保压取芯装置的制作方法

1.本发明属于井下取样技术领域，具体涉及一种保压取芯装置。


背景技术：

2.页岩气是指富含有机质、成熟的暗色泥页岩或高碳泥页岩中由于有机质吸附作用或岩石中存在着裂缝和基质孔隙，使之储集和保存了一定具商业价值的生物成因、热解成因及二者混合成因的天然气，页岩气具有非常广阔的开发前景。在页岩气开采过程中，前期的油层原始含油饱和度和地层孔隙度等地质资料对后期的增效增产、完善开发方案具有重要的影响意义。页岩气的开采过程需要进行取芯。由于部分页岩脆性指数大，且在钻探装置驱动取芯外筒与钻头同步转动，岩样极易在取芯过程中因取芯内筒晃动而发生扭转断裂，无法保证获得完整岩心，取芯内筒与外筒中间的缝隙会导致在取芯外筒进行钻进过程中取芯内筒随之转动，并且当外部扰动较大时，取芯成分与真实情况可能存在较大差距。
3.现有技术中，使用的取芯设备常在取芯外筒和取芯内筒之间设置抗扭转结构来减少取芯内筒的转动，虽然具有防扭转作用，但是取芯外筒与取芯内筒之间仍存在一定转动空间，易发生错位偏移，当外部扰动较大时，所获得的岩样与真实地层情况依然存在误差。而且具有抗扭转结构的取芯设备仅能减少取芯内筒与取芯外筒之间的相对运动，忽略了取芯后由于岩心大小与取芯筒尺寸无法实现完全匹配而导致的碰撞或摩擦现象，实用性较差。另外，常规的取芯设备没有保压措施或保压时间有限，由于取样位置相对较深且所处环境复杂，远程操控较难，当取芯设备从井下回收到井口时由于温度、压力等条件发生变化，其内部岩心样品的性质必然发生变化，导致无法反映真实的地下环境，给后续实验等研究带来误差，实用性较差。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种保压取芯装置，旨在能够解决现有的取芯设备因无法抗扭转且保压效果有限而导致的实用性差的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种保压取芯装置，包括：
6.外管总成，包括外筒及钻头；所述外筒沿着竖直方向设置，具有第一容置腔，且在所述外筒的底端设有与所述第一容置腔连通的第一敞口；所述钻头设置在所述外筒的底端，且具有与所述第一敞口连通的走芯通道；
7.内管总成，包括内筒、切割组件及提拉组件；所述内筒沿着竖直方向设置在所述第一容置腔中，且所述内筒的外径小于所述外筒的内径，所述内筒具有第二容置腔，且在所述内筒的底端设有与所述第二容置腔连通的第二敞口；所述切割组件设置在所述第二容置腔中，用于对通过所述走芯通道及所述第一敞口并进入至所述第二容置腔内的岩芯进行切割；所述提拉组件设置在所述第一容置腔中，且分别与所述内筒的顶端及所述外筒的内壁相连，用于沿着竖直方向牵动所述内筒；
8.抗扭转组件，设置在所述第一容置腔中，且位于所述外筒的内侧壁及所述内筒的
外侧壁之间，用于抵消由所述外筒转动而传递给所述内筒的扭转力，并缓冲由所述外筒传递给所述内筒的振动作用；
9.密封挡门，设置在所述第二敞口处，用于在岩芯进入所述第二容置腔过程中打开；在所述切割组件将岩芯切割并在所述提拉组件将所述内筒及被切割后的岩芯向上提拉后自动闭合，以对所述第二容置腔进行密封；以及
10.配套的控制器。
11.在一种可能的实现方式中，所述抗扭转组件至少设有两组，各组所述抗扭转沿着竖直方向间隔设置；每组所述抗扭转组件包括：
12.第一滚动轴承，轴线沿着竖直方向设置，所述第一滚动轴承固定安装在所述第一容置腔中，具有第一内圈和第一外圈；
13.第二滚动轴承，轴线与所述第一滚动轴承的轴线共线设置，所述第二滚动轴承位于所述第一内圈中；所述第二滚动轴承具有第二内圈和第二外圈，所述第二外圈的直径小于所述第一内圈的直径，所述第二内圈与所述内筒为间隙配合；以及
14.弹簧，设有多个，多个所述弹簧呈环形且间隔设置在所述第二外圈与所述第一内圈之间；每个所述弹簧沿着所述第一滚动轴承或所述第二滚动轴承的径向设置，一端与所述第一内圈的侧壁固定连接，另一端与所述第二外圈的侧壁固定连接。
15.在一种可能的实现方式中，半圆形挡板，设有两个，各所述半圆形挡板均与所述内筒相铰接，以在所述第二容置腔中俯仰转动；两个所述半圆形挡板转动至水平状态时相互对合，共同组合形成与所述第二敞口适配的圆形板体，所述半圆形挡板的直径小于所述内筒的内径；
16.遇水膨胀止水胶，覆设在两个所述半圆形挡板的外表面，用于与钻井液接触后膨胀，以将对合的两个所述半圆形挡板间的缝隙进行填充；以及
17.扭簧，设有两个，两个所述扭簧分别与两个所述半圆形挡板一一对应设置，每个所述扭簧均套设在对应的所述半圆形挡板的铰接轴上，一端与所述半圆形挡板相抵接，另一端与所述内筒相抵接，用于带动所述半圆形挡板保持向下翻转；
18.其中，环着所述内筒的底端设有限位折边，所述限位折边上设有供所述半圆形挡板铰接的铰接座。
19.一些实施例中/示例性的/举例说明，所述限位折边沿着所述内筒的径向水平向内延伸，且所述限位折边的内径小于所述半圆形挡板的直径，所述限位折边用于对向下翻转的所述所述半圆形挡板进行限位，以使所述半圆形挡板呈水平放置。
20.在一种可能的实现方式中，所述切割组件包括：
21.切刀，至少设有两个，各所述切刀环形且间隔设置在所述第二容置腔中，每个所述切刀水平设置，且与所述第二容置腔的内壁铰接；所述切刀与所述第二容置腔内壁的铰接轴线沿着竖直方向设置；以及
22.第一伸缩结构，至少设有两个，各所述第一伸缩结构与各所述切刀一一对应设置，且均与所述控制器电性连接；每个所述第一伸缩结构具有第一固定端及第一伸缩端，所述第一固定端与所述第二容置腔的内壁面相铰接，所述第一伸缩端与所述切刀相铰接，用于带动所述切刀水平转动，所述切刀的刀头向所述第二容置腔的中心移动，以对位于所述第二容置腔内的岩芯进行剪切。
23.一些实施例中/示例性的/举例说明，每个所述切刀均为三角形外形结构。
24.在一种可能的实现方式中，所述提拉组件包括：
25.驱动电机，固设在所述内筒的顶端，动力输出端水平设置，所述驱动电机与所述控制器电性连接；
26.卷筒，与所述驱动电机的动力输出端同轴连接；以及
27.拉绳，一端与所述第二容置腔的顶部侧壁固定连接，另一端绕设在所述卷筒上。
28.在一种可能的实现方式中，所述内管总成还包括夹持组件，所述夹持组件包括：
29.环形滑轨，设置在所述第二容置腔中，且位于所述切割组件的上方，所述环形滑轨固设在所述第二容置腔的内壁上，且与所述内筒的轴线共线设置；
30.弹性钢片，至少设有两个，各所述弹性钢片环形且间隔设置在所述第二容置腔中；每个所述弹性钢片具有弹性钢片第一端及弹性钢片第二端，所述弹性钢片第一端与所述第二容置腔的内壁铰接，且铰接轴线沿着竖直方向设置，所述弹性钢片第二端滑动设置在所述环形滑轨上；以及
31.第二伸缩结构，至少设有两个，各所述第二伸缩结构与各所述弹性钢片一一对应设置；每个所述第二伸缩结构均具有第二固定端及第二伸缩端，所述第二固定端与所述第二容置腔的内壁相铰接，所述第二伸缩端与对应的所述弹性钢片第二端相铰接，用于驱动所述弹性钢片第二端靠近所述弹性钢片第一端移动，以使所述弹性钢片的中间部位沿着所述内筒的径向向内形变凸起，并与所述第二容置腔内的岩芯侧壁抵接。
32.一些实施例中/示例性的/举例说明，所述第二容置腔的顶部设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制器电性连接，用于对进入所述第二容置腔内的岩芯的进行监测。
33.本实现方式/申请实施例中，设置了外筒，能够分别与钻探设备和钻头相连接，并且外筒内部设置了第一容置腔，能够便于内筒的放置，钻头具有走芯通道，能够使岩芯依次通过第一敞口及第二敞口并进入至第二容置腔中，在一定程度上保证了岩芯的取样工作。另外，在内筒与外筒之间设置了抗扭转组件，能够将外筒传递给内筒的扭转力进行抵消，进而保证外筒转动过程中，内筒保持静止状态，该种结构可防止在岩芯取样的过程中，岩芯因扭力过大而发生破碎，进而能够保证岩芯的完整性。抗扭转组件还能够对外筒传递给内筒的振动作用进行缓冲，以使内筒在第二容置腔中保持准确且稳定的放置，能够便于岩芯准确且顺利的进入至第二容置腔中，岩芯取样效果较好。本方案还在第二敞口处设置了密封挡门，能够对第二容置腔进行密封，进而对进入第二容置腔内的岩芯样品进行密封保压，能够反映出真实的低下环境，可便于后续的研究工作。本方案通过设置的抗扭转组件及密封挡门，能够提高岩芯取样的准确性及稳定性，并且能够对岩芯样品进行保压，能够便于后续的研究工作，实用性强。
附图说明
34.图1为本发明实施例提供的保压取芯装置的剖视结构示意图；
35.图2为图1实施例提供的保压取芯装置的a
‑
a向剖视结构示意图；
36.图3为图1实施例提供的保压取芯装置的b
‑
b向剖视结构示意图；
37.图4为图1实施例提供的保压取芯装置的c处放大结构示意图；
38.附图标记说明：
39.10、外管总成；11、外筒；111、第一容置腔；112、第一敞口；12、钻头；20、内管总成；21、内筒；211、第二容置腔；212、第二敞口；213、限位折边；22、切割组件；221、切刀；222、第一伸缩结构；23、提拉组件；231、驱动电机；232、卷筒；233、拉绳；24、夹持组件；241、环形滑轨；242、弹性钢片；243、第二伸缩结构；30、抗扭转组件；31、第一滚动轴承；32、第二滚动轴承；33、弹簧；40、密封挡门；41、半圆形挡板；42、遇水膨胀止水胶；50、岩芯。
具体实施方式
40.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.请一并参阅图1至图4，现对本发明提供的保压取芯装置进行说明。所述保压取芯装置，包括外管总成10、内管总成20、抗扭转组件30、密封挡门40以及控制器。其中，外管总成10包括外筒11及钻头12；外筒11沿着竖直方向设置，具有第一容置腔111，且在外筒11的底端设有与第一容置腔111连通的第一敞口112；钻头12设置在外筒11的底端，且具有与第一敞口112连通的走芯通道。内管总成20包括内筒21、切割组件22及提拉组件23；内筒21沿着竖直方向设置在第一容置腔111中，且内筒21的外径小于外筒11的内径，内筒21具有第二容置腔211，且在内筒21的底端设有与第二容置腔211连通的第二敞口212；切割组件22设置在第二容置腔211中，用于对通过走芯通道及第一敞口112并进入至第二容置腔211内的岩芯50进行切割；提拉组件23设置在第一容置腔111中，且分别与内筒21的顶端及外筒11的内壁相连，用于沿着竖直方向牵动内筒21。
42.抗扭转组件30设置在第一容置腔111中，且位于外筒11的内侧壁及内筒21的外侧壁之间，用于抵消由外筒11转动而传递给内筒21的扭转力，并缓冲由外筒11传递给内筒21的振动作用。密封挡门40设置在第二敞口212处，用于在岩芯50进入第二容置腔211过程中打开；在切割组件22将岩芯50切割并在提拉组件23将内筒21及被切割后的岩芯50向上提拉后自动闭合，以对第二容置腔211进行密封。
43.需要说明的是，外筒11和内筒21均为圆柱形外形结构，而第一容置腔111和第二容置腔211也为圆柱形空腔，以及钻头12、钻头12与外筒11的连接方式均为现有技术，在此不再赘述。
44.本实施例提供的保压取芯装置，与现有技术相比，设置了外筒11，能够分别与钻探设备和钻头12相连接，并且外筒11内部设置了第一容置腔111，能够便于内筒21的放置，钻头12具有走芯通道，能够使岩芯50依次通过第一敞口112及第二敞口212并进入至第二容置腔211中，在一定程度上保证了岩芯50的取样工作。另外，在内筒21与外筒11之间设置了抗扭转组件30，能够将外筒11传递给内筒21的扭转力进行抵消，进而保证外筒11转动过程中，内筒21保持静止状态，该种结构可防止在岩芯50取样的过程中，岩芯50因扭力过大而发生破碎，进而能够保证岩芯50的完整性。抗扭转组件30还能够对外筒11传递给内筒21的振动作用进行缓冲，以使内筒21在第二容置腔211中保持准确且稳定的放置，能够便于岩芯50准确且顺利的进入至第二容置腔211中，岩芯50取样效果较好。本方案还在第二敞口212处设置了密封挡门40，能够对第二容置腔211进行密封，进而对进入第二容置腔211内的岩芯50样品进行密封保压，能够反映出真实的低下环境，可便于后续的研究工作。本方案通过设置
的抗扭转组件30及密封挡门40，能够提高岩芯50取样的准确性及稳定性，并且能够对岩芯50样品进行保压，能够便于后续的研究工作，实用性强。
45.在一些实施例中，上述抗扭转组件30可以采用如图1所示结构。参见图1，抗扭转组件30至少设有两组，各组抗扭转沿着竖直方向间隔设置；每组抗扭转组件30包括第一滚动轴承31、第二滚动轴承32以及弹簧33。其中，第一滚动轴承31的轴线沿着竖直方向设置，第一滚动轴承31固定安装在第一容置腔111中，具有第一内圈和第一外圈。第二滚动轴承32的轴线与第一滚动轴承31的轴线共线设置，第二滚动轴承32位于第一内圈中；第二滚动轴承32具有第二内圈和第二外圈，第二外圈的直径小于第一内圈的直径，第二内圈与内筒21为间隙配合。弹簧33设有多个，多个弹簧33呈环形且间隔设置在第二外圈与第一内圈之间；每个弹簧33沿着第一滚动轴承31或第二滚动轴承32的径向设置，一端与第一内圈的侧壁固定连接，另一端与第二外圈的侧壁固定连接。第一外圈与第一容置腔111的内壁为过盈配合，也可直接焊接在第一容置腔111的侧壁上，通过第一转动轴承和第二转动轴承的设置，可有效的放置外筒11的扭转力传递至内筒21上，进而保证内筒21的稳定性。另外，外筒11与钻头12相连接，转动过程中会带有振动作用，弹簧33的设置可有效的对振动作用进行缓冲，进而防止内筒21也振动作用。
46.因为第二滚动轴承32仅通过弹簧33连接，进而弹簧33的数量较多，而且其强度需要保证足够。第二内圈与内筒21为间隙配合，主要是为了保证内筒21能够在第一容置腔111内移动。
47.在一些实施例中，上述密封挡门40可以采用如图4所示结构。参见图4，密封挡门40包括半圆形挡板41、遇水膨胀止水胶42以及扭簧。其中，半圆形挡板41设有两个，各半圆形挡板41均与内筒21相铰接，以在第二容置腔211中俯仰转动；两个半圆形挡板41转动至水平状态时相互对合，共同组合形成与第二敞口212适配的圆形板体，半圆形挡板41的直径小于内筒21的内径。遇水膨胀止水胶42覆设在两个半圆形挡板41的外表面，用于与钻井液接触后膨胀，以将对合的两个半圆形挡板41间的缝隙进行填充。扭簧设有两个，两个扭簧分别与两个半圆形挡板41一一对应设置，每个扭簧均套设在对应的半圆形挡板41的铰接轴上，一端与半圆形挡板41相抵接，另一端与内筒21相抵接，用于带动半圆形挡板41保持向下翻转。环着内筒21的底端设有限位折边213，限位折边213上设有供半圆形挡板41铰接的铰接座。
48.两个半圆形挡板41向上翻转一定角度后可保证岩芯50的通过，而向下翻转至水平放置时，又可将第二容置腔211进行密封，能够保证保压效果。因为钻头12的钻孔过程中，需要持续注入钻井液，遇水膨胀止水胶42遇到钻井液后膨胀，能够将半圆形挡板41周边的缝隙填充满，进而保证密封效果。扭簧能够保证在两个半圆形挡板41不受外力时，保证翻转至水平状态放置，扭簧及扭簧的连接结构为现有技术，在此不再赘述。
49.遇水膨胀止水胶42是一种施工性优良的止水材料、是水膨胀单液型密封剂。一经硬化就变成复原性良好的橡胶弹性体、浸水后自身体积膨胀、充填空隙发挥确实的止水效果。
50.需要进行说明的是，岩芯50样品的直径要小于第二容置腔211的内径，而此时半圆形挡板41向上翻转的角度不需要太大，即可使岩芯50顺利通过。
51.在一些实施例中，上述限位折边213可以采用如图1所示结构。参见图1，限位折边213沿着内筒21的径向水平向内延伸，且限位折边213的内径小于半圆形挡板41的直径，限
位折边213用于对向下翻转的半圆形挡板41进行限位，以使半圆形挡板41呈水平放置。折边结构的设置，能够防止半圆形挡板41向下翻转的角度过大，能够使半圆形挡板41呈水平放置。另外，能够补偿半圆形挡板41的翻转角度，使其向上的翻转角度变大，能够防止因半圆形挡板41向上翻转过程中与第二容置腔211的内壁发生干涉，而无法是岩芯50样品通过。
52.在一些实施例中，上述切割组件22可以采用如图2所示结构。参见图2，切割组件22包括切刀221以及第一伸缩结构222。其中，切刀221至少设有两个，各切刀221环形且间隔设置在第二容置腔211中，每个切刀221水平设置，且与第二容置腔211的内壁铰接；切刀221与第二容置腔211内壁的铰接轴线沿着竖直方向设置。第一伸缩结构222至少设有两个，各第一伸缩结构222与各切刀221一一对应设置，且均与控制器电性连接；每个第一伸缩结构222具有第一固定端及第一伸缩端，第一固定端与第二容置腔211的内壁面相铰接，第一伸缩端与切刀221相铰接，用于带动切刀221水平转动，切刀221的刀头向第二容置腔211的中心移动，以对位于第二容置腔211内的岩芯50进行剪切。
53.因为页岩的质地较脆软，因此不需要太大的切割力，同时也不需要切刀221旋转，而切刀221及第一伸缩结构222在初始状态时，保持靠近在折边的内边缘与第二容置腔211的侧壁之间，能够保证岩芯50样品的顺利通过，当需要对岩芯50进行切割时，第一伸缩结构222拉动起到转动，切刀221的一端向内筒21的中心方向移动，以对岩芯50进行切割。切割完成后，第一伸缩结构222及切刀221回归至初始位置，该种结构占用的空间较小，而且能够保证对岩芯50样品的切割工作，便于取样工作，结构简单，实用性强。
54.在一些实施例中，上述切刀221可以采用如图2所示结构。参见图2，每个切刀221均为三角形外形结构，具有三个角点，第一个角点与第二容置腔211的内壁铰接，第二个角点与第一伸缩结构222铰接，第三个角点为刀头，在折边的内边缘与第二容置腔211的侧壁之间水平向外伸出。当切刀221受力转动后，刀头向内筒21的中心方向移动，以切割岩芯50，结构简单，便于制作，实用性强。
55.在一些实施例中，上述提拉组件23可以采用如图1所示结构。参见图1，提拉组件23包括驱动电机231、卷筒232以及拉绳233。其中，驱动电机231固设在内筒21的顶端，动力输出端水平设置，驱动电机231与控制器电性连接。卷筒232与驱动电机231的动力输出端同轴连接。拉绳233的一端与第二容置腔211的顶部侧壁固定连接，另一端绕设在卷筒232上。
56.当岩芯50被切割后，驱动电机231带动卷筒232转动，进而在拉绳233的作用下，内筒21向上移动，此时被切割的岩芯50样品随之向上移动，当内筒21提升至一定高度后，半圆形挡板41脱离与岩芯50母体的抵接作用，会向下翻转至水平放置，此时密封挡门40将第二容置腔211进行密封。因此，提拉组件23的设置，能够便于被切割后的岩芯50样品脱离岩芯50母体，并且便于对岩芯50样品的保压工作，实用性强。
57.在一些实施例中，参见图3，内管总成20还包括夹持组件24，夹持组件24包括环形滑轨241、弹性钢片242以及第二伸缩结构243。其中，环形滑轨241设置在第二容置腔211中，且位于切割组件22的上方，环形滑轨241固设在第二容置腔211的内壁上，且与内筒21的轴线共线设置。弹性钢片242至少设有两个，各弹性钢片242环形且间隔设置在第二容置腔211中；每个弹性钢片242具有弹性钢片242第一端及弹性钢片242第二端，弹性钢片242第一端与第二容置腔211的内壁铰接，且铰接轴线沿着竖直方向设置，弹性钢片242第二端滑动设置在环形滑轨241上。第二伸缩结构243至少设有两个，各第二伸缩结构243与各弹性钢片
242一一对应设置；每个第二伸缩结构243均具有第二固定端及第二伸缩端，第二固定端与第二容置腔211的内壁相铰接，第二伸缩端与对应的弹性钢片242第二端相铰接，用于驱动弹性钢片242第二端靠近弹性钢片242第一端移动，以使弹性钢片242的中间部位沿着内筒21的径向向内形变凸起，并与第二容置腔211内的岩芯50侧壁抵接。
58.夹持组件24的设置，能够保证岩芯50被切割的过程中，及内筒21被提拉的过程中，岩芯50能够与内筒21保持相对静止状态，该种结构可便于对岩芯50的取样工作。通过设置的环形滑轨241，弹性钢片242及第二伸缩结构243，其占用空间较小，能够保证岩芯50样品的顺利通过，并且通过弹性钢片242的形变作用，能够保证对岩芯50的稳定夹持，结构简单，实用性强。
59.为了防止岩芯50被压伤，可在竖直方向增大弹性钢板的长度，以增加与岩芯50样品的接触面积。另外，弹性钢片242的内板面设有防滑凸起，保证夹持岩芯50的稳定性。
60.在一些实施例中，上述内筒21可以采用如图1所示结构。参见图1，第二容置腔211的顶部设有压力传感器，压力传感器与控制器电性连接，用于对进入第二容置腔211内的岩芯50的进行监测。当岩芯50的顶端与压力传感器接触后，压力传感器将信号传递给控制器，控制器控制夹持组件24及切割组件22依次工作，便于对岩芯50样品的采集工作，实用性强。
61.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。