一种适用于破碎地层取心的钻井取心装置和取心工艺制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种适用于破碎地层取心的钻井取心装置和取心工艺，所述取心装置包括安全接头、外岩心筒、旋转总成、堵心报警机构、堵心解堵机构、岩心爪组合件和取心钻头，其中，外岩心筒和取心钻头固定连接组成外岩心筒串；旋转总成、堵心报警机构、堵心解堵机构和岩心爪组合件设置在外岩心筒串内部且依次固定连接组成内岩心筒串，其中，旋转总成与安全接头可转动连接；内岩心筒串外壁与外岩心筒串内壁之间形成有循环通道，堵心报警机构能够在发生堵心时报警；堵心解堵机构能够在发生堵心后解除堵心；安全接头分别将外岩心筒串和内岩心筒串与上部钻具固定连接。本发明专利技术具有取心工具强度高、具有限位段避免造成憋压、零部件受力更加优化等优点。优化等优点。优化等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于破碎地层取心的钻井取心装置和取心工艺


[0001]本专利技术涉及石油天然气钻探作业
，具体地，涉及一种适用于破碎地层取心的钻井取心装置和取心工艺。

技术介绍

[0002]钻井取心技术是获取岩心的最直接方式，在油气勘探开发中发挥了极为重要的作用。随着全国许多油田进入后期开发，地层水淹严重，取心时极易造成岩心坍塌破碎。此外，在双探栖霞、磨高灯影组等层位的白云岩裂缝孔洞非常发育，岩心破碎，采用常规取心工具取心时堵心、磨心发生的概率在90％以上，严重影响了取心单筒进尺和岩心收获率。现有的取心装置虽然能够在堵心时实现堵心报警并解除堵心1次，但是存在一些问题：剪销剪断后易掉入内筒和内外筒环空，造成堵心；堵心监视装置的心轴易受压变形，影响内筒上移，造成堵心监视功能无法实现；衬筒为整体式结构，在剪销时易损坏，整体更换加工难度大、成本高；内筒沿用常规内筒结构，出心时采用敲击的方式易损坏破碎的岩心，不利于保持岩心物性特征的完整。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种结构合理、强度高、避免堵心时造成憋压的适用于破碎地层取心的钻井取心装置。又如，本专利技术的另一目的在于提供一种可及时发现堵心、避免磨心、提高单筒进尺和取心收获率的适用于破碎地层取心的钻井取心工艺。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术的一方面提供了一种适用于破碎地层取心的钻井取心装置，所述钻井取心装置包括安全接头、外岩心筒、旋转总成、堵心报警机构、堵心解堵机构、岩心爪组合件和取心钻头，其中，外岩心筒和取心钻头固定连接组成取心装置的外岩心筒串；旋转总成、堵心报警机构、堵心解堵机构和岩心爪组合件均设置在外岩心筒串内部且从上到下固定连接组成取心装置的内岩心筒串，其中，旋转总成上端与安全接头下端可转动连接；内岩心筒串外壁与外岩心筒串内壁之间形成有循环通道，堵心报警机构能够与旋转总成配合在发生堵心时报警；堵心解堵机构能够在发生堵心后解除堵心使取心装置恢复正常，且堵心解堵机构包括内岩心筒、至少一层衬筒、剪切销钉、防掉套筒和连接套，其中，内岩心筒上端与堵心报警机构的下端固定连接，至少一层衬筒设置在内岩心筒中，剪切销钉将衬筒与内岩心筒固定，连接套将内岩心筒下端和岩心爪组合件连接，套筒套设在连接套外壁上以防止剪切销钉掉落到环空中；安全接头分别将外岩心筒串和内岩心筒串与上部钻具固定连接。
[0005]在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，所述取心装置还可包括第一扶正器和第二扶正器，所述外岩心筒的上端通过第一扶正器与所述安全接头固定连接，外岩心筒的下端通过第二扶正器与取心钻头固定连接。
[0006]在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，所述安全接头可包括外接头、内接头、压
帽、制动环和内筒调节螺帽，其中，所述外接头用于与外岩心筒上端固定连接，所述内接头用于与旋转总成形成转轴连接，所述压帽能够与制动环配合避免内筒调节螺帽在钻进过程中螺纹发生松动，所述内筒调节螺帽能够调节内岩心筒串在外岩心筒串中的轴向位置。
[0007]在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，所述旋转总成可包括半环、轴承、轴承盒和心轴，其中，
[0008]所述轴承盒上端和安全接头固定连接，下端套设在所述心轴上端上，所述轴承设置在轴承盒内壁与心轴外壁之间，所述半环将轴承轴向锁定，所述心轴下端外壁设置有贯穿的分流孔。
[0009]在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，所述堵心报警机构可包括挡流管、弹性件、滑套、悬挂轴、内筒转换接头和自动泄压总成，其中，
[0010]所述挡流管上端插入旋转总成中并能够上下滑动将循环流道关闭或开启；
[0011]所述悬挂轴固定设置在挡流管的下端部上，所述弹性件套设在所述挡流管外壁上且其两端分别作用在旋转总成和悬挂轴上；
[0012]所述滑套套设在悬挂轴外壁上且其上端与旋转总成下端固定连接，悬挂轴外壁与滑套内壁上形成有限位台阶；
[0013]所述内筒转换接头下端与内岩心筒上端固定连接，上端与悬挂轴下端形成接触台阶；
[0014]所述自动泄压总成设置在所述内筒转换接头中并能够在内岩心筒中压力过高时单向开启自动泄压，平衡内岩心筒与旋转总成中的压力差。
[0015]在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，所述内岩心筒可为半剖式结构，且包括内筒上接头、半剖式内筒体、双母短接、公母短接和内筒下接头，其中，从上到下内筒上接头、半剖式内筒体、双母短接、公母短接和内筒下接头同轴固定连接。
[0016]在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，所述半剖式内筒体可包括内筒下瓣、内筒上瓣和定位销，其中，
[0017]所述内筒上瓣上沿轴向均匀的、对称的设置有两排销钉孔，内筒下瓣上设置有配合销钉孔的攻螺纹，所述定位销穿过内筒上瓣上的销钉孔进入攻螺纹将内筒下瓣和内筒上瓣固定连接；
[0018]所述半剖式内筒体还可包括凹凸型密封结构，所述凹凸型密封结构设置在内筒上瓣和内筒下瓣的配合面上以实现半剖式内筒体内部的密封。
[0019]在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，所述衬筒可包括衬筒上接头、衬筒体和衬筒下接头，其中，
[0020]所述衬筒上接头固定安装在衬筒体的上端，其外径比衬筒体大，比半剖式内岩心筒内径小；
[0021]衬筒下接头固定安装在衬筒体下端，其径向均匀的开设有一圈螺纹孔，用于装配剪切销钉；
[0022]所述衬筒体为半剖式结构。
[0023]在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，所述取心钻头可采用贯通式流道结构，取心钻头内台阶面长度不小于半剖式内岩心筒滑行行程的最大值，起到扶正半剖式内岩心筒的作用，保证进心顺利。
[0024]在本专利技术一方面的一个示例性实施例中，在所述取心钻头内台阶面还可开设了若干沟槽，沟槽与钻头冠部排屑槽相通，并形成一定角度的夹角，在剪销解堵后，半剖式内岩心筒复位的过程中，可以更加顺利的排除堆积在钻头台阶面处的破碎岩屑，避免半剖式内岩心筒无法恢复原位，造成钻井液长期憋压的问题。
[0025]本专利技术的另一方面提供了一种适用于破碎地层取心的钻井取心工艺，所述取心工艺可通过如上任意一项所述的适用于破碎地层取心的钻井取心装置来实现，且包括步骤：
[0026]取心工具组装好后与钻具相连，下放取心工具至距井底0.5～1m的位置；
[0027]下钻完毕，启动转盘或顶驱，开泵循环清除沉沙后，缓慢下放钻具，根据推荐树心参数进行树心钻进后，再按选择合适的钻进参数进行取心钻进；
[0028]取心完成后，割芯起钻。
[0029]在本专利技术另一方面的一个示例性实施例中，所述取心工艺还可包括：
[0030]当钻进过程中遇到进尺变慢、立压缓慢升高的情况时，此时可能已经钻遇堵心；维持原钻压和排量继续钻进，观察并记录钻压，当出现钻压骤降，随后立压下降到正常值时，表明已经完成剪销解堵，可以继续钻进；如果立压下降到正常值以下，需检查泥浆泵，若泥浆泵无异常时，应立即割心起钻。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于破碎地层取心的钻井取心装置，其特征在于，所述钻井取心装置包括安全接头、外岩心筒、旋转总成、堵心报警机构、堵心解堵机构、岩心爪组合件和取心钻头，其中，外岩心筒和取心钻头固定连接组成取心装置的外岩心筒串；旋转总成、堵心报警机构、堵心解堵机构和岩心爪组合件均设置在外岩心筒串内部且从上到下固定连接组成取心装置的内岩心筒串，其中，旋转总成上端与安全接头下端可转动连接；内岩心筒串外壁与外岩心筒串内壁之间形成有循环通道，堵心报警机构能够与旋转总成配合在发生堵心时报警；堵心解堵机构能够在发生堵心后解除堵心使取心装置恢复正常，且堵心解堵机构包括内岩心筒、至少一层衬筒、剪切销钉、防掉套筒和连接套，其中，内岩心筒上端与堵心报警机构的下端固定连接，至少一层衬筒设置在内岩心筒中，剪切销钉将衬筒与内岩心筒固定，连接套将内岩心筒下端和岩心爪组合件连接，套筒套设在连接套外壁上以防止剪切销钉掉落到环空中；安全接头分别将外岩心筒串和内岩心筒串与上部钻具固定连接。2.根据权利要求1所述的适用于破碎地层取心的钻井取心装置，其特征在于，所述取心装置还包括第一扶正器和第二扶正器，所述外岩心筒的上端通过第一扶正器与所述安全接头固定连接，外岩心筒的下端通过第二扶正器与取心钻头固定连接。3.根据权利要求1所述的适用于破碎地层取心的钻井取心装置，其特征在于，所述安全接头包括外接头、内接头、压帽、制动环和内筒调节螺帽，其中，所述外接头用于与外岩心筒上端固定连接，所述内接头用于与旋转总成形成转轴连接，所述压帽能够与制动环配合避免内筒调节螺帽在钻进过程中螺纹发生松动，所述内筒调节螺帽能够调节内岩心筒串在外岩心筒串中的轴向位置。4.根据权利要求1所述的适用于破碎地层取心的钻井取心装置，其特征在于，所述旋转总成包括半环、轴承、轴承盒和心轴，其中，所述轴承盒上端和安全接头固定连接，下端套设在所述心轴上端上，所述轴承设置在轴承盒内壁与心轴外壁之间，所述半环将轴承轴向锁定，所述心轴下端外壁设置有贯穿的分流孔。5.根据权利要求1所述的适用于破碎地层取心的钻井取心装置，其特征在于，所述堵心报警机构包括挡流管、弹性件、滑套、悬挂轴、内筒转换接头和自动泄压总成，其中，所述挡流管上端插入旋转总成中并能够上下滑动将循环流道关闭或开启；所述悬挂轴固定设置在挡流管的下端部上，所述弹性件套设在所述挡流管外壁上且其两端分别作用在旋转总成和悬挂轴上；所述滑套套设在悬挂轴外壁上且其上端与旋转总成下端固定连接，悬挂轴外壁与滑套内壁上形成有限位台阶；所述内筒转换接头下端与内岩心筒上端固定连接，上端与悬挂轴下端形成接触台阶；所述自动泄压总成设置在所述内筒转换接头中并能够在内岩心筒中压力过高时单向开启自动泄压，平衡内岩心筒与旋转总成中的压力差。6.根据权利要求1所述的适用于破碎地层取心的钻井取心装置，其特征在于，所述内岩心筒为半剖式结构，且包括内筒上接头、半剖式内筒体、双母短接、公母短接和内筒下接头，其中，从上到下内筒上接头、半剖式内筒体、双母短接、公母短接和内筒下接头同轴固定连接。7.根据权利要求6所述的适用于破碎地层取心的钻井取心装置，其特征在于，所述半剖
式内筒体包括内...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚坤鹏，周刚，刘彬，姚建林，张伟，冯明，余晟，董仕明，陈文才，吕治军，李金和，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：