CN115538965A - 一种压入式绳索取心装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压入式绳索取心装置,其包括：接头组件，接头组件能够与外部的钻具组合的座环密封抵接；驱动组件，内部形成有与液体通道相连通的液压腔室，驱动组件包括外部总成和内部总成，内部总成包括：沿轴向设置的连接拉杆；密封且可滑动设置在连接拉杆与外部总成之间的活塞式运动组件，活塞式运动组件将液压腔室密封分隔成上腔室和下腔室，连接拉杆的一端固定于接头组件上；密封且滑动套设在连接拉杆上的连接过渡部，连接过渡部与活塞式运动组件密封固定连接，连接过渡部和连接拉杆密封延伸至外部总成的外部，外部总成上形成有与下腔室连通的介质通道；取心组件，其与连接过渡部固定连接。本发明能够有效地提高岩心的获取质量和采收率。

Description

一种压入式绳索取心装置

技术领域

本发明属于岩心获取技术领域，具体涉及一种压入式绳索取心装置。

背景技术

钻探取心是指通过钻探设备和钻具在地层中钻孔并取得岩心的技术，目前常用的钻探取心方法为回转钻进，即钻机顶驱带动钻具转动，通过钻头研磨、刻划孔底地层钻进。钻进过程中，通过钻井液的循环降低钻头温度并将岩屑携带出钻孔，同时岩心柱逐渐进入岩心管内至钻进回次结束。

由于目前采用的钻进方法是针对岩石地层设计的，不适用于在海洋和河湖中浅表含水量较高的淤泥、粉砂等软弱地层中钻进取心作业，在这些软弱地层取心时，因钻头回转的扰动，会使岩心中地层结构发生变化，且容易被循环的钻井液冲刷，接近终点时导致取得的岩心存在扰动较大、取心质量不高、岩芯采取率不达标等问题。尤其是在海洋的浅层区域地质勘探中，往往由于岩心采取率不达标导致缺失地层较多，取心任务无法完成。综上所述，有泥浆循环的回转钻进取心方法对软弱地层岩心破坏较为严重，难以应用于海洋和河湖中浅表层取心钻进过程。

发明内容

为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种压入式绳索取心装置，以能够有效地提高岩心的获取质量和采收率。

本申请提供了一种压入式绳索取心装置，包括依次密封连接的：接头组件，接头组件上形成有进水孔，接头组件的内部形成有液体通道，接头组件构造成能够与外部的钻具组合的座环密封抵接；驱动组件，其内部形成有与液体通道相连通的液压腔室，驱动组件包括外部总成和内部总成，其中，内部总成包括：沿轴向设置的连接拉杆；密封且可滑动设置在连接拉杆与外部总成之间的活塞式运动组件，活塞式运动组件将液压腔室密封分隔成上腔室和下腔室，连接拉杆的一端固定于接头组件上；密封且滑动套设在连接拉杆上的连接过渡部，连接过渡部与活塞式运动组件密封固定连接且位于下腔室，连接过渡部和连接拉杆密封延伸至外部总成的外部，外部总成上形成有与下腔室连通的介质通道，介质通道设置成可通断；以及取心组件，其与连接过渡部固定连接，取心组件设置成在活塞式运动组件的带动下能够沿轴向移动。

在一些实施例中，外部总成包括依次密封固定连接的拉杆锁定接头、启动接头、密封外筒以及下密封接头，拉杆锁定接头与接头组件固定连接，液压腔室通过拉杆锁定接头与连接拉杆之间的间隙与液体通道相连通；连接过渡部和连接拉杆穿过下密封接头延伸至外部，介质通道形成在下密封接头上；密封外筒上的预设位置上形成有泄压孔。

在一些实施例中，外部总成还包括固定连接在下密封接头上的保护筒，取心组件设置于保护筒的内部，保护筒上形成有若干个排水孔。

在一些实施例中，外部总成还包括固定活塞，固定活塞固定连接于连接拉杆的端部，同时，固定活塞密封设置于取心组件的内部。

在一些实施例中，取心组件包括：与连接过渡部固定连接的取心管接头，取心管接头密封套设在连接拉杆上；和与取心管接头可拆卸连接的取心管，取心管的一端套设于取心管接头上，固定活塞密封且可滑动地设置于取心管的内部。

在一些实施例中，取心管接头沿周向均布若干个径向的挂接螺纹孔，取心管上形成有与挂接螺纹孔相匹配的挂孔，挂孔通过取心管挂钉与取心管接头可拆卸连接。

在一些实施例中，活塞式运动组件包括：环形活塞，其密封且滑动套设在连接拉杆上，连接过渡部与环形活塞固定连接；启动套，其套设在连接拉杆上，同时，启动套位于上腔室，启动套的一端与拉杆锁定接头密封且滑动连接，启动套的另一端与启动接头密封且滑动连接，启动套与连接拉杆之间形成有间隙，启动套与启动接头之间形成有环形卡接空间；以及岩心管锁定接头，其一端与环形活塞密封固定连接，另一端通过卡爪卡接于环形卡接空间内。

在一些实施例中，启动接头上沿周向均布形成有若干个径向上的定位螺纹孔，定位螺纹孔内用于螺纹连接定位套，定位套内安装有若干个碟簧和定位球，启动套的外周壁上形成有环形凹槽，定位球与环形凹槽可脱离地弹性抵接。

在一些实施例中，接头组件包括依次密封固定连接的进水接头、双母接头以及配长筒，进水接头上形成有若干个进水孔，进水孔可选择地与地面测试接头和/或进水口丝堵螺纹连接，进水接头的外周壁上形成有环形工具抬肩，环形工具抬肩用于与钻具组合的座环密封抵接；拉杆锁定接头与配长筒密封固定连接，配长筒的与拉杆锁定接头相连的一端上形成有与液压腔室相连通的液体通道，连接拉杆固定连接于配长筒的端部上。

在一些实施例中，还包括打捞机构，打捞机构的一端设有打捞矛头，另一端设有连接杆，连接杆用于与接头组件固定连接。

本发明的压入式绳索取心装置具有以下几方面的优点：1)本发明的压入式绳索取心装置采用活塞式取样方式，作业过程安全可靠，与现有技术相比，操作简单，省时省力，能够有效地实现深水表层软弱地层高质量取心、高收获率岩心；2)本发明的压入式绳索取心装置，可以通过调整定位套的个数和碟簧的个数来调整压力大小；3)本发明的压入式绳索取心装置取样结束后，可以向下腔体内打压，推动环形活塞上行，并岩心将从取心管中被推出，完成出心作业，机构恢复操作简单，操作方便、省时省力。

附图说明

图1为本发明实施例的压入式绳索取心装置的剖视结构示意图；

图2为图1所示的压入式绳索取心装置的沿A-A方向上的剖视结构示意图；

图3为本发明实施例的接头组件的剖视结构示意图；

图4为本发明实施例的驱动组件的剖视结构示意图；

图5为本发明实施例的取心组件的剖视结构示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种压入式绳索取心装置做进一步详细的描述。

图1为本发明实施例的压入式绳索取心装置100的结构示意图。结合图1所示，该压入式绳索取心装置100，包括依次密封连接的：接头组件10，接头组件10上形成有进水孔101，接头组件10的内部形成有液体通道102，接头组件10构造成能够与外部的钻具组合的座环密封抵接；驱动组件20，其内部形成有与液体通道102相连通的液压腔室201，驱动组件20包括外部总成21和内部总成22，其中，内部总成22包括：沿轴向设置的连接拉杆221；密封且可滑动设置在连接拉杆221与外部总成21之间的活塞式运动组件222，活塞式运动组件222将液压腔室201密封分隔成上腔室201a和下腔室201b，连接拉杆221的一端固定于接头组件10上；密封且滑动套设在连接拉杆221上的连接过渡部223，连接过渡部223与活塞式运动组件222密封固定连接且位于下腔室201b，连接过渡部223和连接拉杆221密封延伸至外部总成21的外部，外部总成21上形成有与下腔室201b连通的介质通道224，介质通道224设置成可通断；以及取心组件30，其与连接过渡部223固定连接，取心组件30设置成在活塞式运动组件222的带动下能够沿轴向移动。

本发明实施例的压入式绳索取心装置100在具体使用时，将压入式绳索取心装置100从井口在钻柱中下放到位后，接头组件10坐于底部钻具组合的座环上，同时，接头组件10与钻具组合的座环配合以实现密封抵接。密封抵接后，钻井液无法下行，只能通过进水孔101进入压入式绳索取心装置100内，即依次通过进水孔101、液体通道102进入液压腔室201的上腔室201a。上腔室201a内的压力升高，推动活塞式运动组件222相对于连接拉杆221下行，以带动连接过渡部223下行。连接过渡部223的端部固定的取心组件30能够在连接过渡部223的推动下下行，以最终压入地层进行取样。取样完成后，上腔室201a内通过任一泄压的方式进行泄压，例如通过设置泄压孔2131或通过进水孔101进行泄压，同时，通过介质通道224向下腔室201b内输入液压介质，以提高下腔室201b内的压力。在压力差的作用下，推动活塞式运动组件222相对于连接拉杆221上行，上行的过程中，取心组件30在活塞式运动组件222的带动下能够向上移动，以完成取样。完成取样后，将压入式绳索取心装置100整体进行打捞。通过取心组件30取出打捞的岩心，最终完成取心作业。

本发明实施例的压入式绳索取心装置100采用活塞式取样方式，作业过程安全可靠，与现有技术相比，操作简单，省时省力，能够有效地实现深水表层软弱地层高质量取心、高收获率岩心。

请参照图1和图4，在一些实施例中，外部总成21可包括依次密封固定连接的拉杆锁定接头211、启动接头212、密封外筒213以及下密封接头214，拉杆锁定接头211与接头组件10固定连接，液压腔室201通过拉杆锁定接头211与连接拉杆221之间的间隙与液体通道102相连通；连接过渡部223和连接拉杆221穿过下密封接头214延伸至外部，介质通道224形成在下密封接头214上；密封外筒213上的预设位置上形成有泄压孔2131。

本发明实施例的压入式绳索取心装置100在具体使用时，通过在密封外筒213上的预设位置上形成有泄压孔2131，当推动活塞式运动组件222相对于连接拉杆221下行时，可通过设置的泄压孔2131的位置，以确定取心组件30已经全部压入地层进行取样，即泄压孔2131起到了及时完成泄压以使得推动活塞式运动组件222不再继续下行的作用。

请参照图1和图5，在一些实施例中，外部总成21还可包括固定连接在下密封接头214上的保护筒215，取心组件30设置于保护筒215的内部，保护筒215上形成有若干个排水孔2151。通过该设置，保护筒215能够有效地防止压入式绳索取心装置100在下放过程中碰撞导致的取心组件30弯曲的问题。

请参照图1和图5，在一些实施例中，外部总成21还可包括固定活塞216，固定活塞216固定连接于连接拉杆221的端部，同时，密封设置于取心组件30的内部。

本发明实施例的压入式绳索取心装置100在初始状态下，本申请中的固定活塞216可设置成底面与取心组件30的底面基本平齐。在岩心形成过程中，固定活塞216一直与岩心接触，以保证岩心的上端没有液体，这样在上提压入式绳索取心装置100过程中，岩心因重力原因而可能掉落时会在固定活塞216与岩心中间形成抽吸负压，以有效防止岩心掉落，从而增加了岩心收获率。取样结束后，可以将泄压孔2131用丝堵密封，然后通过介质通道224向下腔室201b内打压，以推动活塞式运动组件222上行，由于固定活塞216固定不动，岩心将从取心组件30中被推出，完成出心作业。

请参照图1和图5，在一些实施例中，取心组件30可包括：与连接过渡部223固定连接的取心管接头31，取心管接头31密封套设在连接拉杆221上；和与取心管接头31可拆卸连接的取心管32，取心管32的一端套设于取心管接头31上，固定活塞216密封且可滑动地设置于取心管32的内部。

请参照图5，在一些实施例中，取心管接头31沿周向均布若干个径向的挂接螺纹孔311，取心管32上形成有与挂接螺纹孔311相匹配的挂孔321，挂孔321通过取心管挂钉与取心管接头31可拆卸连接。

通过上述设置，取心管32通过取心管挂钉挂在取心管接头31，当取心管挂钉全部螺纹拧到底时取心管32可以与取心管接头31分离，将取心管32及中间的岩心转移走，便于取心管32安装拆卸。本申请中，为了减小进入地层的阻力，取心管32采用薄壁管材，薄壁管材在保护筒215的防护下能够有效地防止压入式绳索取心装置100在下放过程中碰撞导致的弯曲的问题。

本申请中，为地面测试压入式绳索取心装置100的取心管32伸出效果及测试调整启动压力，可以在地面将接头组件10上的进水口用丝堵密封，只留一个进水口连接地面测试接头14，连接压力泵，进行注压测试。

请参照图1和图4，在一些实施例中，活塞式运动组件222可包括：环形活塞41，其密封且滑动套设在连接拉杆221上，连接过渡部223与环形活塞41固定连接；启动套42，其套设在连接拉杆221上，同时，启动套42位于上腔室201a，启动套42的一端与拉杆锁定接头211密封且滑动连接，启动套42的另一端与启动接头212密封且滑动连接，启动套42与连接拉杆221之间形成有间隙，启动套42与启动接头212之间形成有环形卡接空间421；以及岩心管锁定接头43，其一端与环形活塞41密封固定连接，另一端通过卡爪卡接于环形卡接空间421内。

本申请中所提到的连接过渡部223可构造为推拉筒。本发明实施例的压入式绳索取心装置100在初始状态下时，岩心管锁定接头43通过卡爪卡接于环形卡接空间421内，以同时将环形活塞41在无压力作用下进行定位。当上腔室201a的压力升高时，启动套42上下端面的压力差使得启动套42上行，当启动套42上行到上死点即启动套42顶面与拉杆锁定接头211的内台阶接触，并且由于压力一直存在，启动套42在压入式绳索取心装置100工作过程中一直处于上死点，同时，环形卡接空间421进行释放。当启动套42上行到上死点后，由于环状活塞在液压产生的向下推力作用下拉着岩心管锁定接头43下行，岩心管锁定接头43上的卡爪由于内部没有阻挡，可以向内收缩，从启动接头212和启动套42形成的环形卡接空间421内脱出，使岩心管锁定接头43、环状活塞、推拉筒、取心管接头31及取心管32可以下行压入地层进行取样。

本申请中所提到的岩心管锁定接头43上的卡爪可构造为自由端能够在压力的作用下向内收缩，并在压力释放后复位。

请参照图1、图2和图4，在一些实施例中，启动接头212上可沿周向均布形成有若干个径向上的定位螺纹孔2121，定位螺纹孔2121内用于螺纹连接定位套2122，定位套2122内安装有若干个碟簧2123和定位球2124，启动套42的外周壁上形成有环形凹槽421，定位球2124与环形凹槽421可脱离地弹性抵接。

本发明实施例的压入式绳索取心装置100在初始状态下时，岩心管锁定接头43通过卡爪卡接于环形卡接空间421内，当上腔室201a的上行推力大于定位套2122内碟簧2123产生的弹力后，定位球2124将从启动套42的环形凹槽421中脱出，上行到上死点即启动套42顶面与拉杆锁定接头211的内台阶接触，该启动压力也是工具到位报警的压力，可以通过调整定位套2122的个数和碟簧2123的个数来调整压力大小。

请参照图1和图3，在一些实施例中，接头组件10可包括依次密封固定连接的进水接头11、双母接头12以及配长筒13，进水接头11上形成有若干个进水孔101，进水孔101可选择地与地面测试接头14和/或进水口丝堵螺纹连接，进水接头11的外周壁上形成有环形工具抬肩15，环形工具抬肩15用于与钻具组合的座环密封抵接；拉杆锁定接头211与配长筒13密封固定连接，配长筒13的与拉杆锁定接头211相连的一端上形成有与液压腔室201相连通的液体通道102，连接拉杆221固定连接于配长筒13的端部上。

请参照图1，在一些实施例中，还包括打捞机构50，打捞机构50的一端设有打捞矛头51，另一端设有连接杆52，连接杆52用于与接头组件10固定连接。

需要说明的是，本申请中的打捞机构50可使用现有技术中的打捞机构50使用。只需将其与接头组件10连接即可。本申请中所提到的密封连接和密封固定可理解为在连接和固定的同时使用密封圈进行密封。本申请中所提到的相对滑动的部件可设置耐磨圈，以提高耐磨度。

综上所述，结合图1所示，本发明实施例的压入式绳索取心装置100整体来说，其具体使用时的使用方法如下：

从井口在钻柱中下放到位后，即进水接头11的工具抬肩15坐于底部钻具组合的座环上时，由于工具抬肩15下部的外密封圈与座环配合，钻井液无法下行，只能通过进水接头11均匀分布的进水口进入取样工具内部。经过拉杆上接头上的过水通孔，进入由环形活塞41的活塞内密封形成的液压腔室201。

由于压入式绳索取心装置100内的泵压升高，启动套42上下端面的压力差，启动套42会上行，当上行推力大于定位套2122内碟簧2123产生的弹力后，定位球2124将从启动套42的环形凹槽421中脱出，上行到上死点，即启动套42顶面与拉杆锁定接头211的内台阶接触，并且由于泵压一直存在，启动套42在压入式绳索取心装置100工作过程中一直处于上死点。该启动压力也是压入式绳索取心装置100到位报警的压力，可以通过调整定位套2122的个数和碟簧2123的个数来调整压力大小。

当启动套42上行到上死点后，由于环形活塞41在泵压产生的向下推力作用下拉着岩心管锁定接头43下行，岩心管锁定接头43上的卡爪由于内部没有阻挡，可以向内收缩，从启动接头212和启动套42形成的环形卡接空间421内脱出，使岩心管锁定接头43、环形活塞41、推拉筒、取心管接头31及取心管32可以下行压入地层进行取样。

当环形活塞41下行到活塞外密封超过泄压孔2131时泄压，泵压降低，说明取心管32已经全部压入地层，完成取样，可以打捞回压入式绳索取心装置100。

取样结束后，可以将泄压孔2131用排水孔丝堵密封，然后在排水孔2151连接地面测试接头14，连接压力泵，向下腔体内打压，推动环形活塞41上行，由于固定活塞216一直不动，岩心将从取心管32中被推出，完成出心作业。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种压入式绳索取心装置，其特征在于，包括依次密封连接的：

接头组件，所述接头组件上形成有进水孔，所述接头组件的内部形成有液体通道，所述接头组件构造成能够与外部的钻具组合的座环密封抵接；

驱动组件，其内部形成有与所述液体通道相连通的液压腔室，所述驱动组件包括外部总成和内部总成，其中，所述内部总成包括：沿轴向设置的连接拉杆；密封且可滑动设置在所述连接拉杆与所述外部总成之间的活塞式运动组件，所述活塞式运动组件将所述液压腔室密封分隔成上腔室和下腔室，所述连接拉杆的一端固定于所述接头组件上；密封且滑动套设在所述连接拉杆上的连接过渡部，所述连接过渡部与所述活塞式运动组件密封固定连接且位于所述下腔室，所述连接过渡部和所述连接拉杆密封延伸至所述外部总成的外部，所述外部总成上形成有与所述下腔室连通的介质通道，所述介质通道设置成可通断；以及

取心组件，其与所述连接过渡部固定连接，所述取心组件设置成在所述活塞式运动组件的带动下能够沿轴向移动。

2.根据权利要求1所述的压入式绳索取心装置，其特征在于，所述外部总成包括依次密封固定连接的拉杆锁定接头、启动接头、密封外筒以及下密封接头，所述拉杆锁定接头与所述接头组件固定连接，所述液压腔室通过所述拉杆锁定接头与所述连接拉杆之间的间隙连通于所述液体通道；所述连接过渡部和所述连接拉杆穿过所述下密封接头延伸至外部，所述介质通道形成在所述下密封接头上；所述密封外筒上的预设位置上形成有泄压孔。

3.根据权利要求2所述的压入式绳索取心装置，其特征在于，所述外部总成还包括固定连接在所述下密封接头上的保护筒，所述取心组件设置于所述保护筒的内部，所述保护筒上形成有若干个排水孔。

4.根据权利要求3所述的压入式绳索取心装置，其特征在于，所述外部总成还包括固定活塞，所述固定活塞固定连接于所述连接拉杆的端部，同时，所述固定活塞密封设置于所述取心组件的内部。

5.根据权利要求4所述的压入式绳索取心装置，其特征在于，所述取心组件包括：

与所述连接过渡部固定连接的取心管接头，所述取心管接头密封套设在所述连接拉杆上；和

与所述取心管接头可拆卸连接的取心管，所述取心管的一端套设于所述取心管接头上，所述固定活塞密封且可滑动地设置于所述取心管的内部。

6.根据权利要求5所述的压入式绳索取心装置，其特征在于，所述取心管接头沿周向均布若干个径向的挂接螺纹孔，所述取心管上形成有与所述挂接螺纹孔相匹配的挂孔，所述挂孔通过取心管挂钉与所述取心管接头可拆卸连接。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的压入式绳索取心装置，其特征在于，所述活塞式运动组件包括：

环形活塞，其密封且滑动套设在所述连接拉杆上，所述连接过渡部与所述环形活塞固定连接；

启动套，其套设在所述连接拉杆上，同时，所述启动套位于所述上腔室，所述启动套的一端与所述拉杆锁定接头密封且滑动连接，所述启动套的另一端与所述启动接头密封且滑动连接，所述启动套与所述连接拉杆之间形成有间隙，所述启动套与所述启动接头之间形成有环形卡接空间；以及

岩心管锁定接头，其一端与所述环形活塞密封固定连接，另一端通过卡爪卡接于所述环形卡接空间内。

8.根据权利要求7所述的压入式绳索取心装置，其特征在于，所述启动接头上沿周向均布形成有若干个径向上的定位螺纹孔，所述定位螺纹孔内用于螺纹连接定位套，所述定位套内安装有若干个碟簧和定位球，所述启动套的外周壁上形成有环形凹槽，所述定位球与所述环形凹槽可脱离地弹性抵接。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的压入式绳索取心装置，其特征在于，所述接头组件包括依次密封固定连接的进水接头、双母接头以及配长筒，所述进水接头上形成有若干个所述进水孔，所述进水孔可选择地与地面测试接头和/或进水口丝堵螺纹连接，所述进水接头的外周壁上形成有环形工具抬肩，所述环形工具抬肩用于与钻具组合的座环密封抵接；所述拉杆锁定接头与所述配长筒密封固定连接，所述配长筒的与所述拉杆锁定接头相连的一端上形成有与所述液压腔室相连通的液体通道，所述连接拉杆固定连接于所述配长筒的端部上。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的压入式绳索取心装置，其特征在于，还包括打捞机构，所述打捞机构的一端设有打捞矛头，另一端设有连接杆，所述连接杆用于与所述接头组件固定连接。

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