專(zhuān)利名稱(chēng)：松散地層取心工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于地質(zhì)勘探和石油鉆井取心的取心工具，特別是用于松散地層、破碎地層和含礫石地層的雙筒取心工具。屬鉆井工具類(lèi)。
取心質(zhì)量是地質(zhì)勘探和石油鉆井工程的三大質(zhì)量之一，它主要包含三方面的含義巖心收獲率的高低；巖心地質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞程度；巖心組分的損失程度?，F(xiàn)有技術(shù)中的取心工具包括常規(guī)取心工具和特殊取心工具二種。常規(guī)取心工具，例如川式取心工具、250P系列取心工具，在膠結(jié)良好的地層中取心，平均巖心收獲率在90％以上，在松散地層、破碎地層、含礫石地層中取心，不但巖心收獲率不高，而且?guī)r心受到鉆井液沖蝕，巖心結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重、巖心組分散失量大。特殊取心工具，例如橡膠筒取心工具、反循環(huán)取心工具、密閉取心工具、保壓取心工具，在松散地層、破碎地層、含礫石地層中取心，要么巖心結(jié)構(gòu)遭到破壞，要么巖心組分散失量大，要么巖心收獲率不高，而且它們的取心成本高。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種雙筒取心工具，它可以提高在松散地層、破碎地層、含礫石地層取心的巖心質(zhì)量，提高巖心收獲率，降低取心成本，減少重復(fù)取心。
本實(shí)用新型的松散地層取心工具主要由安全調(diào)節(jié)接頭、液力提升機(jī)構(gòu)、懸掛分流部分、外巖心筒、內(nèi)巖心筒、內(nèi)襯管、割心機(jī)構(gòu)和取心鉆頭等組成。
安全調(diào)節(jié)接頭由公接頭、鎖銷(xiāo)、摩擦環(huán)、摩擦環(huán)鎖緊組件、差動(dòng)調(diào)節(jié)桿、母接頭和數(shù)個(gè)密封環(huán)等組成。公接頭與差動(dòng)調(diào)節(jié)桿之間用螺紋聯(lián)結(jié)。安全調(diào)節(jié)接頭能在取心工具卡在井內(nèi)時(shí)，通過(guò)倒扣將鉆具及內(nèi)筒提到地面，再處理事故，并在組裝時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)該螺紋副的旋入長(zhǎng)度，對(duì)內(nèi)筒鞋與取心鉆頭處的間隙，即巖心爪座與取心鉆頭處的間隙進(jìn)行調(diào)整。間隙調(diào)好后，即螺紋副的旋入長(zhǎng)度確定以后，把鎖銷(xiāo)旋進(jìn)差動(dòng)調(diào)節(jié)桿上部的鍵槽內(nèi)，防止差動(dòng)調(diào)節(jié)桿轉(zhuǎn)動(dòng)。為使該間隙的調(diào)整快速省力，聯(lián)結(jié)螺紋宜采用大螺距螺紋。鎖銷(xiāo)為2個(gè)或3個(gè)，鍵槽為4個(gè)或6個(gè)。
液力提升機(jī)構(gòu)由旁通閥、差動(dòng)調(diào)節(jié)桿、差動(dòng)套、活塞、鎖塊、彈簧、彈簧壓帽、大鋼球和多個(gè)密封圈等組成。此機(jī)構(gòu)的作用是鉆完取心進(jìn)尺后，通過(guò)投球蹩壓，把內(nèi)筒向上提升一段距離，使卡箍巖心爪割斷巖心，同時(shí)工具下部緊貼巖心爪座外壁的全封閉卡板，封閉外巖心筒下部，防止起鉆時(shí)松散巖心掉落井里。
懸掛分流部分由差動(dòng)下接頭、懸掛環(huán)、卡簧、止推軸承、扶正軸承、軸承套、分流接頭和小鋼球等組成。它主要起懸掛內(nèi)筒和改變液體流道的作用。
外巖心筒由無(wú)縫鋼管制成，壁厚可達(dá)12～20毫米。
內(nèi)筒組件和割心機(jī)構(gòu)由內(nèi)巖心筒、內(nèi)襯管、巖心爪座、卡箍式巖心爪和卡板式全封閉巖心爪等組成。內(nèi)巖心筒是一壁厚為6～10毫米的無(wú)縫鋼管。內(nèi)襯管是由耐高溫達(dá)150℃的硬塑料制成的薄壁管，巖心進(jìn)入內(nèi)襯管時(shí)，其摩擦阻力比常規(guī)雙筒取心工具鋼管內(nèi)巖心筒的摩擦阻力小?？ò迨饺忾]巖心爪(亦稱(chēng)隱蔽巖心爪)由上體、下體、卡板、止推軸承和彈簧等組成?？ò鍨?至8塊，尖部呈一定角度，卡板尾部為圓弧型，中間銑一方槽，安裝彈簧?？ò迨饺忾]巖心爪下部的止推軸承保證其與鉆頭之間能發(fā)生相互轉(zhuǎn)動(dòng)。該取心工具在組裝完成后，以及以后的取心鉆進(jìn)過(guò)程中，卡板式全封閉巖心爪一直保持收縮隱蔽狀態(tài)，藏在巖心爪座的外面，不防礙巖心進(jìn)筒。割心完成后，內(nèi)筒上提一段距離，卡板在彈簧作用下倒向內(nèi)筒上提后留出的空間，封閉外巖心筒下部，防止松散巖心在起鉆過(guò)程中掉落井里。為防止鉆井液沖蝕巖心，可以在巖心爪座與卡板式全封閉巖心爪之間加一個(gè)密封圈。
為了防止鉆井液沖蝕巖心，在取心鉆頭內(nèi)設(shè)計(jì)一環(huán)狀U形槽，槽底部鉆有均勻分布的圓孔，圓孔直徑足夠大，使鉆井液射流不能很強(qiáng)的沖蝕地層，鉆井液流量足夠攜帶鉆屑和冷卻鉆頭?？ò迨饺忾]巖心爪的下體可插入此槽內(nèi)，使軸承下端面與U形槽的上平面接觸，這樣，此處只有極少量鉆井液潤(rùn)滑軸承，巖心基本不受鉆井液沖蝕，起到更好地保護(hù)松散巖心的作用。該工具的取心鉆頭可以是研磨式，也可以是切削式。
為了使此工具能在定向斜井和水平井中使用，在內(nèi)巖心筒與外巖心筒之間可以加一扶正軸承。扶正軸承為青銅制成的圓環(huán)(有鉆井液過(guò)流槽)或裝有滾柱的鐵環(huán)。
本實(shí)用新型的松散地層取心工具與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1.它能夠適應(yīng)在松散地層、破碎地層、含礫地層取心的工藝要求；2.使用該工具能夠保證巖心質(zhì)量，提高巖心的收獲率，降低取心成本，減少重復(fù)取心；3.該工具適用范圍廣，不僅能夠用于松散地層取心，也可用于中、硬地層取心；不僅能用于直井，也可用于斜井、水平井；
4.該工具結(jié)構(gòu)新穎，設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)單，宜于推廣。
以下結(jié)合附


圖1至6給出的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述。
附
圖1是安全調(diào)節(jié)接頭的結(jié)構(gòu)圖。
附圖2是液力提升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
附圖3是懸掛分流部分的結(jié)構(gòu)圖。
附圖4是內(nèi)筒組件和割心機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
附圖5是卡板式全封閉巖心爪的結(jié)構(gòu)圖。
附圖6是附圖5的剖視圖。
實(shí)施例中的松散地層取心工具由公接頭(1)、鎖銷(xiāo)(3)(2個(gè)或3個(gè))、密封圈(2)(2個(gè))、摩擦環(huán)鎖緊組件(4)、摩擦環(huán)(5)、母接頭(7)、密封圈(6)和(8)、差動(dòng)調(diào)節(jié)桿(9)、密封圈(10)(4個(gè))、旁通閥(12)、緩沖膠墊(13)、密封圈(14)(2個(gè))、密封圈(15)(3個(gè))、差動(dòng)套(16)、大鋼球(17)、密封圈(18)、活塞(19)、鎖塊(20)、密封圈(21)、彈簧(22)、彈簧壓帽(23)、內(nèi)腔(24)、差動(dòng)下接頭(25)、懸掛環(huán)(26)、卡簧(27)、止推軸承(28)、扶正軸承(29)、分流接頭(30)、小鋼球(31)、外巖心筒(32)、內(nèi)巖心筒(33)、內(nèi)襯管(34)、上體(35)、下體(37)、巖心爪座(38)、卡箍式巖心爪(39)、卡板(40)、軸承(41)、取心鉆頭(42)、U型槽(43)、彈簧(44)、扶正軸承(45)等組成。其中公接頭(1)、鎖銷(xiāo)(3)、摩擦環(huán)鎖緊組件(4)、摩擦環(huán)(5)、母接頭(7)、差動(dòng)調(diào)節(jié)桿(9)、密封圈(2)、(6)、(8)等構(gòu)成安全調(diào)節(jié)接頭(如附
圖1)，用于取心工具在井內(nèi)被卡時(shí)的事故處理和調(diào)節(jié)巖心爪座(38)與取心鉆頭(42)之間的間隙。差動(dòng)調(diào)節(jié)桿(9)、旁通閥(12)、差動(dòng)套(16)、大鋼球(17)、活塞(19)、鎖塊(20)、彈簧(22)、彈簧壓帽(23)、緩沖膠墊(13)以及密封圈(10)、(14)、(15)、(18)、(21)構(gòu)成液力提升機(jī)構(gòu)(如附圖2)。其作用是通過(guò)投球憋壓產(chǎn)生液體上舉力，使差動(dòng)套(16)帶動(dòng)整個(gè)內(nèi)筒沿差動(dòng)調(diào)節(jié)桿(9)外表面上行，完成差動(dòng)動(dòng)作。差動(dòng)下接頭(25)、懸掛環(huán)(26)、卡簧(27)、止推軸承(28)、扶正軸承(29)、分流接頭(30)以及小鋼球(31)等構(gòu)成懸掛分流部分(如附圖3)，用于懸掛內(nèi)筒和改變液體流道。內(nèi)巖心筒(33)、內(nèi)襯管(34)、巖心爪座(38)、卡箍式巖心爪(39)和卡板式全封閉巖心爪等構(gòu)成內(nèi)筒組件和割心機(jī)構(gòu)(如附圖4)。其中全封閉巖心爪由上體(35)、下體(37)、卡板(40)、軸承(41)和彈簧(44)等組成(如附圖5)。內(nèi)筒組件和割心機(jī)構(gòu)的作用是在取心時(shí)容裝并卡持巖心，完成割心工作和保證起鉆過(guò)程中不掉巖心。
該取心工具如取心鉆頭外徑為240毫米，外巖心筒外徑為203毫米，內(nèi)巖心筒外徑為159毫米，那么取心鉆頭的內(nèi)徑可達(dá)133毫米。
本實(shí)用新型的松散地層取心工具在使用時(shí)，預(yù)先組裝調(diào)整好巖心爪座(38)與取心鉆頭(42)之間的間隙。調(diào)好后，把鎖銷(xiāo)(3)鎖進(jìn)差動(dòng)調(diào)節(jié)桿(9)上部的鍵槽內(nèi)，以防松動(dòng)，然后由鉆柱將工具送入井內(nèi)，進(jìn)行取心。鉆完取心進(jìn)尺，向取心工具內(nèi)投一直徑大于活塞(19)內(nèi)徑的鋼球(17)，開(kāi)泵用液體壓力迫使活塞(19)下行，壓縮彈簧(22)，活塞(19)行至下始點(diǎn)，同時(shí)，活塞上部的環(huán)型槽，正好對(duì)著鎖塊(20)，差動(dòng)套(16)的中下部有兩道環(huán)形槽，它們之間的距離等于差動(dòng)距離，上一處環(huán)形槽的下45°斜面給鎖塊(20)一個(gè)指向軸心的徑向力，使鎖塊(20)向軸心移動(dòng)，解除鎖塊(20)對(duì)差動(dòng)套(16)的鎖定，差動(dòng)套(16)帶著整個(gè)內(nèi)筒在上舉力的作用下沿著差動(dòng)調(diào)節(jié)桿(9)的光滑外表面上行，當(dāng)差動(dòng)套(16)的下一處環(huán)形槽上行至鎖塊(20)處的同時(shí)，被差動(dòng)套(16)推動(dòng)的旁通閥(12)上的泄壓口正好對(duì)著旁通孔(11)，液體從旁通孔(11)流出、內(nèi)腔(24)的壓力下降、上舉力消失，彈簧(22)使活塞(19)上行，鎖塊(20)進(jìn)入差動(dòng)套(16)的下一處環(huán)形槽，鎖住差動(dòng)套(16)，防止上下移動(dòng)，差動(dòng)動(dòng)作完成。為了保證鎖塊(20)平行向軸心移動(dòng)，鎖塊(20)制成馬鞍形。在旁通閥(12)和差動(dòng)套(16)之間可以加一橡膠墊片(13)，二者接觸時(shí)起緩沖作用。此時(shí)，取心工具下部的全封閉卡板在彈簧作用下全部向中心翻倒，封閉外巖心筒下部，防止松散巖心在起鉆過(guò)程中掉落。最后，該工具連同巖心一起被提出井筒。
權(quán)利要求1.一種地質(zhì)勘探和石油鉆井中使用的松散地層取心工具，包括取心鉆頭、懸掛分流部分、外巖心筒、內(nèi)巖心筒、割心機(jī)構(gòu)，其特征在于該取心工具還包括安全調(diào)節(jié)接頭、液力提升機(jī)構(gòu)和內(nèi)襯管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的取心工具，其特征在于該取心工具的安全調(diào)節(jié)接頭由公接頭、鎖銷(xiāo)、摩擦環(huán)、摩擦環(huán)鎖緊組件、差動(dòng)調(diào)節(jié)桿、母接頭和數(shù)個(gè)密封環(huán)等組成。公接頭與差動(dòng)調(diào)節(jié)桿采用大螺距螺紋聯(lián)結(jié)，鎖銷(xiāo)為2個(gè)或3個(gè)，差動(dòng)調(diào)節(jié)桿上部銑有4個(gè)或6個(gè)鍵槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2所述的取心工具，其特征在于該取心工具的液力提升機(jī)構(gòu)由旁通閥、差動(dòng)調(diào)節(jié)桿、差動(dòng)套、活塞、鎖塊、彈簧、彈簧壓帽、大鋼球和多個(gè)密封圈等組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的取心工具，其特征在于內(nèi)襯管呈圓筒狀，內(nèi)外表面光滑、材質(zhì)為耐溫可達(dá)150℃的硬塑料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3至4所述的取心工具，其特征在于其割心機(jī)構(gòu)由巖心爪座、卡箍式巖心爪和卡板式全封閉巖心爪等構(gòu)成，其中卡板式全封閉巖心爪由上體、下體、卡板、止推軸承和彈簧等組成，卡板為3至8塊，尖部呈一定角度，卡板尾部為圓弧型，中間銑一方槽，安裝彈簧，起割心作用的卡箍式巖心爪和封閉巖心防其掉落的卡板式巖心爪重疊地安裝在取心工具內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的取心工具，其特征在于該取心工具的取心鉆頭內(nèi)設(shè)計(jì)一環(huán)狀U形槽，槽底鉆有均勻分部的較大圓孔，卡板式全封閉巖心爪的下體插入此槽內(nèi)，止推軸承的下端面與U形槽的上平面接觸。
專(zhuān)利摘要松散地層取心工具是一種用于地質(zhì)勘探和石油鉆井取心的雙筒取心工具，適用于松散地層、破碎地層、含礫石地層取心，能提高巖心收獲率和巖心質(zhì)量。該工具取心鉆頭內(nèi)腔有一環(huán)狀U形槽，取心鉆進(jìn)時(shí)鉆井液不沖蝕松散巖心；割心后巖心爪處于全封閉狀態(tài)，防止起鉆過(guò)程中掉巖心；耐高溫塑料內(nèi)襯管使巖心入筒阻力小，出筒時(shí)結(jié)構(gòu)不受破壞；內(nèi)外筒之間的扶正軸承使其能在斜井和水平井中使用。該工具結(jié)構(gòu)新穎，設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)單，宜于推廣。
文檔編號(hào)E21B25/00GK2213837SQ94228700
公開(kāi)日1995年11月29日 申請(qǐng)日期1994年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月27日
發(fā)明者楊立文 申請(qǐng)人:遼河石油勘探局鉆采工藝研究院