动加压装置包括心轴(21)和密封球座(23)，心轴(21)侧壁中部位置设置有至少一个泄压孔(24)，泄压孔(24)下方设置有至少一个放置孔(37);密封球座(23)通过销钉(22)设置于心轴(21)内侧，将泄压孔(24)与放置孔(37)密封；密封球座(23)上方设置有加压钢球(25)，加压钢球(25)与密封球座(23)形成密封，密封球座(23)剪断销钉(22)，密封球座(23)下降并暴露出泄压孔(24)与放置孔(37)。
3.如权利要求1所述液动加压式取心工具，其特征在于:所述悬挂装置包括悬挂钢球(32)、内筒连接件(31)、单流阀座(35)和密封钢球(34)，内筒连接件(31)下部与内筒组件(5)连接，内筒连接件(31)侧壁内侧面设置有与悬挂钢球(32) —一对应的凹槽(36)，悬挂钢球(32)与放置孔(37) —一对应，悬挂钢球(32) —部分位于放置孔(37)、一部分位于凹槽(36);内筒连接件(31)侧壁上还设置有至少一个循环孔(33)，循环孔(33)位于密封球座(23)下方；单流阀座(35)设置于内筒连接件(31)底部，密封钢球(34)设置于单流阀座(35)上方，形成单流阀。
4.如权利要求1所述液动加压式取心工具，其特征在于:所述岩心爪组件包括连接套(61)、岩心密封套(62)、卡箍(66)和卡箍座(65),连接套(61)侧壁设置有至少两个在同一横截面相互对称的施压孔(64)，岩心密封套￠2)设置于连接套￠1)内侧，将施压孔(64)密封；连接套(61)侧壁外侧面、施压孔(64)下方设置有环形凸起一(63);卡箍座(65)设置于连接套(61)下方,卡箍(66)设置于卡箍座(65)内。
5.如权利要求4所述液动加压式取心工具，其特征在于:所述外筒组件包括外筒(41)、加压短节(42)和保护短节(44)，加压短节(42)设置于外筒(41)下方并位于连接套(61)外侧，保护短节(44)设置于加压短节(42)下方并位于卡箍座(65)外侧，加压短节(42)侧壁内侧面设置有环形凸起二(43);环形凸起二(43)位于环形凸起一 ￠3)下方，环形凸起二(43)与环形凸起一 ￠3)的凸起顶部相互接触后密封内筒组件(5)与外筒组件之间的环空空间。
6.如权利要求1-5任一所述液动加压式取心工具，其特征在于:所述泄压孔(24)与循环孔(33)设置为2-5个。
7.如权利要求1-5任一所述液动加压式取心工具，其特征在于:所述放置孔(37)设置为2-5个。
8.如权利要求1-5任一所述液动加压式取心工具，其特征在于:所述泄压孔(24)和循环孔(33)由内到外向下倾斜。
9.如权利要求5所述应用于液动加压式取心工具的岩心密封装置，其特征在于:凸中距大于下降距离减去二分之一凸一宽再减去二分之一凸二宽、小于下降距离加上二分之一凸一宽再加上二分之一凸二宽。
10.如权利要求9任一所述液动加压式取心工具，其特征在于:所述凸中距等于下降距 离。
【文档编号】E21B25/00GK104153734SQ201410427660
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】胡畔, 刘彬, 何超, 李伟成 申请人:四川川庆石油钻采科技有限公司