一种钻井取心用液动投球装置和钻井取心工艺的制作方法

本发明涉及石油天然气钻井取心工艺，具体的，涉及一种钻井取心用液动投球装置和钻井取心工艺。

背景技术：

1、常规取心工具一般分为两种，一种是投球式的工具，需要在正式取心钻进前开泵循环，对取心内筒进行冲洗作业，将内筒内壁上的附着物冲洗干净，提高内筒的清洁度，降低岩心进心的阻力，提高取心进尺，然后，通过投入钢球将内筒上端封闭，防止取心钻进时，钻井液冲刷岩心，提高岩心收获率。另一种是不投球式的工具，将钢球预先装入内筒上端，不需要投球，但无法冲洗内筒，对进心会产生一定的影响。相较而言，投球式的取心工具更有利于提高取心质量。但是，在目前需要保障井底安全的前提下，钻具组合中通常要安装止回阀等内防喷工具，因此通常采用不投球的取心工具更为适合。国内外有一些公司开展过取心工具投球装置研究，主要方向是通过钻井液节流产生的压差推动滑套下移，露出投球孔后进行投球。这些装置虽然能够实现投球，但受到的限制也比较多，尤其是在有限的空间内，因为在确保正常循环流道面积的前提下，节流面积有限，通过节流产生的压力差也非常小，投球操作受液压波动影响大，容易发生提前投球，失去投球装置的应有作用。因此，提供一种能够实现钻进前内筒冲洗、受立压波动的影响小、提高取心进尺的钻井取心用液动投球装置和钻井取心工艺具有重要的意义。

2、申请号为“cn201420060591.7”、名称为“欠平衡钻井取心投球装置”的中国专利公开了一种用于室内的全自动消毒装置，该投球装置包括短接和限流滑套；在短接的上部内侧固定安装有调节挡环，在短接的下部内侧固定有内环形挡块，限流滑套的下部套装在环形挡块的上部内侧，在限流滑套的上端外侧固定有外环形挡块，在外环形挡块和内环形挡块之间的限流滑套的外侧套装有呈压缩状的第一压缩弹簧，外环形挡块通过第一压缩弹簧压紧在调节挡环的下端面上。该投球装置结构合理，使用方便，通过短接、调节挡环、限流滑套、第一压缩弹簧、钢球和弹性压紧装置的配合使用，实现投球作业，安全可靠，提高了工作效率。但该装置与本申请投球装置的结构不同，也没有采用液力反推使滑套上移的方式。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种采用液力反推使滑套上移、受立压波动的影响小的钻井取心用液动投球装置。又如，本发明的另一目的在于提供一种能够提高取心作业安全性和可靠性的钻井取心工艺。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种钻井取心用液动投球装置，所述投球装置包括主体、顶帽、加压钢球、分流接头、井控安全阀、滑套和投球单元，其中，所述顶帽、分流接头和井控安全阀沿主体中心轴线方向从上到下依次设置在主体中，所述分流接头和井控安全阀设置在滑套内部；所述顶帽的流道、分流接头的流道与主体的流道形成钻井液通道与取心工具内筒连通；所述井控安全阀关闭则封闭钻井液通道；所述主体、顶帽和滑套之间形成有密闭腔；所述主体与顶帽配合的上部设置有泄压孔，使密闭腔与井眼环空连通；所述滑套的上端设置有加压腔，所述顶帽下端设置有若干个流道孔与所述加压腔连通；所述加压钢球能够封堵分流接头的流道进行憋压，推动滑套上移；所述投球单元设置在与滑套配合的主体下部，所述投球单元的密封钢球能够通过所述滑套的投球孔进入主体的流道封堵内筒。

3、根据本发明一方面的一个示例性实施例，所述滑套的上端可设置有流道贯通槽，所述流道贯通槽位于所述流道孔与加压腔之间以传递钻井液压力。

4、根据本发明一方面的一个示例性实施例，所述投球装置还可包括第一扶正套和第二扶正套，所述第一扶正套设置在所述顶帽下方，所述第二扶正套设置在所述井控安全阀下端。

5、根据本发明一方面的一个示例性实施例，所述井控安全阀可包括阀座、阀芯、阀套和弹簧，其中，所述阀座和阀套从上到下依次设置；所述阀芯位于阀座和阀套中且其上下两端超出阀座和阀套一定距离，所述阀芯上移与阀座配合形成密封则井控安全阀关闭；所述弹簧设置在所述第二扶正套与阀芯之间。

6、根据本发明一方面的一个示例性实施例，所述分流接头可通过剪销悬挂在所述第一扶正套上，当憋压至剪销被剪断，所述分流接头下落座在所述第一扶正套上使所述钻井液通道再次畅通。

7、进一步地，所述分流接头可包括侧孔、腰孔和凸台，其中，所述侧孔对称地开设在分流接头的左右两侧，所述腰孔对称地开设在分流接头的底部，所述侧孔和腰孔与分流接头的流道连通；所述凸台对称地设置在所述分流接头下端，避免分流接头座落在第一扶正套时封闭腰孔。

8、根据本发明一方面的一个示例性实施例，所述主体与滑套配合的下部可倾斜地开设有容纳所述投球单元的通孔，所述通孔与所述投球孔错位，当滑套上移时，所述通孔能够与所述投球孔连通；所述投球单元还可包括堵头和顶簧，所述堵头、顶簧和密封钢球从上到下依次设置在所述通孔中。

9、根据本发明一方面的一个示例性实施例，所述主体与滑套配合的下部可开设有定位孔，所述滑套的下部可设置有定位槽，所述定位孔与所述定位槽连通；所述定位孔中从内到外依次可设置有o型密封圈和定位销以防止滑套径向转动、避免所述投球孔与通孔在轴向上错位。

10、根据本发明一方面的一个示例性实施例，所述顶帽可通过螺纹与所述主体连接，用于井控安全阀限位；所述顶帽的下端可设置有o型密封圈。

11、本发明的另一方面提供了一种钻井取心工艺，所述取心工艺可通过如上所述的钻井取心用液动投球装置来实现，且包括步骤：下放取心工具到距井底3～5m，开泵循环，清洗井底和内筒；上提钻具，投入加压钢球；开泵循环，立压上涨后，憋压至5mpa以上，持续5分钟以上，滑套上移露出投球孔，进行投球封堵内筒；继续憋压至12mpa以上进行剪销，剪销完成后，下放钻具进行取心钻进；取心完成后，工具出井。

12、根据本发明另一方面的一个示例性实施例，所述取心工艺还可包括：进行剪销时，观察立压变化，若立压恢复正常，则下放钻具进行取心；若立压持续不变，则加压至最高18mpa，稳压5分钟以上，此时立压恢复则进行取心，否则起钻检查。

13、根据本发明另一方面的一个示例性实施例，所述取心工艺还可包括工具出井后，取出密封钢球安装到投球装置原位的步骤。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中至少一项：

15、(1)本发明提出的钻井取心用液动投球装置结构合理、操作方便、功能易实现；

16、(2)本发明提出的钻井取心用液动投球装置能够防止在取心钻进过程中钻井液冲击岩心，影响收获率；

17、(3)本发明提出的钻井取心工艺能够实现高效、安全取心。

技术特征：

1.一种钻井取心用液动投球装置，其特征在于，所述投球装置包括主体、顶帽、加压钢球、分流接头、井控安全阀、滑套和投球单元，其中，

2.根据权利要求1所述的钻井取心用液动投球装置，其特征在于，所述滑套的上端设置有流道贯通槽，所述流道贯通槽位于所述流道孔与加压腔之间以传递钻井液压力。

3.根据权利要求1所述的钻井取心用液动投球装置，其特征在于，所述投球装置还包括第一扶正套和第二扶正套，所述第一扶正套设置在所述顶帽下方，所述第二扶正套设置在所述井控安全阀下端。

4.根据权利要求3所述的钻井取心用液动投球装置，其特征在于，所述井控安全阀包括阀座、阀芯、阀套和弹簧，其中，所述阀座和阀套从上到下依次设置；所述阀芯位于阀座和阀套中且其上下两端超出阀座和阀套一定距离，所述阀芯上移与阀座配合形成密封则井控安全阀关闭；所述弹簧设置在所述第二扶正套与阀芯之间。

5.根据权利要求3所述的钻井取心用液动投球装置，其特征在于，所述分流接头通过剪销悬挂在所述第一扶正套上，当憋压至剪销被剪断，所述分流接头下落座在所述第一扶正套上使所述钻井液通道再次畅通。

6.根据权利要求5所述的钻井取心用液动投球装置，其特征在于，所述分流接头包括侧孔、腰孔和凸台，其中，所述侧孔对称地开设在分流接头的左右两侧，所述腰孔对称地开设在分流接头的底部，所述侧孔和腰孔与分流接头的流道连通；所述凸台对称地设置在所述分流接头下端，避免分流接头座落在第一扶正套时封闭腰孔。

7.根据权利要求1所述的钻井取心用液动投球装置，其特征在于，所述主体与滑套配合的下部倾斜地开设有容纳所述投球单元的通孔，所述通孔与所述投球孔错位，当滑套上移时，所述通孔能够与所述投球孔连通；所述投球单元还包括堵头和顶簧，所述堵头、顶簧和密封钢球从上到下依次设置在所述通孔中。

8.根据权利要求7所述的钻井取心用液动投球装置，其特征在于，所述主体与滑套配合的下部开设有定位孔，所述滑套的下部设置有定位槽，所述定位孔与所述定位槽连通；所述定位孔中从内到外依次设置有o型密封圈和定位销以防止滑套径向转动、避免所述投球孔与通孔在轴向上错位。

9.根据权利要求1所述的钻井取心用液动投球装置，其特征在于，所述顶帽通过螺纹与所述主体连接，用于井控安全阀限位；所述顶帽的下端设置有o型密封圈。

10.一种钻井取心工艺，其特征在于，所述取心工艺通过如权利要求1～9中任意一项所述的钻井取心用液动投球装置来实现，且包括步骤：

11.根据权利要求10所述的钻井取心工艺，其特征在于，所述取心工艺还包括：进行剪销时，观察立压变化，若立压恢复正常，则下放钻具进行取心；若立压持续不变，则加压至最高18mpa，稳压5分钟以上，此时立压恢复则进行取心，否则起钻检查。

12.根据权利要求10所述的钻井取心工艺，其特征在于，所述取心工艺还包括工具出井后，取出密封钢球安装到投球装置原位的步骤。

技术总结
本发明提供了一种钻井取心用液动投球装置和钻井取心工艺，所述投球装置包括主体、顶帽、加压钢球、分流接头、井控安全阀、滑套和投球单元，顶帽、分流接头和井控安全阀位于主体中，分流接头和井控安全阀位于滑套内部；顶帽、分流接头与主体三者的流道与内筒连通；井控安全阀关闭则封闭钻井液通道；主体、顶帽和滑套之间有密闭腔；主体有泄压孔使密闭腔与井眼环空连通；滑套的上端设置有加压腔，顶帽下端设置有若干个流道孔与加压腔连通；加压钢球可封堵分流接头；投球单元位于主体下部，投密封钢球可封堵内筒。所述钻井取心工艺可使用上述的投球装置来进行。本发明提供的投球装置可提高取心进尺和收获率，本发明提供的取心工艺可提高作业安全性。

技术研发人员：姚坤鹏,刘彬,吕治军,陈文才,姚建林,张伟,周刚,黄伟,董仕明,冯明
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15