一种基于流量控制岩心断取的绳索取心钻具及取心方法与流程

本技术涉及岩心采取领域，具体而言，涉及一种基于流量控制岩心断取的绳索取心钻具及取心方法。

背景技术：

1、绳索取心钻探是一种不提钻取岩心或提钻次数很少的钻探方法，绳索取心方法以其钻进效率高、成本低、钻孔事故少等优点被广泛采用，目前绳索取心钻具已形成标准化、系列化。但现有的绳索取心钻具的岩心断取方法主要采用卡簧卡取法，对于中硬及中硬以上完整的岩层具有较好的效果，而对于松散、塑性、破碎等复杂地层岩，尤其是松软砂性土类地层和松散破碎地层存在明显的不适用性，存在的技术问题包括：一、卡簧卡取松软地层岩心时，打滑、剥皮、卡不住现象频发，无法实现有效岩心采取；二、破碎地层取心时，在卡簧处极易产生楔塞效应而导致岩心不能顺利进入岩心管内，提钻过程中碎裂的岩心极易脱落，难以满足取心质量要求。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种基于流量控制岩心断取的绳索取心钻具及取心方法，其能够在地表控制通入取心钻具内的泥浆压力大小来主动控制井下岩心断取的动作。

2、本技术是这样实现的：

3、本技术提供一种基于流量控制岩心断取的绳索取心钻具，其包括外管总成和设于外管总成内的内管总成，外管总成和内管总成之间形成泥浆通道，外管总成包括依次连接的弹卡挡头、弹卡室、外管和钻头，内管总成包括依次连接的弹卡机构、流量适配器、扭转驱动器、岩心内管和岩心断取器；

4、岩心断取器包括与岩心内管连接的内轴套管、可旋转地套设于内轴套管上的外轴套管及多个切断机构；内轴套管和外轴套管分别开设有与切断机构一一对应的第一容纳孔和第二容纳孔；每个切断机构均包括可转动地连接于第一容纳孔和第二容纳孔的切断刀片；外轴套管相对于内轴套管旋转时，推动各个切断刀片同步转动伸入内轴套管内切断并支撑岩心或收回第一容纳孔和第二容纳孔；

5、流量适配器在通过其的泥浆流量小于或大于等于预设值时分别将泥浆输送至泥浆通道或加压后输送至扭转驱动器；扭转驱动器用于接收流量适配器输送的加压后泥浆时驱动外轴套管相对于内轴套管旋转。

6、在一些可选的实施方案中，弹卡机构和流量适配器之间连接有单动机构，单动机构包括与弹卡机构连接的上筒、下筒、两端分别可旋转地穿过上筒和下筒的转轴及环形的轴承座，上筒和下筒相邻的一端内壁分别通过螺纹与轴承座两端外壁连接，轴承座的两端内壁分别连接有套设于转轴两端的轴承，转轴开设有贯穿其两端的轴孔，转轴和流量适配器连接。

7、在一些可选的实施方案中，弹卡机构和单动机构之间连接有悬挂密封短接，悬挂密封短接包括与弹卡机构连接的悬挂短接、设于悬挂短接外壁的悬挂环及到位报信装置，外管内壁设有用于悬挂悬挂环的悬挂坐环，悬挂短接内设有连通泥浆过流通道和轴孔的泥浆短接通道，到位报信装置包括设于泥浆短接通道内壁的密封环及密封抵压密封环的钢球，泥浆短接通道内压力超过阀值时推动钢球挤压穿过密封环并落入单动机构。

8、在一些可选的实施方案中，流量适配器包括设有阀腔的配流阀体、固定设于阀腔内的配流阀座、可沿轴向移动地设于配流阀体内的阀芯总成及套设于阀芯总成上的配流弹簧，配流弹簧的两端分别抵压阀芯总成和配流阀体，阀腔和轴孔连通，配流阀体外壁设有多个连通泥浆通道和阀腔的分流孔，阀芯总成沿轴向移动时封闭或打开分流孔，配流阀座设有连通其两端的阀座孔，阀芯总成的一端滑动设于阀座孔内并密封阀座孔，阀芯总成和配流阀座之间围合形成配流腔，阀芯总成设有连通阀腔和配流腔的配流通道，阀芯总成滑动设于阀座孔内的一端外壁设有多条连通扭转驱动器的连接孔；通过流量适配器的泥浆流量在预设值以上时，泥浆经阀腔进入配流腔推动阀芯总成沿轴向移动并压缩配流弹簧，使阀芯总成移动封闭分流孔并使连接孔连通配流腔。

9、在一些可选的实施方案中，扭转驱动器包括与配流阀体连接的驱动器筒体、固定设于驱动器筒体内的定子、可旋转地设于驱动器筒体内的转子及与转子同轴连接的卡轴，定子设有多个扇形齿，转子设有与扇形齿扇形齿一一对应的扇形叶片，扇形齿和扇形叶片沿驱动器筒体周向交替间隔布置，驱动器筒体、定子、扇形齿、转子和扇形叶片围合形成沿驱动器筒体周向交替布置的多个高压腔和多个低压腔，驱动器筒体设有连通高压腔和泥浆通道的至少一个高压阻尼孔及连通低压腔和泥浆通道的至少一个低压阻尼孔，转子设有泥浆孔，泥浆孔连通连接孔和各个高压腔；驱动器筒体通过中层管连接外轴套管，卡轴通过岩心内管与内轴套管连接。

10、在一些可选的实施方案中，驱动器筒体开设有多个沿其周向间隔布置的扇形腰槽，卡轴通过螺纹连接有与扇形腰槽一一对应的限位螺钉，限位螺钉的一端延伸至对应扇形腰槽内，转子相对于定子旋转时，使扇形腰槽阻挡对应限位螺钉来限定转子的旋转角度。

11、在一些可选的实施方案中，岩心内管包括岩心容纳管和连接于岩心容纳管一端的岩心管端盖，卡轴设有贯穿其两端的卡接孔，岩心管端盖卡接于卡接孔，岩心管端盖设有连通岩心容纳管和泥浆孔的端盖通道，岩心管端盖内设有用于限定泥浆从岩心容纳管单向流入端盖通道的单向溢流阀。

12、在一些可选的实施方案中，岩心管端盖卡接于卡接孔内时，限位螺钉沿轴向移动抵压或停止抵压岩心管端盖外壁。

13、在一些可选的实施方案中，每个切断机构均包括第一销轴和第二销轴，切断刀片的一端分别通过销孔和弧形孔套设于对应第一销轴和第二销轴上，第一销轴两端和第二销轴两端分别连接于对应第一容纳孔两侧和对应第二容纳孔两侧。

14、本技术还提供了一种基于流量控制岩心断取的绳索取心方法，其包括以下步骤：

15、将上述基于流量控制岩心断取的绳索取心钻具中外管总成放入钻孔内；

16、将上述基于流量控制岩心断取的绳索取心钻具中内管总成下放至外管总成内；

17、控制通过流量适配器的泥浆流量小于预设值，正常取心钻进直至达到回次钻进深度，使目标岩心穿过内轴套管进入岩心内管后停止钻进；

18、控制通过流量适配器的泥浆流量在预设值以上，使扭转驱动器驱动外轴套管相对于内轴套管旋转，推动各个切断刀片同步转动伸入内轴套管内切断并支撑岩心；

19、打捞出内管总成后取出岩心。

20、本技术的有益效果是：本技术提供的基于流量控制岩心断取的绳索取心钻具包括外管总成和设于外管总成内的内管总成，外管总成和内管总成之间形成泥浆通道，外管总成包括依次连接的弹卡挡头、弹卡室、外管和钻头，内管总成包括依次连接的弹卡机构、流量适配器、扭转驱动器、岩心内管和岩心断取器；岩心断取器包括与岩心内管连接的内轴套管、可旋转地套设于内轴套管上的外轴套管及多个切断机构；内轴套管和外轴套管分别开设有与切断机构一一对应的第一容纳孔和第二容纳孔；每个切断机构均包括可转动地连接于第一容纳孔和第二容纳孔的切断刀片；外轴套管相对于内轴套管旋转时，推动各个切断刀片同步转动伸入内轴套管内切断并支撑岩心或收回第一容纳孔和第二容纳孔；流量适配器在通过其的泥浆流量小于预设值或大于等于预设值时分别将泥浆输送至泥浆通道或加压后输送至扭转驱动器；扭转驱动器用于接收流量适配器输送的加压后泥浆时驱动外轴套管相对于内轴套管旋转。本技术提供的基于流量控制岩心断取的绳索取心钻具及取心方法能够在地表控制通入取心钻具内的泥浆流量大小来主动控制井下岩心断取的动作，使岩心断取更加可靠、取心动作更加可控，具有操作简单、可靠性强、岩心采取率高、岩样保真性好的效果。