CN106761510B - 柔性取心工具 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种柔性取心工具，包括：顺次连接的取心钻头机构、柔性外壳；所述柔性外壳内穿设有弹性内筒；所述弹性内筒的前端设置有前悬挂机构；所述前悬挂机构将所述弹性内筒的前端支撑于所述取心钻头机构内；所述弹性内筒的后端设置有将其扶正的后悬挂机构。所述柔性外壳包括第一钻杆接头、第二钻杆接头、以及位于所述第一钻杆接头与所述第二钻杆接头之间的多个首尾连接的柔性短节；所述柔性外壳通过所述第一钻杆接头连接所述取心钻头机构。

Description

柔性取心工具

技术领域

本申请涉及油田勘探开发领域，尤其涉及一种柔性取心工具。

背景技术

油田勘探开发需要准确获得油层原始含油饱和度和地层孔隙度等重要地质资料，以制定合理的勘探开发方案。油田开发中后期，需要检查注水效果，定量分析油层的油水动态，水淹油层情况及水驱油效果，以制定出有效的挖潜增效增产措施，完善开发方案。

岩心是提供地层剖面原始标本的唯一途径，从岩心标本可以得到其他方法无法得到的宝贵地层资料，通过对岩心的大量分析和研究，才能为制定合理的开发方案，准确计算油田储量或者指定增产措施提供依据。所以，取心及岩心分析作为获取油气资料、认识储层最直接和最主要的方法之一，可为开发方案制定和调整提供重要依据。

取心工具是钻取地下岩心的重要保证，钻进取心工具种类纷繁多样，用以适应不同取心目的和作业方式，据此，根据取心目的和作业方式，钻井取心可分为常规取心和特殊取心。

密闭取心是特殊取心的代表，是指采用密闭取心工具与密闭液，将钻取的岩心迅速保护起来，可有效防止钻井液对岩心的污染，从而保留岩心的原始含油气饱和度等地层信息。

常规密闭取心工具尺寸较大，在水平井钻井中取心时对井眼轨迹和钻井质量等要求较高。

目前所使用的各种水平井密闭取心工具均无法在侧钻半径小于3m的超短半径水平井或大斜度井中使用，无法实现定点定方位取心。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种柔性取心工具，以适用于超短半径径向水平井的取心工作。

为达到上述目的，本申请提供一种柔性取心工具，包括：顺次连接的取心钻头机构、柔性外壳；所述柔性外壳内穿设有弹性内筒；所述弹性内筒的前端设置有前悬挂机构；所述前悬挂机构将所述弹性内筒的前端支撑于所述取心钻头机构内；所述弹性内筒的后端设置有将其扶正的后悬挂机构；

所述柔性外壳包括：第一钻杆接头、第二钻杆接头、以及位于所述第一钻杆接头与所述第二钻杆接头之间的多个首尾连接的钻杆短节；

所述钻杆短节包括：

纵长延伸的球头机构，所述球头机构的侧壁上设置有第一连接部；所述球头机构的一端设置有球头，所述球头的侧壁上设置有多个沿其周向间隔排布的轨迹槽；

与所述球头机构活动连接的球窝机构；所述球窝机构具有容纳所述球头的球形腔体；所述球形腔体的壁上设有多个与所述轨迹槽一一对应的销孔；所述销孔内设有部分伸入所述轨迹槽的柱销；所述柱销与所述轨迹槽的内壁接触；所述球窝机构开设有能与第一连接部相匹配的第二连接部。

作为一种优选的实施方式，所述球窝机构包括外壳、第一球窝；所述外壳固定连接所述第一球窝，所述外壳的前端及所述第一球窝的前端形成所述球形腔体；所述外壳的前端外壁上具有第一球面结构；所述第一球窝设有所述第二连接部；所述第一球窝的后端设有与第一球面结构相配合的第二球面结构。

作为一种优选的实施方式，第一连接部与所述第二连接部通过螺纹连接。

作为一种优选的实施方式，所述第一连接部包括外螺纹，所述第二连接部包括内螺纹。

作为一种优选的实施方式，所述轨迹槽沿所述球头机构延伸方向弧形延伸，所述轨迹槽的底面与所述轨迹槽同向弧形延伸；所述外壳与所述第一球窝螺纹连接。

作为一种优选的实施方式，所述销孔远离所述球形腔体的一端设有盖板，所述盖板防止所述柱销从所述销孔脱落。

作为一种优选的实施方式，所述柱销靠近所述球头的端面为球面，所述轨迹槽的底面为平面。

作为一种优选的实施方式，所述柱销靠近所述球头的端面与所述轨迹槽的底面间隙配合。

作为一种优选的实施方式，所述轨迹槽的数量为4个，所述轨迹槽沿所述球头的周向均匀分布。

作为一种优选的实施方式，每个所述销孔中均设有一个所述柱销；所有所述柱销位于同一平面。

作为一种优选的实施方式，所述柱销与所述球形腔体的壁之间设有密封圈，所述密封圈位于所述轨迹槽的后方。

作为一种优选的实施方式，所述第一钻杆接头的外壁设有钻杆公扣；所述第一钻杆接头的设有第二连接部；所述第一钻杆接头与所述钻杆短节的球头机构的第一连接部相连接；所述第一钻杆接头的下端设有第二球面结构。

作为一种优选的实施方式，所述第二钻杆接头的一端具有第二球窝及所述外壳，所述第二钻杆接头与所述钻杆短节之间设有所述球头机构；所述第二球窝的后端设有与所述钻杆公扣相匹配的钻杆母扣。

作为一种优选的实施方式，所述取心钻头机构包括取心钻头、钻头接头、卡箍、密闭头、岩心爪、剪切销钉；至少部分所述密闭头在所述取心钻头内；所述卡箍在所述取心钻头内套设于所述密闭头外并连接所述弹性内筒的前端；所述卡箍与所述取心钻头通过剪切销钉连接；所述岩心爪套设于所述密闭头外，所述卡箍相对所述岩心爪向后移动时使所述岩心爪收缩；所述钻头接头将所述取心钻头的后端与所述第一钻杆接头相连接；

所述弹性内筒与所述柔性外壳之间设有第一环空通道；所述取心钻头设有与所述第一环空通道相通的液流通道。

作为一种优选的实施方式，所述前悬挂机构套设于所述弹性内筒外，所述前悬挂机构能防止所述取心钻头机构的转动传递至所述弹性内筒。

作为一种优选的实施方式，所述前悬挂机构包括第一轴承组件、轴承衬套；所述第一轴承组件套设于所述弹性内筒外；所述轴承衬套套设于所述第一轴承组件外；所述前悬挂机构位于所述卡箍的后方。

作为一种优选的实施方式，所述后悬挂机构位于所述第二钻杆接头内；

所述后悬挂机构包括第二轴承组件、弹性挡圈；所述第二钻杆接头内设有台阶；所述弹性挡圈位于所述第二钻杆接头内的凹槽内；所述第二轴承组件套设于所述弹性内筒的后端外且位于所述弹性挡圈与所述台阶之间。

作为一种优选的实施方式，所述弹性内筒的后端还设置有压力平衡机构，所述压力平衡机构用于平衡所述弹性内筒内部的压强。

作为一种优选的实施方式，所述压力平衡机构包括内筒压力平衡活塞；所述弹性内筒沿其长度方向设有第一通孔和第二通孔；所述第二通孔相对于所述第一通孔靠近所述弹性内筒的后端；

所述内筒压力平衡活塞的活塞部位于所述第一通孔前方并与所述弹性内筒的壁密封贴合，所述内筒压力平衡活塞与所述弹性内筒形成第二环空通道；所述第一通孔将所述第一环空通道与所述第二环空通道连通；所述第二通孔将所述第二环空通道与所述弹性内筒外部连通。

作为一种优选的实施方式，所述弹性内筒的内壁在所述第二通孔的后方设有限位凸起，所述限位凸起在接触所述内筒压力平衡活塞时，限制所述内筒压力平衡活塞继续后移。

作为一种优选的实施方式，所述压力平衡活塞的后端设置有溢流阀。

通过以上描述可以看出，本申请的柔性取心工具设有柔性外壳，柔性外壳的柔性短节通过球头机构与球窝机构的配合形成万向节构造，从而自身可以进行弯曲，多个柔性短节形成的弯曲进行叠加从而使得本申请的柔性取心工具能够进行超短半径侧钻水平井的钻井作业。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明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，本发明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

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一种实施方式提供的柔性取心工具结构示意图；

图2是图1中A-A处剖面图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

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”、“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。

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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明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，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1、图2，为本申请一种实施方式提供的柔性取心工具，该柔性取心工具应用但不限于超短半径侧钻水平井的钻井作业。在本实施方式中，所述柔性取心工具包括顺次连接的取心钻头机构100、柔性外壳；所述柔性外壳内穿设有弹性内筒11；所述弹性内筒11的前端设置有前悬挂机构；所述前悬挂机构将所述弹性内筒11的前端支撑于所述取心钻头机构100内；所述弹性内筒11的后端设置有将其扶正的后悬挂机构。

所述柔性外壳包括：第一钻杆接头12、第二钻杆接头20、以及位于所述第一钻杆接头12与所述第二钻杆接头20之间的多个首尾连接的柔性短节200。

其中，所述柔性短节200包括：纵长延伸的球头机构18，所述球头机构18的侧壁上设置有第一连接部；所述球头机构18的一端设置有球头，所述球头的侧壁上设置有多个沿其周向间隔排布的轨迹槽；与所述球头机构18活动连接的球窝机构；所述球窝机构具有容纳所述球头的球形腔体；所述球形腔体的壁上设有多个与所述轨迹槽一一对应的销孔；所述销孔内设有部分伸入所述轨迹槽的柱销15；所述柱销15与所述轨迹槽的底面接触；所述球窝机构开设有能与第一连接部相匹配的第二连接部。

在多个柔性短节200首尾相连形成柔性外壳时，如图1所示，一柔性短节200的球头机构18由前一柔性短节200后端伸入其球窝机构，使一柔性短节200的第一连接部与前一柔性短节200的第二连接部配合，从而进行传动；相似地，该柔性短节200与后一柔性短节200连接时，后一柔性短节200的球头机构18由该柔性短节200后端伸入其球窝机构，使后一柔性短节200的第一连接部与该柔性短节200的第二连接部配合，从而进行传动。

通过以上描述可以看出，柔性短节200通过球头机构18与球窝机构的配合形成万向节构造，从而自身可以进行弯曲，多个柔性短节200形成的弯曲进行叠加从而可以进行超短半径侧钻水平井的钻井作业。

通过柔性外壳以及与柔性外壳采用万向活动连接的钻头，形成一整条柔性链，这种柔性链与传统的隔缝弯管，包括多个梯形管组成的导向管不同。传统的隔缝弯管只能向一个方向弯曲成近似90°弯管，且在弯曲后则不再表现柔性，而是成为一段钢性弯管，该钢性弯管的外缘一旦与井壁内侧发生摩擦，则钢性弯管根本无法自行向内拱起而避开障碍。

反观本实施方式的柔性外壳，由于每段柔性短节200之间均通过球头机构18与球窝机构进行万向节式活动连接，因此当任意一段柔性短节200与井壁发生碰擦时，该段柔性短节200都可进行适当弯曲，从而避开障碍，使钻杆钻头下行驶可畅行无阻。而对于用于固井的柔性套管而言，相邻两段柔性套管通过铰接的伸缩管活动连接，也可保证柔性套管能顺利地沿钻井下行到需要位置。

需要说明的是，本申请中的前、后方向为以取心钻头1为参照，两个部件中靠近取心钻头1的部件在前，远离取心钻头1的在后；比如，第一钻杆接头12至第二钻杆接头20方向为由前至后方向。

请继续参阅图1，球头机构18纵长延伸，其整体为管体结构。第一连接部大致设置于球头机构18长度方向的中部位置。(以读者面对图1时)球头位于第一连接部的后方。

球窝机构的球形腔体可以收容球头机构18的球头。其中，球形腔体与球头为同心设置，以便球头机构18可以进行万向摆动，从而形成弯曲角度。球头的外表面与球形腔体的内表面贴合接触。

如图1、图2所示，球头的外壁设置的轨迹槽(未标示)与轨迹槽的底面均为沿所述球头机构18延伸方向(也可以为如图1所示的由上至下或由下至上)弧形延伸，轨迹槽及其底面所沿弧形与球头或球形腔体的轮廓线相匹配。如图2所示，轨迹槽横截面为豁口形状。由图2所示横截面可以看出，轨迹槽的底面的轮廓线与球头的外轮廓线为同心圆。

如图2所示，销孔在该横截面沿径向延伸，其可以为圆杆状。销孔的一端伸入轨迹槽中并与轨迹槽的底面接触。球头在球形腔体内转动时，柱销15相对于轨迹槽滑动，在滑动过程中，柱销15始终与轨迹槽的底面接触，从而保证球头与球形腔体为同心设置。进一步地，所述销孔远离所述球窝的一端设有销盖，所述销盖防止所述柱销15从所述销孔脱落。销盖将销孔的端部封堵。

作为优选的，所述柱销15靠近(或者面对)所述球头的端面(即如图2所示该端部的横截面的轮廓线为弧线)为球面，所述轨迹槽的底面为平面(即如图2所示横截面的轨迹槽底面的轮廓线为直线)。如此设置使得柱销15及球头的结构容易加工。而且，在柱销15沿着轨迹槽运动时，柱销15的端面(圆弧面)与轨迹槽的底面始终为间隙配合，从而运转更顺畅；同时，二者为间隙配合，可以有效防止因受力过大所导致柱销15受挤压变形后的彻底卡死问题。

具体的，所述球窝机构可以包括外壳14、第一球窝16。所述外壳14固定连接所述第一球窝16，所述外壳14的前端及所述第一球窝16的前端形成所述球形腔体。所述外壳14的外壁上具有第一球面结构。所述外壳14的后端连接所述第一球窝16；所述第一球窝16设有所述第二连接部。所述第一球窝16的后端设有与第一球面结构相配合的第二球面结构。

其中，外壳14、第一球窝16及第一球窝16均如图1所示为套式结构或管状结构，从而与球头机构18形成的柔性短节200具有中心流道。如图1所示外壳14、第一球窝16由上至下依次排布。具体的，第一球窝16可以为一体成型结构，从而使得本实施方式所提供的水平井钻具结构简单，便于制造，节省成本。

外壳14与第一球窝16相配合形成球形腔体，外壳14的内壁沿径向贯穿形成所述销孔。球窝前后被柱销15及第一球窝16卡住限位。如图1所示，第一球窝16的前端面及内壁中段设置的台阶顶住球窝，球窝的前端顶住柱销15，柱销15位于销孔中在前后方向无法移动，从而将球窝位置固定。

如图1所示，外壳14连接于第一球窝16的外壁上，同时，第一球窝16的外壁上形成有供外壳14的后端顶抵的台阶。第二球面结构设置于第一球窝16的后端，第二球面结构为内球面。第一球面结构设置于外壳14的外壁上，第一球面结构为外球面。第一球面结构与第二球面结构相贴合接触，为球头机构18与球窝机构之间的相对摆动进行导向辅助，同时，避免脏物进入第一球窝16与球头之间的活动球面。

第一球窝16设置有第二连接部，第二连接部为内螺纹部并与(下一柔性短节200的)第一连接部相配合。其中，第二连接部位于球形腔体的后方。球头机构18与球窝机构通过连接部配合，可以产生相对滑动而保持扭矩的传递，从而便于相邻两个柔性短节200之间产生弯曲。

进一步的，所述外壳14与所述第一球窝16螺纹连接。所述轨迹槽沿所述球头的周向均匀分布。每个所述轨迹槽及销孔中均设有一个所述柱销15。所有所述柱销15位于同一平面，从而既能满足柔性短节200的弯曲，同时能较好地传递扭矩。所述轨迹槽的数量不少于4个。如图2所示，所述轨迹槽的数量为4个，柱销15的数量同样为4个，销孔的数量同样为4个。

第一连接部与第二连接部之间可以形成多种连接方式，比如螺纹连接、焊接、铆接等等，较为优选的，第一连接部与所述第二连接部通过螺纹连接。具体的，所述第一连接部包括外螺纹，所述第二连接部包括内螺纹。所述柱销15与所述球形腔体的壁之间设有密封圈，所述密封圈位于所述轨迹槽的后方。

在一个实施方式中，第一钻杆接头12与柔性短节200同样为活动连接，第二钻杆接头20与柔性短节200也同样为活动连接。

具体地，如图1所示，所述第一钻杆接头12的一端设有钻杆公扣。所述第一钻杆接头12的另一端设有所述球头。所述第一钻杆接头12与所述柔性短节200之间设有所述球窝机构。所述第一钻杆接头12外固定套设有背母13。所述背母13与所述球窝机构的外壳14球面接触。

进一步地，如图1所示，所述第二钻杆接头20的一端具有第二球窝19及所述外壳14，所述第二钻杆接头20与所述柔性短节200之间设有所述球头机构18；所述第二球窝19的后端设有钻杆母扣。

在本实施方式中柔性短节200可以弯曲，即球窝机构与球头机构18之间产生相对摆动。较佳的，所述柔性短节200的最大弯度度数为6度。如此设置，在5 1/2"(5寸半)井中可以顺利完成造斜半径为1.5-2米的超短半径侧钻水平井或大斜度井钻井作业。具体的，所述柔性外壳的长度可以为9米至10米。

请继续参阅图1，所述取心钻头机构100可以包括取心钻头1、钻头接头6、卡箍4、密闭头2、岩心爪5、剪切销钉3。至少部分所述密闭头2在所述取心钻头1内。所述卡箍4在所述取心钻头1内套设于所述密闭头2外。卡箍4与弹性内筒的前端连接。所述卡箍4与所述取心钻头1通过剪切销钉3连接。所述岩心爪5套设于所述密闭头2外，所述卡箍4相对所述岩心爪5向后移动时使所述岩心爪5收缩。所述钻头接头6将所述取心钻头1的后端与所述第一钻杆接头12相连接。

所述取心钻头1整体为管体构造，其外壁向内壁之间可以为圆弧过渡，从而便于钻进。密闭头2插设于取心钻头1内。密闭头2的前端可以为倒圆构造。所述取心钻头1的内部设有供卡箍4的前端顶抵的台阶。卡箍4的后端与弹性内筒的前端连接。卡箍4的内设有由前至后逐渐扩大的第一锥形表面。

岩心爪5位于卡箍4内，且岩心爪5外设有与卡箍4的第一锥形表面配合的第二锥形表面。如图1所示，岩心爪5的前端与第一锥形表面的前端(或顶部)预留部分距离，在卡箍4相对岩心爪5向后移动时，第一锥形表面使岩心爪5收缩。岩心爪5内壁设有斜齿，其可以锚住岩心。密闭头2上开设有供岩心爪5的斜齿伸入的凹槽或通孔，密闭头2向后移动时会撑开岩心爪5。剪切销钉3的数量一般为多个(一个也可以)。

所述弹性内筒11与所述柔性外壳之间设有第一环空通道29。所述取心钻头1设有与所述第一环空通道29相通的液流通道28。具体的，液流通道28设置于取心钻头1、钻头接头6的壁上，以便于钻井液的流动。如图1所示，钻头接头6的前端设有外螺纹。钻头接头6的前端伸入到取心钻头1内与取心钻头1螺纹连接。

所述前悬挂机构位于所述取心钻头机构100内；所述前悬挂机构套设于所述弹性内筒11外。所述密闭头2能滑动进入所述弹性内筒11。所述前悬挂机构能防止所述取心钻头机构100的转动传递至弹性内筒11。

具体的，所述前悬挂机构包括第一轴承组件、轴承衬套。所述第一轴承组件套设于所述弹性内筒外；所述轴承衬套套设于所述第一轴承组件外。所述前悬挂机构位于所述卡箍的后方。

所述卡箍4的后端螺纹连接弹性内筒的前端。第一轴承组件位于卡箍的后端与轴承衬套的后端之间。其中，第一轴承组件可以包括第一轴承9(比如：圆锥滚子轴承)、轴承盖7。轴承盖7盖合于所述第一轴承9的前端并套设于卡箍4的后端外。第一轴承9固定于轴承衬套8内，轴承衬套8套设于钻头接头6(取心钻头1)内。轴承衬套8的后端向内形成缩径凸起。第一轴承9的后端与缩径凸起之间设有轴承密封环10。第一轴承组件的前端与卡箍4的后端、缩径凸起同时接触抵住。

井外上提该柔性取心工具时，取心钻头1带动卡箍4(以读者面对图1时)下移(后移)，岩心爪5通过斜齿将岩心夹断，同时，依靠岩心爪与卡箍4接触，从而一同带出井外。

请继续参阅图1，所述后悬挂机构位于所述第二钻杆接头20内。所述后悬挂机构包括第二轴承组件、弹性挡圈23。其中，所述第二钻杆接头20内设有台阶；所述弹性挡圈23位于所述第二钻杆接头20内的凹槽内。所述第二轴承组件套设于所述弹性内筒11的后端外且位于所述弹性挡圈23与所述台阶之间。

所述弹性内筒11的后端还设置有压力平衡机构，所述压力平衡机构用于平衡所述弹性内筒11内部的压强。具体的，所述压力平衡机构可以包括内筒压力平衡活塞27。所述弹性内筒沿其长度方向设有第一通孔31和第二通孔32。所述第二通孔32相对于所述第一通孔31靠近所述弹性内筒11的后端。所述内筒压力平衡活塞27的活塞部271位于所述第一通孔31前方并与所述弹性内筒11的壁密封贴合。

所述内筒压力平衡活塞27与所述弹性内筒11形成第二环空通道30。所述第一通孔31将所述第一环空通道29与所述第二环空通道30连通；所述第二通孔32将所述第二环空通道30与所述弹性内筒11外部连通。为进一步平衡弹性内筒11的压力，所述压力平衡活塞27的后端设置有溢流阀(附图并未示出)。

所述弹性内筒11的内壁在所述第二通孔32的后方设有限位凸起17，所述限位凸起17在接触所述内筒压力平衡活塞27时，限制所述内筒压力平衡活塞27继续后移。其中，内筒压力平衡活塞27的外径也可以设有与该限位凸起17相匹配的缩径处，从而在内筒压力平衡活塞27后移至其变径处与限位凸起17相接触时，内筒压力平衡活塞27则被限位，无法继续后移。

如图1所示，内筒压力平衡活塞27的活塞部271周向与弹性内筒11的内壁之间设置有密封圈。第二轴承组件可以包括第二轴承21(比如：圆锥滚子轴承)、轴承外圈背母22、轴承内挡圈(未标示)。第二轴承21固定于轴承外圈背母22与第二球窝19的内壁的台阶之间内，轴承外圈背母22通过螺纹连接固定套设于第二球窝19内。弹性挡圈位于轴承外圈背母22的后方，轴承内挡圈套设于所述弹性挡圈23、所述轴承外圈背母22与所述弹性内筒11的后端之间。

下面将详细描述采用上述实施方式的柔性取心工具的取心过程：(1)将超短半径侧钻井钻至预定取心位置；(2)将本实施方式的柔性取心工具下至取心位置；(3)井外循环钻井液，缓慢启动旋转动力，钻井液依次通过第二环空通道30、第一通孔31、第一环空通道29、液流通道28将井底沉淀的岩屑洗净；(4)井外增加钻压，取心钻头机构100开始钻取岩心；(5)密闭头2受到岩心的推挤，剪切销钉3被密闭头2剪断，密闭头2在岩心的推动下向弹性内筒11内部缩入；(6)密闭头2将挤压弹性内筒11中的密闭液，密闭液通过密闭头2外溢至岩心位置，将岩心包裹起来；(7)取心钻头机构100不断钻取岩心，弹性内筒11中的密闭液不断包裹岩心，直至钻取足够长的岩心；(8)井口上提钻具，整个柔性取心工具脱离钻头工作面，此时，岩心爪5会在上提力作用下，抱紧岩心，岩心爪5的锥形外表面和卡箍4的锥形内表面配合，将岩心越拉越紧，直至岩心断裂，实现割心；(9)继续上提钻具，将岩心提出井口；(10)取出装满岩心的弹性内筒11，将岩心封装备用。

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。

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。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (19)

1.一种柔性取心工具，其特征在于，包括：顺次连接的取心钻头机构、柔性外壳；所述柔性外壳内穿设有弹性内筒；所述弹性内筒的前端设置有前悬挂机构；所述前悬挂机构将所述弹性内筒的前端支撑于所述取心钻头机构内；所述弹性内筒的后端设置有将其扶正的后悬挂机构；

所述柔性外壳包括：第一钻杆接头、第二钻杆接头、以及位于所述第一钻杆接头与所述第二钻杆接头之间的多个首尾连接的钻杆短节；

所述钻杆短节包括：

纵长延伸的球头机构，所述球头机构的侧壁上设置有第一连接部；所述球头机构的一端设置有球头，所述球头的侧壁上设置有多个沿其周向间隔排布的轨迹槽；

与所述球头机构活动连接的球窝机构；所述球窝机构具有容纳所述球头的球形腔体；所述球形腔体的壁上设有多个与所述轨迹槽一一对应的销孔；所述销孔内设有部分伸入所述轨迹槽的柱销；所述柱销与所述轨迹槽的内壁接触；所述球窝机构开设有能与第一连接部相匹配的第二连接部；所述第一连接部与所述第二连接部通过螺纹连接；所述柱销靠近所述球头的端面与所述轨迹槽的底面间隙配合。

2.如权利要求1所述的柔性取心工具，其特征在于：所述球窝机构包括外壳、第一球窝；所述外壳固定连接所述第一球窝，所述外壳的前端及所述第一球窝的前端形成所述球形腔体；所述外壳的前端外壁上具有第一球面结构；所述第一球窝设有所述第二连接部；所述第一球窝的后端设有与第一球面结构相配合的第二球面结构。

3.如权利要求1所述的柔性取心工具，其特征在于：所述第一连接部包括外螺纹，所述第二连接部包括内螺纹。

4.如权利要求2所述的柔性取心工具，其特征在于：所述轨迹槽沿所述球头机构延伸方向弧形延伸，所述轨迹槽的底面与所述轨迹槽同向弧形延伸；所述外壳与所述第一球窝螺纹连接。

5.如权利要求1所述的柔性取心工具，其特征在于：所述销孔远离所述球形腔体的一端设有盖板，所述盖板防止所述柱销从所述销孔脱落。

6.如权利要求2所述的柔性取心工具，其特征在于：所述柱销靠近所述球头的端面为球面，所述轨迹槽的底面为平面。

7.如权利要求1所述的柔性取心工具，其特征在于：所述轨迹槽的数量为4个，所述轨迹槽沿所述球头的周向均匀分布。

8.如权利要求1所述的柔性取心工具，其特征在于：每个所述销孔中均设有一个所述柱销；所有所述柱销位于同一平面。

9.如权利要求1所述的柔性取心工具，其特征在于：所述柱销与所述球形腔体的壁之间设有密封圈，所述密封圈位于所述轨迹槽的后方。

10.如权利要求1所述的柔性取心工具，其特征在于：所述第一钻杆接头的外壁设有钻杆公扣；所述第一钻杆接头的设有第二连接部；所述第一钻杆接头与所述钻杆短节的球头机构的第一连接部相连接；所述第一钻杆接头的下端设有第二球面结构。

11.如权利要求10所述的柔性取心工具，其特征在于：所述第二钻杆接头的一端具有第二球窝及所述外壳，所述第二钻杆接头与所述钻杆短节之间设有所述球头机构；所述第二球窝的后端设有与所述钻杆公扣相匹配的钻杆母扣。

12.如权利要求1所述的柔性取心工具，其特征在于：所述取心钻头机构包括取心钻头、钻头接头、卡箍、密闭头、岩心爪、剪切销钉；至少部分所述密闭头在所述取心钻头内；所述卡箍在所述取心钻头内套设于所述密闭头外并连接所述弹性内筒的前端；所述卡箍与所述取心钻头通过剪切销钉连接；所述岩心爪套设于所述密闭头外，所述卡箍相对所述岩心爪向后移动时使所述岩心爪收缩；所述钻头接头将所述取心钻头的后端与所述第一钻杆接头相连接；

所述弹性内筒与所述柔性外壳之间设有第一环空通道；所述取心钻头设有与所述第一环空通道相通的液流通道。

13.如权利要求12所述的柔性取心工具，其特征在于：所述前悬挂机构套设于所述弹性内筒外，所述前悬挂机构能防止所述取心钻头机构的转动传递至所述弹性内筒。

14.如权利要求13所述的柔性取心工具，其特征在于：所述前悬挂机构包括第一轴承组件、轴承衬套；所述第一轴承组件套设于所述弹性内筒外；所述轴承衬套套设于所述第一轴承组件外；所述前悬挂机构位于所述卡箍的后方。

15.如权利要求14所述的柔性取心工具，其特征在于：所述后悬挂机构位于所述第二钻杆接头内；

所述后悬挂机构包括第二轴承组件、弹性挡圈；所述第二钻杆接头内设有台阶；所述弹性挡圈位于所述第二钻杆接头内的凹槽内；所述第二轴承组件套设于所述弹性内筒的后端外且位于所述弹性挡圈与所述台阶之间。

16.如权利要求15所述的柔性取心工具，其特征在于：所述弹性内筒的后端还设置有压力平衡机构，所述压力平衡机构用于平衡所述弹性内筒内部的压强。

17.如权利要求16所述的柔性取心工具，其特征在于：所述压力平衡机构包括内筒压力平衡活塞；所述弹性内筒沿其长度方向设有第一通孔和第二通孔；所述第二通孔相对于所述第一通孔靠近所述弹性内筒的后端；

所述内筒压力平衡活塞的活塞部位于所述第一通孔前方并与所述弹性内筒的壁密封贴合，所述内筒压力平衡活塞与所述弹性内筒形成第二环空通道；所述第一通孔将所述第一环空通道与所述第二环空通道连通；所述第二通孔将所述第二环空通道与所述弹性内筒外部连通。

18.如权利要求17所述的柔性取心工具，其特征在于：所述弹性内筒的内壁在所述第二通孔的后方设有限位凸起，所述限位凸起在接触所述内筒压力平衡活塞时，限制所述内筒压力平衡活塞继续后移。

19.如权利要求17所述的柔性取心工具，其特征在于：所述压力平衡活塞的后端设置有溢流阀。