CN114016943A - 一种煤层气井绳索取芯钻井装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种煤层气井绳索取芯钻井装置，包括钻杆、连接管和取芯钻管，所述钻杆底部与连接管顶部螺纹连接，所述连接管底部与取芯钻管顶部螺纹连接，所述连接管表面套设有限位结构，所述限位结构底部贯穿至取芯钻管内部，且与取芯钻管内壁配合使用；所述取芯钻井装置内配置有一测量***，所述测量***包括压力传感器模块、超声波发射模块、超声波接收模块、数据处理模块、参数设置模块和显示模块。本发明通过向上移动连接管和取芯钻管，带动限位结构夹紧岩芯，使限位结构对岩芯的周围进行固定，同时通过测量***，对岩芯实时监测，防止岩芯脱离继续操作，节约了时间，提高了岩芯取样的能力和工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及取芯钻井技术领域，尤其涉及为一种煤层气井绳索取芯钻井装置。
背景技术
植物遗体经复杂的生物化学作用、地质作用转变而成的层状固体可燃矿产，它赋存于含煤岩系之中，位于顶底板岩石之间，取芯是指为了解地层地质情况，对所钻地层进行岩石取样的过程。
现有的技术中，为了了解煤层气井中的低质情况，需要对对应的岩层进行取芯，取芯需要使用到取芯钻井装置，取芯钻井装置中的取芯钻管并不容易将岩芯取出，岩芯在向上移动的过程中会受到重力的影响，当岩芯开裂时，都是导致岩芯掉落的原因，同时在岩芯向上提取时，并不能清楚的了解是否固定住岩芯，导致岩石取样工作效率下降。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种煤层气井绳索取芯钻井装置，能够便于岩芯的两侧进行辅助固定，能够判断是否固定岩芯，以解决现有的取芯钻井中岩芯取样效率低的问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种煤层气井绳索取芯钻井装置，包括钻杆、连接管和取芯钻管，所述钻杆底部与连接管顶部螺纹连接，所述连接管底部与取芯钻管顶部螺纹连接，所述连接管表面套设有限位结构，所述限位结构底部贯穿至取芯钻管内部，且与取芯钻管内壁配合使用；
所述取芯钻井装置内配置有一测量***，所述测量***包括压力传感器模块、超声波发射模块、超声波接收模块、数据处理模块、参数设置模块和显示模块。
进一步地，所述限位结构包括套环和两个抵动杆，两个所述抵动杆顶部分别与套环底部两侧固定连接，所述抵动杆底部接触有第一固定杆，所述第一固定杆内部顶部和底部均活动连接有滑杆，所述滑杆两侧均与取芯钻管内部固定连接，两个所述第一固定杆相互靠近一侧顶部和底部均固定连接有第二固定杆，所述第二固定杆远离第一固定杆一侧贯穿取芯钻管并延伸至取芯钻管内部，所述第二固定杆远离第一固定杆一侧固定连接有限位块。
进一步地，所述限位块远离第二固定杆一侧固定连接有橡胶垫，所述取芯钻管内壁开设有与限位块和橡胶垫配合使用凹槽。
进一步地，所述第一固定杆底部固定连接有定位块，所述定位块相互靠近一侧贯穿取芯钻管并延伸至取芯钻管内部，且与限位块和橡胶垫配合使用。
进一步地，所述套环表面顶部固定连接有复位环，所述复位环底部横截面积小于顶部横截面积。
进一步地，所述抵动杆底部与第一固定杆顶部均呈斜角，且相互配合使用，所述定位块相互靠近一侧开设有斜角。
进一步地，所述压力传感器模块用于测量限位块处夹持的压力，所述超声波发射模块和超声波接收模块用于测量套环和取芯钻管之间的距离，所述数据处理模块用于对压力传感器模块、超声波发射模块和超声波接收模块的数据进行处理，根据参数设置模块数据对比，生成计算结果，所述参数设置模块用于对参数数据进行输入，所述显示模块用于对数据处理模块产生计算结果进行显示。
进一步地，所述数据处理模块配置有处理策略，所述处理策略为：先设定取芯体积参数和重力与质量的比值，将体积参数和重力与质量的比值带入第一算法中求出物体重量，将物体重量带入第二算法中求出所需夹持力，将夹持力与超声波发射模块和超声波接收模块测出数据进行比对，根据显示模块中的显示数据进行取芯或调整。
进一步地，所述第一算法配置为：G＝mg，其中，G是物体重力，m是物体的质量，g是重力与质量的比值，测算出物体的重量，所述第二算法配置为：N＝G/2μ，其中，N为测算出物体的重量，G为夹持力，μ为物体和夹持物间的摩擦因数。
进一步地，所述测量***还包括执行模块，所述执行模块配置有执行策略，所述执行策略包括：当夹持力小于测量压力时，夹持力度为特紧，当夹持力等于测量压力时，夹持力度为紧，当夹持力大于测量压力时，夹持力度为松；
当力度为特紧和紧时，继续取芯，当力度为松时，及时调整；
超声波接收模块配置有调整策略，所述调整策略包括当距离为0时，抵动力为超强，当距离为0-X时(不包括0)，抵动力为强，当距离为X以上时，抵动力为无；
X为抵动杆和第一固定杆刚接触的距离，当距离为0-X时(包括0)，夹持力有效，继续取芯，当距离为X以上时，夹持力无效，及时调整。
本发明的有益效果：本发明通过向上移动连接管和取芯钻管，带动限位结构夹紧岩芯，使限位结构对岩芯的周围进行固定，同时通过测量***，对岩芯实时监测，防止岩芯脱离继续操作，节约了时间，提高了岩芯取样的能力和工作效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图；
图2为取芯钻管的内部结构示意图；
图3为图2中A的放大图；
图4为超声波发射模块和超声波接收模块位置示意图；
图5为压力传感器模块位置示意图；
图6为测量******流程图。
图中：1、钻杆；2、连接管；3、取芯钻管；4、限位结构；41、套环；42、抵动杆；43、第一固定杆；44、滑杆；45、第二固定杆；46、限位块；5、橡胶垫；6、凹槽；7、定位块；8、复位环；9、压力传感器模块；10、超声波发射模块；11、超声波接收模块；12、数据处理模块；13、参数设置模块；14、显示模块。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1，图1为本发明的结构示意图。
一种煤层气井绳索取芯钻井装置，包括钻杆1、连接管2和取芯钻管3，钻杆1底部与连接管2顶部螺纹连接，连接管2底部与取芯钻管3顶部螺纹连接，连接管2表面套设有限位结构4，限位结构4底部贯穿至取芯钻管3内部，且与取芯钻管3内壁配合使用；
取芯钻井装置内配置有一测量***，测量***包括压力传感器模块9、超声波发射模块10、超声波接收模块11、数据处理模块12、参数设置模块13和显示模块14。
请参阅图2、图3、图4、图5和图6，图2为取芯钻管的内部结构示意图；图3为图2中A的放大图；图4为超声波发射模块和超声波接收模块位置示意图；图5为压力传感器模块位置示意图；图6为测量******流程图。
限位结构4包括套环41和两个抵动杆42，两个抵动杆42顶部分别与套环41底部两侧固定连接，抵动杆42底部接触有第一固定杆43，第一固定杆43内部顶部和底部均活动连接有滑杆44，滑杆44两侧均与取芯钻管3内部固定连接，两个第一固定杆43相互靠近一侧顶部和底部均固定连接有第二固定杆45，第二固定杆45远离第一固定杆43一侧贯穿取芯钻管3并延伸至取芯钻管3内部，第二固定杆45远离第一固定杆43一侧固定连接有限位块46，通过连接管2向上移动，套环41受重力向下移动，从而通过抵动杆42抵动第一固定杆43带动第二固定杆45和限位块46对岩芯的周围进行限位固定，避免岩芯由于小或开裂导致掉落。
限位块46远离第二固定杆45一侧固定连接有橡胶垫5，取芯钻管3内壁开设有与限位块46和橡胶垫5配合使用凹槽6，通过在岩芯和限位块46之间设置橡胶垫5，能够增加限位块46与岩芯之间的摩擦力，避免岩芯由于重力导致掉落，从而提高工作效率。
第一固定杆43底部固定连接有定位块7，定位块7相互靠近一侧贯穿取芯钻管3并延伸至取芯钻管3内部，且与限位块46和橡胶垫5配合使用，通过底部定位块7的设置，一方面可以起到初步切断岩芯的作用，另一方面也可以对岩芯进行托底，增加对岩芯的固定能力。
套环41表面顶部固定连接有复位环8，复位环8底部横截面积小于顶部横截面积，通过套环41和钻井之间设置复位环8，当取芯钻管3在向下钻时，复位环8与钻井之间产生摩擦，使套环41向上移动，当需要取芯向上移动时，复位环8与钻井之间产生摩擦可以使岩芯固定的更加稳定。
抵动杆42底部与第一固定杆43顶部均呈斜角，且相互配合使用，定位块7相互靠近一侧开设有斜角，通过抵动杆42和第一固定杆43的斜角设置，能够方便抵动杆42带动第一固定杆43相互靠近，从而带动限位块46卡接岩芯，通过定位块7的斜角设置，可以起到夹断岩芯和托举岩芯的目的，同时还可以使取芯钻管3在向下钻时，对第一固定杆43起到复位能力。
压力传感器模块9用于测量限位块46处夹持的压力，超声波发射模块10和超声波接收模块11用于测量套环41和取芯钻管3之间的距离，数据处理模块12用于对压力传感器模块9、超声波发射模块10和超声波接收模块11的数据进行处理，根据参数设置模块13数据对比，生成计算结果，参数设置模块13用于对参数数据进行输入，显示模块14用于对数据处理模块12产生计算结果进行显示，能够通过压力传感器模块9、超声波发射模块10和超声波接收模块11测量的数据，快速的判断是否对岩芯进行固定卡紧。
数据处理模块12配置有处理策略，处理策略为：先设定取芯体积参数和重力与质量的比值，将体积参数和重力与质量的比值带入第一算法中求出物体重量，将物体重量带入第二算法中求出所需夹持力，将夹持力与超声波发射模块10和超声波接收模块11测出数据进行比对，根据显示模块14中的显示数据进行取芯或调整，能够方便根据测量的数据进行及时调整，避免由于岩芯并不在取芯钻管3中导致浪费时间的问题发生。
第一算法配置为：G＝mg，其中，G是物体重力，m是物体的质量，g是重力与质量的比值，测算出物体的重量，第二算法配置为：N＝G/2μ，其中，N为测算出物体的重量，G为夹持力，μ为物体和夹持物间的摩擦因数。
测量***还包括执行模块，执行模块配置有执行策略，执行策略包括：夹持力小于测量压力时，夹持力度为特紧，夹持力等于测量压力时，夹持力度为紧，夹持力大于测量压力时，夹持力度为松；
当力度为特紧和紧时，继续取芯，当力度为松时，及时调整；
超声波接收模块11配置有调整策略，调整策略包括当距离为0时，抵动力为超强，当距离为0-X时(不包括0)，抵动力为强，当距离为X以上时，抵动力为无；
X为抵动杆42和第一固定杆43刚接触的距离，当距离为0-X时(包括0)，夹持力有效，继续取芯，当距离为X以上时，夹持力无效，及时调整，能够方便初步判定是否能将岩芯进行固定，防止岩芯取样在开始时并无固定住岩芯，使岩芯取样操作速度变快。
工作原理：当取芯钻管3在向下钻时，复位环8与钻井之间产生摩擦，使套环41向上移动，套环41带动抵动杆42向上移动，抵动杆42脱离第一固定杆43的表面时，底部的岩石或者杂质抵动定位块7，定位块7受到力带动第一固定杆43相互远离，第一固定杆43带动第二固定杆45和限位块46相互远离，使限位块46进入到凹槽6的内部，当需要将岩石的岩芯向上取出时，向上拉动钻杆1，钻杆1带动连接管2和取芯钻管3向上移动，套环41通过复位环8与钻井之间的摩擦力，实现复位环8带动套环41向下移动，套环41带动抵动杆42抵动第一固定杆43，使第一固定杆43相互靠近，第一固定杆43通过在滑杆44的表面滑动，带动第二固定杆45和限位块46相互靠近，使限位块46表面的橡胶垫5固定岩芯，同时定位块7对岩芯底部进行夹断和托底，当力度为特紧和紧时，继续取芯，当力度为松时，及时调整岩芯位置，当距离为0-X时(包括0)，夹持力有效，继续取芯，当距离为X以上时，夹持力无效，及时调整岩芯位置，从而增加岩芯向上提取的稳定性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种煤层气井绳索取芯钻井装置，包括钻杆(1)、连接管(2)和取芯钻管(3)，其特征在于：所述钻杆(1)底部与连接管(2)顶部螺纹连接，所述连接管(2)底部与取芯钻管(3)顶部螺纹连接，所述连接管(2)表面套设有限位结构(4)，所述限位结构(4)底部贯穿至取芯钻管(3)内部，且与取芯钻管(3)内壁配合使用；
所述取芯钻井装置内配置有一测量***，所述测量***包括压力传感器模块(9)、超声波发射模块(10)、超声波接收模块(11)、数据处理模块(12)、参数设置模块(13)和显示模块(14)。
2.根据权利要求1所述一种煤层气井绳索取芯钻井装置，其特征在于：所述限位结构(4)包括套环(41)和两个抵动杆(42)，两个所述抵动杆(42)顶部分别与套环(41)底部两侧固定连接，所述抵动杆(42)底部接触有第一固定杆(43)，所述第一固定杆(43)内部顶部和底部均活动连接有滑杆(44)，所述滑杆(44)两侧均与取芯钻管(3)内部固定连接，两个所述第一固定杆(43)相互靠近一侧顶部和底部均固定连接有第二固定杆(45)，所述第二固定杆(45)远离第一固定杆(43)一侧贯穿取芯钻管(3)并延伸至取芯钻管(3)内部，所述第二固定杆(45)远离第一固定杆(43)一侧固定连接有限位块(46)。
3.根据权利要求2所述一种煤层气井绳索取芯钻井装置，其特征在于：所述限位块(46)远离第二固定杆(45)一侧固定连接有橡胶垫(5)，所述取芯钻管(3)内壁开设有与限位块(46)和橡胶垫(5)配合使用凹槽(6)。
4.根据权利要求3所述一种煤层气井绳索取芯钻井装置，其特征在于：所述第一固定杆(43)底部固定连接有定位块(7)，所述定位块(7)相互靠近一侧贯穿取芯钻管(3)并延伸至取芯钻管(3)内部，且与限位块(46)和橡胶垫(5)配合使用。
5.根据权利要求2所述一种煤层气井绳索取芯钻井装置，其特征在于：所述套环(41)表面顶部固定连接有复位环(8)，所述复位环(8)底部横截面积小于顶部横截面积。
6.根据权利要求4所述一种煤层气井绳索取芯钻井装置，其特征在于：所述抵动杆(42)底部与第一固定杆(43)顶部均呈斜角，且相互配合使用，所述定位块(7)相互靠近一侧开设有斜角。
7.根据权利要求2所述一种煤层气井绳索取芯钻井装置，其特征在于：所述压力传感器模块(9)用于测量限位块(46)处夹持的压力，所述超声波发射模块(10)和超声波接收模块(11)用于测量套环(41)和取芯钻管(3)之间的距离，所述数据处理模块(12)用于对压力传感器模块(9)、超声波发射模块(10)和超声波接收模块(11)的数据进行处理，根据参数设置模块(13)数据对比，生成计算结果，所述参数设置模块(13)用于对参数数据进行输入，所述显示模块(14)用于对数据处理模块(12)产生计算结果进行显示。
8.根据权利要求7所述一种煤层气井绳索取芯钻井装置的测量***，其特征在于：所述数据处理模块(12)配置有处理策略，所述处理策略为：先设定取芯体积参数和重力与质量的比值，将体积参数和重力与质量的比值带入第一算法中求出物体重量，将物体重量带入第二算法中求出所需夹持力，将夹持力与超声波发射模块(10)和超声波接收模块(11)测出数据进行比对，根据显示模块(14)中的显示数据进行取芯或调整。
9.根据权利要求7所述一种煤层气井绳索取芯钻井装置的测量***，其特征在于：所述第一算法配置为：G＝mg，其中，G是物体重力，m是物体的质量，g是重力与质量的比值，测算出物体的重量，所述第二算法配置为：N＝G/2μ，其中，N为测算出物体的重量，G为夹持力，μ为物体和夹持物间的摩擦因数。
10.根据权利要求9所述一种煤层气井绳索取芯钻井装置的测量***，所述测量***还包括执行模块，所述执行模块配置有执行策略，所述执行策略包括：当夹持力小于测量压力时，夹持力度为特紧，当夹持力等于测量压力时，夹持力度为紧，当夹持力大于测量压力时，夹持力度为松；
当力度为特紧和紧时，继续取芯，当力度为松时，及时调整；
超声波接收模块(11)配置有调整策略，所述调整策略包括当距离为0时，抵动力为超强，当距离为0-X时(不包括0)，抵动力为强，当距离为X以上时，抵动力为无；
X为抵动杆(42)和第一固定杆(43)刚接触的距离，当距离为0-X时(包括0)，夹持力有效，继续取芯，当距离为X以上时，夹持力无效，及时调整。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20220208 |