[发明专利]一种应用于液动加压式取心工具的岩心密封装置

说明书

技术领域

本发明属于钻井取心领域，具体涉及一种应用于液动加压式取心工具的岩心密封装置。

背景技术

在松软、破碎地层的取心作业中，主要存在以下难题：地层胶结物强度低致使岩心不易成形、难以进入取心工具。当岩心胶结物具有较强水敏性时，在水基钻井液冲蚀下岩心承载能力降低、易坍塌破碎，造成堵心、磨心现象的发生，从而影响取心技术指标。在胶结松散、不均质含砾砂砾岩取心过程中，取心钻头和工具振动易造成岩心断裂、破碎。岩心的出筒过程中，由于岩心柱受力状态发生变化，岩心易坍塌破碎，减小了岩心地质分析的选样范围，降低了地质资料的准确性。由于这些难题的存在，使得在松软、破碎地层的取心作业难度大、取心收获率较低。现有技术中针对松软、破碎地层的取心作业中使用的取心工具仍较为落后，平均取心收获率极低，在使用时容易发生岩心抽筒或岩心掉落等事故。因此，迫切需要研发一种适应松软、破碎地层的取心工具，以满足现场需求。

发明内容

本发明目的在于提供一种结构简单、使用方便，能够达到完全包裹破碎岩心，防止岩心抽筒或岩心掉落等事故的发生，有效提高取心收获率的应用于液动加压式取心工具的岩心密封装置。

为实现上述技术目的，使用以下技术方案：

一种应用于液动加压式取心工具的岩心密封装置，包括安全接头、释放装置、外筒组件、内筒组件和岩心爪组件，其中安全接头为底部和顶部中空上大下小的圆锥形，安全接头中部与外筒组件螺纹连接、下部与释放装置螺纹连接；内筒组件设置于释放装置下方，岩心爪组件设置于内筒组件下方，释放装置、内筒组件和岩心爪组件位于外筒组件内；钻井取心结束后对释放装置施加液压力，释放装置受压后脱落，内筒组件与岩心爪组件随悬挂装置一起下降。所述岩心爪组件包括连接套、岩心密封套、卡箍和卡箍座，连接套侧壁设置有至少两个施压孔，岩心密封套设置于连接套内侧，将施压孔密封；连接套侧壁外侧面、施压孔下方设置有环形凸起一；卡箍座设置于连接套下方，卡箍设置于卡箍座内。为方便描述，做如下简称：悬挂装置脱落，内筒组件与岩心爪组件随悬挂装置一起下降，其下降的距离简称为下降距离。环形凸起一的凸起顶部的宽度为凸一宽，环形凸起二的凸起顶部的宽度为凸二宽，环形凸起一的凸起顶部中点和环形凸起二的凸起顶部中点之间的垂直距离为凸中距。外筒组件包括外筒、加压短节和保护短节，加压短节设置于外筒下方并位于连接套外侧，保护短节设置于加压短节下方并位于卡箍座外侧，加压短节侧壁内侧面设置有环形凸起二；环形凸起二位于环形凸起一下方，其凸起顶部相互接触后密封内筒组件与外筒组件之间的环空空间，凸中距大于下降距离减去二分之一凸一宽再减去二分之一凸二宽、小于下降距离加上二分之一凸一宽再加上二分之一凸二宽。

所述外筒组件还包括差值短节，差值短节设置于外筒上方或下方，用于调节外筒组件整体长度。

所述凸中距等于下降距离。

本发明有益效果在于：能够合理利用钻井液的液压力实现对破碎岩心完全包裹的目的。在钻井取心过程中，钻井液从安全接头流经释放装置后流入内外筒之间的环空部分，最后经钻头水眼流出，实现将井底岩屑带回地面的目的。钻井取心结束后对释放装置施加液压力，释放装置受压后脱落，内筒组件与岩心爪组件随悬挂装置一起下降。下降后使环形凸起一和环形凸起二的凸起顶部相互接触，从而密封内筒组件与外筒组件之间的环空空间。由于内筒组件与外筒组件之间的环空空间被密封，使得钻井液的液压力从施压孔对岩心密封套施压，导致岩心密封套发生强烈的塑性形变。同时岩心密封套塑性变形达到一定程度时，钻井液从岩心密封套与连接套间隙泄放，使岩心不会受到过度压缩，保正岩心的完整性。最终实现岩心密封套对破碎岩心完全包裹的目的。竟而保证了在松软、破碎地层的取心收获率。

附图说明

图1为本发明钻井取心过程中的结构示意图。

图2为图1的A-A剖面示意图。

图3为图1的B部分放大示意图。

图4为本发明钻井取心结束后的结构示意图。

图5为图4的C-C剖面示意图。

图6为图5的D部分放大示意图。

图7为释放装置结构示意图。

图8为图7的E-E剖面示意图。

附图中：1-安全接头，2-释放装置，3-内筒组件，4-加压短节，5-连接套，6-岩心密封套，7-环形凸起一，8-环形凸起二，9-卡箍座，10-卡箍，11-保护短节，12-施压孔。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，一种应用于液动加压式取心工具的岩心密封装置，包括安全接头1、释放装置2、外筒组件、内筒组件3和岩心爪组件，其中安全接头1为底部和顶部中空上大下小的圆锥形，安全接头1中部与外筒组件螺纹连接、下部与释放装置2螺纹连接；内筒组件3设置于释放装置2下方，岩心爪组件设置于内筒组件3下方，释放装置2、内筒组件3和岩心爪组件位于外筒组件内；如图7和图8所示，所述岩心爪组件包括连接套5、岩心密封套6、卡箍10和卡箍座9，连接套5侧壁设置有至少两个施压孔12，岩心密封套6设置于连接套5内侧，将施压孔12密封；连接套5侧壁外侧面、施压孔12下方设置有环形凸起一7；卡箍座9设置于连接套5下方，卡箍10设置于卡箍座9内。为方便描述，做如下简称：悬挂装置脱落，内筒组件3与岩心爪组件随悬挂装置一起下降，其下降的距离简称为下降距离。环形凸起一7的凸起顶部的宽度为凸一宽，环形凸起二8的凸起顶部的宽度为凸二宽，环形凸起一7的凸起顶部中点和环形凸起二8的凸起顶部中点之间的垂直距离为凸中距。外筒组件包括外筒、加压短节4和保护短节11，加压短节4设置于外筒下方并位于连接套5外侧，保护短节11设置于加压短节4下方并位于卡箍座9外侧，加压短节4侧壁内侧面设置有环形凸起二8；环形凸起二8位于环形凸起一7下方，其凸起顶部相互接触后密封内筒组件3与外筒组件之间的环空空间，凸中距大于下降距离减去二分之一凸一宽再减去二分之一凸二宽、小于下降距离加上二分之一凸一宽再加上二分之一凸二宽。外筒组件还包括差值短节，差值短节设置于外筒上方或下方，用于调节外筒组件整体长度。凸中距等于下降距离。本发明能够合理利用钻井液的液压力实现对破碎岩心完全包裹的目的。在钻井取心过程中，钻井液从安全接头1流经释放装置2后流入内外筒之间的环空部分，最后经钻头水眼流出，实现将井底岩屑带回地面的目的。如图4、图5和图6所示，钻井取心结束后对释放装置2施加液压力，释放装置2受压后脱落，内筒组件3与岩心爪组件随悬挂装置一起下降。下降后使环形凸起一7和环形凸起二8的凸起顶部相互接触，从而密封内筒组件3与外筒组件之间的环空空间。由于内筒组件3与外筒组件之间的环空空间被密封，使得钻井液的液压力从施压孔12对岩心密封套6施压，导致岩心密封套6发生强烈的塑性形变。同时岩心密封套6塑性变形达到一定程度时，钻井液从岩心密封套6与连接套5间隙泄放，使岩心不会受到过度压缩，保正岩心的完整性。最终实现岩心密封套6对破碎岩心完全包裹的目的。竟而保证了在松软、破碎地层的取心收获率。