[发明专利]一种用于保压取心工具的球阀密封装置和方法

说明书

本发明属于油气勘探和开采技术领域，公开了一种用于保压取心工具的球阀密封装置和方法。用于保压取心工具的球阀密封装置包括顺次连接的取心钻头和外筒，内部依次设置球阀座、球阀、密封仓、活塞、岩心爪座、连接套和内筒，取心钻头的侧壁固定连接悬挂转轴的第一端，悬挂转轴的第二端依次穿设在球阀座和球阀以限位球阀；密封仓的底端对称设置两个拉杆，两个拉杆嵌入球阀内以限定球阀的转动；岩心爪座的底端贯入球阀内以限定球阀的轴向位移和转动；连接套的底端穿设在岩心爪座内并固定连接，活塞通过剪切销钉连接岩心爪座。本发明在球阀密封时，可以将球阀的密封压力传递至外筒和取心钻头，进而解决超高压地层保压取心作业中的密封问题。

技术领域

本发明涉及油气勘探和开采技术领域，尤其涉及一种用于保压取心工具的球阀密封装置和方法。

背景技术

在油气田勘探开发过程中，通过钻井取心获取地层岩心资料对储层物性和资源量进行精细评价是科学指导油气开发的重要手段。到目前为止，用于石油与天然气的钻井取心工具主要包括以下几类：常规取心工具、长筒取心工具、密闭取心工具等。采用以上取心工具获取的岩心，由于没有压力保护和密封措施，起钻过程中油气组分大量损失，导致无法准确获取油层孔、渗、饱等测试数据。

为了解决钻井取心过程中难以取全、取准地层资料的问题，可通过保压取心方式尽量减小误差。保压取心过程中，地层压力可得以较好的保存，岩心中的油气组分不会散失，损失气量可以忽略。在天然气水合物、页岩气勘探实际应用中均体现出“保油、保气”的显著优势，保压取心技术已经越来越受到地质学家们的重视。

由于保压取心工具的保压性能主要取决于密封装置的密封性和承压能力，该密封装置要求在高压甚至超高压环境下维持密封和结构稳定，因此密封装置是确保保压取心作业成功的关键和基础。目前国内外现有保压取心工具主要采用三种密封方式：球阀密封、翻板式密封和相贯线式管型密封，三种密封结构通用保压能力一般在20-35MPa，仅能满足浅海以及浅井保压取心作业。

随着深层、超深层油气勘探力度的加大，井底压力普遍达到80-100MPa，最高可达150MPa。现有保压取心密封技术已经无法满足超高压地层保压取心作业需求。在4000米以深钻井取心领域，尚无保压取心应用实例，仅能采用常规取心技术进行取心作业，严重影响了深层地质评价工作的深入开展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于保压取心工具的球阀密封装置和方法，以解决超高压地层保压取心作业中的密封性差问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于保压取心工具的球阀密封装置，包括：

取心钻头，所述取心钻头的底端设有轴向第一通孔，所述取心钻头的侧壁设有第一轴孔，所述第一轴孔内固定连接悬挂转轴的第一端；

外筒，所述外筒连接于所述取心钻头的顶端；

球阀座，所述球阀座设于所述取心钻头的底部，所述球阀座的底端设有轴向第二通孔，侧壁设有第二轴孔；所述第一通孔与所述第二通孔同轴且连通设置；

球阀，所述球阀设于所述球阀座内，所述球阀设有轴向相互贯通的上通孔和下通孔，所述球阀的两侧设有第三轴孔，所述下通孔与所述第二通孔同轴且连通设置；所述悬挂转轴的第二端依次穿设在所述第二轴孔和所述第三轴孔内以对所述球阀轴向限位；

密封仓，所述密封仓位于所述外筒内且所述密封仓的底端坐落在所述球阀座的顶端端面上，所述密封仓的底端对称设置两个拉杆，两个所述拉杆嵌入所述球阀内以限定所述球阀的转动；

岩心爪座，所述岩心爪座的底端贯入所述上通孔内并与所述下通孔的端面相抵接以限定所述球阀的轴向位移和转动；