CN115929236A - 水平定向钻进绳索取心管液囊式智能快速投放装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水平定向钻进绳索取心管液囊式智能快速投放装置，包括可拆卸连接的下连接体、中间核心部件和上连接体，所述中间核心部件的腔体内安装有发电单元、高压泵单元、检测单元和控制板，中间核心部件的外壳上设置储液腔和液囊，储液腔通过输油管道与高压泵单元连通，高压泵单元的另一端通过流油管道与液囊连通，流油管道上设置有电磁阀，发电单元为高压泵单元和控制板供电，控制板上根据检测单元检测的信号驱动高压泵单元实现油液在储液腔与液囊之间的流动。本发明通过高压泵单元抽取储液腔中的高压流体注入液囊使液囊膨胀封堵钻杆与取心管间间隙，利用封堵钻杆与取心管间间隙积蓄钻井液的能量抵抗取心管遇卡时受到阻力，使取心管脱困。

Description

水平定向钻进绳索取心管液囊式智能快速投放装置

技术领域

本发明涉及绳索取心技术领域，具体的说，是一种水平定向钻进绳索取心管液囊式智能快速投放装置。

背景技术

岩心是最直观、最可靠的反映地下岩石特征的宝贵资料，通过对岩心的分析和研究可获得很多重要信息。基于目前国内外对钻进所需开挖空间少、对地面影响小、施工迅速、工期短等要求，水平、正负斜向等定向钻进得到广泛应用。利用垂直钻进勘察深埋隧洞位置处地质条件所需的钻进进尺长、技术难度大、成本高、工期长，尤其在遇到复杂地质条件时，难度成倍数增加，而在半山腰合适位置处通过水平定向钻进的方式可大大减小钻进进尺，极大地降低难度、成本、工期等因素。而地质钻探取心中，利用绳索取心可有效减少深孔钻进提下钻辅助作业时间，提高钻进效率和经济性，同时对破碎、水敏、高地应力等复杂地质条件取心也有显著效果。在上述钻进方法实施过程中，易出现以下问题：1)取心管向下运动的动力来自钻井液传递的水动力，受到横截面积的影响，取心管对钻井液水动力利用率较低；2)由于钻进方向并非垂直，取心管的自重无法提供足够下放动力，同时与管壁的摩擦会产生水平向阻力；3)同理，取心管与钻杆内壁间接触产生摩擦，加之过程中岩屑作用，增大阻力的同时损伤取心管与钻杆、降低其使用寿命；由于上述情况的产生，定向钻进，水平、正负斜向钻进中常出现取心管下降速率较低甚至无法下放至底部的情况，导致无法正常勘察钻进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水平定向钻进绳索取心管液囊式智能快速投放装置，用于解决现有技术中定向钻进，水平、正负斜向钻进中常出现取心管下降速率较低甚至无法下放至底部的问题。

本发明通过下述技术方案解决上述问题：

一种水平定向钻进绳索取心管液囊式智能快速投放装置，包括下连接体、中间核心部件和上连接体，所述下连接体的一端为捞矛头，另一端与所述中间核心部件可拆卸连接，所述上连接体的一端与中间核心部件可拆卸连接，上连接体的另一端设置有与所述捞矛头匹配的打捞钩连接件，所述中间核心部件的腔体内安装有发电单元、高压泵单元、检测单元和控制板，中间核心部件的外壳上设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽配合储液腔膜壁构成储液腔，所述储液腔通过密封贯穿第一凹槽的输油管道与所述高压泵单元的一端连通，所述第二凹槽设置有液囊，高压泵单元的另一端通过密封贯穿所述第二凹槽的流油管道与所述液囊连通，所述流油管道上设置有电磁阀，所述发电单元采用发电机发电并存储在蓄电池中，所述蓄电池为所述高压泵单元和控制板供电，控制板上的控制芯片根据所述检测单元检测的位移信号和速度信号，控制所述电磁阀开启，并驱动高压泵单元实现油液在储液腔与液囊之间的流动，当油液从储液腔流到液囊时，液囊膨胀与钻杆接触以封堵钻井液。

所述发电单元包括发电机，所述发电机的叶片设置在所述中间核心部件的外壳上开设的通孔处，所述通孔的外侧设置有滤网，所述通孔的内侧密封设置有用于排出钻井液的流通管道，防止钻井液流入中间核心部件的腔体内。

所述下连接体与中间核心部件连接的一端设置有第一内螺纹，中间核心部件一端设置有与所述第一内螺纹匹配的外螺纹，另一端设置有第二内螺纹，用于与所述上连接体上的第一连接件螺纹连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过高压泵单元抽取储液腔中的高压流体注入液囊使液囊膨胀封堵钻杆与取心管间间隙，利用封堵钻杆与取心管间间隙积蓄钻井液的能量抵抗取心管遇卡时受到阻力。

(2)本发明配有不同样式上下连接头，可适应不同种类的打捞器和捞矛装置，应用广泛。

(3)膨胀液囊上镶有耐磨材料，可有效延长液囊使用寿命，降低事故发生率。本发明通过加入膨胀液囊，在不改变其他条件的情况下，显著增大了取心管对钻井液动力的利用率，大大提高了取心管的放卡能力。

(4)本发明使用发电机装有旋转叶片，可将钻井液的动能转化为电能，并存储在蓄电池中，在发电机供应电能不足时提供补充能源，能够满足长、深井的钻进需要。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中下连接体的结构示意图；

图3为本发明中间核心部件的结构示意图；

图4为本发明中上连接体的结构示意图；

其中，11-输油管道；12-储液腔；13-储液腔膜壁；14-流油管道；15-液囊；16-速度传感器；17-位移传感器；21-蓄电池；22-开关；23-发电机；24-高压泵单元；25-滤网；26-叶片；27-控制板；28-流通管道；29-电磁阀；31-第一连接件；32-打捞钩连接件；41-捞矛头；42-第一内螺纹。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1-4所示，一种水平定向钻进绳索取心管液囊式智能快速投放装置，包括下连接体、中间核心部件和上连接体，所述下连接体的一端为捞矛头41，另一端与所述中间核心部件可拆卸连接，所述上连接体的一端与中间核心部件可拆卸连接，上连接体的另一端设置有与所述捞矛头41匹配的打捞钩连接件32，所述中间核心部件的腔体内安装有发电单元、高压泵单元24、检测单元(包括速度传感器16和位移传感器17)和控制板27，中间核心部件的外壳上设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽配合储液腔膜壁13构成储液腔12，所述储液腔12通过密封贯穿第一凹槽的输油管道11与所述高压泵单元24的一端连通，所述第二凹槽设置有液囊15，高压泵单元24的另一端通过密封贯穿所述第二凹槽的流油管道14与所述液囊15连通，所述流油管道15上设置有电磁阀29，所述发电单元采用发电机发电并存储在蓄电池21中，所述蓄电池21为所述高压泵单元24和控制板27供电，控制板27上的控制芯片根据所述检测单元检测的位移信号和速度信号，控制所述电磁阀29开启，并驱动高压泵单元24实现油液在储液腔12与液囊15之间的流动，当油液从储液腔12流到液囊15时，液囊15膨胀与钻杆接触以封堵钻井液。

取心管储液腔12在外部的耐磨耐高压的储液腔膜壁13作用下，腔内压强与外部钻井液液体压强一致。当取心管处在工作环境下时，速度传感器16和位移传感器17接收来自发电机23的电能，在控制芯片控制下进行工作，速度传感器16监测取心管的运动速度，如若遇到取心管受卡，运动速度小于控制芯片中的设定值时，控制芯片打开电磁阀29，并控制微型高压泵单元24自储液腔12抽取高压液至可膨胀液囊15。该情况下，电磁阀29无压力油作用，可防止可膨胀的液囊15内的油液在外部钻井液压力的作用下反向流动，以确保该辅助***正常工作。液囊15接收来自储液腔12的油液后，在压力作用下向外膨胀直至与钻杆接触不留空隙，液囊15的膨胀封堵了钻井液的循环流动，使其在液囊15上表面累积憋压，并将其动能和重力势能传递至取心管，取心管短时间内积累较大能量，在瞬时力作用下向下滑动突破受卡位置，继续向下运动。取心管脱困后，控制芯片接收速度传感器16信号(速度值大于设定阈值)并向高压泵单元24发出指令，高压泵单元24瞬时反向抽油，电磁阀29开启，压力油发生作用，逆向流动。可膨胀的液囊15中的油液重新回到储液腔12。

上述步骤为一次辅助工作流程，若一次流程作用后未能成功将取心管脱困，控制芯片在固定循环间隔后采集速度传感器16信号(速度值小于设定阈值)会发出第二次指令，重复上述步骤。

位移传感器17采用电容接近式开关，在地面设定目标监测距离，当取心管顺利投放至孔底时，位移传感器17监测到钻杆内壁上附着的特殊材料，并产生电信号传递给控制芯片，控制芯片接收信号后发出指令关闭电磁阀29，此后液囊15将不会发生膨胀。取心管截断岩心后在打捞器的牵引下上提至地面，地面人员即可取出岩心。

若5次流程后仍未能实现取心管脱困，控制芯片通过集成在控制板27的无线模块向地面人员发射信号反馈情况。

本发明通过储液腔和可膨胀液囊间油液的流通实现对取心管外部钻井液的释放与拦截，即实现对外部动能与势能的接收与释放，利用液囊15的膨胀封堵了钻井液的循环流动，使其在液囊15上表面累积憋压，瞬时增加的能量对抗取心管在定向钻进中产生的水平方向阻碍取心管水平方向的能量。可膨胀液囊采用耐磨耐高压弹性材料，液囊外缘还附有耐磨材料，一方面减少液囊与钻杆壁间的摩擦，另一方面，降低钻井液中的颗粒对液囊的磨损，增加液囊寿命，提高辅助装置工作年限。

实施例2：

在实施例1的基础上，所述发电单元包括发电机23，所述发电机23的叶片26设置在所述中间核心部件的外壳上开设的通孔处，所述通孔的外侧设置有滤网25，所述通孔的内侧密封设置有用于排出钻井液的流通管道28，防止钻井液流入中间核心部件的腔体内。发电机23采用28V小型直流发电机，发电机23的能量来自流过叶片26的钻井液动能，流过叶片26的钻井液顺着流通管道28流出，发电机23产生的电能存储在24V蓄电池21中，蓄电池21给高压泵单元24、控制板27供电，控制板27上设置有稳压模块，用于将24V电压转换为控制芯片的工作电压并为控制芯片供电，检测单元包括速度传感器16和位移传感器17，速度传感器16和位移传感器17将检测的信号输入控制芯片，控制芯片驱动高压泵单元24所在通电回路的电磁继电器闭合，给高压泵单元24供电，高压泵单元24采用微型直流齿轮水泵，能够实现双向泵液。

本发明利用钻井液流过发电机叶片实现钻井液动、势能至发电机电能的转换，转换所得电能储存至蓄电池中，为各用电器件供电，提高了续航能力。依靠传感器监测工作环境状况，实现自动控制取心管移动速度。发电机最外部即投放装置外壳处设有滤网拦截钻井液中悬浮的颗粒，避免损伤发电机叶片。

实施例3：

在实施例1或实施例2的基础上，所述下连接体与中间核心部件连接的一端设置有第一内螺纹42，中间核心部件一端设置有与所述第一内螺纹匹配的外螺纹，另一端设置有第二内螺纹，用于与所述上连接体上的第一连接件31螺纹连接。利用改变上连接体、下连接体的形态，中间核心部件能够与市面上大部分取心管，具有较高的经济性、适用性。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (3)

1.一种水平定向钻进绳索取心管液囊式智能快速投放装置，其特征在于，包括下连接体、中间核心部件和上连接体，所述下连接体的一端为捞矛头，另一端与所述中间核心部件可拆卸连接，所述上连接体的一端与中间核心部件可拆卸连接，上连接体的另一端设置有与所述捞矛头匹配的打捞钩连接件，所述中间核心部件的腔体内安装有发电单元、高压泵单元、检测单元和控制板，中间核心部件的外壳上设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽配合储液腔膜壁构成储液腔，所述储液腔通过密封贯穿第一凹槽的输油管道与所述高压泵单元的一端连通，所述第二凹槽设置有液囊，高压泵单元的另一端通过密封贯穿所述第二凹槽的流油管道与所述液囊连通，所述流油管道上设置有电磁阀，所述发电单元采用发电机发电并存储在蓄电池中，所述蓄电池为所述高压泵单元和控制板供电，控制板上的控制芯片根据所述检测单元检测的位移信号和速度信号，控制所述电磁阀开启，并驱动高压泵单元实现油液在储液腔与液囊之间的流动，当油液从储液腔流到液囊时，液囊膨胀与钻杆接触以封堵钻井液。

2.根据权利要求1所述的水平定向钻进绳索取心管液囊式智能快速投放装置，其特征在于，所述发电单元包括发电机，所述发电机的叶片设置在所述中间核心部件的外壳上开设的通孔处，所述通孔的外侧设置有滤网，所述通孔的内侧密封设置有用于排出钻井液的流通管道，防止钻井液流入中间核心部件的腔体内。

3.根据权利要求1所述的水平定向钻进绳索取心管液囊式智能快速投放装置，其特征在于，所述下连接体与中间核心部件连接的一端设置有第一内螺纹，中间核心部件一端设置有与所述第一内螺纹匹配的外螺纹，另一端设置有第二内螺纹，用于与所述上连接体上的第一连接件螺纹连接。

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