专利名称:液力送钻三筒式取心工具的制作方法
本实用新型是一种用于石油钻井过程中获取岩心的工具。
国内使用的取心筒如四川的川式取心筒，胜利油田的8120取心筒，大庆油田的Q84－1取心筒，辽河油田的辽1型取心筒。国外的如Christenesn公司的250P型取心筒以及NL industriseinc，X－L oil tool co ltd，Diamond boart S、A等公司的取心筒。这些取心筒主要由取心钻头、外筒、内筒、卡箍、卡爪以及联接内外筒并使之能够相对转动的悬掛系统组成。这类取心工具的不足是适应地层不广泛，取心不十分可靠，从内筒拿出岩心困难，往往造成岩心层次混乱。
本实用新型的目的在于使用这一种取心筒就能适应广泛的地层取心需要，除可用于硬地层取心，还可用于软地层及稍为破碎地层取心，提高在这些地层中岩心收取率并使岩心层次不混乱。
本实用新型的任务是采用与液力送钻机构关联的卡爪式加压割心并可关闭岩心入口的机构，内筒钢球扶正，并增加一级岩心筒总成。
本实用新型(图1)割心机构的下端部件包括卡爪26、卡爪座27、销轴28、卡爪压套25、卡箍24、卡箍套23、衬套31、钻头内套29。其中卡箍24与常规的相同，装在卡箍套23内。卡爪26是一端有切削刃，另一端渐大并有销轴孔的棒体，卡爪26有数个，通过销轴园周向均匀分布地装在卡爪座上，卡爪座27固定在钻头30内，卡爪竖起插入其上方卡爪压套25的槽内，沿园周均布的每个槽是沿轴向的，槽上部相对轴向有一斜面，当上部加压机构压下内筒19，卡爪压套25随其相对外筒18下移时，该斜面迫使卡爪26朝园心方向伸出，在随外筒18转动时卡爪26可切割岩心，并封闭岩心入口，防止岩心脱落。
液力送钻加压机构由伸缩杆1、缸筒3、密封件2、行职挡块5、分水接头6、喷嘴组件14、喷嘴压紧卡簧15、导向管4、堵塞11、堵塞密封件12、割心控制挡瓦7、橡胶套8、挡瓦套9、堵塞座10、弹簧13等组成。
伸缩杆1上部有钻杆接头螺纹和上部钻具相接，其下部插入缸筒3内，密封件2封闭两者的配合表面，伸缩杆1与缸筒3之间可轴向相对滑动，并通过花键，八方或其它方式传递扭矩，伸缩杆1的最大行程通过卡在其上的行程挡块5和缸筒3内部的上、下台阶共同控制，一般该行程取0.4～1.5米或更长。缸筒3下部通过丝扣接分水接头6，分水接头6下接外筒18。分水接头6是一筒体，下部除中间有孔之外，还有数个可装喷嘴14的小孔，喷嘴一般采用硬质合金材料，外径上有密封圈，内径根据排量和钻压的要求可做成不同规格如8毫米、9毫米、10毫米、12毫米、13毫米不等。喷嘴装入分水接头后用喷嘴压紧卡簧15锁紧。堵塞座10是一空心轴，上端有一较大直径的外园，下端是和分水接头中心孔有相同公称尺寸并与之动配合的细长园柱，弹簧13下端装在分水接头的内孔台肩上，上端支撑堵塞座10，堵塞座的细长园柱插入弹簧内及分水接头的下端中心孔内，孔内装有密封件将两园柱表面密封。堵塞座10下端伸出分水接头的下端，并通过丝扣与悬掛轴承总成16联接。堵塞座10上部的中心孔与堵塞11的下部外园大间隙动配合，并通过密封件12密封中心孔和外园。(割心控制)，挡瓦套9是侧面园周上开了数槽的一个套件，下部与堵塞座通过丝扣联接，套内沿园周方向装有并列的数个瓦片状割心控制挡瓦7，向内凹进一面的上部有一倾斜面，向外凸起的弧面上部有一长方形凸台，割心控制挡瓦7上的凸台插入挡瓦套9的槽内，堵塞11投入之前，割心控制挡瓦上的橡胶套8的收缩使割心控制挡瓦7不露出挡瓦套9的外表面，割心控制挡瓦7朝向挡瓦套轴心的一面是一斜面，堵塞11投入后，堵塞11朝下的锥面压迫该斜面使割心控制挡瓦7的凸台伸出挡瓦套9的外表面。
取心工具入井后，冲孔时堵塞11未投入，堵塞座10中间水道是畅通的。可使泥浆流经岩心保护筒20进行冲洗。由于伸缩杆1下端内孔直径大于挡瓦套9外园直径，所以此时伸缩杆1的上下运动并不能使挡瓦套9、堵塞座11及内筒19压下及卡爪26伸出。只有在冲洗完孔后，取心钻进开始前，才将堵塞11通过钻杆水眼投到堵塞座10上，在泥浆压差作用下，堵塞11朝下的园锥面压迫割心控制挡瓦7的斜面，使割心控制挡瓦7的凸台伸出挡瓦套9的外园表面。数个割心控制挡瓦7的凸台外接园直径伸出前小于、伸出后大于伸缩杆1下端内孔直径。当伸缩杆下行至其行程末端时，伸缩杆1下端面压下挡瓦7，使堵塞座10连同内筒19等一齐下行，推动卡爪26伸出割心。
挡瓦套9的上方装有内径稍大于堵塞11、外径小于伸缩杆1的内孔，长度大于伸缩杆1之行程的薄壁导向管4，其上端插入伸缩杆1的内孔。导向管4可便于堵塞顺利地到达堵塞座。弹簧13在取心钻进时用于支持整个内筒19组件的总重量，并在割心时允许内筒下行一段距离。
正常取心钻进时，泥浆流过分水接头6上唯一通道——喷嘴14，形成液压差，该压差作用在分水接头6和液缸3上，产生向下的推力，就是钻压，推动取心工具除伸缩杆1以外的部分向下钻进，并起到钻头和取心工具本身的减震作用。
本实用新型在内筒中增加了薄壁园管状的岩心保护筒20，分为数节，每节之间上下叠加以丝扣或槽口互相插入相联。最上端的岩心保护筒20内径较内筒上接头17下端园柱体外径大稍许，岩心保护筒能够较松旷地套入该园柱体，并能上下移动一段距离。岩心保护筒20的最大外径比内筒最小内径小2～6毫米，以便岩心保护筒20能方便地插入或抽出而又不十分旷动。岩心保护筒20内径较钻头岩心入口处内径大3～8毫米。
内筒19外园上装有数组钢球(滚珠轴承的钢球)式扶正器(悬掛轴承上也可有)，使内筒19保持对外筒18的对中性并能灵活转动，钢球支架21是一个带有长槽的长方形块(见图2)，三个或更多个一组，均匀焊在筒19外园周上，钢球支架21长度方向与内筒19轴线方向一致。槽A内宽外窄，即靠近钢球支架外表面的槽A部分宽度较槽A内部为宽，宽处比钢球22直径稍大，宽处深度大于钢球22之半径，窄处宽度小于钢球22的直径，窄处深度很浅，一般为1～3毫米，宽处和窄处深度之和应小于钢球22直径，推荐两者之比为3／5～4／5。钢球22之直径的确定依据下述方法，两个钢球22之直径之和加内筒19的外园直径应小于但接近外筒18的内径。槽A上端有一大于钢球22的直径的孔B，或者使槽A上部一小段的内外宽度一致，钢球22可由孔B放入。
卡箍套23用丝扣联接在内筒19上，卡箍套23下部的外园上有两道钢球的跑道，卡爪压套25上部内孔里有与卡箍套23相同的两道钢球跑道，卡爪压套25与卡箍套23是动配合，钢球32是从卡爪压套25外园上的小孔分别投入两道钢球跑道中，投入钢球后再用销子堵住小孔，钻头旋转时，钢球32只能在跑道中滚动而不能传递扭矩，这样就可保持内筒不旋转。隔离钻头对内筒旋转作用。
下面是操作程序简述。取心工具组装、调整完毕后，拉上钻台进行钻具组合，最好在取心工具上方接一扶正器，然后接与井径相适应的钻铤，钻铤数目与常用取心工具的一样，也可适当减少一点。入井后冲孔。完后停泵以2～4吨的钻压探得井底，在方钻杆上作记号A。上提钻具，卸下方钻杆，将堵塞投下，接好方钻杆。开泵，约十几分钟后(随井深和泵量的不同，时间有所变化)，泵压突然升高数10公斤／厘米2时，说明堵塞11已进入工具，并将堵塞座10中心通道堵住，可以钻进了。徐徐下放钻具至记号A上方150～200毫米处，刹住刹把，开泵，开转盘钻进，稍稍调节排量，使钻压表上指针指在所需钻压上。在泵压不变的情况下而指重表所示钻压大幅度下降之前一段时间内司钻不需扶刹把，上部钻具不下行，取心工具处于自动进给状态。当一个行程钻进完毕，伸缩杆1全部拉伸时，指重表上钻压读数会渐渐减少趋于零。确认伸缩杆1全部伸出后，再下放一次钻具，进行下一个行程，直至完成取心进尺。注意每次行程要在上一个行程全部完成后(伸缩杆全部拉伸)才能开始，每次下放长度绝不能大于总行程的4／5。
对于硬地层，割心时停泵，先将钻具下放，直至伸缩杆1压在割心行程控制挡瓦7上(此时有泵压显示)，开动转盘以3～4吨的钻压下放(不开泵)，断续开一下泵以冷却钻头。这时卡爪26在岩心上割出一圈槽，上提钻具拔心，指重表读数一般应有很大变化，然后上、下往复提升钻具数次，确认岩心全在筒内后随即起钻，取心完毕。软地层和破碎地层的割心操作类似硬地层。只是加压割心时间较短，尽量不开泵，拔心时指重表无大变化。
本实用新型的优点是，通过泥浆的液压差形成钻压，在一段行程上自动送钻，减缓了取心钻头30和取心工具本身的震动，保护钻头(尤其是金刚石钻头)，并提高岩心收获率。借用液力自动送钻机构的伸缩杆1实现加压割心，岩心卡爪26平时竖起，不影响岩心正常进入。割心后卡爪可保持伸出状态封住入口，防止岩心脱落。岩心保护筒使取出岩心比较方便。钢球扶正器摩擦力小，扶正可靠。
权利要求
1.一种由伸缩杆1、缸筒3、分水接头6、内筒19、外筒18、悬挂轴承总成16、卡箍24、卡箍套23、钻头30组成用于石油钻井的液力送钻三筒式取心工具，其特征在于有数个安装在取心筒下部，钻头30内部的平时竖起，而卡爪套25连同内筒19一起下行时，可沿卡爪压套25槽上的斜面向中心伸出的卡爪26。
2.按照权利要求
1.所说的液力送钻三筒式取心工具，其特征是有数个瓦状的，带有锥面和凸台的割心控制挡瓦7，另有一个园周上带数个槽口的园套状的挡瓦套9，割心控制挡瓦7周向分布装在挡瓦套9内，其凸台插入挡瓦套9的槽口。
3.按照权利要求
1.2.所说的液力送钻三筒式取心工具，其特征是所说的内筒19及悬掛轴承总成16的全部重量悬掛在分水接头内的弹簧13上。
4.按照权利要求
1.2.所说的液力送钻三筒式取心工具，其特征是卡箍套23与卡爪压套25之间沿园周方向装有数排起隔动作用的钢球32。
5.按照权利要求
1.所说的液力送钻三筒式取心工具，其特征是所说的内筒19外表面装有数个长形块形，中间开槽的钢球支架21，在支架内装有钢球22。
6.按照权利要求
1.所说的液力送钻三筒式取心工具，其特征是有数节上下串联成一体的装在所说的内筒19内的管状岩心保护筒20，各岩心保护筒之间以螺纹联接。
专利摘要
液力送钻三筒式取心工具是一种用于石油钻井的取心工具，用它可以解决在软、硬地层采取岩心。本工具除具有普通取心工具的一般结构外，另有在钻进时卡爪竖起、割心时机械加压使卡爪伸出的割心机构。机械加压操作是由数块割心控制挡瓦控制的；增加了数节首尾相联，拆卸方便的岩心保护筒；内筒采用钢球扶正；采用伸缩杆液力送钻。割心可靠，便于拿出岩心，工具和钻头震动小。
文档编号E21B25/00GK86200075SQ86200075
公开日1987年6月24日 申请日期1986年1月6日
发明者张益友 申请人:地质矿产部石油钻井研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan