[发明专利]一种用于深井、超深井的共振取芯工具

说明书

本发明涉及的是一种用于深井、超深井的共振取芯工具，它包括上接头、内岩芯筒组件、外岩芯筒组件、磁致伸缩装置、下推块、岩芯爪、取芯钻头；外岩芯筒组件上端螺纹连接上接头，外岩芯筒组件下端与取芯钻头螺纹连接，岩芯爪位于取芯钻头内腔且与取芯钻头螺纹连接，取芯钻头的钻井液通道与钻头水眼相通；内岩芯筒组件位于外岩芯组件内腔，内岩芯筒组件上端与下推块螺纹连接，磁致伸缩装置的非导磁输出杆插入并抵于下推块上；磁致伸缩装置包括驱动线圈、磁致伸缩材料、非导磁输出杆、下推块；本发明取芯钻头在外岩芯筒组件和内岩芯筒组件的共同作用下实现共振切削岩石；岩芯进入内岩芯筒组件后岩芯爪卡紧岩芯，并割取岩芯，实现共振高效取芯。

技术领域：

本发明涉及的是石油钻采井下取芯工具技术领域，具体涉及的是一种用于深井、超深井的共振取芯工具。

背景技术：

我国油气井工程的勘探朝着深井、超深井发展，其中取芯是油田勘探开发中应用最普遍的储藏评估手段之一，随着井深的增加，所遇到的硬质地层增多，地层岩性坚硬致密，可钻性差，钻头磨损快，机械钻速慢，导致常规的取芯工具在复杂地层中的取芯效果差强人意，已不能满足获取高质量、大尺寸、多数量岩芯的要求。

共振破岩技术作为一种新兴的高效破岩技术，虽然它是振动冲击钻井技术的一种，但由于其施加的冲击力为简谐力，因此其与冲击振动钻井技术的破岩仍存在不同，特别是当激励频率与岩石固有频率相同时，即实现了共振钻井。共振破岩技术在钻井领域的应用仍处于初步发展阶段，还具有很大的研究探索空间，目前在取芯工具中尚未有使用共振技术的工具。

因此，十分有必要研制一种高效共振取芯工具。

发明内容：

本发明的目的是提供一种用于深井、超深井的共振取芯工具，这种用于深井、超深井的共振取芯工具解决了现有常规的取芯工具在复杂地层中的取芯效果差，已不能满足获取高质量、大尺寸岩芯等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于深井、超深井的共振取芯工具包括上接头、内岩芯筒组件、外岩芯筒组件、磁致伸缩装置、下推块、岩芯爪、取芯钻头；外岩芯筒组件上端螺纹连接上接头，外岩芯筒组件下端与取芯钻头螺纹连接，岩芯爪位于取芯钻头内腔且与取芯钻头螺纹连接，取芯钻头沿周向分布的钻井液通道与钻头水眼相通；内岩芯筒组件位于外岩芯组件内腔，内岩芯筒组件下端坐在取芯钻头上端口处，内岩芯筒组件上端与下推块螺纹连接，磁致伸缩装置的非导磁输出杆插入并抵于下推块上；磁致伸缩装置包括驱动线圈、磁致伸缩材料、非导磁输出杆，磁致伸缩装置具有轴向中心通孔，轴向中心通孔上端与上接头相通，轴向中心通孔下端与内岩芯筒组件内腔相通，磁致伸缩材料的形变推动非导磁输出杆，非导磁输出杆推动下推块向下运动；内岩芯筒组件外壁的滑块位于外岩芯筒组件内壁的限位滑槽内，下推块带动内岩芯筒做轴向运动，同时外岩芯筒组件转动时带动内岩芯筒组件做周向旋转转动；取芯钻头在外岩芯筒组件和内岩芯筒组件的共同作用下实现共振切削岩石；岩芯进入内岩芯筒组件后岩芯爪卡紧岩芯，并割取岩芯，实现共振高效取芯。

上述方案中内岩芯筒组件由多节内岩芯筒从上到下依次螺纹连接构成；外岩芯筒组件由多节外岩芯筒从上到下依次螺纹连接构成。

上述方案中磁致伸缩装置包括驱动线圈、磁致伸缩材料、非导磁输出杆、非导磁端盖、上导磁端盖、下导磁端盖、导磁块、导磁内壁、非导磁外壳、预紧碟簧组和调节块，非导磁端盖为具有内环台的筒体，上导磁端盖、下导磁端盖、导磁内壁和绝缘管构成了封闭的环形腔，环形腔位于非导磁端盖的内环台上，驱动线圈绕在绝缘管外，导磁块和磁致伸缩材料位于绝缘管内，非导磁输出杆为具有中心孔的圆柱体，非导磁输出杆上端顶在磁致伸缩材料下端口处，非导磁输出杆下端从非导磁外壳下端口伸出，非导磁外壳下端口处设置调节块，预紧碟簧组环绕在非导磁输出杆外并位于非导磁输出杆凸台与调节块之间；上导磁端盖、下导磁端盖、驱动线圈、 磁致伸缩材料、导磁块和导磁内壁组成了闭合磁路，其目的主要是减小漏磁，提高磁场均匀性。