取芯装置、储心机构及取芯方法与流程

本发明涉及井壁取芯技术领域，特别涉及一种取芯装置、储心机构及取芯方法。

背景技术：

在石油勘探开发过程中，通常利用钻井发现地下油气储藏。在钻井过程中，一般利用取芯钻具对目标地层进行多次取芯，进而直接确定地层的岩性、物性和含油气性。但是目前多次取芯的方式，时效性较差、费用较高。

为了克服上述缺点，近几年发展了井壁取芯法。该方法是用电缆将取芯工具下到井下，并定位到目标地层，对井壁进行取芯。例如，中国专利zl201520870845.6提及一种大功率旋转取芯器，为目前国内外常用的井壁取芯仪，该仪器包含马龙头、电子节、平衡节、液压节及机械节。工作时，推靠臂反向推向井壁使仪器紧密贴靠另一侧井壁，钻头由竖直变为水平钻进井壁钻取岩心，随后钻头回退至竖直状态，推心杆将岩心推入仪器下端储心桶中，完成一次完整取芯作业。

该类型仪器作用于深度较深的成岩地层时效果明显，取芯成功率较高。但作用于深度较浅不成岩的松散地层时，由于钻取岩心多为松软地层碎屑，推心杆推心时极易将取得碎屑推散，最终提出仪器时，取得碎屑在井筒泥浆冲刷下基本散失，取芯成功率非常低。

综上所述，非常有必要针对深度较浅不成岩的松散地层，提供一种新的取芯技术，能够克服现有技术中的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种取芯装置、储心机构及取芯方法，能够克服现有技术中的缺陷，针对地层较浅的不成岩松散地层进行取芯时，能够保护好所取得的岩心样品，提高在此类地层取芯的成功率。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种取芯装置，该取芯装置包括：壳体、设置在所述壳体中的取芯马达和储芯机构，其中，

所述壳体上设置有开口；

所述取芯马达通过可拆卸的方式设置有取芯钻头；所述取芯马达的取芯钻头能伸出所述开口进行取芯；

所述储芯机构包括：轮盘，所述轮盘上设置有n个插孔；其中n为大于等于2的正整数，n-1个插孔中设置有备用的取芯钻头；剩下的插孔用于和所述取芯马达的取芯钻头相配合。

在一个优选的实施方式中，还包括能为所述轮盘转动提供转动力的动力源，在所述动力源的带动下，所述轮盘按照(360/n)/次运转。

在一个优选的实施方式中，n个插孔沿着所述轮盘的圆周方向均匀分布，其中，用于和所述取芯马达的取芯钻头相配合的插孔位于所述轮盘的最低位置。

在一个优选的实施方式中，所述取芯马达通过可拆卸的方式设置所述取芯钻头，所述可拆卸的方式包括下述中的任意一种：

螺纹连接、快速接头卡合连接。

在一个优选的实施方式中，所述取芯马达与所述取芯钻头之间通过螺纹连接，所述取芯钻头的外壁上形成有限位凹槽，所述插孔的孔壁上形成与所述限位凹槽相匹配的限位凸起。

在一个优选的实施方式中，所述储芯机构还包括伸缩架，所述伸缩架与所述轮盘相连接，能够带动所述轮盘上下移动。

一种储芯机构，所述储芯机构包括：

轮盘，所述轮盘上设置有n个插孔；其中n为大于等于2的正整数，n-1个插孔中设置有备用的取芯钻头；剩下的插孔用于和所述取芯马达的取芯钻头相配合；

能为所述轮盘转动提供转动力的动力源，在所述动力源的带动下，所述轮盘按照(360/n)/次运转；

支架，所述支架与所述轮盘相连接，能够带动所述轮盘上下移动。

在一个优选的实施方式中，所述取芯马达通过可拆卸的方式设置所述取芯钻头，所述可拆卸的方式包括下述中的任意一种：螺纹连接、快速接头卡合连接；

当所述取芯马达与所述取芯钻头之间通过螺纹连接时，所述取芯钻头的外壁上形成有限位凹槽，所述插孔的孔壁上形成与所述限位凹槽相匹配的限位凸起。

一种基于上述所述的储芯机构的取芯方法，包括：

将所述储芯机构安装于取芯装置壳体内，下入至预定深度；

取芯马达从壳体中伸出与井壁接触，正转带动取芯钻头钻取岩心样品；

钻取岩心样品后，取芯马达将带有岩心样品的取芯钻头插入储芯机构的插孔中，取芯马达反转退出插孔，所述带有岩心样品的取芯钻头留在插孔中；

所述取芯机构的轮盘旋转一档，取芯马达正转，与插孔中备用的取芯钻头相连接；

所述取芯马达连接上取芯钻头后，退出插孔，进行下一次取芯。

在一个优选的实施方式中，所述预定深度为与壳体上设置的开口所在深度，所述取芯马达的位置与所述开口相正对，在所述取芯马达带动取芯钻头钻取岩心样品时，所述轮盘上移，当完成钻取岩心样品的工序时，所述轮盘下移。

在一个优选的实施方式中，所述预定深度为高于所述壳体上设置的开口所在深度，所述轮盘维持不动，所述取芯马达在带动取芯钻头钻取岩心样品时，所述取芯马达与所述开口相正对，在钻取岩心样品的工序前或后，所述取芯马达的位置与所述轮盘中对应的插孔位置相正对。

本发明的特点和优点是：本申请所提供的取芯装置、储心机构及取芯方法，针对地层较浅的不成岩松散地层进行取芯时，通过设置多个插孔的轮盘，且轮盘中设置有待用的取芯钻头，通过取芯马达与取芯钻头相配合，可以将岩心样品存放在取芯钻头中，后续可将取芯钻头中取得的岩心样品与取芯钻头一起水平存放于轮盘中，能够保护好所取得的岩心样品，提高在此类地层取芯的成功率。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

图1是本申请实施方式中一种取芯装置中储芯机构的结构示意图；

图2是本申请实施方式中一种储芯机构的轮盘的结构示意图；

图3是本申请实施方式中一种储芯机构的取芯钻头的结构示意图；

图4是本申请实施方式中一种取芯装置中取芯马达钻取岩心的状态示意图；

图5是本申请实施方式中一种取芯装置中取芯马达与轮盘对齐的状态示意图；

图6是本申请实施方式中一种取芯装置中取芯马达插入轮盘的插孔中的状态示意图；

图7是本申请实施方式中一种应用取芯机构的取芯方法步骤流程图。

附图标记说明：

1-取芯马达；2-轮盘；3-取芯钻头；4-支架；5-限位凹槽；6-限位凸起；7-插孔；8-壳体；80-开口。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本发明提供一种取芯装置、储心机构及取芯方法，能够克服现有技术中的缺陷，针对地层较浅的不成岩松散地层进行取芯时，能够保护好所取得的岩心样品，提高在此类地层取芯的成功率。

请参阅图1至图6，本申请实施方式中提供一种取芯装置，该取芯装置可以包括：壳体8、设置在所述壳体8中的取芯马达1和储芯机构，其中，所述壳体8上设置有开口80；所述取芯马达1通过可拆卸的方式设置有取芯钻头3；所述取芯马达1的取芯钻头3能伸出所述开口80进行取芯；所述储芯机构包括：轮盘2，所述轮盘2上设置有n个插孔7；其中n为大于等于2的正整数，n-1个插孔7中设置有备用的取芯钻头3；剩下的插孔7用于和所述取芯马达1的取芯钻头3相配合。

在本实施方式中，所述取芯装置为一种基于井壁取芯法设计的井壁取芯装置。该取芯装置可以包括：壳体8和位于所述壳体8中的取芯马达1和储芯机构。其中，所述壳体8上设置有开口80。该开口80用于穿设所述取芯马达1，具体的，该开口80的尺寸大于所述取芯马达1的尺寸，从而保证取芯马达1能够穿设过该开口80进行钻取岩心样品。取芯时，该取芯装置下入井内，保证开口80位于待取芯的深度位置处。

此外，与所述开口80相对的壳体8上还设置有支撑机构，该支撑机构具有打开状态和收拢状态。当需要进行取芯时，将支撑机构打开，使得壳体8的开口80贴合井壁。进一步的，当取芯马达1伸出所述开口80后可以进行钻取岩心。

在本实施方式中，所述取芯马达1通过可拆卸的方式设置有取芯钻头3。具体的，所述取芯马达1可以通过螺纹连接，或者快速接头卡合连接等方式与所述取芯钻头3相配合。当然，所述取芯马达1还可以通过其他可拆卸的方式与取芯钻头3相配合，具体的本申请在此并不作具体的限定。当需要进行钻取岩心样品时，所述取芯马达1的取芯钻头3能伸出所述开口80进行取芯。具体的，该取芯马达1上可以设置有传动机构，该传动机构可以控制取芯马达1的位置变换。

在本实施方式中，所述取芯钻头3可以为中空的筒体，该筒体具有相对的第一端和第二端，其中，第一端可以设置有金刚石，用于切割岩石。取芯钻头3钻取岩心样品后，整体存放在储芯机构的插孔7中。

在本实施方式中，所述储芯机构可以包括轮盘2，该轮盘2可以整体为具有一定厚度的圆盘形，该圆盘形的厚度大于岩心样品的轴向长度。该轮盘2上设置有n个插孔7，所述插孔7用于和取芯钻头3相匹配。具体的，该插孔7可以为圆柱孔，该圆柱孔的孔径略大于取芯钻头3的外径。

其中n为大于等于2的正整数，n-1个插孔7中设置有备用的取芯钻头3；剩下的插孔7用于和所述取芯马达1的取芯钻头3相配合。

在一个实施方式中，所述储芯机构还可以包括能为所述轮盘2转动提供转动力的动力源，在所述动力源的带动下，所述轮盘2按照(360/n)/次运转。

具体的，n个插孔7沿着所述轮盘2的圆周方向均匀分布，其中，用于和所述取芯马达1的取芯钻头3相配合的插孔7位于所述轮盘2的最低位置。当取芯马达1第一次钻取岩心样品后，将带有取芯钻头3的岩心样品整体放入所述插孔7中。所述轮盘2转动一次，此时将待用的岩心钻头转动至轮盘2的最低位置，从而与该位置处的取芯马达1相连接，以便进行下一次取样。

在一个具体的实施方式中，n可以等于6，6个插孔7沿着所述轮盘2的圆周方向均匀分布。其中，5个插孔7中设置有取芯钻头3，1个插孔7中用于存储取芯马达1钻取岩心样品后的取芯钻头3。

在本实施方式中，所述轮盘2的动力源可以为齿轮副的结构，该齿轮副可以在液压的作用下啮合转动，同时带动轮盘2转动。当然，该轮盘2的动力源还可以为其他形式，具体的，本申请在此并不作唯一限定。

此外，所述储芯机构还可以包括支架4，所述支架4与所述轮盘2相连接，能够带动所述轮盘2上下移动。具体的，该支架4可以为伸缩架的形式，其长度可以自由调节，从而带动轮盘2向上或向下移动。

在一个实施方式中，所述取芯马达1与所述取芯钻头3之间可以通过螺纹连接当所述取芯马达1与所述取芯钻头3之间通过螺纹连接时，所述插孔7的孔壁上形成有限位凸起6，所述取芯钻头3的外壁上形成有与所述限位凸起6相匹配的限位凹槽5。所述限位凹槽5和限位凸起6相卡和，能够使得取芯钻头3不会相对所述插孔7旋转。具体的，当取芯马达1带动取芯钻头3插入插孔7中后，马达反转即可拆下取芯钻头3，使其留存在插孔7中。

本申请实施方式中，还提供一种储芯机构，所述储芯机构可以包括：轮盘2，所述轮盘2上设置有n个插孔7；其中n为大于等于2的正整数，n-1个插孔7中设置有备用的取芯钻头3；剩下的插孔7用于和所述取芯马达1的取芯钻头3相配合；能为所述轮盘2转动提供转动力的动力源，在所述动力源的带动下，所述轮盘2按照(360/n)/次运转；支架4，所述支架4与所述轮盘2相连接，能够带动所述轮盘2上下移动。

对于所述储芯机构，可以具体参看取芯装置实施方式中的具体描述，本申请在此不再赘述。

请结合参考图4至图6，在一个具体取芯应用场景下，可以将该储芯机构置于取芯装置的壳体8内部，

主要组成如下：取芯马达1自带一个可拆卸的取芯钻头3，轮盘2下端留一个插孔7，其他插孔7提前安装好取芯钻头3，如图1所示。

进行取芯作业时，取芯装置的工作状态如图4所示，轮盘2通过支架4上提，取芯马达1带动取芯钻头3横向伸出，取芯马达1正转，钻取岩心，取芯钻头3与取芯马达1连接处为反扣，防止取芯作业时钻头脱落。

钻取岩心样品后，如图5所示，取芯马达1收回。接着支架4带动轮盘2下降至取芯马达1位置，取芯马达1带动取芯钻头3插入插孔7，如图6所示。限位凸起6嵌入限位凹槽5中，取芯马达1反转，拆下取芯钻头3。如此，取得岩心样品即可随取芯钻头3水平留存于轮盘2中。随后轮盘2旋转一档，取芯马达1与轮盘2中携带的取芯钻头3相对，马达正转，使取芯钻头3与取芯马达1连接，随后取芯马达1后退。轮盘2在支架4带动下上提，准备进行下一次取芯作业。

如此循环即可将取芯钻头3中取得的岩心样品水平存放于轮盘2中，避免推心杆及上提下放仪器产生的水泥浆冲刷破坏所取岩心样品，有效提高在松散地层取得岩心样品的成功率。

请参阅图7，针对上述实施方式提供的取芯机构，本申请实施方式中还相应提供一种取芯方法，该方法可以包括如下步骤：

步骤s10：将所述储芯机构安装于取芯装置壳体8内，下入至预定深度；

步骤s12：取芯马达1从壳体8中伸出与井壁接触，正转带动取芯钻头3钻取岩心样品；

步骤s14：钻取岩心样品后，取芯马达1将带有岩心样品的取芯钻头3插入储芯机构的插孔7中，取芯马达1反转退出插孔7，所述带有岩心样品的取芯钻头3留在插孔7中；

步骤s16：所述取芯机构的轮盘2旋转一档，取芯马达1正转，与插孔7中备用的取芯钻头3相连接；

步骤s18：所述取芯马达1连接上取芯钻头3后，退出插孔7，进行下一次取芯。

本申请所提供的取芯方法是基于上述实施方式中所提供的取芯机构所实现的。

如图1所示，本申请所提供的储芯机构，其主要组成如下：取芯马达1，其自带一个可拆卸的取芯钻头3，轮盘2，其下端留一个插孔7，其他插孔7提前安装好取芯钻头3。

在一个实施方式中，所述轮盘2的深度位置改变，而取芯马达1的深度位置不变。具体的，所述预定深度为与壳体8上设置的开口80所在深度，所述取芯马达1的位置与所述开口80相正对，在所述取芯马达1带动取芯钻头3钻取岩心样品时，所述轮盘2上移，当完成钻取岩心样品的工序时，所述轮盘2下移。

或者，在另一个实施方式中，所述轮盘2维持不动，所述取芯马达1的深度位置改变。所述预定深度为高于所述壳体8上设置的开口80所在深度，所述轮盘2维持不动，所述取芯马达1在带动取芯钻头3钻取岩心样品时，所述取芯马达1与所述开口80相正对，在钻取岩心样品的工序前或后，所述取芯马达1的位置与所述轮盘2中对应的插孔7位置相正对。

下面以取芯马达1的深度位置不变为例进行说明。

进行取芯作业时，取芯机构的工作状态如图4所述，轮盘2通过支架4上提，取芯马达1带动取芯钻头3横向伸出，取芯马达1正转，钻取岩心，取芯钻头3与取芯马达1连接处为反扣，防止取芯作业时钻头脱落。

如图5所示，钻取岩心样品后，取芯马达1收回。接着支架4带动轮盘2下降至取芯马达1位置，取芯马达1带动取芯钻头3插入插孔7，如图6所示。限位凸起6嵌入限位凹槽5中，取芯马达1反转，拆下取芯钻头3。如此，取得岩心样品即可随取芯钻头3水平留存于轮盘2中。随后轮盘2旋转一档，取芯马达1与轮盘2中携带的取芯钻头3相对，马达正转，使取芯钻头3与取芯马达1连接，随后取芯马达1后退，轮盘2在支架4带动下上提，准备进行下一次取芯作业。

如此循环即可将取芯钻头3中取得的岩心样品水平存放于轮盘2中，避免现有技术中推心杆及上提下放仪器产生的水泥浆冲刷破坏所取岩心样品的问题，从而有效提高在松散地层取得岩心样品的成功率。

下面以所述轮盘2的深度位置改变，而取芯马达1的深度位置不变为例进行说明。

进行取芯作业时，轮盘2位于开口80的上方。首次取芯时，与开口80相正对的取芯马达1带动取芯钻头3钻取岩心样品。

钻取岩心样品后，取芯马达1收回。接着取芯马达1向上移动并插入插孔7中。此时取芯钻头3的限位凸起6与限位凹槽5相卡和，取芯马达1反转，与取芯钻头3相分离。如此，取得岩心样品即可随取芯钻头3水平留存于轮盘2中。

随后轮盘2旋转一档，取芯马达1与轮盘2中携带的取芯钻头3相对，马达正转，使取芯钻头3与取芯马达1连接，随后取芯马达1后退并下移至于开口80相对的位置，准备进行下一次取芯作业。

如此循环即可将取芯钻头3中取得的岩心样品水平存放于轮盘2中，不仅能够较佳地保证取芯的避免现有技术中推心杆及上提下放仪器产生的水泥浆冲刷破坏所取岩心样品的问题，从而有效提高在松散地层取得岩心样品的成功率。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

本文披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。