CN115162989B - 一种提钻式保压取心钻具 - Google Patents

一种提钻式保压取心钻具 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种提钻式保压取心钻具,涉及保压取心钻具技术领域;包括外管总成和设置于外管总成内部的内管总成;所述内管总成包括活塞机构、活塞限位机构和保压取心机构,所述活塞机构内能够通过投球实现液路转换,进而在压差的作用下带动保压取心机构上移;所述保压取心机构通过球阀的转动能够实现取心后的密封。本发明提供的提钻式保压取心钻具,通过投球实现液路转换,利用液压力提升内钻具组合,结构可靠,成功率高。

Description

一种提钻式保压取心钻具
技术领域
本发明涉及保压取心钻具技术领域,特别是涉及一种提钻式保压取心钻具。
背景技术
在资源勘探过程中,解决储量评价的参数精准性,为生产提供计算依据,快速有效地获取地层岩心至关重要。目前页岩气勘探和煤层气勘探取样常采用普通的绳索打捞取心钻具获取样品,并通过获取的样品解析结果来评价目标层的储气量。随着社会的快速发展,常规化石能源供给越发紧张,对非常规的页岩气、煤层气和天然气水合物的勘探开发需求与日俱增。在煤层气、页岩气等地层,不需要绳索取心工艺,而是进行提钻取心工艺,同时进行保压取心。提钻取芯是钻头钻达取心点时,将孔内所有钻具完全起出,更换为取心钻具,下钻进行取心钻进,取心完成后,再次取出孔内所有钻具至地表,更换为全面导向钻头继续导向钻进,如此往复,直至完成所有取心计划。在提钻取心工艺中,取样管内径较大,保压取心对密封方式也提出了要求。目前的保压取心钻具结构达不到所需的密封要求,例如申请号为202023171812.2的专利文献,依靠弹簧瞬间的回弹力进行球阀翻转密封取心中管,对弹簧选型要求较高,结构不可靠,保压成功率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种提钻式保压取心钻具,以解决上述现有技术存在的问题,通过投球实现液路转换,利用液压力提升内钻具组合,结构可靠,成功率高。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供一种提钻式保压取心钻具,包括外管总成和设置于外管总成内部的内管总成;所述内管总成包括活塞机构、活塞限位机构和保压取心机构,所述活塞机构内能够通过投球实现液路转换,进而在压差的作用下带动保压取心机构上移;所述保压取心机构通过球阀的转动能够实现取心后的密封。
可选的,所述外管总成包括上端用于连接钻杆的变径接头,所述变径接头下端依次螺纹连接有第一外管、第二外管、扶正器、第三外管和钻头。
可选的,所述活塞机构包括内部中空的活塞杆,所述活塞杆远离所述变径接头的一端螺纹连接有球座,所述球座连接有所述保压取心机构;所述球座与所述活塞杆连接重合的侧壁位置处开设有流道;所述第一外管和第二外管连接位置处固定卡接有弹销座,所述活塞杆穿设于所述弹销座内,所述活塞杆上方外侧通过剪切销与所述变径接头内壁固定连接;所述弹销座内侧通过弹簧连接有弹销机构,所述活塞杆靠近所述球座一端的外壁上环设有凹槽,所述弹销机构能够卡接于所述凹槽内;所述第一外管上开设有排水口,所述活塞杆上开设有转换流道,所述转换流道和排水口均位于所述变径接头和所述弹销座之间。
可选的,所述活塞杆外壁固定环设有限位凸缘,所述限位凸缘位于所述变径接头和所述弹销座之间。
可选的,所述球座和活塞杆连接位置处固定设置有第一轴承,所述球座下端的螺母固定连接有铜套和第二轴承。
可选的,所述保压取心机构包括与所述球座底部螺纹连接的第一变径,所述铜套和第二轴承位于所述第一变径和球座连接处的内空间中;所述第一变径远离所述球座一端穿过第二变径后连接有内管、取样管和卡簧座,所述卡簧座上设置有卡簧;所述第二变径依次螺纹连接有中管和球阀座;所述球阀座内活动设置有球阀,所述球阀座两端对称安装有上球阀密封和下球阀密封,所述上球阀密封和下球阀密封能够对所述球阀实现限位和密封;所述取样管能够穿设于所述球阀的通孔内,取样管上行穿过球阀的通孔后,通过带动球阀翻转实现保压取心;提钻取心工艺可提取大直径岩心,适用于煤层气、页岩气等重点层段取心要求。采用投球憋压来改变泥浆流道,通过压差产生的液压力提升活塞杆,通过剪切销和弹销机构进行相应状态的限位,相对于使用弹簧回弹力更加可靠,逻辑更加清晰,上提成功率高;相对于打捞矛组件提升取样管更加高效,减少了向井中下入打捞器这一步骤,减少了取心时间。
可选的,所述内管和取样管连接位置处的内侧固定卡接有温压记录仪座,所述温压记录仪座上固定安装有温压记录仪。
可选的,所述第一变径远离所述球座一端穿过第二变径后螺纹连接有测压变径,所述测压变径的流道内设置有测压接头;所述测压变径依次螺纹连接有内管、取样管和卡簧座。
可选的,所述扶正器和第三外管连接位置处的内侧固定设置有轴承座,所述轴承座与轴承固定螺母固定连接有第三轴承,所述第二变径一端穿设于所述第三轴承内,且所述轴承座与轴承固定螺母能够对第二变径进行轴向限位。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:
本发明具有独特的内钻具上提方式,采用投球憋压来改变泥浆流道,通过压差产生的液压力提升活塞杆,通过剪切销和弹销机构进行相应状态的限位,实现内钻具上提、锁定与密封的连贯操作。本发明具有独特的密封结构,根据钻具位移和结构要求,在变径接头、外管、活塞杆、弹销座、变径、中管、球阀等相应位置设计了密封,保存了中管内部的原位压力,实现了保压取心。可钻取大直径岩心。提钻取心工艺,无需像绳索取心工艺一样,考虑上部钻杆内径,可加大取心钻具样品管内径,获得更大直径的岩心。
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,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提钻式保压取心钻具结构示意图;
图2为本发明提钻式保压取心钻具投球憋压时的状态示意图;
图3为本发明图1的局部放大示意图;
图4为本发明图2的局部放大示意图;
附图标记说明:1-变径接头、1-1-剪切销、2-第一外管、2-1-排水口、3-第二外管、4-扶正器、5-第三外管、6-钻头、7-活塞杆、7-1-转换流道、8-弹销座、9-弹销机构、10-球座、11-流道、12-第一轴承、13-铜套、14-第二轴承、15-第一变径、16-轴承固定螺母、17-轴承座、18-第三轴承、19-第二变径、20-测压接头、21-测压变径、22-中管、23-内管、24-温压记录仪、25-温压记录仪座、26-取样管、27-球阀座、28-上球阀密封、29-球阀、30-下球阀密封、31-卡簧、32-卡簧座、33-钢球。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种提钻式保压取心钻具,以解决上述现有技术存在的问题,通过投球实现液路转换,利用液压力提升内钻具组合,结构可靠,成功率高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种提钻式保压取心钻具,适用于提钻取心工艺,如图1、图2、图3和图4所示,包括外管总成和内管总成,外管总成包括变径接头1、第一外管2、第二外管3、扶正器4、第三外管5、钻头6、剪切销1-1、排水口2-1;内管总成包括活塞杆7、转换流道7-1、弹销座8、弹销机构9、球座10、流道11、第一轴承12、铜套13、第二轴承14、第一变径15、轴承固定螺母16、轴承座17、第三轴承18、第二变径19、测压接头20、测压变径21、中管22、内管23、温压记录仪24、温压记录仪座25、取样管26、球阀座27、上球阀密封28、球阀29、下球阀密封30、卡簧31、卡簧座32。
具体的,变径接头1上端连接钻杆,变径接头1内侧通过剪切销1-1固定活塞杆7;变径接头1、第一外管2、第二外管3、扶正器4、第三外管5、钻头6通过螺纹连接;弹销座8通过第一外管2和第二外管3进行双顶固定;弹销机构9通过弹簧进行伸缩动作,进而能够卡接于活塞杆的凹槽内,对活塞杆限位;球座10和活塞杆7通过螺纹连接,并将第一轴承12挤压固定,球座10下端螺母将铜套13和第二轴承14进行固定;球座10与第一变径15通过螺纹连接;轴承座17通过扶正器4和第三外管5进行双顶固定,其与轴承固定螺母16一起固定第三轴承18,同时轴承座17与轴承固定螺母16对第二变径19进行轴向限位;第一变径15与测压变径21通过螺纹连接,测压接头20通过测压变径21上的流道实现取样管26的压力测量;第二变径19、中管22、球阀座27通过螺纹连接;测压变径21、内管23、取样管26、卡簧座32通过螺纹连接;内管23和取样管26对温压记录仪座25进行双顶固定,温压记录仪24放置于温压记录仪座25上;上球阀密封28和下球阀密封30对球阀29实现固定和密封,可与球阀座27进行模块化组装;卡簧31坐落在卡簧座32上。
本发明工作时,在正常钻进过程中,变径接头1上端连接钻杆,通过剪切销1-1固定变径接头1和活塞杆7,活塞结构位于第一外管2下端,钻井液流经活塞杆7中孔、球座10中孔、流道11、轴承座17上的水眼、外管和中管22之间的环空从钻头水眼流出。由于变径接头1、第一外管2、活塞杆7、弹销座8有密封设计,因此钻井液只会从活塞杆7中孔流出,由于第二变径19、中管22有密封设计,因此钻井液不会进入到中管22内。
钻具进尺取心后,停泵,将钢球从井口投下去,进行投球憋压,如图2和图4所示,钢球33通过活塞杆7后,最终坐落在球座10上,通浆,由于钢球33的存在钻井液无法从活塞杆7中孔流出,进而在器具内造成憋压,通过转换流道7-1在活塞杆7、第一外管2之间的间隙中形成高压,与钻具外部泥浆形成压差,在压差的作用下,剪切机构的剪切销1-1被剪断,推动活塞杆7上移,钻井液通过排水口2-1排出。活塞杆7可在短时间内上升到变径接头1下端面,此时弹销机构9卡在活塞杆7上的凹槽中,实现锁定限位。活塞杆7带动球座10、测压变径21及以下全部内钻具上提,测压变径21上的密封槽与第二变径19形成密封,取样管26通过球阀29至其上方,球阀29由设置于球阀座27上的固定螺栓作为转动轴,同时在球阀座27和球阀29之间安装大扭力扭簧,取样管26未上提时,取样管26插设于球阀29的通孔内,从而由取样管26限制大扭力扭簧的翻转;取样管26通过球阀29上提至脱离球阀29后,球阀29在大扭力扭簧的作用下实现翻转,带动球阀29的通孔翻转90度,实现密封,此时第二变径19、中管22、球阀座27、球阀29形成保压封闭腔体,实现保压取心。保压动作完成后,上提井下钻具,实现保压取心。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外,术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种提钻式保压取心钻具,其特征在于:包括外管总成和设置于外管总成内部的内管总成;所述内管总成包括活塞机构、活塞限位机构和保压取心机构,所述活塞机构内能够通过投球实现液路转换,进而在压差的作用下带动保压取心机构上移;所述保压取心机构通过球阀的转动能够实现取心后的密封;所述外管总成包括上端用于连接钻杆的变径接头,所述变径接头下端依次螺纹连接有第一外管、第二外管、扶正器、第三外管和钻头;所述活塞机构包括内部中空的活塞杆,所述活塞杆远离所述变径接头的一端螺纹连接有球座,所述球座连接有所述保压取心机构;所述球座与所述活塞杆连接重合的侧壁位置处开设有流道;所述第一外管和第二外管连接位置处固定卡接有弹销座,所述活塞杆穿设于所述弹销座内,所述活塞杆上方外侧通过剪切销与所述变径接头内壁固定连接;所述弹销座内侧通过弹簧连接有弹销机构,所述活塞杆靠近所述球座一端的外壁上环设有凹槽,所述弹销机构能够卡接于所述凹槽内;所述第一外管上开设有排水口,所述活塞杆上开设有转换流道,所述转换流道和排水口均位于所述变径接头和所述弹销座之间;所述球座和活塞杆连接位置处固定设置有第一轴承,所述球座下端的螺母固定连接有铜套和第二轴承;所述保压取心机构包括与所述球座底部螺纹连接的第一变径,所述铜套和第二轴承位于所述第一变径和球座连接处的内空间中;所述第一变径远离所述球座一端穿过第二变径后连接有内管、取样管和卡簧座,所述卡簧座上设置有卡簧;所述第二变径依次螺纹连接有中管和球阀座;所述球阀座内活动设置有球阀,所述球阀座两端对称安装有上球阀密封和下球阀密封,所述上球阀密封和下球阀密封能够对所述球阀实现限位和密封;所述取样管能够穿设于所述球阀的通孔内;所述扶正器和第三外管连接位置处的内侧固定设置有轴承座,所述轴承座与轴承固定螺母固定连接有第三轴承,所述第二变径一端穿设于所述第三轴承内,且所述轴承座与轴承固定螺母能够对第二变径进行轴向限位。
2.根据权利要求1所述的提钻式保压取心钻具,其特征在于:所述活塞杆外壁固定环设有限位凸缘,所述限位凸缘位于所述变径接头和所述弹销座之间。
3.根据权利要求1所述的提钻式保压取心钻具,其特征在于:所述内管和取样管连接位置处的内侧固定卡接有温压记录仪座,所述温压记录仪座上固定安装有温压记录仪。
4.根据权利要求1所述的提钻式保压取心钻具,其特征在于:所述第一变径远离所述球座一端穿过第二变径后螺纹连接有测压变径,所述测压变径的流道内设置有测压接头;所述测压变径依次螺纹连接有内管、取样管和卡簧座。
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