保压取心工具的制作方法

本发明涉及油气钻探，尤其涉及一种用于超深井的保压取心工具。

背景技术：

1、保压取心技术作为现代油气勘探领域的一项尖端科技，其核心价值在于能够近乎完美地维持岩心在原始地层压力下的状态，有效遏制了油气等关键组分的逸散，从而确保了井底条件下储层流体饱和度等关键地层参数的精准获取。这一技术在非常规油气资源的研究与勘探领域更是展现出了无可替代的重要性，保压取心技术提供的岩心资料是精确计算地层储量的基础。但随着油气勘探开发向深部发展，地层压力及井底温度随井深增加而逐渐升高，超深井保压取心作业将面临井特深、温度高、压力高等极端条件，对保压取心工具的可靠性、安全性、便捷性等方面带来巨大挑战。

2、目前保压取心钻进结束后，通过上提钻具完成割心操作，然后从井口向钻柱内投入钢球，待钢球进入球座后堵塞保压取心工具主流道，迫使钻井液进入提升装置液压腔室内部，造成泵压不断上升，憋压至悬挂销钉剪断后，液压提升装置滑动套在钻井液压力驱动下向上运动，带动球阀总成翻转90°密封内筒，实现岩心保压。

3、现有保压取心工具应用到超深井中存在以下几方面不足之处：

4、一是液压提升装置可靠性低，易出现提升不到位的问题，如遇提升不到位会出现钻井液无法正常循环的严重后果，同时提升完成后无相应的反馈信号。

5、二是无内筒组件锁定机构，提升操作结束后，钻柱内钻井液压力降低，由于现在保压取心工具没有内筒组件锁定机构，保压内筒、球阀总成等组件因重力作用，会沿重力方向移动，存在堵塞泄压通道的风险。

6、三是现有保压取心工具为双筒双动结构，保压内筒会随外筒一起选择，由于岩心与内筒之间的摩擦作用力，会造成岩心破碎，增加进心阻力，造成堵心风险。

7、四是现有保压内筒无强制泄压功能，集气口为针阀结构，易被钻井液中的固相颗粒堵塞，造成内筒压力无法释放，存在较大安全隐患。

8、五是现有保压球阀总成保压成功率低，其结构为金属硬密封或橡胶密封两种形式，前者针对低压密封成功率低，而后者面对高压密封时易出现橡胶密封材料被挤出，造成密封失效。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于超深井的保压取心工具，攻克超深井保压取心技术领域存在的上述技术问题，解决了目前超深井在保压取心过程中存在的安全性、可靠性与操作便捷性的问题，更为推动超深油气资源勘探开发提供强有力的技术支持与保障。

2、本发明的上述技术目的主要通过以下技术方案实现：

3、本发明提供一种保压取心工具，其包括外筒和设在所述外筒内的液压提升装置和保压内筒，所述液压提升装置用于向上提升所述保压内筒；

4、所述液压提升装置包括：

5、固定活塞杆，所述固定活塞杆与所述外筒固定相连，所述固定活塞杆内设有中心流道，所述固定活塞杆的侧壁上设有第一径向通孔；

6、滑动衬套，所述滑动衬套可滑动地设在所述中心流道内，以封堵或者开启所述第一径向通孔；

7、滑动活塞套，所述滑动活塞套可滑动地套设在所述固定活塞杆外，所述滑动活塞套的一端与所述保压内筒驱动相连，所述固定活塞杆和所述滑动活塞套之间形成有与所述第一径向通孔相连通的密闭环腔；

8、锁定机构，所述锁定机构设在所述固定活塞杆上，以在所述滑动衬套封堵所述第一径向通孔时锁定所述滑动活塞套并在所述滑动衬套滑动至开启所述第一径向通孔时锁定所述滑动衬套的位置。

9、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述液压提升装置还包括：

10、限位座，所述限位座固定在所述中心流道的一端，所述滑动衬套与所述限位座滑动套接；

11、复位弹簧，所述复位弹簧连接在所述滑动衬套与所述限位座之间；

12、在所述中心流道内钻井液的压力下，所述滑动衬套朝向所述限位座滑动以打开所述第一径向通孔，所述中心流道连通所述密闭环腔以驱动所述滑动活塞套上提所述保压内筒；

13、在所述复位弹簧的作用下，所述滑动衬套远离所述限位座滑动以封堵所述第一径向通孔，所述保压内筒带动所述滑动活塞套复位。

14、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述滑动衬套内安装有球座，所述球座用于承接通过所述中心流道下放的激活球，以在所述球座上方的中心流道内形成憋压。

15、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述滑动衬套的侧壁上设有第二径向通孔，所述球座通过剪切销钉固定在所述滑动衬套内以封堵所述第二径向通孔；所述固定活塞杆的侧壁上还设有与所述第二径向通孔相连通的第三径向通孔，所述第三径向通孔连通所述滑动活塞套的内腔；

16、在所述中心流道内钻井液的压力超过额定限压而剪断所述剪切销钉时，所述球座向下滑动以开启所述第二径向通孔，所述中心流道通过所述第二径向通孔和所述第三径向通孔连通所述滑动活塞套的内腔以实现泄压。

17、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述滑动活塞套的侧壁上设有第四径向通孔，在所述滑动活塞套带动所述保压内筒上提到位时，所述第一径向通孔和所述第四径向通孔径向相对，以实现对所述密闭环腔的泄压。

18、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述锁定机构包括：

19、悬挂钢球，所述悬挂钢球设在所述固定活塞杆内，且所述悬挂钢球的直径大于所述固定活塞杆的侧壁厚度；

20、止动螺钉，所述止动螺钉设在所述滑动活塞套的侧壁上；

21、导向槽，所述导向槽形成在所述滑动衬套的外侧壁上；

22、在所述滑动衬套处于封堵所述第一径向通孔时，所述悬挂钢球从所述固定活塞杆的外侧壁伸出并与所述止动螺钉相抵接，以锁定所述滑动活塞套；

23、在所述滑动衬套滑动至开启所述第一径向通孔时，所述悬挂钢球从所述固定活塞杆的内侧壁伸出卡设入所述导向槽内，以锁定所述滑动衬套。

24、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述固定活塞杆的上端设有上接头，所述上接头与所述外筒的上端固定相连；和/或，所述滑动活塞套的下端设有限位接头。

25、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述保压取心工具还包括设在所述外筒内的锁定装置，所述锁定装置位于所述液压提升装置和所述保压内筒之间；所述锁定装置包括：

26、中心轴，所述中心轴的上端与所述滑动活塞套的下端固定相连；

27、锁定块，所述锁定块的上端可转动地设在所述中心轴上；

28、弹性件，所述弹性件连接在所述锁定块和所述中心轴之间，以驱动所述锁定块的下端径向伸出；

29、限位环，限位环形成在所述外筒内侧壁上，所述中心轴穿设在所述限位环内，所述锁定块的伸出半径大于所述限位环的内半径；

30、在所述滑动衬套封堵所述第一径向通孔的状态下，所述锁定块位于所述限位环的下方；

31、在所述滑动衬套滑动以开启所述第一径向通孔的状态下，所述锁定块能向上穿过所述限位环并在所述限位环的上方径向伸出，以与所述限位环相抵接。

32、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述锁定装置还包括：

33、限位筒，所述限位筒套设在所述中心轴的外周，所述限位筒的侧壁上设有开口，所述锁定块的下端能从所述开口径向伸出或者缩回。

34、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述保压取心工具还包括设在所述外筒内的独立旋转装置，所述独立旋转装置位于所述锁定装置和所述保压内筒之间；所述独立旋转装置包括：

35、固定轴，所述固定轴的上端与所述中心轴的下端固定相连；

36、悬挂轴，所述悬挂轴通过悬挂轴承可转动地连接在所述固定轴的下端。

37、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述固定轴包括相套接的长度调节轴和锁紧套筒，所述长度调节轴通过止动环固定连接在所述锁紧套筒的上端，所述悬挂轴通过所述悬挂轴承旋转连接在所述锁紧套筒的下端。

38、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述保压取心工具还包括设在所述外筒内的温压测量装置，所述温压测量装置位于所述独立旋转装置和所述保压内筒之间，所述温压测量装置包括：

39、测量筒，所述测量筒的上端通过连接轴与所述悬挂轴固定相连；

40、测量组件，所述测量组件设在所述测量筒内，所述测量组件与所述保压内筒的内腔相连通。

41、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述测量组件的上下两端分别设有一组减震弹簧。

42、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述连接轴上设有与所述测量组件相连通的泄压孔，所述泄压孔的进口处设有固体颗粒过滤网。

43、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述保压取心工具还包括设在所述外筒内的强制泄压阀，所述强制泄压阀位于所述温压测量装置和所述保压内筒之间，所述强制泄压阀包括：

44、泄压阀壳体，所述泄压阀壳体的上端与所述测量筒的下端固定相连，所述泄压阀壳体内形成有上下连通的泄压通道；

45、泄压阀密封球，所述泄压阀密封球设在所述泄压通道内，所述泄压阀密封球的转动能开启和关闭所述泄压通道。

46、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述强制泄压阀还包括：

47、上密封座，所述上密封座设在所述泄压通道内，所述泄压阀密封球可转动地设在所述上密封座内；

48、下密封座，所述下密封座设在所述泄压通道内，所述上密封座和所述下密封座上下相对设置，所述上密封座和所述下密封座之间设有压紧弹簧。

49、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述强制泄压阀还包括：

50、泄压阀转轴，所述泄压阀转轴设在所述泄压阀壳体的侧壁上，所述泄压阀转轴与所述泄压阀密封球固定相连以驱动所述泄压阀密封球转动。

51、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述保压取心工具还包括设在所述外筒内的集气阀，所述集气阀位于所述强制泄压阀和所述保压内筒之间，所述集气阀包括：

52、集气阀壳体，所述集气阀壳体的上端与所述泄压阀壳体的下端固定相连，所述集气阀壳体内形成有上下连通的集气阀通道，所述集气阀壳体的侧壁上开设有与所述集气阀通道相连通的上集气通道和下集气通道；

53、上集气针阀和下集气针阀，分别安装在所述上集气通道和所述下集气通道内。

54、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述集气阀还包括：

55、固体颗粒过滤网，所述固体颗粒过滤网设在所述集气阀通道内。

56、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述保压取心工具还包括设在所述外筒内的保压球阀，所述保压球阀位于所述保压内筒的下端；所述保压球阀包括：

57、球阀壳体，所述球阀壳体内形成有上下连通的球阀通道；

58、高压密封球，所述高压密封球设在所述球阀通道内，所述高压密封球的转动能开启和关闭所述球阀通道；

59、滑动限位接头，所述滑动限位接头的下端与所述球阀壳体的上端固定相连；

60、滑动短节，所述滑动短节可上下滑动地设在所述滑动限位接头内，所述滑动短节的上端与所述保压内筒的下端固定相连，所述滑动短节的下端设有自锁式岩心爪。

61、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述保压球阀还包括：

62、球阀转轴，所述球阀转轴设在所述球阀壳体的侧壁上，所述球阀转轴与所述高压密封球固定相连。

63、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述保压取心工具还包括：

64、取心钻头，所述取心钻头与所述外筒的下端固定相连。

65、与现有技术相比，本发明所述的技术方案具有以下特点和优点：

66、1、本发明所述的保压取心工具能将超深岩心始终维持在原始地层压力下的状态，遏制了油气等关键组分的逸散，岩心的核心价值能够近乎完美的保存，从而能够精准获取超深地储层流体饱和度等关键参数。

67、2、本发明所述的液压提升装置具有双流道设计，无论在任何情况下均能提供可靠的钻井液循环通道，确保钻井取心作业井下安全；提升操作到位后，第四径向通孔释放钻柱内压力，地面泵压将迅速下降，操作人员可获取提升完成反馈信号。

68、3、本发明所述的锁定装置能在停泵状态下始终保持保压内筒处于液压提升后所在的最高位置，不会因停泵钻柱内压力降低而出现下落现象，使得第一径向通孔始终处于开启状态，确保钻井液循环通道保持畅通。

69、4、本发明所述的独立旋转机构能使保压内筒不随外筒同步旋转，有效减少保压内筒对岩心造成损坏，确保岩心完整性的同时，能降低岩心进心阻力和堵心几率。

70、5、本发明所述的强制泄压阀能在上集气通道和上集气通道完全堵死情况下，对保压内筒中的高压气体和液体进行强制泄压，确保岩心地面处理安全性。

71、6、本发明所述的集气阀能提高两个集气通道，在其中一个集气通道堵塞情况下，能切换至另一个集气通道继续集气，确保保压内筒中的游离气能充分被收集。