專利名稱：一種井下煤層密閉取心裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬地質(zhì)勘探領(lǐng)域，涉及一種用于煤礦井下瓦斯參數(shù)測(cè)定的工具及使用方
法，具體是指一種井下煤層的密閉取心裝置及該取心裝置的使用方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)的煤礦瓦斯事故頻發(fā)，地面和井下煤層氣聯(lián)合抽采是提高瓦斯礦井瓦斯治理的有效途徑，而地面煤層氣勘探開發(fā)需要進(jìn)行大量的煤層氣含量測(cè)試，以滿足煤層氣資源評(píng)價(jià)和煤層氣勘探的需要；同時(shí)，井下瓦斯抽采設(shè)計(jì)也需要大量的煤層氣含量數(shù)據(jù)做指導(dǎo)，以提高瓦斯抽采率；另外，井下瓦斯抽采結(jié)束后，還需要進(jìn)行氣含量測(cè)試，以檢驗(yàn)瓦斯抽采效果是否滿足相關(guān)規(guī)范要求，因此，氣含量準(zhǔn)確測(cè)試具有重要的意義。 目前，現(xiàn)有油氣田上使用的密閉取心裝置或保壓取心裝置主要用于油氣田及天然氣水合物的勘探開發(fā)，一般在地面配合繩索取心工具使用，不適合于煤礦井下煤層的密閉取心；現(xiàn)有煤礦井下煤層氣含量測(cè)試取樣裝置共有兩種一種是單筒或雙筒取心器，該取心器不易取出煤心，并且提心過程中煤心暴露，提心耗時(shí)較長(zhǎng)，造成煤心中的氣體大量損失，致使損失氣測(cè)算不準(zhǔn)，影響煤層氣含量測(cè)定的精度；另一種是風(fēng)動(dòng)潛孔錘，該裝置不能提取完整煤心，只能在孔口提取鉆頭研磨成的煤粉，損失氣測(cè)算不準(zhǔn)，也不利于煤層氣含量數(shù)據(jù)的精確測(cè)定、獲取。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種井下煤層密閉取心裝置及該裝置的使用方法，該裝置為一個(gè)雙筒單動(dòng)式取心器，在取心時(shí)，能夠保證煤心在提心過程中完全處于密閉狀態(tài)，有效解決現(xiàn)有取心裝置不能提取完整煤心，影響煤層氣含量測(cè)定精度的問題，進(jìn)而為井下瓦斯抽放及地面煤層氣開發(fā)提供有力的數(shù)據(jù)支持。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種井下煤層密閉取心裝置，包括從下至上依次連接的取心鉆頭、外筒和鉆桿接頭，外筒內(nèi)套有內(nèi)筒，內(nèi)筒的上端與鉆桿接頭之間依次連接有內(nèi)筒懸掛接頭和球座分水接頭，內(nèi)筒的下端連接有縮徑套，其特征在于在內(nèi)筒和外筒之間設(shè)置有液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)，液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)上端與球座分水接頭相連接；在縮徑套與取心鉆頭之間設(shè)置有內(nèi)筒密閉球閥，內(nèi)筒密閉球閥外部設(shè)置有與內(nèi)筒密閉球閥球體連接的半滑環(huán)。 上述液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)為環(huán)筒式，環(huán)筒內(nèi)部為空腔，空腔下部設(shè)置有與半滑環(huán)相對(duì)的液壓活塞，空腔中部設(shè)置有泄壓閥。 上述液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)與球座分水接頭嵌套連接，液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)與球座分水接頭嵌套設(shè)置有密封墊和壓圈。
上述井下煤層密閉取心裝置的使用方法，包括如下步驟 1)確定孔位、目標(biāo)孔深，并對(duì)密閉取心裝置進(jìn)行試壓，確定是否合格； 2)安裝鉆頭鉆進(jìn)直至達(dá)到取心目標(biāo)孔深，鉆進(jìn)過程中，回轉(zhuǎn)速度為80 120r/min，鉆進(jìn)速度為1 1. 5m/min ; 3)提鉆，更換試壓合格的密閉取心裝置及取心鉆頭； 4)下鉆至取心目標(biāo)孔深，開動(dòng)泥漿泵，進(jìn)行取心鉆進(jìn)，直至達(dá)到目標(biāo)取心長(zhǎng)度，取
心鉆進(jìn)過程中，回轉(zhuǎn)速度為60 100r/min，鉆進(jìn)速度為0. 5 lm/min ; 5)停止泥漿泵，提鉆桿，鎖緊并拉斷煤心； 6)提鉆30cm，使斷在內(nèi)筒密閉球閥內(nèi)的煤心移出； 7)開動(dòng)泥漿泵，驅(qū)動(dòng)液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)關(guān)閉內(nèi)筒密閉球閥； 8)停泵提鉆至孔口，取出密閉取心內(nèi)筒，檢驗(yàn)密閉效果，密閉合格，進(jìn)行下一步，不合格，返回第3)步； 9)拆除機(jī)具，進(jìn)行煤層氣含量解吸測(cè)試。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果 1、通過在內(nèi)筒和外筒之間的環(huán)形空間設(shè)置可以容納的環(huán)筒式液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)，并且同時(shí)通過在內(nèi)裝有卡箍式巖心爪的縮徑套的下端設(shè)置內(nèi)筒密閉球閥，再與帶測(cè)試閥門的取心內(nèi)筒連接形成一個(gè)可以關(guān)閉的密閉取心內(nèi)筒，液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)在取心鉆進(jìn)結(jié)束后，通過投入橡膠球封堵球座改變水路后開始工作，泥漿泵液壓驅(qū)動(dòng)活塞將軸向力傳遞至內(nèi)筒密閉球閥的半滑環(huán)，關(guān)閉內(nèi)筒密閉球閥，保證在提心過程中煤心處于密閉狀態(tài)，減少了樣品中的氣體損失，完全可以滿足煤礦井下煤層氣含量測(cè)試取樣要求，對(duì)提高煤礦井下煤層氣含量測(cè)試精度的作用明顯。 2、液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)可同時(shí)提供取心鉆進(jìn)過程中循環(huán)介質(zhì)的通道，正常取心鉆進(jìn)過程中，循環(huán)介質(zhì)的通道是液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)和內(nèi)筒間的環(huán)形空間，循環(huán)介質(zhì)通過球座到達(dá)該環(huán)形空間并流向鉆頭端；處理卡埋鉆等事故時(shí)，可加大泥漿泵泵壓，液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)中部安裝的泄壓閥打開，循環(huán)介質(zhì)同時(shí)也可通過泄壓閥進(jìn)入該環(huán)形空間并流向鉆頭端，可在處理卡、埋鉆等孔內(nèi)事故時(shí)提供循環(huán)介質(zhì)支持。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2與圖3是本發(fā)明縮徑套與卡箍式巖心爪配合狀態(tài)示意圖，其中，圖3是圖2的左視圖。 圖4、圖5、圖6、圖7是本發(fā)明的圓筒式液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖5、圖6、圖7依次是圖4的A-A剖視圖、B-B剖視圖、C-C剖視圖。
圖8是密閉取心內(nèi)筒結(jié)構(gòu)示意圖。 圖9和圖10是本發(fā)明的內(nèi)筒密閉球閥結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖10是圖9的左視圖。
附圖中，1-取心鉆頭，2_內(nèi)筒，3-外筒，4_內(nèi)筒密閉球閥，5-縮徑套，6-卡箍式巖心爪，7_液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)，S-內(nèi)筒懸掛接頭，9-橡膠球，10-帶球座分水接頭，11-鉆桿接頭，12-密封墊，13-壓圈，14-泄壓閥，15-測(cè)試閥門，16-半滑環(huán)，17-液壓活塞，18-圓筒腔體，19-球體。
具體實(shí)施例方式
參見圖1 ， 一種井下煤層密閉取心裝置，包括從下至上依次連接的底噴式PDC取心鉆頭1、外筒3和鉆桿接頭ll，取心鉆頭1通過絲扣與外筒3連接形成整體，外筒3內(nèi)套有內(nèi)筒2，內(nèi)筒2帶有測(cè)試閥門15，內(nèi)筒2的上端與鉆桿接頭11之間依次連接有內(nèi)筒懸掛接頭8和球座分水接頭10，取心內(nèi)筒2的下端連接有縮徑套5和卡箍式巖心爪6，參加圖2、圖3，縮徑套5與卡箍式巖心爪6具有相同錐度，兩者共同構(gòu)成一個(gè)在軸向拉力作用下可以卡住煤心的鎖緊機(jī)構(gòu)，取心內(nèi)筒2通過內(nèi)筒懸掛接頭8、帶球座分水接頭10、鉆桿接頭11與外筒3連接形成一個(gè)雙筒單動(dòng)式取心器，同時(shí)內(nèi)筒和外筒之間的環(huán)形空間設(shè)置有液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)7，參見圖4、圖5、圖6和圖7，液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)7與球座分水接頭10嵌套連接，液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)7與球座分水接頭10掛套連接處設(shè)置有密封墊12和壓圈13，密封墊12設(shè)置在壓圈13的上方，兩者共同形成密封，液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)7為環(huán)筒式，環(huán)筒內(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，空腔下部設(shè)置有液壓活塞16，空腔同時(shí)可提供取心鉆進(jìn)過程中循環(huán)介質(zhì)的通道，液壓活塞16上部的空腔上安裝有泄壓閥14，在加大泥漿泵泵壓的情況下，泄壓閥14打開，循環(huán)介質(zhì)通過泄壓閥14流向鉆頭端，可以在處理卡、埋鉆等孔內(nèi)事故時(shí)提供循環(huán)介質(zhì)支持；在縮徑套5的下端與取心鉆頭1之間連接有內(nèi)筒密閉球閥4，參見圖8、圖9、圖10，內(nèi)筒密閉球閥4由圓筒腔體18、球體19組成，球體19設(shè)置圓筒腔體18內(nèi)部，在圓筒腔體18外部設(shè)置有球體19連接的半滑環(huán)16，半滑環(huán)16上下動(dòng)作實(shí)現(xiàn)球體19旋轉(zhuǎn)進(jìn)而控制圓筒腔體18的通斷，實(shí)現(xiàn)關(guān)閉內(nèi)筒密閉球閥4。內(nèi)筒密閉球閥4、縮徑套5、卡箍式巖心爪6與內(nèi)筒2通過絲扣連接形成一個(gè)可以關(guān)閉的密閉取心內(nèi)筒，并在提出孔外后可以拆卸下來供解吸領(lǐng)賦使用；該密閉取心內(nèi)筒通過內(nèi)筒懸掛接頭8、帶球座分水接頭10與圓筒式液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)7連接；取心鉆進(jìn)完成后，通過鉆桿投入橡膠球9，封堵球座分水接頭10中的球座，利用外接泥漿泵泵水加壓，迫使水流通過球座分水接頭10上的水眼進(jìn)入圓筒式液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)7，驅(qū)動(dòng)圓筒式液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)7的液壓活塞17前移到達(dá)內(nèi)筒密閉球閥4上的半滑環(huán)16位置，繼續(xù)加壓，通過圓筒式液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)7的液壓活塞17前端(如圖7所示)推動(dòng)半滑環(huán)16關(guān)閉內(nèi)筒密閉球閥4，達(dá)到內(nèi)筒密閉的效果。
本發(fā)明在使用操作時(shí)，按如下步驟進(jìn)行 (1)確定孔位，固定鉆機(jī)、泥漿泵，修建循環(huán)介質(zhì)儲(chǔ)存池；準(zhǔn)備循環(huán)介質(zhì)、鉆桿、鉆
具、取心裝置，并對(duì)密閉取心裝置進(jìn)行試壓，檢驗(yàn)試壓是否合格；連接電源及管線； (2)接通電源，開動(dòng)鉆機(jī)及泥漿泵，安裝全面鉆頭正常鉆進(jìn)，直至達(dá)到取心目標(biāo)孔
深，鉆進(jìn)過程中，回轉(zhuǎn)速度為80 120r/min，鉆進(jìn)速度為1 1. 5m/min ; (3)提鉆，更換組裝好并試壓合格的密閉取心裝置及取心鉆頭1 ; (4)下鉆至取心目標(biāo)孔深，開動(dòng)泥漿泵，開始取心鉆進(jìn)，直至達(dá)到目標(biāo)取心長(zhǎng)度，取
心鉆進(jìn)過程中，回轉(zhuǎn)速度為60 100r/min，鉆進(jìn)速度為0. 5 lm/min，； (5)停止泥漿泵，提鉆桿，產(chǎn)生軸向拉力，使卡箍式巖心爪6在縮徑套5內(nèi)產(chǎn)生相對(duì)
位移，鎖緊并拉斷煤心； (6)提鉆30cm，使斷在內(nèi)筒密閉球閥4內(nèi)的煤心移出； (7)卸開水龍頭，從鉆桿內(nèi)投入橡膠球9后接上水龍頭，開動(dòng)泥漿泵，將橡膠球9沖入帶球座分水接頭10內(nèi)的球座，增大泵壓，驅(qū)動(dòng)液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)7關(guān)閉內(nèi)筒密閉球閥4 ;
(8)停泵提鉆至孔口，拆卸密閉取心裝置，取出已關(guān)閉的密閉取心內(nèi)筒，放入水中檢驗(yàn)密閉效果，密閉合格，進(jìn)行下一步，不合格，返回第(3)步； (9)拆除機(jī)具，取心工作完畢，隨后連接解吸儀和取心內(nèi)筒，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)煤層氣含量解吸測(cè)試。
權(quán)利要求
一種井下煤層密閉取心裝置，包括從下至上依次連接的取心鉆頭(1)、外筒(3)和鉆桿接頭(11)，外筒(3)內(nèi)套有內(nèi)筒(2)，內(nèi)筒(2)的上端與鉆桿接頭(11)之間依次連接有內(nèi)筒懸掛接頭(8)和球座分水接頭(10)，內(nèi)筒(2)的下端連接有縮徑套(5)，其特征在于在內(nèi)筒(2)和外筒(3)之間設(shè)置有液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)(7)，液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)(7)上端與球座分水接頭(10)相連接；在縮徑套(5)與取心鉆頭(1)之間設(shè)置有內(nèi)筒密閉球閥(4)，內(nèi)筒密閉球閥(4)外部設(shè)置有與內(nèi)筒密閉球閥的球體(19)連接的半滑環(huán)(16)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井下煤層密閉取心裝置，其特征在于所述液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)(7)為環(huán)筒式，環(huán)筒內(nèi)部為空腔，空腔下部設(shè)置有與半滑環(huán)(16)相對(duì)的液壓活塞(17)，空腔中部安裝有泄壓閥(14)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種井下煤層密閉取心裝置，其特征在于液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)(7)與球座分水接頭(10)嵌套連接，嵌套連接處設(shè)置有密封墊(12)和壓圈(13)。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種井下煤層密閉取心裝置的使用方法，包括如下步驟1) 確定孔位、目標(biāo)孔深，并對(duì)密閉取心裝置進(jìn)行試壓，確定是否合格；2) 安裝鉆頭鉆進(jìn)直至達(dá)到取心目標(biāo)孔深，鉆進(jìn)過程中，回轉(zhuǎn)速度為80 120r/min，鉆進(jìn)速度為1 1. 5m/min ;3) 提鉆，更換試壓合格的密閉取心裝置及取心鉆頭(1);4) 下鉆至取心目標(biāo)孔深，開動(dòng)泥漿泵，進(jìn)行取心鉆進(jìn)，直至達(dá)到目標(biāo)取心長(zhǎng)度，取心鉆進(jìn)過程中，回轉(zhuǎn)速度為60 100r/min，鉆進(jìn)速度為0. 5 lm/min ;5) 停止泥漿泵，提鉆桿，鎖緊并拉斷煤心；6) 提鉆30cm，使斷在內(nèi)筒密閉球閥(4)內(nèi)的煤心移出；7) 開動(dòng)泥漿泵，驅(qū)動(dòng)液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)(7)關(guān)閉內(nèi)筒密閉球閥(4);8) 停泵提鉆至孔口，取出密閉取心內(nèi)筒，檢驗(yàn)密閉效果，密閉合格，進(jìn)行下一步，不合格，返回第3)步；9) 拆除機(jī)具，進(jìn)行煤層氣含量解吸測(cè)試。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種井下煤層的密閉取心裝置及其使用方法。現(xiàn)有煤礦井下煤層氣含量測(cè)試取樣裝置在提心過程中煤心暴露，致使氣體損失，影響煤層氣含量測(cè)定精度，而油氣田上使用取心裝置需配合繩索使用，不適合井下煤層。本發(fā)明提供的密閉取心裝置及其使用方法，該裝置包括依次連接的取心鉆頭、外筒和鉆桿接頭，外筒內(nèi)套有內(nèi)筒，內(nèi)筒上端連接球座分水接頭，下端連接縮徑套，在內(nèi)筒外筒之間設(shè)置有液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)，液壓關(guān)閉機(jī)構(gòu)與帶球座分水接頭相連接；在縮徑套的下端設(shè)置有內(nèi)筒密閉球閥。本發(fā)明取心裝置通過與其配套的使用方法，提取過程中，煤心完全處于密閉狀態(tài)，減少了樣品中的氣體損失，完全可以滿足煤礦井下煤層氣含量測(cè)試取樣要求。
文檔編號(hào)E21B25/00GK101769134SQ201010101528
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者孫四清, 張丁亮, 張培河, 黑磊 申請(qǐng)人:煤炭科學(xué)研究總院西安研究院