[发明专利]天然气水合物旋转式冷冻保压绳索取心钻具及取心方法有效

专利信息
申请号: 201811016791.1 申请日: 2018-09-03
公开(公告)号: CN109113613B 公开(公告)日: 2020-06-12
发明(设计)人: 王元;郭威;孙友宏;张鹏宇;杨翔 申请(专利权)人: 吉林大学
主分类号: E21B25/08 分类号: E21B25/08;E21B25/10;E21B25/18
代理公司: 长春市吉利专利事务所(普通合伙) 22206 代理人: 李晓莉
地址: 130000 吉*** 国省代码: 吉林;22
权利要求书: 查看更多 说明书: 查看更多
摘要:
搜索关键词: 天然气 水合物 旋转 冷冻 绳索 取心钻具 方法
【权利要求书】:

1.天然气水合物旋转式冷冻保压绳索取心钻具,包括外管(4)、内管总成及钻头(25),所述外管(4)套设在内管总成外部;所述钻头(25)设置在外管(4)底部,其特征在于,所述内管总成包括:捞矛头(1)、螺杆(2)、螺管(3)、第一扭簧(6)、弹卡(7)、支撑座(9)、排气阀体(11)、排气阀弹簧(12)、排气阀芯(13)、腔体管保温层(14)、内保温层(15)、控制杆(16)、翻板阀(18)、第二扭簧(19)、取心筒(20)、岩心管(21)、活阀(22)、揽簧(23)、切削齿(24)、腔体管(26)及回收管(27),所述捞矛头(1)位于控制杆(16)上方并与控制杆(16)同轴布置,捞矛头(1)与控制杆(16)之间通过第一弹性销(5)连接,且第一弹性销(5)固定在捞矛头(1)的内孔中;所述螺杆(2)套在捞矛头(1)外部,螺杆(2)与捞矛头(1)之间具有环状间隙,螺杆(2)的上部坐在外管(4)内壁上部的台阶上,螺杆(2)下部的外表面具有螺旋形的滑轨;所述螺管(3)套设在螺杆(2)下部,螺管(3)内壁具有螺旋形的滑道,在钻井液压力的作用下螺管(3)相对于螺杆(2)向下旋转移动;所述弹卡(7)的数量为两个,两个弹卡(7)的一端通过第二弹性销(8)铰接在一起,同时两个弹卡(7)通过第二弹性销(8)固定在控制杆(16)上,两个弹卡(7)的下部坐于支撑座(9)上,且支撑座(9)通过第三弹性销(10)与控制杆(16)连接,两个弹卡(7)的顶部顶靠在内保温层(15)上部;所述第一扭簧(6)用于使得两个弹卡(7)的上部彼此远离呈张开状态;所述腔体管(26)、岩心管(21)及切削齿(24)自上而下顺次螺纹连接,腔体管(26)、岩心管(21)及切削齿(24)均套设在控制杆(16)外部,腔体管(26)通过内保温层(15)分为两个腔室,分别为冷源腔和压力室,腔体管(26)的内壁上设置有腔体管保温层(14),腔体管保温层(14)上部的内径小于腔体管保温层(14)下部的内径;所述内保温层(15)设置在控制杆(16)外部并位于冷源腔内;所述排气阀体(11)通过螺纹与内保温层(15)连接;所述排气阀弹簧(12)和排气阀芯(13)均设置在排气阀体(11)内部,排气阀芯(13)由排气阀弹簧(12)的预紧力顶在排气阀体(11)的通孔上;所述翻板阀(18)的一侧安装在腔体管(26)内侧壁上,翻板阀(18)通过第二扭簧(19)控制其翻转状态,当控制杆(16)上行带动取心筒(20)进入压力室后,翻板阀(18)在第二扭簧(19)的驱动下将压力室的下部密封,翻板阀(18)朝向压力室的一侧设置有翻板阀上保温层(17);所述取心筒(20)位于岩心管(21)内部;所述活阀(22)设置在取心筒(20)内部,并与控制杆(16)底部连接;所述揽簧(23)固定在取心筒(20)下部;所述回收管(27)设置在控制杆(16)上,当捞矛头(1)向上移动,回收管(27)用于压缩第一扭簧(6)使得两个弹卡(7)合并。

2.天然气水合物旋转式冷冻保压绳索取心方法,该方法采用权利要求1所述的天然气水合物旋转式冷冻保压绳索取心钻具进行取心,具体包括以下步骤:

①地表准备阶段:在进行天然气水合物钻进取心之前,首先将排气阀体(11)、排气阀弹簧(12)及排气阀芯(13)自内保温层(15)上拆下;向冷源腔内注入液氮,对冷源腔内的内保温层(15)及腔体管保温层(14)进行预冷,冷源腔内的温度达到-100℃时结束预冷,预冷结束后向冷源腔内注入低温相变液体,低温相变液体作为冷源的注入量为冷源腔总体积的80%;

②孔内准备阶段:冷源填装结束后将内管总成投入外管(4)中,内管总成到达孔底工作位置;螺杆(2)的上部坐在外管(4)内壁上部的台阶上,内管总成整体悬挂于外管(4)内部,切削齿(24)下部与天然气水合物所钻地层间保持2mm~4mm距离;此时,弹卡(7)顶在内保温层(15)上部保证冷源腔在压力室的上部,确保在取心过程中冷源不会自冷源腔内流出;

③钻进取心阶段:内管总成到达工作位置后,开泵循环钻井液,钻井液自捞矛头(1)与螺杆(2)之间的环状间隙进入内管总成,然后经螺杆(2)上的钻井液入口进入螺杆(2)与螺管(3)之间,随着静水压力的升高,推动螺管(3)旋转向下移动,带动岩心管(21)和切削齿(24)旋转进入天然气水合物地层;

④保压岩心阶段:取心结束后投入打捞器,打捞器与捞矛头(1)连接,上提钻具,捞矛头(1)向上移动,回收管(27)压缩第一扭簧(6),使两个弹卡(7)合并,冷源腔在压力室内的背压作用下保持原来的位置;控制杆(16)向上移动带动活阀(22)向上移动,进而带动取心筒(20)向上移动进入压力室;当取心筒(20)进入压力室内部时,翻板阀(18)在第二扭簧(19)的作用下翻转,将压力室下部密封,此时压力室内的压力为天然气水合物地层的原始压力;冷源腔在压力室内压力的作用下保持在压力室的上部;

⑤冷冻岩心阶段:在上提钻具过程中,当压力室内的压力低于1MPa时,压力室内的压力无法支撑冷源腔自身的重力,冷源腔的内保温层(15)向下移动,到达一定位置时,内保温层(15)下端的外径小于腔体管保温层(14)下部的内径,冷源腔与压力室连通,冷源腔内的冷源进入腔体管保温层(14)与取心筒(20)之间的环状间隙,将取心筒(20)内的天然气水合物岩心冷冻到-40℃以下,确保天然气水合物不分解;

⑥继续钻进阶段:将内管总成提至孔口后获得天然气水合物岩心,然后开泵,旋转外管(4)带动钻头(25)继续向下钻进至已获取天然气水合物岩心的地层;然后重复以上步骤继续进行取心钻进。

下载完整专利技术内容需要扣除积分,VIP会员可以免费下载。

该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于吉林大学,未经吉林大学许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服

本文链接:http://www.vipzhuanli.com/pat/books/201811016791.1/1.html,转载请声明来源钻瓜专利网。

×

专利文献下载

说明:

1、专利原文基于中国国家知识产权局专利说明书;

2、支持发明专利 、实用新型专利、外观设计专利(升级中);

3、专利数据每周两次同步更新,支持Adobe PDF格式;

4、内容包括专利技术的结构示意图流程工艺图技术构造图

5、已全新升级为极速版,下载速度显著提升!欢迎使用!

请您登陆后,进行下载,点击【登陆】 【注册】

关于我们 寻求报道 投稿须知 广告合作 版权声明 网站地图 友情链接 企业标识 联系我们

钻瓜专利网在线咨询

周一至周五 9:00-18:00

咨询在线客服咨询在线客服
tel code back_top