CN210105798U - 一种有利于取心的密闭取心工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种安全泄压的密闭取心工具，其属于钻井取心技术领域。本实用新型包括外筒、内筒等；密封组件本体通过至少一个定位构件与取心钻头固接，定位构件的尾端伸入到密封组件本体内且连接有螺母，当定位构件被剪断后，定位构件位于密封组件本体的部分能够被螺母固定。本实用新型的有益效果是，通过将定位构件的尾端固定在密封组件内部，在进尺取心时，定位构件被剪断后，避免定位构件的断裂部分卡入到岩心爪组件等内部组件中，确保取心作业顺利进行以及起钻时能够承托岩心柱，降低了井内取心故障的出现几率，提高了取芯率，提升了工作效率。

Description

一种有利于取心的密闭取心工具

技术领域

本实用新型属于钻井取心技术领域，尤其是涉及一种有利于取心的密闭取心工具。

背景技术

岩心是通过取心工具等设备将井下的岩石取出，供研究人员研究、分析、化验的岩石样品。岩心的主要用途是用来了研究地层、油气层和生油层，因此钻井取心是提供地下原始资源的重要途径，也是获取地层岩性、含油情况等资料的直接手段，为准确的获取这些地下原始资源的信息，就需要确保得到的岩心不被污染，在钻井取心过程中，井中会有一定量的钻井液，钻井液会将岩心污染，影响岩心的质量。

为此，公告号为CN 207554001 U的现有专利文件提供了一种密闭取心工具，其包括外筒、内筒、密封组件本体、岩心爪组合件和取心钻头，所述的内筒套装在所述的外筒内，所述内筒的底端与所述的岩心爪组合件螺纹连接，所述外筒的底端与所述的取心钻头螺纹连接，所述的密封组件本体包括本体和第一密封圈，所述的本体的顶端位于所述的内筒内，底端位于所述的取心钻头外，所述的第一密封圈设置在是所述的本体上，所述本体通过该第一密封圈与所述岩心爪组合件的内壁密封连接。

该专利方案通过岩心密闭液将岩心包裹，起到防止岩心被钻井液污染的作用，保证岩心的质量。具体地，开始取心后，密封组件本体底端与井底接触，岩层反作用于密封组件本体使密封组件本体被顶入内筒中，该过程中，定位销被剪断，第一密封圈失效，岩心密闭液从缺口中流出并包覆住进入到钻具中的岩心。但是上述方案存在如下问题，定位销被剪断后其断裂的部分容易被井内液体带走，并在钻具中移动，容易卡住岩心爪组件，导致取心故障；岩心爪组件的作用是割取岩心和承托岩心柱，而当岩心爪组件被卡住后，其一是难以将岩心隔断，不能取心，其二在起钻过程中，岩心爪组件无法收缩，不能够稳定承托岩心柱，岩心柱从钻具中滑出，引起井下事故，岩心收获率也较低。上述问题也是钻井取心技术的常见问题，亟待解决。

实用新型内容

(一)技术目的

针对上述现有技术的不足，本实用新型提出了一种有利于取心的密闭取心工具，旨在解决被剪断的定位销卡住岩心爪组件的问题，避免出现取心故障，确保岩心爪组件能够顺利完成取心作业。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种有利于取心的密闭取心工具，包括外筒、内筒、岩心爪组件和取心钻头，内筒套装在外筒中且二者筒壁之间留有用于钻井液流通的间隙，岩心爪组件连接于内筒底部，取心钻头连接于外筒底部。

所述有利于取心的密闭取心工具还包括接头组件、平衡活塞和密封组件，所述外筒顶部和内筒顶部均连接于接头组件，接头组件内设有所述平衡活塞，用于密封内筒；所述平衡活塞上开有第一流通孔，所述接头组件上开有第二流通孔，第二流通孔与所述外筒、内筒之间的间隙连通，第一流通孔和第二流通孔均用于流通钻井液。在钻井工艺中，必须要通过钻井液流通进行降温、带走井底杂质，以及实现巩固井壁等功能，而钻井液通过内外筒之间间隙进入，并由外筒和外部套管之间间隙回到地面。平衡活塞可防止钻井液直接进入到内筒中，避免对后续取得的岩心造成污染。第一流通孔和第二流通孔即是用于流通钻井液进入到内外筒之间的间隙。

所述密封组件设于所述内筒底部，密封组件包括密封组件本体，密封组件本体密封连接于所述内筒内壁、所述岩心爪组件内壁或取心钻头内壁；所述密封组件本体通过至少一个定位构件与所述取心钻头固接。平衡活塞为可拆卸，在钻井前，需拆掉平衡活塞，向内筒中灌入岩心密闭液，岩心密闭液由于密封组件实现密封功能，储存在内筒内，当进行钻井取心时，井内岩料或岩心推动密封组件本体，第二密封圈失效，则岩心密闭液流出内筒并覆盖岩心表面，形成保护膜，隔离开岩心和钻井液，实现对岩心的保护。需要说明的是，岩心密闭液稠度较大，容易在岩心表面形成保护膜，且不会被钻井液冲刷掉。定位构件可以避免钻具下放井内过程中密封组件本体意外失效，只有当钻井作业开始时，井内岩料或岩心推动密封组件本体，定位构件断裂，第二密封圈失效，岩心密闭液才会流出内筒。

所述定位构件的尾端伸入到密封组件本体内且其上攻有螺纹丝，以便于连接螺母，当定位构件被剪断后，定位构件位于所述密封组件本体的部分能够被螺母固定。如前述，当进行钻井取心时，井底岩料或者岩心会推动密封组件本体，短时间内定位构件被剪断，而定位构件的尾端被螺母固定在密封组件本体内，避免其随着井底流体移动而卡住岩心组组件，从而确保了岩心抓组件能够正常使用。需要说明的是，定位构件尾端当然也可以直接固接在密封组件本体内，但是定位构件尾端通过螺母固定，易于拆卸，便于密封组件再次使用时对定位构件继续固定。

进一步地，所述密封组件还包括密封头，密封头焊接于所述密封组件本体的底部，以实现对密封组件本体内腔的密封。需要说明的是，在焊接安装头之前，首先将定位构件插入到取心钻头和密封组件本体的安装孔中，然后在定位构件的尾端旋装上螺母，以将定位构件的尾端固定在密封组件本体内腔中，最后在将安装头焊接在密封组件本体底部。

更进一步地，所述密封组件本体内腔底部设有凹槽，所述密封头顶部设有卡块，卡块嵌设于凹槽中；所述密封组件本体与所述密封头的接缝处通过点焊焊接。卡块和凹槽的连接配合，可以提高安装头和密封组件本体的连接稳定性。点焊能够有效控制接触处焊接的变形，对空气污染较小。

进一步地，所述接头组件上开有泄压孔，泄压孔位于所述第二流通孔的下侧，泄压孔连通外筒和内筒，用于泄掉岩心在进入内筒时突增的压强。在钻井过程中，钻具进尺不断增加，内筒内压强逐渐增大出现憋压现象，其一造成内筒中截取岩心不足量，其二在拆解内外筒时，平衡活塞容易发生弹射，造成伤人事故。本方案在接头组件上设有泄压孔，当内筒中压强增大过程中，因泄压孔连通了内筒空间和外筒空间，内筒内被压缩的空气和液体可以被挤压到外筒和内筒之间的间隙中，起到平衡压力的作用，从而避免出现憋压事故。

更进一步地，所述平衡活塞滑动连接于所述接头组件内壁，平衡活塞底部遮挡住所述泄压孔，平衡活塞顶部连接有压簧，压簧的另一端抵接于平衡活塞的上侧钻具中。在钻井作业开始时，岩心还未进入到内筒中，钻井液可能通过泄压孔进入到内筒中，混杂到岩心密闭液中，影响岩心密闭液的效果。本方案中，平衡活塞底部遮挡住了所述泄压孔，能够避免钻井液从泄压孔进入到内筒各种。当内筒中压强增大时，会推动平衡活塞向上滑动，露出泄压孔，连通内外筒空间，进行泄压。当内筒内压强稳定后，压簧由于自身的弹性特性，会回弹平衡活塞下移逐渐遮挡住泄压孔，从而能够尽量阻挡钻井液而进入到内筒中。

进一步地，所述平衡活塞通过第一密封圈与所述接头组件密封连接。第一密封圈可以进一步地密封内筒，避免钻井液进入到内筒中。

更进一步地，所述第一密封圈为Y型密封圈。Y型密封圈在往复运动密封组件本体中耐久性和使用效果更佳。

进一步地，所述接头组件的顶部连接有护丝套，用于保护接头组件。

进一步地，所述密封组件本体上设有第二密封圈，密封组件本体通过第二密封圈与所述取心钻头内壁密封连接。需要说明的是，因为安装第二密封圈一般需要在密封组件外壁上设置凸台，当密封组件通过第二密封圈与取心钻头内壁密封连接时，密封组件在凸台上侧被岩心爪组件抵接，可以提高密封组件的安装稳定性。

进一步地，所述密封组件本体上开有缺口，用于通过岩心密闭液。

(三)有益效果

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：通过将定位构件的尾端固定在密封组件内部，在进尺取心时，定位构件被剪断后，避免定位构件的断裂部分卡入到岩心爪组件等内部组件中，确保取心作业顺利进行以及起钻时能够承托岩心柱，降低了井内取心故障的出现几率，提高了取芯率，提升了工作效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的主视半剖视图；

图2为图1的上段主视半剖视图；

图3为图2的下段主视半剖视图；

图4为图3中A处的局部放大半剖视图；

图5为本实用新型实施例2的上段主视半剖视图一；

图6为本实用新型实施例2的上段主视半剖视图二；

附图标记说明：1-护丝套；2-接头组件；21-第二流通孔；22-泄压孔；3-平衡活塞；31-压簧；32-第一流通孔；4-第一密封圈；5-外筒；6-内筒；7-岩心爪组件；8-取心钻头；9-密封组件；91-缺口；92-第二密封圈；93-定位构件；931-螺母；94-密封组件本体；941-凹槽；95-密封头；96-接缝处。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

参见图1～图4，一种安全泄压的密闭取心工具，包括外筒5、内筒6、岩心爪组件7和取心钻头8，内筒6套装在外筒5中且二者筒壁之间留有用于钻井液流通的间隙，岩心爪组件7连接于内筒6底部，取心钻头8连接于外筒5底部。

所述有利于取心的密闭取心工具还包括接头组件2、平衡活塞3和密封组件9，所述外筒5顶部和内筒6顶部均连接于接头组件2，接头组件2内设有所述平衡活塞3，用于密封内筒6；所述平衡活塞3上开有第一流通孔32，所述接头组件2上开有第二流通孔21，第二流通孔21与所述外筒5、内筒6之间的间隙连通，第一流通孔32和第二流通孔21均用于流通钻井液。

所述密封组件9设于所述内筒6底部，密封组件9包括密封组件本体94和密封头95，密封组件本体94上设有第二密封圈92，密封组件本体94通过第二密封圈92密封连接于取心钻头8内壁。所述密封组件本体94上开有缺口91，用于通过岩心密闭液。参见图4，所述密封组件本体94通过四个定位销与所述取心钻头8固接，定位销沿取心钻头8周侧均匀间隔布设。所述定位销的尾端伸入到密封组件本体94内且连接有螺母931，当定位销被剪断后，定位销位于所述密封组件本体94的部分能够被螺母931固定。所述密封组件9还包括密封头95，密封头95顶部设有卡块，密封组件本体94内腔底部设有凹槽941，卡块嵌设于凹槽941中；所述密封组件本体94与所述密封头95的接缝处96通过点焊焊接，以实现对密封组件本体94内腔的密封。需要说明的是，定位销还可以设置为其他的数量，可以根据实际情况确定。当然，定位销还可以被其他起到固定限位功能的构件代替，而采用定位销具有定位销孔易打孔的优势。

所述接头组件2上开有泄压孔22，泄压孔22位于所述第二流通孔21的下侧，泄压孔22连通外筒5和内筒6，用于泄掉岩心在进入内筒6时突增的压强。所述平衡活塞3通过第一密封圈4与所述接头组件2密封连接。所述第一密封圈4为Y型密封圈。所述接头组件2的顶部连接有护丝套1，用于保护接头组件2。

本实施例提供的密闭取心工具，在组装时，通过接头组件2向内筒中加入岩心密闭液，使岩心密闭液充满内筒内部，第一密封圈32与岩心爪组合件4的密封连接，岩心密闭液不会从内筒6中流出。当岩心密闭液装满内筒6后，装入平衡活塞3，由于平衡活塞3与接头组件2通过Y型密封圈4密封连接，在取心过程中岩心密闭液不会从内筒6中溢出。对于密封组件9的组装，需要将密封组件本体94通过定位销与取心钻头连接固定，再在密封组件本体94的内腔中于定位销的尾端旋装上螺母931，以将定位销的尾端固定住，然后将密封头95的顶部卡块嵌设入密封组件本体94的凹槽941中，并通过点焊方式在密封头95和密封组件本体94的接缝处96进行焊接。

待钻具组装完毕后，将其下入井底，并向钻具中通入钻井液并开始钻井作业。钻井液由第一流通孔32进入到接头组件2和平衡活塞3之间，再由第二流通孔21进入到内筒6和外筒5的间隙空间中，在钻具最低端到达取心钻头8处，起到降温、润滑作用。钻井过程中，密封组件9的底端首先与井底接触，随着钻具整体向下运动，岩层的反作用力传递到定位销上，导致定位销发生断裂，定位销断裂后，密封组件9与取心钻头8的固定关系失效，密封组件9脱离取心钻头8向上侧的内筒6中运动，第二密封圈92脱离取心钻头8的内壁，使密封组件9对内筒6的密封作用失效，岩心密闭液从缺口91以及密封组件9与内筒2的间隙间向下流淌，在井底进尺区域形成保护区。在上述过程中，被剪断之后的定位销尾端因为螺母931的固定作用，定位销尾端不会从密封组件本体94的内腔中跑出，避免了断裂的定位销钉卡在内部钻具中，特别是避免了其卡住岩心爪组件7，确保了岩心爪组件7取心功能的正常进行。

随着取心的进行，岩心将密封组件9逐渐向上推进，随之岩心进入内筒2中并沿内筒2内腔上行，内筒2中的岩心密闭液被等体积的岩心置换，在岩心表面均匀覆盖了一层岩心密闭液保护膜，达到将岩心与钻井液隔离的效果，最终获得不受钻井液污染的地层岩心。岩心在内筒6内腔中上行过程中，挤压内筒6中的空气、岩心密闭液和钻井液从泄压孔22进入到内筒6和外筒5的间隙中，实现了内筒6中的安全泄压，以避免在内筒6中出现憋压事故。

实施例2

本实施例只说明与前述实施例不同的内容，相同的内容不再赘述。

参见图5、图6，本实施例提出了一种安全泄压的密闭取心工具，其平衡活塞3滑动连接于所述接头组件2内壁，平衡活塞3底部遮挡住所述泄压孔22，平衡活塞3顶部连接有压簧31，压簧31的另一端抵接于平衡活塞3的上侧钻具中。

参见图6，本实施例提供的密闭取心工具在使用时，平衡活塞3初始状态由于其重力作用下，平衡活塞3处于其活动行程的最底端，并遮挡住了泄压孔22，压簧31处于自然拉伸状态，此时钻井液在流通过程中，不会由泄压孔22进入到内筒6中，避免了钻井液混入到岩心密闭液中，从而确保了岩心密闭液的质量，对岩心起到最佳的保护作用。

参见图5，当取心作业进行时，岩心逐渐在内筒6中上行，内筒6中压强逐渐增大，就推动平衡活塞3上行，露出泄压孔22，产生憋压的空气和岩心密闭液进入到外筒5和内筒6的间隙中，从而实现了安全泄压。需要进一步说明的是，当压簧31和平衡活塞3受到的上行推力平衡时，则平衡活塞3不再上行，泄压孔22一直处于打开状态；当钻井进尺逐渐减少直至取心完成的过程中，由于内筒6内的憋压情况越来越弱，压簧31则会逐渐回弹推动平衡活塞3下移，并遮挡住泄压孔22，又再次对内筒6实现了封闭，避免了钻井液由泄压孔22进入到内筒6中。

Claims (10)

1.一种有利于取心的密闭取心工具，包括外筒(5)、内筒(6)、岩心爪组件(7)和取心钻头(8)，内筒(6)套装在外筒(5)中且二者筒壁之间留有用于钻井液流通的间隙，岩心爪组件(7)连接于内筒(6)底部，取心钻头(8)连接于外筒(5)底部；其特征在于：

所述有利于取心的密闭取心工具还包括接头组件(2)、平衡活塞(3)和密封组件(9)，所述外筒(5)顶部和内筒(6)顶部均连接于接头组件(2)，接头组件(2)内设有所述平衡活塞(3)，用于密封内筒(6)；所述平衡活塞(3)上开有第一流通孔(32)，所述接头组件(2)上开有第二流通孔(21)，第二流通孔(21)与所述外筒(5)、内筒(6)之间的间隙连通，第一流通孔(32)和第二流通孔(21)均用于流通钻井液；

所述密封组件(9)设于所述内筒(6)底部，密封组件(9)包括密封组件本体(94)，密封组件本体(94)密封连接于所述内筒(6)内壁、所述岩心爪组件(7)内壁或取心钻头(8)内壁；所述密封组件本体(94)通过至少一个定位构件(93)与所述取心钻头(8)固接；

所述定位构件(93)的尾端伸入到所述密封组件本体(94)内且连接有螺母(931)，当定位构件(93)被剪断后，定位构件(93)位于密封组件本体(94)的部分能够被螺母(931)固定。

2.如权利要求1所述的有利于取心的密闭取心工具，其特征在于：所述密封组件(9)还包括密封头(95)，密封头(95)焊接于所述密封组件本体(94)的底部，以实现对密封组件本体(94)内腔的密封。

3.如权利要求2所述的有利于取心的密闭取心工具，其特征在于：所述密封组件本体(94)内腔底部设有凹槽(941)，所述密封头(95)顶部设有卡块，卡块嵌设于凹槽(941)中；所述密封组件本体(94)与所述密封头(95)的接缝处(96)通过点焊焊接。

4.如权利要求1所述的有利于取心的密闭取心工具，其特征在于：所述接头组件(2)上开有泄压孔(22)，泄压孔(22)位于所述第二流通孔(21)的下侧，泄压孔(22)连通外筒(5)和内筒(6)，用于泄掉岩心在进入内筒(6)时突增的压强。

5.如权利要求4所述的有利于取心的密闭取心工具，其特征在于：所述平衡活塞(3)滑动连接于所述接头组件(2)内壁，平衡活塞(3)底部遮挡住所述泄压孔(22)，平衡活塞(3)顶部连接有压簧(31)，压簧(31)的另一端抵接于平衡活塞(3)的上侧钻具中。

6.如权利要求1或5所述的有利于取心的密闭取心工具，其特征在于：所述平衡活塞(3)通过第一密封圈(4)与所述接头组件(2)密封连接。

7.如权利要求6所述的有利于取心的密闭取心工具，其特征在于：所述第一密封圈(4)为Y型密封圈。

8.如权利要求1所述的有利于取心的密闭取心工具，其特征在于：所述接头组件(2)的顶部连接有护丝套(1)，用于保护接头组件(2)。

9.如权利要求1所述的有利于取心的密闭取心工具，其特征在于：所述密封组件本体(94)上设有第二密封圈(92)，密封组件本体(94)通过第二密封圈(92)与所述取心钻头(8)内壁密封连接。

10.如权利要求1所述的有利于取心的密闭取心工具，其特征在于：所述密封组件本体(94)上开有缺口(91)，用于通过岩心密闭液。

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