CN103410463B - 深孔内管到位报警绳索取心钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深孔内管到位报警绳索取心钻具，本发明在泥浆入水孔和泥浆出水孔之间设计一个阀堵，当内管到位后，悬挂环与座环接触，泥浆循环通路堵塞，泥浆进入入水孔，在阀堵下部设置第一弹卡钳，当阀堵被顶开后第一弹卡钳打开卡在阀体中部的弹卡回收座的下底面，同时第一弹卡钳下部的回位杆卡在出水孔内，阀堵被顶开后保持打开状态，在钻进过程中不在回位，此过程中泵压发生2MPa的瞬时变化后回复到正常值，此时配套的压力监测***检测到泵压变化后报警，第一弹卡钳卡在阀体中部的弹卡座的下底面，使阀堵在钻进过程中一直保持打开状态，在内管提到地面后，用工具将曲杆从出水孔内顶出，第一弹卡钳闭合，阀堵回位，可以实现在深孔钻进中实现内管到位报警，从而减少钻进辅助时间。

Description

深孔内管到位报警绳索取心钻具

技术领域

本发明涉及一种深孔内管到位报警绳索取心钻具及对其报警信号的检测***和方法，尤其适用于深孔地质岩心钻探。

背景技术

随着经济的快速发展，能源的消耗也日益增长，浅层的石油、煤、天然气等能源大量被开采，从其剩余储量来看，已探明的浅地层能源已经无法继续长期支撑现代工业，因此运用地质岩心钻探对较深地层所储藏能源进行勘探就变得尤为重要，而绳索取心方法又是地质岩心钻探的首选。

钻探实践证明，在米以内时内管到位可以听到声音，超过米以后，判断内管是否到位十分困难。目前内管到位报警机构的主要思路是通过内管到位后改变泵压来实现内管到位报警。内管投入井中后，泥浆泵泵送泥浆推动内管加速下行，当内管到位后内管上的悬挂环悬挂在外管的座环上，此时悬挂环与座环接触堵住泥浆通路，泥浆进入内管上的入水孔，从出水孔派出。现有的内管到位报警机构是在入水孔与出水孔之间设置阀堵，使泥浆必须顶开阀堵才能从出水孔排出，这个过程中泥浆泵的压力升高。其缺点是这种机构在泥浆顶开阀堵后必须一直保持较高压力以保证阀堵一直保持打开，这样会增大钻进过程中的泵压，对泵有很大的损害，因此阀堵的开启压力不能太大，而在深孔钻探时泵压变化太小是观察不到的，所以不适合用于深孔。

发明内容

本发明的第一个目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种能够使泵压在升高后恢复到正常值再进行钻进，从而能应用于深孔钻探的深孔内管到位报警绳索取心钻具。

本发明的第二个目的是提供一种深孔内管到位报警绳索取心钻具使用的压力监测***。

本发明的第三个目的是提供一种深孔内管到位报警绳索取心钻具的压力监测***的监测方法。

本发明之深孔内管到位报警绳索取心钻具之捞矛头与弹卡回收管通过第一弹性销连接，弹卡挡头与弹卡室通过螺纹连接，弹卡回收管通过第二弹性销与弹卡座形成可动连接，在弹卡回收管上行时弹卡座带动弹卡钳由于重力下落，弹卡钳与弹卡座通过第三弹性销连接，弹卡座下行时带动弹卡钳一同下行，两片弹卡钳通过第三弹性销形成可动连接，在弹卡钳受弹卡回收管的推力而闭合，两片弹卡钳由第一张簧的张力保持打开状态，两片弹卡钳卡在弹卡挡头确保内管总成不会由于钻进过程中产生的推力而上行，打捞岩心过程中，打捞器拉动捞矛头，捞矛头带动弹卡回收管上行，弹卡座带动弹卡钳由于重力下行，弹卡回收管使弹卡钳克服张簧的张力而闭合，内管总成上行。

弹卡座与阀体通过螺纹连接，悬挂环通过螺纹与阀体连接，座环与弹卡室通过螺纹连接，弹簧上端由阀堵支撑，下端由阀体中部的弹卡回收座支撑，第一弹卡钳通过第二张簧的张力保持张开状态，在第一弹卡钳通过阀体中部的弹卡回收座后，第一弹卡钳被第二张簧打开卡在阀体中部的弹卡回收座下底面上，第一弹卡钳与阀堵通过第四弹性销连接，阀堵下行过程中带动第一弹卡钳下行，阀堵通过弹簧压紧在阀体的阀口上，当内管到位后悬挂环与座环接触堵塞泥浆循环通路，泥浆由阀体上部的入水孔进入阀体内，泥浆泵压力增大MPa，泥浆压力大于弹簧的预紧力，泥浆顶开阀堵，泥浆通过阀体中部的六个水孔经由阀体下部的出水口流出，同时阀堵带动第一弹卡钳下行，第一弹卡钳受阀体中部弹卡回收座的推力而闭合，经过阀体中部的弹卡回收座后第一弹卡钳打开，第一弹卡钳卡在阀体中部的弹卡回收座下底面上，阀堵不能回位，此时泥浆压力恢复正常钻进值。

弹卡室通过螺纹与第一扩孔器连接，阀体与轴通过螺纹连接，轴通过螺纹与第一轴承座连接，第一推力轴承由第一轴承座与第二轴承座固定密封，第二推力轴承由第二轴承座与弹簧固定，弹簧上端由第二推力轴承支撑，下端由圆螺母支撑，圆螺母与轴通过螺纹连接，安全销穿过圆螺母与轴上的孔保证圆螺母不松动，第二轴承座与弹簧套通过螺纹连接，外管通过螺纹与第二扩孔器连接，油杯通过螺纹与弹簧套连接，弹簧套与止逆阀座通过螺纹连接，止逆阀钢球由自身重力坐落在止逆阀座的阀口上，二者为静接触，止逆阀座通过螺纹与岩心管连接，岩心管与卡簧座通过螺纹连接，卡簧挡圈由岩心管与卡簧座固定压紧，起密封作用。卡簧坐于卡簧座下部锥形内壁上，第二扩孔器通过螺纹与钻头通过螺纹连接。在取心结束后将内管提至地面取出岩心，将第一弹卡钳下部的横杆推出水口，此时横杆所受的推力使第一弹卡钳克服所受的力而收回，阀堵由于不再受第一弹卡钳的力而被弹簧的预紧力压紧在阀体的阀口上，内管到位报警机构恢复初始状态，然后将内管投入井中再次取心。

本发明之深孔内管到位报警绳索取心钻具使用的压力检测***，是由STM32F103单片机、压力传感器、报警电路、电源电路和串口通信模块构成，压力传感器和报警电路与STM32F103单片机连接，电源电路向STM32F103单片机和报警电路供电，串口通信模块与STM32F103单片机连接。

本发明之深孔内管到位报警绳索取心钻具的检测***的检测方法，该方法的步骤如下：

a.投放内管的过程中，泥浆泵泵送泥浆推动内管总成加速下行，当内管总成到达孔底后，悬挂环与座环接触堵塞泥浆通路，泥浆通过阀体上部的入水孔进入阀体内；

b.泥浆进入阀体内以后，泥浆泵仍继续泵送泥浆，泥浆泵压力升高了2MPa，泥浆顶开阀堵经阀体下部的出水口流出。

c.阀堵下行带动第一弹卡钳下行，阀体中部的弹卡回收座使第一弹卡钳克服第二张簧的张力而闭合，经过阀体中部的弹卡回收座后第一弹卡钳由于第二张簧的张力而打开，第一弹卡钳卡在阀体中部的弹卡回收座下地面，此时泥浆通道保持打开，泥浆泵压力回复到正常值；这个过程中产生2MPa的瞬时压力变化。

d.压力传感器置于泥浆泵与流量计之间，压力传感器检测到压力变化情况，产生电信号，传输给STM32F103单片机。

e.STM32F103单片机将信号传入串口通信模块，经处理返还AD采样值，传送到STM32F103单片机。

f.STM32F103单片机将信号传递给报警电路，令蜂鸣器工作，实现报警功能。

本发明的有益效果：

本发明在泥浆入水孔和泥浆出水孔之间设计一个阀堵，当内管到位后，悬挂环与座环接触，泥浆循环通路堵塞，泥浆进入入水孔，在阀堵下部设置小弹卡机构，当阀堵被顶开后小弹卡机构打开卡在阀体中部的弹卡回收座的下底面，同时第一弹卡钳克下部的回位杆卡在出水孔内，此过程中泵压发生MPa的瞬时变化后回复到正常值，此时配套的泵压监测***检测到泵压变化后报警，第一弹卡钳克卡在阀体中部的弹卡座的下底面，使阀堵在钻进过程中一直保持打开状态，在内管提到地面后，用工具将曲杆从出水孔内顶出，小弹卡机构闭合，阀堵回位，操作过程简单方便，当阀堵被顶开后保持打开状态，在钻进过程中不在回位，这种结构可使泥浆泵的压力经历一个瞬时升高后恢复到原压力值，不需要泵在钻进过程中保持高压力，因此对泵无过高要求且对钻进不产生不良影响。由于阀堵在打开后不会回位，阀堵弹簧的预紧力可设置较大值MPa，这样的压力变化值在深孔中是可以被钻具配套的检测***检测到的，因此可以实现在深孔钻进中实现内管到位报警，从而减少钻进辅助时间。

附图说明

图1为本发明之深孔内管到位报警绳索取心钻具结构图。

图2为图1中的A—A向剖视图。

图3为本发明之压力报警***原理图。

图4为本发明之压力报警***软件流程图。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，本实施例之深孔内管到位报警绳索取心钻具之捞矛头1与弹卡回收管3通过第一弹性销2连接，弹卡挡头4与弹卡室10通过螺纹连接，弹卡回收管3通过第二弹性销5与弹卡座9形成可动连接，在弹卡回收管3上行时弹卡座9带动弹卡钳7由于重力下落，弹卡钳7与弹卡座9通过第三弹性销8连接，弹卡座9下行时带动弹卡钳7一同下行，两片弹卡钳7通过第三弹性销8形成可动连接，在弹卡钳7受弹卡回收管3的推力而闭合，两片弹卡钳7由第一张簧6的张力保持打开状态，两片弹卡钳7卡在弹卡挡头4确保内管总成不会由于钻进过程中产生的推力而上行，打捞岩心过程中，打捞器拉动捞矛头1，捞矛头1带动弹卡回收管3上行，弹卡座9带动弹卡钳7由于重力下行，弹卡回收管3使弹卡钳7克服张簧6的张力而闭合，内管总成上行。

弹卡座9与阀体15通过螺纹连接，悬挂环11通过螺纹与阀体15连接，座环12与弹卡室10通过螺纹连接，弹簧13上端由阀堵18支撑，下端由阀体15中部的弹卡回收座40支撑，第一弹卡钳16通过第二张簧14的张力保持张开状态，在第一弹卡钳16通过阀体15中部的弹卡回收座40后，第一弹卡钳16被第二张簧14打开卡在阀体15中部的弹卡回收座40下底面上，第一弹卡钳16与阀堵18通过第四弹性销17连接，阀堵18下行过程中带动第一弹卡钳16下行，阀堵18通过弹簧13压紧在阀体15的阀口上，当内管到位后悬挂环11与座环12接触堵塞泥浆循环通路，泥浆由阀体15上部的入水孔39进入阀体内，泥浆泵压力增大2MPa，泥浆压力大于弹簧13的预紧力，泥浆顶开阀堵18，泥浆通过阀体15中部的六个水孔经由阀体15下部的出水口流出，同时阀堵18带动第一弹卡钳16下行，第一弹卡钳16受阀体15中部弹卡回收座40的推力而闭合，经过阀体15中部的弹卡回收座40后第一弹卡钳16打开，第一弹卡钳16卡在阀体15中部的弹卡回收座40下底面上，阀堵18不能回位，此时泥浆压力恢复正常钻进值。

弹卡室10通过螺纹与第一扩孔器19连接，阀体15与轴20通过螺纹连接，轴20通过螺纹与第一轴承座21连接，第一推力轴承22由第一轴承座21与第二轴承座24固定密封，第二推力轴承25由第二轴承座24与弹簧26固定，弹簧26上端由第二推力轴承25支撑，下端由圆螺母27支撑，圆螺母27与轴20通过螺纹连接，安全销28穿过圆螺母27与轴20上的孔保证圆螺母27不松动，第二轴承座24与弹簧套30通过螺纹连接，外管23通过螺纹与第二扩孔器34连接，油杯29通过螺纹与弹簧套30连接，弹簧套30与止逆阀座32通过螺纹连接，止逆阀钢球31由自身重力坐落在止逆阀座32的阀口上，二者为静接触，止逆阀座32通过螺纹与岩心管33连接，岩心管33与卡簧座37通过螺纹连接，卡簧挡圈35由岩心管33与卡簧座37固定压紧，起密封作用。卡簧36坐于卡簧座37下部锥形内壁上，第二扩孔器34通过螺纹与钻头38通过螺纹连接。在取心结束后将内管提至地面取出岩心，将第一弹卡钳16下部的横杆推出水口，此时横杆所受的推力使第一弹卡钳16克服所受的力而收回，阀堵18由于不再受第一弹卡钳16的力而被弹簧13的预紧力压紧在阀体15的阀口上，内管到位报警机构恢复初始状态，然后将内管投入井中再次取心。

请参阅图3所示，本发明之深孔内管到位报警绳索取心钻具使用的压力检测***，是由STM32F103单片机A1、压力传感器A2、报警电路A3、电源电路A4和串口通信模块A5构成，压力传感器A2和报警电路A3与STM32F103单片机A1连接，电源电路A4向STM32F103单片机A1和报警电路A3供电，串口通信模块A5与STM32F103单片机A1连接。

本发明之深孔内管到位报警绳索取心钻具的检测***的检测方法，该方法的步骤如下：请参阅图1、图2、图3和图4所示；

a.投放内管的过程中，泥浆泵泵送泥浆推动内管总成加速下行，当内管总成到达孔底后，悬挂环11与座环12接触堵塞泥浆通路，泥浆通过阀体15上部的入水孔39进入阀体15内；

b.泥浆进入阀体15内以后，泥浆泵仍继续泵送泥浆，泥浆泵压力升高了2MPa，泥浆顶开阀堵18经阀体15下部的出水口流出。

c.阀堵18下行带动第一弹卡钳16下行，阀体15中部的弹卡回收座40使第一弹卡钳16克服第二张簧14的张力而闭合，经过阀体15中部的弹卡回收座40后第一弹卡钳16由于第二张簧14的张力而打开，第一弹卡钳16卡在阀体15中部的弹卡回收座40下地面，此时泥浆通道保持打开，泥浆泵压力回复到正常值；这个过程中产生2MPa的瞬时压力变化。

d.压力传感器A2置于泥浆泵与流量计之间，压力传感器A2检测到压力变化情况，产生电信号，传输给STM32F103单片机A1。

e.STM32F103单片机A1将信号传入串口通信模块A5，经处理返还AD采样值，传送到STM32F103单片机A1。

f.STM32F103单片机A1将信号传递给报警电路A3，令蜂鸣器工作，实现报警功能。

本发明在泥浆入水孔39和泥浆出水孔42之间设计一个阀堵，当内管到位后，悬挂环与座环接触，泥浆循环通路堵塞，泥浆进入入水孔39，在阀堵下部设置小弹卡机构，当阀堵被顶开后小弹卡机构打开卡在阀体中部的弹卡回收座40的下底面，同时第一弹卡钳16克下部的回位杆41卡在出水孔42内，此过程中泵压发生2MPa的瞬时变化后回复到正常值，此时配套的泵压监测***检测到泵压变化后报警，第一弹卡钳16克卡在阀体中部的弹卡座的下底面，使阀堵在钻进过程中一直保持打开状态，在内管提到地面后，用工具将曲杆从出水孔42内顶出，小弹卡机构闭合，阀堵回位，操作过程简单方便，当阀堵被顶开后保持打开状态，在钻进过程中不在回位，这种结构可使泥浆泵的压力经历一个瞬时升高后恢复到原压力值，不需要泵在钻进过程中保持高压力，因此对泵无过高要求且对钻进不产生不良影响。由于阀堵在打开后不会回位，阀堵弹簧的预紧力可设置较大值2MPa，这样的压力变化值在深孔中是可以被钻具配套的检测***检测到的，因此可以实现在深孔钻进中实现内管到位报警，从而减少钻进辅助时间。

Claims (1)

1.一种深孔内管到位报警绳索取心钻具，其特征在于：其捞矛头（1）与弹卡回收管（3）通过第一弹性销（2）连接，弹卡挡头（4）与弹卡室（10）通过螺纹连接，弹卡回收管（3）通过第二弹性销（5）与弹卡座（9）形成可动连接，在弹卡回收管（3）上行时弹卡座（9）带动弹卡钳（7）由于重力下落，弹卡钳（7）与弹卡座（9）通过第三弹性销（8）连接，弹卡座（9）下行时带动弹卡钳（7）一同下行，两片弹卡钳（7）通过第三弹性销（8）形成可动连接，在弹卡钳（7）受弹卡回收管（3）的推力而闭合，两片弹卡钳（7）由第一张簧（6）的张力保持打开状态，两片弹卡钳（7）卡在弹卡挡头（4）确保内管总成不会由于钻进过程中产生的推力而上行，打捞岩心过程中，打捞器拉动捞矛头（1），捞矛头（1）带动弹卡回收管（3）上行，弹卡座（9）带动弹卡钳（7）由于重力下行，弹卡回收管（3）使弹卡钳（7）克服张簧（6）的张力而闭合，内管总成上行；

弹卡座（9）与阀体（15）通过螺纹连接，悬挂环（11）通过螺纹与阀体（15）连接，座环（12）与弹卡室（10）通过螺纹连接，弹簧（13）上端由阀堵（18）支撑，下端由阀体（15）中部的弹卡回收座支撑，第一弹卡钳（16）通过第二张簧（14）的张力保持张开状态，在第一弹卡钳（16）通过阀体（15）中部的弹卡回收座后，第一弹卡钳（16）被第二张簧（14）打开卡在阀体（15）中部的弹卡回收座下底面上，第一弹卡钳（16）与阀堵（18）通过第四弹性销（17）连接，阀堵（18）下行过程中带动第一弹卡钳（16）下行，阀堵（18）通过弹簧（13）压紧在阀体（15）的阀口上，当内管到位后悬挂环（11）与座环（12）接触堵塞泥浆循环通路，泥浆由阀体（15）上部的入水孔进入阀体内，泥浆泵压力增大2MPa，泥浆压力大于弹簧（13）的预紧力，泥浆顶开阀堵（18），泥浆通过阀体（15）中部的六个水孔经由阀体（15）下部的出水口流出，同时阀堵（18）带动第一弹卡钳（16）下行，第一弹卡钳（16）受阀体（15）中部弹卡回收座的推力而闭合，经过阀体（15）中部的弹卡回收座后第一弹卡钳（16）打开，第一弹卡钳（16）卡在阀体（15）中部的弹卡回收座下底面上，阀堵（18）不能回位，此时泥浆压力恢复正常钻进值；

弹卡室（10）通过螺纹与第一扩孔器（19）连接，阀体（15）与轴（20）通过螺纹连接，轴（20）通过螺纹与第一轴承座（21）连接，第一推力轴承（22）由第一轴承座（21）与第二轴承座（24）固定密封，第二推力轴承（25）由第二轴承座（24）与弹簧（26）固定，弹簧（26）上端由第二推力轴承（25）支撑，下端由圆螺母（27）支撑，圆螺母（27）与轴（20）通过螺纹连接，安全销（28）穿过圆螺母（27）与轴（20）上的孔保证圆螺母（27）不松动，第二轴承座（24）与弹簧套（30）通过螺纹连接，外管（23）通过螺纹与第二扩孔器（34）连接，油杯（29）通过螺纹与弹簧套（30）连接，弹簧套（30）与止逆阀座（32）通过螺纹连接，止逆阀钢球（31）由自身重力坐落在止逆阀座（32）的阀口上，二者为静接触，止逆阀座（32）通过螺纹与岩心管（33）连接，岩心管（33）与卡簧座（37）通过螺纹连接，卡簧挡圈（35）由岩心管（33）与卡簧座（37）固定压紧，起密封作用；卡簧36坐于卡簧座（37）下部锥形内壁上，第二扩孔器（34）通过螺纹与钻头（39）通过螺纹连接；在取心结束后将内管提至地面取出岩心，将第一弹卡钳（16）下部的横杆推出水口，此时横杆所受的推力使第一弹卡钳（16）克服所受的力而收回，阀堵（18）由于不再受第一弹卡钳（16）的力而被弹簧（13）的预紧力压紧在阀体（15）的阀口上，内管到位报警机构恢复初始状态，然后将内管投入井中再次取心。