柔性取心工具的制作方法
【專利摘要】本申請公開一種柔性取心工具，包括：順次連接的取心鉆頭機構(gòu)、柔性鉆桿；所述柔性鉆桿內(nèi)穿設(shè)有巖心內(nèi)筒；所述巖心內(nèi)筒的前端設(shè)置有懸掛機構(gòu)；所述懸掛機構(gòu)將所述巖心內(nèi)筒的前端支撐于所述取心鉆頭機構(gòu)內(nèi)；所述巖心內(nèi)筒的后端設(shè)置有將其扶正的扶正機構(gòu)。所述柔性鉆桿包括第一鉆桿接頭、第二鉆桿接頭、以及位于所述第一鉆桿接頭與所述第二鉆桿接頭之間的多個首尾連接的鉆桿短節(jié)；所述柔性鉆桿通過所述第一鉆桿接頭連接所述取心鉆頭機構(gòu)。
【專利說明】
柔性取心工具
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請涉及油田勘探開發(fā)領(lǐng)域，尤其涉及一種柔性取心工具。
【背景技術(shù)】
[0002]油田勘探開發(fā)需要準(zhǔn)確獲得油層原始含油飽和度和地層孔隙度等重要地質(zhì)資料，以制定合理的勘探開發(fā)方案。油田開發(fā)中后期，需要檢查注水效果，定量分析油層的油水動態(tài)，水淹油層情況及水驅(qū)油效果，以制定出有效的挖潛增效增產(chǎn)措施，完善開發(fā)方案。取心及巖心分析作為獲取油氣資料、認(rèn)識儲層最直接和最主要的方法之一，可為開發(fā)方案制定和調(diào)整提供重要依據(jù)。
[0003]根據(jù)取心目的和作業(yè)方式，鉆井取心可分為常規(guī)取心和特殊取心。密閉取心屬于特殊取心，是指采用密閉取心工具與密閉液，在水基鉆井液條件下取出幾乎不受鉆井液自由水污染的巖心。
[0004]常規(guī)密閉取心工具尺寸較大，在水平井鉆井中取心時對井眼軌跡和鉆井質(zhì)量等要求較高。
[0005]目前所使用的各種水平井密閉取心工具均無法在側(cè)鉆半徑小于3m的超短半徑水平井或大斜度井中使用，無法實現(xiàn)定點定方位取心。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種柔性取心工具，以適用于超短半徑徑向水平井的取心工作。
[0007]為達(dá)到上述目的，本申請?zhí)峁┮环N柔性取心工具，包括:順次連接的取心鉆頭機構(gòu)、柔性鉆桿;所述柔性鉆桿內(nèi)穿設(shè)有巖心內(nèi)筒;所述巖心內(nèi)筒的前端設(shè)置有懸掛機構(gòu);所述懸掛機構(gòu)將所述巖心內(nèi)筒的前端支撐于所述取心鉆頭機構(gòu)內(nèi)；所述巖心內(nèi)筒的后端設(shè)置有將其扶正的扶正機構(gòu)；
[0008]所述柔性鉆桿包括第一鉆桿接頭、第二鉆桿接頭、以及位于所述第一鉆桿接頭與所述第二鉆桿接頭之間的多個首尾連接的鉆桿短節(jié);所述柔性鉆桿通過所述第一鉆桿接頭連接所述取心鉆頭機構(gòu)；
[0009]所述鉆桿短節(jié)包括:
[0010]縱長延伸的花鍵球頭，所述花鍵球頭的側(cè)壁上設(shè)置有第一花鍵;所述花鍵球頭的一端設(shè)置有球頭，所述球頭的側(cè)壁上設(shè)置有多個沿其周向間隔排布的第一凹槽；
[0011 ]與所述花鍵球頭活動連接的球窩機構(gòu);所述球窩機構(gòu)具有容納所述球頭的球形腔體;所述球形腔體的壁上設(shè)有多個與所述第一凹槽一一對應(yīng)的第二凹槽;所述第一凹槽與所述第二凹槽相配合形成多個沿所述球頭周向間隔排布的軌道;所述軌道沿所述花鍵球頭延伸方向弧形延伸;所述軌道內(nèi)設(shè)有滾動球;所述滾動球與所述第一凹槽及所述第二凹槽的壁接觸;所述球窩機構(gòu)開設(shè)有能與第一花鍵相匹配的第二花鍵。
[0012]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述球窩機構(gòu)包括外殼、第一球窩以及端蓋;所述外殼固定連接所述第一球窩前端并形成所述球形腔體;所述外殼的外壁上具有第一球面結(jié)構(gòu)；所述外殼的后端連接所述端蓋;所述第一球窩設(shè)有所述第二花鍵;所述端蓋的后端設(shè)有與第一球面結(jié)構(gòu)相配合的第二球面結(jié)構(gòu)。
[0013]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述外殼與所述第一球窩通過定位銷釘連接，所述外殼與所述端蓋螺紋連接。
[0014]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述軌道沿所述球頭的周向均勻分布。
[0015]作為一種優(yōu)選的實施方式，每個所述軌道中均設(shè)有一個所述滾動球;所有所述滾動球位于同一平面。
[0016]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述第一鉆桿接頭的一端設(shè)有鉆桿公扣;所述第一鉆桿接頭的另一端設(shè)有所述球頭;所述第一鉆桿接頭與所述鉆桿短節(jié)之間設(shè)有所述球窩機構(gòu);所述第一鉆桿接頭外固定套設(shè)有背母;所述背母與所述球窩機構(gòu)的外殼球面接觸。
[0017]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述第二鉆桿接頭包括第二球窩及所述外殼，所述第二鉆桿接頭與所述鉆桿短節(jié)之間設(shè)有所述花鍵球頭;所述第二球窩的后端設(shè)有鉆桿母扣。
[0018]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述取心鉆頭機構(gòu)包括取心鉆頭、鉆頭接頭、卡箍、密閉頭、巖心爪、剪切銷釘;至少部分所述密閉頭在所述取心鉆頭內(nèi)；所述卡箍在所述取心鉆頭內(nèi)套設(shè)于所述密閉頭外;所述卡箍與所述取心鉆頭通過剪切銷釘連接;所述巖心爪套設(shè)于所述密閉頭外，所述卡箍相對所述巖心爪向后移動時使所述巖心爪收縮;所述鉆頭接頭將所述取心鉆頭的后端與所述第一鉆桿接頭相連接；
[0019]所述巖心內(nèi)筒與所述柔性鉆桿之間設(shè)有第一環(huán)空通道;所述取心鉆頭設(shè)有與所述第一環(huán)空通道相通的液流通道。
[0020]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述懸掛機構(gòu)位于所述取心鉆頭機構(gòu)內(nèi)；所述密閉頭的一端伸入所述懸掛機構(gòu)的一端，所述懸掛機構(gòu)的另一端連接所述取心內(nèi)筒;所述密閉頭能滑動進(jìn)入所述取心內(nèi)筒;所述懸掛機構(gòu)能防止所述取心鉆頭機構(gòu)的轉(zhuǎn)動傳遞至取心內(nèi)筒。
[0021]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述懸掛機構(gòu)包括第一軸承組件、懸掛短節(jié);所述懸掛短節(jié)的一端供所述密閉頭伸入，另一端連接所述取心內(nèi)筒;所述第一軸承組件套設(shè)于所述懸掛短節(jié)外;所述卡箍的后端套設(shè)于所述懸掛短節(jié)的前端外;所述軸承組件位于所述卡箍的后方。
[0022]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述扶正機構(gòu)位于所述第二鉆桿接頭內(nèi)；所述扶正機構(gòu)包括第二軸承組件、彈性擋圈、彈簧、彈簧背母;所述第二鉆桿接頭內(nèi)設(shè)有臺階;所述彈性擋圈位于所述第二鉆桿接頭內(nèi)的凹槽內(nèi)；所述第二軸承組件套設(shè)于所述巖心內(nèi)筒的后端外且位于所述彈性擋圈與所述臺階之間；所述彈簧背母連接于所述巖心內(nèi)筒的后端，所述彈簧一端頂?shù)炙龅诙S承組件，另一端頂?shù)炙鰪椈杀衬浮?br>[0023]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述巖心內(nèi)筒的后端還設(shè)置有壓力平衡機構(gòu)，所述壓力平衡機構(gòu)用于平衡所述巖心內(nèi)筒內(nèi)部的壓強。
[0024]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述壓力平衡機構(gòu)包括內(nèi)筒分水短節(jié)、內(nèi)筒壓力平衡活塞;所述內(nèi)筒分水短節(jié)連接所述巖心內(nèi)筒的后端;所述內(nèi)筒分水短節(jié)內(nèi)設(shè)有環(huán)狀凸起;部分所述內(nèi)筒壓力平衡活塞位于所述環(huán)狀凸起前方并與所述巖心內(nèi)筒的壁密封貼合，部分所述內(nèi)筒壓力平衡活塞穿過所述環(huán)狀凸起并與所述內(nèi)筒分水短節(jié)形成第二環(huán)空通道;所述環(huán)狀凸起上設(shè)有通孔;所述通孔將所述第一環(huán)空通道與所述第二環(huán)空通道連通。
[0025]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述壓力平衡活塞的后端設(shè)置有溢流閥。
[0026]通過以上描述可以看出，本申請的柔性取心工具設(shè)有柔性鉆桿，柔性鉆桿的鉆桿短節(jié)通過花鍵球頭與球窩機構(gòu)的配合形成萬向節(jié)構(gòu)造，從而自身可以進(jìn)行彎曲，多個鉆桿短節(jié)形成的彎曲進(jìn)行疊加從而使得本申請的柔性取心工具能夠進(jìn)行超短半徑側(cè)鉆水平井的鉆井作業(yè)。
[0027]參照后文的說明和附圖，詳細(xì)公開了本發(fā)明的特定實施方式，指明了本發(fā)明的原理可以被采用的方式。應(yīng)該理解，本發(fā)明的實施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權(quán)利要求的精神和條款的范圍內(nèi)，本發(fā)明的實施方式包括許多改變、修改和等同。
[0028]針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。
[0029]應(yīng)該強調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1是本申請一種實施方式提供的柔性取心工具結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是圖1中A-A處剖面圖；
[0033]圖3是圖1中B-B處剖面圖。
【具體實施方式】
[0034]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0035]需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“設(shè)置于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個元件被認(rèn)為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。
[0036]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。
[0037]請參閱圖1至圖3，為本申請一種實施方式提供的柔性取心工具，該柔性取心工具應(yīng)用但不限于超短半徑側(cè)鉆水平井的鉆井作業(yè)。在本實施方式中，所述柔性取心工具包括順次連接的取心鉆頭機構(gòu)100、柔性鉆桿;所述柔性鉆桿內(nèi)穿設(shè)有巖心內(nèi)筒10;所述巖心內(nèi)筒10的前端設(shè)置有懸掛機構(gòu);所述懸掛機構(gòu)將所述巖心內(nèi)筒10的前端支撐于所述取心鉆頭機構(gòu)100內(nèi)；所述巖心內(nèi)筒10的后端設(shè)置有將其扶正的扶正機構(gòu)。
[0038]所述柔性鉆桿包括:第一鉆桿接頭11、第二鉆桿接頭19、以及位于所述第一鉆桿接頭11與所述第二鉆桿接頭19之間的多個首尾連接的鉆桿短節(jié)200。所述柔性鉆桿通過所述第一鉆桿接頭11連接所述取心鉆頭機構(gòu)100。
[0039]其中，所述鉆桿短節(jié)200包括:縱長延伸的花鍵球頭17，所述花鍵球頭17的側(cè)壁上設(shè)置有第一花鍵;所述花鍵球頭17的一端設(shè)置有球頭，所述球頭的側(cè)壁上設(shè)置有多個沿其周向間隔排布的第一凹槽;與所述花鍵球頭17活動連接的球窩機構(gòu);所述球窩機構(gòu)具有容納所述球頭的球形腔體;所述球形腔體的壁上設(shè)有多個與所述第一凹槽一一對應(yīng)的第二凹槽;所述第一凹槽與所述第二凹槽相配合形成多個沿所述球頭周向間隔排布的軌道;所述軌道沿所述花鍵球頭17延伸方向弧形延伸;所述軌道內(nèi)設(shè)有滾動球13;所述滾動球13與所述第一凹槽及所述第二凹槽的壁接觸;所述球窩機構(gòu)開設(shè)有能與第一花鍵相匹配的第二花鍵。
[0040]在多個鉆桿短節(jié)200首尾相連形成柔性鉆桿時，如圖1所示，一鉆桿短節(jié)200的花鍵球頭17由前一鉆桿短節(jié)200后端伸入其球窩機構(gòu)，使一鉆桿短節(jié)200的第一花鍵與前一鉆桿短節(jié)200的第二花鍵配合，從而進(jìn)行傳動；相似地，該鉆桿短節(jié)200與后一鉆桿短節(jié)200連接時，后一鉆桿短節(jié)200的花鍵球頭17由該鉆桿短節(jié)200后端伸入其球窩機構(gòu)，使后一鉆桿短節(jié)200的第一花鍵與該鉆桿短節(jié)200的第二花鍵配合，從而進(jìn)行傳動。
[0041]通過以上描述可以看出，本實施方式的柔性取心工具設(shè)有柔性鉆桿，柔性鉆桿的鉆桿短節(jié)200通過花鍵球頭17與球窩機構(gòu)的配合形成萬向節(jié)構(gòu)造，從而自身可以進(jìn)行彎曲，多個鉆桿短節(jié)200形成的彎曲進(jìn)行疊加從而使得本實施方式的柔性取心工具能夠進(jìn)行超短半徑側(cè)鉆水平井的鉆井作業(yè)。
[0042]本實施方式通過柔性鉆桿以及與柔性鉆桿采用連接的取心鉆頭I，形成一整條柔性鏈，這種柔性鏈與傳統(tǒng)的隔縫彎管，包括多個梯形管組成的導(dǎo)向管不同。傳統(tǒng)的隔縫彎管只能向一個方向彎曲成近似900彎管，且在彎曲后則不再表現(xiàn)柔性，而是成為一段鋼性彎管，該鋼性彎管的外緣一旦與井壁內(nèi)側(cè)發(fā)生摩擦，則鋼性彎管根本無法自行向內(nèi)拱起而避開障礙。
[0043]反觀本實施方式的柔性鉆桿，由于每段鉆桿短節(jié)200之間均通過花鍵球頭17與球窩機構(gòu)進(jìn)行萬向節(jié)式活動連接，因此當(dāng)任意一段鉆桿短節(jié)200與井壁發(fā)生碰擦?xí)r，該段鉆桿短節(jié)200都可進(jìn)行適當(dāng)彎曲，從而避開障礙，使鉆桿鉆頭下行駛可暢行無阻。而對于用于固井的柔性套管而言，相鄰兩段柔性套管通過鉸接的伸縮管活動連接，也可保證柔性套管能順利地沿鉆井下行到需要位置。
[0044]需要說明的是，本申請中的前、后方向為以取心鉆頭I為參照，兩個部件中靠近取心鉆頭I的部件在前，遠(yuǎn)離取心鉆頭I的在后;比如，第一鉆桿接頭11至第二鉆桿接頭19方向為由前至后方向。
[0045]請繼續(xù)參閱圖1，花鍵球頭17縱長延伸，其整體為管體結(jié)構(gòu)。第一花鍵大致設(shè)置于花鍵球頭17長度方向的中部位置。(以讀者面對圖1時)球頭位于第一花鍵的后方。
[0046]球窩機構(gòu)的球形腔體可以收容花鍵球頭17。其中，球形腔體與球頭為同心設(shè)置，以便花鍵球頭17可以進(jìn)行萬向擺動，從而形成彎曲角度。球頭的外表面與球形腔體的內(nèi)表面貼合接觸。
[0047]如圖1、圖2所示，球頭的外壁設(shè)置的第一凹槽與球形腔體的壁上設(shè)置的第二凹槽均為沿所述花鍵球頭17延伸方向(也可以為如圖1所示的由上至下或由下至上)弧形延伸，第一凹槽與第二凹槽所沿弧形與球頭或球形腔體的輪廓線相匹配。如圖2所示，第一凹槽與第二凹槽的橫截面均為半圓構(gòu)造，從而開口對接形成軌道。
[0048]具體的，所述球窩機構(gòu)可以包括外殼12、第一球窩15以及端蓋16。所述外殼12固定連接所述第一球窩15前端并形成所述球形腔體。所述外殼12的外壁上具有第一球面結(jié)構(gòu)。所述外殼12的后端連接所述端蓋16;所述第一球窩15設(shè)有所述第二花鍵。所述端蓋16的后端設(shè)有與第一球面結(jié)構(gòu)相配合的第二球面結(jié)構(gòu)。
[0049]其中，外殼12、第一球窩15及端蓋16均如圖1所示為套式結(jié)構(gòu)或管狀結(jié)構(gòu)，從而與花鍵球頭17形成的鉆桿短節(jié)200具有供巖心內(nèi)筒10穿過的中心通道。如圖1所示外殼12、第一球窩15、端蓋16由上至下依次排布。外殼12與第一球窩15相配合形成球形腔體，外殼12的內(nèi)壁的凹槽提供部分長度的第二凹槽，第一球窩15的內(nèi)壁的凹槽提供另一部分長度的第二凹槽，外殼12上的部分長度的第二凹槽與第一球窩15上的另一部分長度的第二凹槽上下對接形成第二凹槽。
[0050]如圖1所示，端蓋16的前端夾設(shè)于外殼12與第一球窩15之間，同時，端蓋16的壁上形成有供外殼12的后端及第一球窩15的后端頂?shù)值呐_階。第二球面結(jié)構(gòu)設(shè)置于端蓋16的后端，為內(nèi)球面。第一球面結(jié)構(gòu)設(shè)置于外殼12的外壁上，為外球面。第一球面結(jié)構(gòu)與第二球面結(jié)構(gòu)相貼合接觸，為花鍵球頭17與球窩機構(gòu)之間的相對擺動進(jìn)行導(dǎo)向輔助，同時，避免臟物進(jìn)入第一球窩15與球頭之間的活動球面。
[0051 ]如圖3所示，第一球窩15設(shè)置有第二花鍵，第二花鍵為內(nèi)花鍵并與(下一鉆桿短節(jié)200的)第一花鍵相配合。其中，第二花鍵位于球形腔體的后方。花鍵球頭17與球窩機構(gòu)通過花鍵配合，可以產(chǎn)生相對滑動而保持扭矩的傳遞，從而便于相鄰兩個鉆桿短節(jié)200之間產(chǎn)生彎曲。
[0052]進(jìn)一步的，所述外殼12與所述第一球窩15通過定位銷釘14連接，從而防止外殼12與第一球窩15之間產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。所述外殼12與所述端蓋16螺紋連接。所述軌道沿所述球頭的周向均勻分布。每個所述軌道中均設(shè)有一個所述滾動球13。所有所述滾動球13位于同一平面，從而既能滿足鉆桿短節(jié)200的彎曲，同時能較好地傳遞扭矩。所述軌道的數(shù)量不少于4個。如圖2所示，所述軌道的數(shù)量為8個，滾動球13的數(shù)量同樣為8個。所述第一花鍵為外花鍵，所述第二花鍵為內(nèi)花鍵。所述滾動球13與所述球形腔體的壁之間設(shè)有密封圈，所述密封圈位于所述軌道的后方。
[0053]在一個實施方式中，第一鉆桿接頭11與鉆桿短節(jié)200同樣為活動連接，第二鉆桿接頭19與鉆桿短節(jié)200也同樣為活動連接。
[0054]具體地，如圖1所示，所述第一鉆桿接頭11的一端設(shè)有鉆桿公扣。所述第一鉆桿接頭11的另一端設(shè)有所述球頭。所述第一鉆桿接頭11與所述鉆桿短節(jié)200之間設(shè)有所述球窩機構(gòu)。所述第一鉆桿接頭11外可以固定套設(shè)有背母(未示出)。所述背母與所述球窩機構(gòu)的外殼12球面接觸。
[0055]進(jìn)一步地，如圖1所示，所述第二鉆桿接頭19包括第二球窩19及所述外殼12，所述第二鉆桿接頭19與所述鉆桿短節(jié)200之間設(shè)有所述花鍵球頭17;所述第二球窩19的后端設(shè)有鉆桿母扣。第二球窩19與第一球窩15不同，第二球窩19并未設(shè)置有花鍵。第二球窩19的后端設(shè)有鉆桿母扣以與其他部件相絲扣連接。
[0056]在本實施方式中鉆桿短節(jié)200可以彎曲，即球窩機構(gòu)與花鍵球頭17之間產(chǎn)生相對擺動。較佳的，所述鉆桿短節(jié)200的彎度度數(shù)為4度至8度。如此設(shè)置，在5 1/2〃(5寸半)井中可以順利完成造斜半徑為1.5-2米的超短半徑側(cè)鉆水平井或大斜度井鉆井作業(yè)。具體的，所述柔性鉆桿的長度可以為9米至10米。
[0057]請繼續(xù)參閱圖1，所述取七、鉆頭機構(gòu)100可以包括取;L.、鉆頭1、鉆頭接頭9、卡榧3、密、閉頭4、巖心爪5、剪切銷釘2。至少部分所述密閉頭4在所述取心鉆頭I內(nèi)。所述卡箍3在所述取心鉆頭I內(nèi)套設(shè)于所述密閉頭4外。所述卡箍3與所述取心鉆頭I通過剪切銷釘2連接。所述巖心爪5套設(shè)于所述密閉頭4外，所述卡箍3相對所述巖心爪5向后移動時使所述巖心爪5收縮。所述鉆頭接頭9將所述取心鉆頭I的后端與所述第一鉆桿接頭11相連接。
[0058]所述取心鉆頭I整體為管體構(gòu)造，其外壁向內(nèi)壁之間為圓弧過渡，從而便于鉆進(jìn)。密閉頭4插設(shè)于取心鉆頭I內(nèi)。密閉頭4的前端為半球構(gòu)造。所述取心鉆頭I的內(nèi)部設(shè)有供卡箍3的前端頂?shù)值呐_階。卡箍3的內(nèi)設(shè)有由前至后逐漸擴大的第一錐形表面。巖心爪5位于卡箍3內(nèi)，且?guī)r心爪5外設(shè)有與卡箍3的第一錐形表面配合的第二錐形表面。如圖1所示，巖心爪5的前端與第一錐形表面的前端(或頂部)預(yù)留部分距離，在卡箍3相對巖心爪5向后移動時，第一錐形表面使巖心爪5收縮。巖心爪5內(nèi)壁設(shè)有斜齒，其可以錨住巖心。剪切銷釘2的數(shù)量一般為多個(一個也可以)。
[0059]所述巖心內(nèi)筒10與所述柔性鉆桿之間設(shè)有第一環(huán)空通道29。所述取心鉆頭I設(shè)有與所述第一環(huán)空通道29相通的液流通道28。具體的，液流通道28設(shè)置于取心鉆頭1、鉆頭接頭9的壁上，以便于鉆井液的流動。如圖1所示，鉆頭接頭9的前端設(shè)有外螺紋及內(nèi)螺紋。鉆頭接頭9的前端伸入到取心鉆頭I內(nèi)與取心鉆頭I及卡箍3螺紋連接。
[0060]所述懸掛機構(gòu)位于所述取心鉆頭機構(gòu)100內(nèi)；所述密閉頭4的一端伸入所述懸掛機構(gòu)的一端，所述懸掛機構(gòu)的另一端連接所述取心內(nèi)筒;所述密閉頭4能滑動進(jìn)入所述取心內(nèi)筒;所述懸掛機構(gòu)能防止所述取心鉆頭機構(gòu)100的轉(zhuǎn)動傳遞至取心內(nèi)筒。
[0061]具體的，所述懸掛機構(gòu)包括第一軸承組件7、懸掛短節(jié)8。所述懸掛短節(jié)8的一端供所述密閉頭4伸入，另一端連接所述取心內(nèi)筒。所述第一軸承組件7套設(shè)于所述懸掛短節(jié)8夕卜。所述卡箍3的后端套設(shè)于所述懸掛短節(jié)8的前端外。所述第一軸承組件7位于所述卡箍3的后方。
[0062]卡箍3的后端與懸掛短節(jié)8的前端之間設(shè)有第一密封圈，鉆頭接頭9與懸掛短節(jié)8的后端之間設(shè)有第二密封圈。第一軸承組件7位于第一密封圈與第二密封圈之間。其中，第一軸承組件7可以包括軸承7 (比如:圓錐滾子軸承)、軸承套6。軸承7固定于軸承套6內(nèi)，軸承套6套設(shè)于鉆頭接頭9(取心鉆頭I)內(nèi)。懸掛短節(jié)8的外壁設(shè)有凸起結(jié)構(gòu)81 (可以為環(huán)狀或凸塊)。軸承組件的前端與卡箍3的后端、凸起結(jié)構(gòu)81同時接觸抵住。卡箍3的內(nèi)部靠近后端位置設(shè)置有與凸起結(jié)構(gòu)81配合的臺階。該臺階與凸起結(jié)構(gòu)81之間預(yù)留部分距離。通過該預(yù)留距離，井外上提該柔性取心工具時，取心鉆頭I帶動卡箍3(以讀者面對圖1時)下移(后移)，巖心爪5將巖心夾斷，同時，依靠卡箍3的臺階與凸起結(jié)構(gòu)81的接觸，從而一同帶出井外。
[0063]請繼續(xù)參閱圖1，所述扶正機構(gòu)位于所述第二鉆桿接頭19內(nèi)。所述扶正機構(gòu)包括第二軸承組件21、彈性擋圈24、彈簧25、彈簧背母26。其中，所述第二鉆桿接頭19內(nèi)設(shè)有臺階；所述彈性擋圈24位于所述第二鉆桿接頭19內(nèi)的凹槽內(nèi)。所述第二軸承組件21套設(shè)于所述巖心內(nèi)筒10的后端外且位于所述彈性擋圈24與所述臺階之間。所述彈簧背母26連接于所述巖心內(nèi)筒10的后端，所述彈簧25—端頂?shù)炙龅诙S承組件21，另一端頂?shù)炙鰪椈杀衬?6。
[0064]所述巖心內(nèi)筒10的后端還設(shè)置有壓力平衡機構(gòu)，所述壓力平衡機構(gòu)用于平衡所述巖心內(nèi)筒10內(nèi)部的壓強。具體的，所述壓力平衡機構(gòu)可以包括內(nèi)筒分水短節(jié)18、內(nèi)筒壓力平衡活塞20。所述內(nèi)筒分水短節(jié)18連接所述巖心內(nèi)筒10的后端。所述內(nèi)筒分水短節(jié)18內(nèi)設(shè)有環(huán)狀凸起。部分所述內(nèi)筒壓力平衡活塞20位于所述環(huán)狀凸起前方并與所述巖心內(nèi)筒10的壁密封貼合，部分所述內(nèi)筒壓力平衡活塞20穿過所述環(huán)狀凸起并與所述內(nèi)筒分水短節(jié)18形成第二環(huán)空通道31。所述環(huán)狀凸起上設(shè)有通孔30。所述通孔30將所述第一環(huán)空通道29與所述第二環(huán)空通道31連通。為進(jìn)一步平衡巖心內(nèi)筒10的壓力，所述壓力平衡活塞20的后端設(shè)置有溢流閥27 (附圖僅為示意性質(zhì))。
[0065]此時，彈簧背母26螺紋連接于內(nèi)筒分水短節(jié)18的后端。巖心內(nèi)筒10的內(nèi)徑與內(nèi)筒分水短節(jié)18的內(nèi)徑相通，以便平衡活塞20的前后滑動。第二軸承組件21可以包括軸承21(比如:圓錐滾子軸承)、軸承外圈背母23、軸承壓緊環(huán)22。軸承21固定于軸承壓緊環(huán)22與第二球窩19的內(nèi)壁的臺階之間內(nèi)，軸承外圈背母23通過螺紋連接固定套設(shè)于第二球窩19內(nèi)。軸承壓緊環(huán)22套設(shè)于軸承外圈背母23內(nèi)，并被彈簧25頂?shù)帧?br>[0066]下面將詳細(xì)描述采用上述實施方式的柔性取心工具的取心過程:(I)將超短半徑側(cè)鉆井鉆至預(yù)定取心位置；(2)將本實施方式的柔性取心工具下至取心位置；(3)井外循環(huán)鉆井液，緩慢啟動旋轉(zhuǎn)動力，鉆井液依次通過第二環(huán)空通道31、通孔30、第一環(huán)空通道29、液流通道28將井底沉淀的巖肩洗凈；(4)井外增加鉆壓，取心鉆頭機構(gòu)100開始鉆取巖心；(5)密閉頭4受到巖心的推擠，剪切銷釘2被密閉頭4剪斷，密閉頭4在巖心的推動下向巖心內(nèi)筒1內(nèi)部縮入；(6)密閉頭4將擠壓巖心內(nèi)筒1中的密閉液，密閉液通過密閉頭4外溢至巖心位置，將巖心包裹起來；(7)取心鉆頭機構(gòu)100不斷鉆取巖心，巖心內(nèi)筒10中的密閉液不斷包裹巖心，直至鉆取足夠長的巖心；(8)井口上提鉆具，整個柔性取心工具脫離鉆頭工作面，此時，巖心爪5會在上提力作用下，抱緊巖心，巖心爪5的錐形外表面和卡箍3的錐形內(nèi)表面配合，將巖心越拉越緊，直至巖心斷裂，實現(xiàn)割心；(9)繼續(xù)上提鉆具，將巖心提出井口；(10)取出裝滿巖心的巖心內(nèi)筒10，將巖心封裝備用。
[0067]本文引用的任何數(shù)字值都包括從下限值到上限值之間以一個單位遞增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之間存在至少兩個單位的間隔即可。舉例來說，如果闡述了一個部件的數(shù)量或過程變量(例如溫度、壓力、時間等)的值是從I到90，優(yōu)選從20至IJ80，更優(yōu)選從30到70，則目的是為了說明該說明書中也明確地列舉了諸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。對于小于1的值，適當(dāng)?shù)卣J(rèn)為一個單位是0.0001、0.001、0.01、0.1。這些僅僅是想要明確表達(dá)的示例，可以認(rèn)為在最低值和最高值之間列舉的數(shù)值的所有可能組合都是以類似方式在該說明書明確地闡述了的。
[0068]除非另有說明，所有范圍都包括端點以及端點之間的所有數(shù)字。與范圍一起使用的“大約”或“近似”適合于該范圍的兩個端點。因而，“大約20到30”旨在覆蓋“大約20到大約30”，至少包括指明的端點。
[0069]披露的所有文章和參考資料，包括專利申請和出版物，出于各種目的通過援引結(jié)合于此。描述組合的術(shù)語“基本由…構(gòu)成”應(yīng)該包括所確定的元件、成分、部件或步驟以及實質(zhì)上沒有影響該組合的基本新穎特征的其他元件、成分、部件或步驟。使用術(shù)語“包含”或“包括”來描述這里的元件、成分、部件或步驟的組合也想到了基本由這些元件、成分、部件或步驟構(gòu)成的實施方式。這里通過使用術(shù)語“可以”，旨在說明“可以”包括的所描述的任何屬性都是可選的。
[0070]多個元件、成分、部件或步驟能夠由單個集成元件、成分、部件或步驟來提供。另選地，單個集成元件、成分、部件或步驟可以被分成分離的多個元件、成分、部件或步驟。用來描述元件、成分、部件或步驟的公開“一”或“一個”并不說為了排除其他的元件、成分、部件或步驟。
[0071]應(yīng)該理解，以上描述是為了進(jìn)行圖示說明而不是為了進(jìn)行限制。通過閱讀上述描述，在所提供的示例之外的許多實施方式和許多應(yīng)用對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都將是顯而易見的。因此，本教導(dǎo)的范圍不應(yīng)該參照上述描述來確定，而是應(yīng)該參照所附權(quán)利要求以及這些權(quán)利要求所擁有的等價物的全部范圍來確定。出于全面之目的，所有文章和參考包括專利申請和公告的公開都通過參考結(jié)合在本文中。在前述權(quán)利要求中省略這里公開的主題的任何方面并不是為了放棄該主體內(nèi)容，也不應(yīng)該認(rèn)為發(fā)明人沒有將該主題考慮為所公開的發(fā)明主題的一部分。
【主權(quán)項】
1.一種柔性取心工具，其特征在于，包括:順次連接的取心鉆頭機構(gòu)、柔性鉆桿;所述柔性鉆桿內(nèi)穿設(shè)有巖心內(nèi)筒;所述巖心內(nèi)筒的前端設(shè)置有懸掛機構(gòu);所述懸掛機構(gòu)將所述巖心內(nèi)筒的前端支撐于所述取心鉆頭機構(gòu)內(nèi)；所述巖心內(nèi)筒的后端設(shè)置有將其扶正的扶正機構(gòu)； 所述柔性鉆桿包括第一鉆桿接頭、第二鉆桿接頭、以及位于所述第一鉆桿接頭與所述第二鉆桿接頭之間的多個首尾連接的鉆桿短節(jié);所述柔性鉆桿通過所述第一鉆桿接頭連接所述取心鉆頭機構(gòu)； 所述鉆桿短節(jié)包括: 縱長延伸的花鍵球頭，所述花鍵球頭的側(cè)壁上設(shè)置有第一花鍵;所述花鍵球頭的一端設(shè)置有球頭，所述球頭的側(cè)壁上設(shè)置有多個沿其周向間隔排布的第一凹槽； 與所述花鍵球頭活動連接的球窩機構(gòu);所述球窩機構(gòu)具有容納所述球頭的球形腔體；所述球形腔體的壁上設(shè)有多個與所述第一凹槽一一對應(yīng)的第二凹槽;所述第一凹槽與所述第二凹槽相配合形成多個沿所述球頭周向間隔排布的軌道;所述軌道沿所述花鍵球頭延伸方向弧形延伸;所述軌道內(nèi)設(shè)有滾動球;所述滾動球與所述第一凹槽及所述第二凹槽的壁接觸;所述球窩機構(gòu)開設(shè)有能與第一花鍵相匹配的第二花鍵。2.如權(quán)利要求1所述的柔性取心工具，其特征在于:所述球窩機構(gòu)包括外殼、第一球窩以及端蓋;所述外殼固定連接所述第一球窩前端并形成所述球形腔體;所述外殼的外壁上具有第一球面結(jié)構(gòu);所述外殼的后端連接所述端蓋;所述第一球窩設(shè)有所述第二花鍵;所述端蓋的后端設(shè)有與第一球面結(jié)構(gòu)相配合的第二球面結(jié)構(gòu)。3.如權(quán)利要求2所述的柔性取心工具，其特征在于:所述外殼與所述第一球窩通過定位銷釘連接，所述外殼與所述端蓋螺紋連接。4.如權(quán)利要求2所述的柔性取心工具，其特征在于:所述軌道沿所述球頭的周向均勻分布。5.如權(quán)利要求2所述的柔性取心工具，其特征在于:每個所述軌道中均設(shè)有一個所述滾動球;所有所述滾動球位于同一平面。6.如權(quán)利要求2所述的柔性取心工具，其特征在于:所述第一鉆桿接頭的一端設(shè)有鉆桿公扣;所述第一鉆桿接頭的另一端設(shè)有所述球頭;所述第一鉆桿接頭與所述鉆桿短節(jié)之間設(shè)有所述球窩機構(gòu);所述第一鉆桿接頭外固定套設(shè)有背母;所述背母與所述球窩機構(gòu)的外殼球面接觸。7.如權(quán)利要求2所述的柔性取心工具，其特征在于:所述第二鉆桿接頭包括第二球窩及所述外殼，所述第二鉆桿接頭與所述鉆桿短節(jié)之間設(shè)有所述花鍵球頭;所述第二球窩的后端設(shè)有鉆桿母扣。8.如權(quán)利要求1所述的柔性取心工具，其特征在于:所述取心鉆頭機構(gòu)包括取心鉆頭、鉆頭接頭、卡箍、密閉頭、巖心爪、剪切銷釘;至少部分所述密閉頭在所述取心鉆頭內(nèi)；所述卡箍在所述取心鉆頭內(nèi)套設(shè)于所述密閉頭外；所述卡箍與所述取心鉆頭通過剪切銷釘連接;所述巖心爪套設(shè)于所述密閉頭外，所述卡箍相對所述巖心爪向后移動時使所述巖心爪收縮;所述鉆頭接頭將所述取心鉆頭的后端與所述第一鉆桿接頭相連接； 所述巖心內(nèi)筒與所述柔性鉆桿之間設(shè)有第一環(huán)空通道;所述取心鉆頭設(shè)有與所述第一環(huán)空通道相通的液流通道。9.如權(quán)利要求8所述的柔性取心工具，其特征在于:所述懸掛機構(gòu)位于所述取心鉆頭機構(gòu)內(nèi)；所述密閉頭的一端伸入所述懸掛機構(gòu)的一端，所述懸掛機構(gòu)的另一端連接所述取心內(nèi)筒;所述密閉頭能滑動進(jìn)入所述取心內(nèi)筒;所述懸掛機構(gòu)能防止所述取心鉆頭機構(gòu)的轉(zhuǎn)動傳遞至取心內(nèi)筒。10.如權(quán)利要求9所述的柔性取心工具，其特征在于:所述懸掛機構(gòu)包括第一軸承組件、懸掛短節(jié);所述懸掛短節(jié)的一端供所述密閉頭伸入，另一端連接所述取心內(nèi)筒;所述第一軸承組件套設(shè)于所述懸掛短節(jié)外;所述卡箍的后端套設(shè)于所述懸掛短節(jié)的前端外;所述軸承組件位于所述卡箍的后方。11.如權(quán)利要求10所述的柔性取心工具，其特征在于:所述扶正機構(gòu)位于所述第二鉆桿接頭內(nèi)；所述扶正機構(gòu)包括第二軸承組件、彈性擋圈、彈簧、彈簧背母;所述第二鉆桿接頭內(nèi)設(shè)有臺階;所述彈性擋圈位于所述第二鉆桿接頭內(nèi)的凹槽內(nèi)；所述第二軸承組件套設(shè)于所述巖心內(nèi)筒的后端外且位于所述彈性擋圈與所述臺階之間;所述彈簧背母連接于所述巖心內(nèi)筒的后端，所述彈簧一端頂?shù)炙龅诙S承組件，另一端頂?shù)炙鰪椈杀衬浮?2.如權(quán)利要求11所述的柔性取心工具，其特征在于:所述巖心內(nèi)筒的后端還設(shè)置有壓力平衡機構(gòu)，所述壓力平衡機構(gòu)用于平衡所述巖心內(nèi)筒內(nèi)部的壓強。13.如權(quán)利要求12所述的柔性取心工具，其特征在于:所述壓力平衡機構(gòu)包括內(nèi)筒分水短節(jié)、內(nèi)筒壓力平衡活塞;所述內(nèi)筒分水短節(jié)連接所述巖心內(nèi)筒的后端;所述內(nèi)筒分水短節(jié)內(nèi)設(shè)有環(huán)狀凸起;部分所述內(nèi)筒壓力平衡活塞位于所述環(huán)狀凸起前方并與所述巖心內(nèi)筒的壁密封貼合，部分所述內(nèi)筒壓力平衡活塞穿過所述環(huán)狀凸起并與所述內(nèi)筒分水短節(jié)形成第二環(huán)空通道;所述環(huán)狀凸起上設(shè)有通孔;所述通孔將所述第一環(huán)空通道與所述第二環(huán)空通道連通。14.如權(quán)利要求13所述的柔性取心工具，其特征在于:所述壓力平衡活塞的后端設(shè)置有溢流閥。
【文檔編號】E21B25/06GK106089139SQ201610652407
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月10日 公開號201610652407.1, CN 106089139 A, CN 106089139A, CN 201610652407, CN-A-106089139, CN106089139 A, CN106089139A, CN201610652407, CN201610652407.1
【發(fā)明人】孫強, 李濤, 劉合, 明爾揚, 張紹林, 黃守志, 陳強
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司