[发明专利]一种保应力取心装置及方法

说明书

本发明涉及一种保应力取心装置，至少包括钻头和岩心管，所述岩心管按照能够插入到所述钻头沿其轴线开孔形成的管道腔内的方式设置在所述钻头的内部，其特征在于，所述岩心管至少包括岩心内管和保应力部，所述岩心内管的开口端与所述保应力部的外环开口相连接构成具有封闭腔室且能够向保应力部施加围压的高压流体腔；在所述高压流体腔充入高压流体的情况下，所述高压流体能够按照向所述保应力部的岩心容纳腔的腔壁施加围压的方式使得所述岩心容纳腔向其腔室内的岩心施加压力，从而实现对采收到的岩心应力保真；所述岩心容纳腔按照其内壁能够贴覆包裹柱形岩心侧壁的方式对岩心施加相当于其所处的初始地层的围压。

技术领域

本发明涉及岩体钻孔取样技术领域，尤其涉及一种保应力取心装置及方法。

背景技术

随着社会对能源需求的日益增多，而地表和地球浅层可开采能源的减少，向地球深部进军，开采地球较深层的油气资源是目前能源开采的方向之一。在向地下钻进的过程中会逐渐从浅部进入深部地层，随之会面临高自重应力和构造应力，即高地应力环境。而高地应力地层岩石的破坏机理和力学性能与浅层岩石的大不相同，为了掌握地下的特殊地质情况，直接获取真实可靠的地层相关资料，在油气藏开发与深埋地下工程的勘察阶段都要进行大量的取心工作，而处在高地应力环境的岩石，由于初始压力较大，在取心过程中向上运输岩心时，由于周围压力的骤减会导致岩心饼化现象的产生，对后续的岩心分析工作带来较大的不确定因素，所以在高地应力环境保真取心是目前国内外勘察取心领域内急需解决的一个难题。

中国专利CN110043210A公开了一种高地应力下钻孔取样应力保真装置及方法，在山体上选取一块较为平整的临空面，选取的面积要大于即将取出的岩体的面积，用切割机将选取面积的表面受风化的岩石切掉使内部的岩石显露出来；用钻孔机向岩体深部开始钻孔，钻孔的同时，贯穿于钻孔机钻头的钢杆抵住钻孔机钻头钻入的岩体，防止钻孔过程中因钻进过程中差异卸荷回弹而造成岩芯饼化的现象；有和球体相连的第一弹簧抵住钻孔机的钢杆，球体和锯齿槽凸起部分相互作用，钻孔过程中随着力的增大，锯齿槽两侧的第二弹簧会被压缩，凸起部分之间距离增大，当力大于一个阀值得时候，凸起部分得距离恰好大于球体的直径，球体会滑入锯齿槽得下一个凸起部分之间，依次往下，直到钻孔机将岩样整个钻进去为止；钻孔结束之后停止钻孔，通过旋转钻孔机侧壁连接刀片的钢杆带动刀片对岩体进行切割；从岩体中取出钻孔机，置于平面上，抽出放置在钻孔机中间实心部分的空洞中的两根强度极大的螺纹杆，通过对钻孔机每个部分的拆卸，来取出所需要的应力保真的岩体。该技术采用的钻头由多个部分拼装而成，而由于不同的切削刃的耐磨性不一致，即使在下钻前确保切削刃的结构紧凑，且切削刃对称分布，但是在钻进过程中由于径向不平衡力的作用会导致拼装而成的切削刃产生结构松动等后果如：（1）导致其岩心的收获率低，（2）钻头工作不平稳更严重可能由于钻头歪斜磨损或者破坏岩心；另外该技术的保应力装置是由弹簧的张度来控制的，在多次取心作业后弹簧极易到达其极限疲劳强度使用寿命较短，达到疲劳强度后会造成的后果如：1、由于弹簧失去其力学性能导致应力保真取心失败，使取心效率较低；2、需要规律性的更换弹簧，会浪费较大一部分的人力物力，增加了取心的成本。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，提供一种保应力取心装置，该装置选取能在高地应力地层钻进的高强度定向钻头和利用电磁继电器来控制电路的通断的微型泵来调控向包裹岩心的岩心收纳腔的腔壁施加不同大小的压力，从而实现通过微型泵输入的高压流体对岩心收纳腔施加围压，进而保证取出岩心过程中的应力保真，此外，装置还设置有与保应力取心系统相连接岩心转移系统，通过两者在钻取过程中的密切配合，能够有效地获取并取出完好的岩心样品，提高了保应力取心的采收率和防止岩心饼化现象的发生，从而提高了后续岩心分析数据的可靠性。