技术摘要：
本发明涉及一种起钻过程页岩油气捕集及温压检测取心工具。包括差动机构、滑块机构、分水接头总成、泄压阀、储气筒、油气捕集总成、温度压力测量短节、岩心限位装置、外筒、内筒、卡箍式岩心爪、密封瓣阀和取心钻头。工具下入井底后，循环钻井液清洗井底。取心钻进结束 全部
背景技术：
随着页岩油气的勘探开发力度不断加大，对页岩地层准确的油气含量描述要求越 来越高，并直接影响着页岩油气的勘探开发决策和产量评估，而传统的取心技术获取的页 岩岩心在起钻过程中由于压力变化造成岩心中的油气不断解析逸出，据国外资料统计，仅 在起钻过程中的油气逸出损失量就达到50-60％，地面所获取的岩心资料无法准确评估页 岩地层的真实油气含量。此外，目前已有的保压取心技术采取保持井底压力密封岩心的技 术方法，需要地面转运高压岩心筒，并带压岩心后处理，发生过多起地面安全事故，已逐渐 被国内外同行淘汰和放弃；而密闭取心技术靠密闭液包裹隔离岩心仅能提供原始的地层油 水饱和度，在起钻过程中同样不能阻止岩心中的油气解析逸出。因此，迫切要求研究新的取 心技术解决以上的技术瓶颈和难题。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种起钻过程页岩油气捕集及温 压检测取心工具，即允许在安全的工作压力下，在起钻过程中100％原位收集岩心逸出的油 气，以更加准确的指导油气田的开发决策和生产。 本发明的技术方案包括： 一种起钻过程页岩油气捕集及温压检测取心工具，总体方案包括差动机构、滑块 机构、分水接头总成、岩心限位机构、取心机构、取心钻头以及括泄压阀、油气捕集总成和温 度压力测量短节；所述差动机构、外筒、取心钻头依次固定连接组成外筒总成，所述滑块机 构、分水接头总成、油气捕集总成、温度压力测量短节和取心机构依次固定连接组成内筒总 成，差动机构上部设有与钻杆连接的上接头，内筒总成置于外筒总成内部，并通过滑块机构 悬挂在外筒总成上。 上述方案细化方案是： 所述差动机构包括牙坎上接头、牙坎下接头、密封滑套和密封接头，其中：牙坎上 接头与差动机构上接头为一体，牙坎上接头外壁轴向设有牙坎凹槽，牙坎下接头内壁轴向 设有牙坎凸起，牙坎上接头和牙坎下接头啮合后构成轴向滑动、周向限位配合，密封接头连 接在牙坎上接头下端，密封接头外径大于牙坎下接头最小内径，密封接头上端面与牙坎下 接头下端面构成阻挡配合，密封滑套连接在牙坎下接头下端，并与密封接头构成轴向滑动 密封配合； 所述滑块机构包括内定位接头、球座滑套、定位接头、承压接头和剪切销钉，其中： 内定位接头上端与差动机构的密封接头连接，球座滑套设在内定位接头内设环形凹槽内， 并与内定位接头构成轴向间距密封滑动配合，球座滑套上端设有球座，球座滑套下端部通 4 CN 111550210 A 说 明 书 2/6 页 过径向设置的剪切销钉与内定位接头连接，定位接头套在内定位接头外，定位接头上端与 差动机构的密封滑套连接，内定位接头通过锁块和锁销配合悬挂在定位接头上； 所述分水接头总成包括分水接头和堵头，其中：分水接头上端与滑块机构的球座 滑套连接，堵头封堵于分水接头下端，分水接头中段径向设有多个分流孔，分流孔与其下方 的外筒总成、内筒总成之间的环形间隙连通； 所述油气捕集总成包括储气筒和自上而下依次设置在储气筒内的泄压阀、储气筒 上盖、活塞、活塞杆和储气筒下盖，其中：储气筒上部与分水接头下端连接，活塞杆置于储气 筒上盖和储气筒下盖之间，储气筒上盖和储气筒下盖通过活塞杆的中心孔与外部空间连 通，活塞与活塞杆和储气筒内壁构成轴向密封滑动配合，泄压阀连接在储气筒上盖并与活 塞杆的中心孔连通，与泄压阀对应的储气筒5上设有排气孔，储气筒下盖设有与活塞下部活 塞腔连通的进气孔，在储气筒上盖设置排气孔，排气孔与排气销钉和垫片配合密封； 所述温度压力测量短节包括仪器仓和装配在仪器仓内的温度、压力传感器和电 池，并用仪器仓盖板压紧并密封，仪器仓轴向设有导气孔，仪器仓上端部与储气筒5连接，导 气孔连通仪器仓上下的空间，仪器仓下端与取心机构的岩心筒连接； 所述取心机构包括岩心筒和置于岩心筒内的取心内筒、卡箍式岩心爪和全封闭瓣 式岩心爪，岩心筒与外筒总成和取心钻头间有钻井液流道。 上述方案进一步包括： 所述卡箍式岩心爪包括岩心爪短节、岩心爪、缩颈套和遮挡套，其中，岩心爪短节 上部与岩心筒连接，岩心爪短节、缩颈套遮挡套依次连接，岩心爪置于缩颈套内部，岩心爪 上部与岩心爪短节限位配合；所述全封闭瓣式岩心爪包括瓣阀岩心爪和扶正套，瓣阀岩心 爪由阀瓣和扭簧组成，扶正套处于取心钻头内腔，遮挡套插入瓣阀岩心爪内部，对阀瓣进行 限位。 所述温度压力测量短节包括上下两个相对装配的仪器仓通过连接活套连接，两个 仪器仓内分别装配有温度压力传感器和电池，并用仪器仓盖板压紧并密封；两个仪器仓轴 向设有导气孔，导气孔之间通过高压软管和单向阀连接。 在下面的仪器仓导气孔内安装有低压单向阀。 在分水接头总成和取心机构之间设有岩心限位机构。 所述岩心限位机构上端与仪器仓连接，下端与岩心筒连接，中间设有岩心挡板。 所述分水接头总成还包括轴承盒、悬挂心轴、止推轴承和轴承托，轴承盒上端与滑 块机构的承压接头连接，悬挂心轴外部套装止推轴承后与分水接头上端连接，悬挂心轴、止 推轴承和分水接头上部设置在轴承盒内，轴承盒上端下端和轴承托连接后，轴承托与止推 轴承构成轴向限位。 所述滑块机构的内定位接下端连接承压接头，承压接头上端部设有凸起，凸起与 球座滑套外部滑槽构成轴向限位配合，球座滑套下端部通过径向设置的剪切销钉与承压接 头连接。 所述油气捕集总成还包括设置在储气筒上盖的排气孔，排气孔与排气销钉和垫片 配合密封，在储气筒上盖和储气筒下盖中心轴上设有活塞杆，活塞与活塞杆构成轴向密封 滑动配合。 本发明的工作原理是：取心工具下入井底后，循环钻井液清洗井底。取心钻进结束 5 CN 111550210 A 说 明 书 3/6 页 后，投入大钢球使钻具内憋压，推动球座下行剪断滑块机构上的剪切销钉，使内外筒总成脱 离连接。此时上提内筒总成，瓣阀岩心爪保持不动，岩心内筒随滑块机构和差动机构上行， 岩心被卡箍式岩心爪割心，岩心随岩心内筒上行。当岩心内筒上行至一定位置后，瓣式密封 阀从岩心内筒侧壁露出并受弹簧作用向底部弹出密封住岩心内筒底部，完成下部密封。起 钻过程中，气体从岩心内释放聚集在温度压力测量短节里，记录温度、压力值，气体释放达 到一定压力后推动储气筒活塞向上运动，气体量超过测试需要的量后自动从泄压阀泄压， 储气筒的温度、压力值由温度压力测量短节记录。 本发明的优点是：采用全封闭瓣式密封阀，割心后岩心被封闭在取心筒内，岩心释 放的气体、液体等均封闭在内筒总成中，达到与井内钻井液隔离的目的；岩心的温度、压力 变化情况能够被温度压力测量短节实时测量并记录；页岩岩心释放的页岩气被储气筒收集 起来，其释放过程可以通过温度压力测量短节实时记录测得的温度、压力变化情况进行间 接反映；储气筒带有泄压阀，气量满足实验要求后自动泄压，安全可靠；采用滑块机构，取心 钻进结束后通过钻井液憋压进行割心，使该工具应用范围不受井斜限制；具有岩心限位装 置，在内筒装满岩心后能够保证气体正常释放并且不堵塞上部机构的导气孔。 附图说明 图1为本发明一种起钻过程页岩油气捕集及温压检测取心工具结构示意图。 图2a为一种差动机构放大结构示意图。 图2b为图2a中差动机构A-A截面放大结构示意图。 图3a为一种滑块机构放大结构示意图。 图3b为图3a中滑块机构的B-B截面放大结构示意图。 图4为一种分水总成放大结构示意图。 图5为一种储气筒部分放大结构示意图。 图6为一种温度压力测量部分放大结构示意图。 图7为一种取心机构和取芯钻头部分放大结构示意图。 图8为一种卡箍式岩心爪部分放大结构示意图。 图9为一种全封闭瓣式岩心爪部分放大结构示意图。
本发明涉及一种起钻过程页岩油气捕集及温压检测取心工具。包括差动机构、滑块机构、分水接头总成、泄压阀、储气筒、油气捕集总成、温度压力测量短节、岩心限位装置、外筒、内筒、卡箍式岩心爪、密封瓣阀和取心钻头。工具下入井底后，循环钻井液清洗井底。取心钻进结束 全部
背景技术：
随着页岩油气的勘探开发力度不断加大，对页岩地层准确的油气含量描述要求越 来越高，并直接影响着页岩油气的勘探开发决策和产量评估，而传统的取心技术获取的页 岩岩心在起钻过程中由于压力变化造成岩心中的油气不断解析逸出，据国外资料统计，仅 在起钻过程中的油气逸出损失量就达到50-60％，地面所获取的岩心资料无法准确评估页 岩地层的真实油气含量。此外，目前已有的保压取心技术采取保持井底压力密封岩心的技 术方法，需要地面转运高压岩心筒，并带压岩心后处理，发生过多起地面安全事故，已逐渐 被国内外同行淘汰和放弃；而密闭取心技术靠密闭液包裹隔离岩心仅能提供原始的地层油 水饱和度，在起钻过程中同样不能阻止岩心中的油气解析逸出。因此，迫切要求研究新的取 心技术解决以上的技术瓶颈和难题。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种起钻过程页岩油气捕集及温 压检测取心工具，即允许在安全的工作压力下，在起钻过程中100％原位收集岩心逸出的油 气，以更加准确的指导油气田的开发决策和生产。 本发明的技术方案包括： 一种起钻过程页岩油气捕集及温压检测取心工具，总体方案包括差动机构、滑块 机构、分水接头总成、岩心限位机构、取心机构、取心钻头以及括泄压阀、油气捕集总成和温 度压力测量短节；所述差动机构、外筒、取心钻头依次固定连接组成外筒总成，所述滑块机 构、分水接头总成、油气捕集总成、温度压力测量短节和取心机构依次固定连接组成内筒总 成，差动机构上部设有与钻杆连接的上接头，内筒总成置于外筒总成内部，并通过滑块机构 悬挂在外筒总成上。 上述方案细化方案是： 所述差动机构包括牙坎上接头、牙坎下接头、密封滑套和密封接头，其中：牙坎上 接头与差动机构上接头为一体，牙坎上接头外壁轴向设有牙坎凹槽，牙坎下接头内壁轴向 设有牙坎凸起，牙坎上接头和牙坎下接头啮合后构成轴向滑动、周向限位配合，密封接头连 接在牙坎上接头下端，密封接头外径大于牙坎下接头最小内径，密封接头上端面与牙坎下 接头下端面构成阻挡配合，密封滑套连接在牙坎下接头下端，并与密封接头构成轴向滑动 密封配合； 所述滑块机构包括内定位接头、球座滑套、定位接头、承压接头和剪切销钉，其中： 内定位接头上端与差动机构的密封接头连接，球座滑套设在内定位接头内设环形凹槽内， 并与内定位接头构成轴向间距密封滑动配合，球座滑套上端设有球座，球座滑套下端部通 4 CN 111550210 A 说 明 书 2/6 页 过径向设置的剪切销钉与内定位接头连接，定位接头套在内定位接头外，定位接头上端与 差动机构的密封滑套连接，内定位接头通过锁块和锁销配合悬挂在定位接头上； 所述分水接头总成包括分水接头和堵头，其中：分水接头上端与滑块机构的球座 滑套连接，堵头封堵于分水接头下端，分水接头中段径向设有多个分流孔，分流孔与其下方 的外筒总成、内筒总成之间的环形间隙连通； 所述油气捕集总成包括储气筒和自上而下依次设置在储气筒内的泄压阀、储气筒 上盖、活塞、活塞杆和储气筒下盖，其中：储气筒上部与分水接头下端连接，活塞杆置于储气 筒上盖和储气筒下盖之间，储气筒上盖和储气筒下盖通过活塞杆的中心孔与外部空间连 通，活塞与活塞杆和储气筒内壁构成轴向密封滑动配合，泄压阀连接在储气筒上盖并与活 塞杆的中心孔连通，与泄压阀对应的储气筒5上设有排气孔，储气筒下盖设有与活塞下部活 塞腔连通的进气孔，在储气筒上盖设置排气孔，排气孔与排气销钉和垫片配合密封； 所述温度压力测量短节包括仪器仓和装配在仪器仓内的温度、压力传感器和电 池，并用仪器仓盖板压紧并密封，仪器仓轴向设有导气孔，仪器仓上端部与储气筒5连接，导 气孔连通仪器仓上下的空间，仪器仓下端与取心机构的岩心筒连接； 所述取心机构包括岩心筒和置于岩心筒内的取心内筒、卡箍式岩心爪和全封闭瓣 式岩心爪，岩心筒与外筒总成和取心钻头间有钻井液流道。 上述方案进一步包括： 所述卡箍式岩心爪包括岩心爪短节、岩心爪、缩颈套和遮挡套，其中，岩心爪短节 上部与岩心筒连接，岩心爪短节、缩颈套遮挡套依次连接，岩心爪置于缩颈套内部，岩心爪 上部与岩心爪短节限位配合；所述全封闭瓣式岩心爪包括瓣阀岩心爪和扶正套，瓣阀岩心 爪由阀瓣和扭簧组成，扶正套处于取心钻头内腔，遮挡套插入瓣阀岩心爪内部，对阀瓣进行 限位。 所述温度压力测量短节包括上下两个相对装配的仪器仓通过连接活套连接，两个 仪器仓内分别装配有温度压力传感器和电池，并用仪器仓盖板压紧并密封；两个仪器仓轴 向设有导气孔，导气孔之间通过高压软管和单向阀连接。 在下面的仪器仓导气孔内安装有低压单向阀。 在分水接头总成和取心机构之间设有岩心限位机构。 所述岩心限位机构上端与仪器仓连接，下端与岩心筒连接，中间设有岩心挡板。 所述分水接头总成还包括轴承盒、悬挂心轴、止推轴承和轴承托，轴承盒上端与滑 块机构的承压接头连接，悬挂心轴外部套装止推轴承后与分水接头上端连接，悬挂心轴、止 推轴承和分水接头上部设置在轴承盒内，轴承盒上端下端和轴承托连接后，轴承托与止推 轴承构成轴向限位。 所述滑块机构的内定位接下端连接承压接头，承压接头上端部设有凸起，凸起与 球座滑套外部滑槽构成轴向限位配合，球座滑套下端部通过径向设置的剪切销钉与承压接 头连接。 所述油气捕集总成还包括设置在储气筒上盖的排气孔，排气孔与排气销钉和垫片 配合密封，在储气筒上盖和储气筒下盖中心轴上设有活塞杆，活塞与活塞杆构成轴向密封 滑动配合。 本发明的工作原理是：取心工具下入井底后，循环钻井液清洗井底。取心钻进结束 5 CN 111550210 A 说 明 书 3/6 页 后，投入大钢球使钻具内憋压，推动球座下行剪断滑块机构上的剪切销钉，使内外筒总成脱 离连接。此时上提内筒总成，瓣阀岩心爪保持不动，岩心内筒随滑块机构和差动机构上行， 岩心被卡箍式岩心爪割心，岩心随岩心内筒上行。当岩心内筒上行至一定位置后，瓣式密封 阀从岩心内筒侧壁露出并受弹簧作用向底部弹出密封住岩心内筒底部，完成下部密封。起 钻过程中，气体从岩心内释放聚集在温度压力测量短节里，记录温度、压力值，气体释放达 到一定压力后推动储气筒活塞向上运动，气体量超过测试需要的量后自动从泄压阀泄压， 储气筒的温度、压力值由温度压力测量短节记录。 本发明的优点是：采用全封闭瓣式密封阀，割心后岩心被封闭在取心筒内，岩心释 放的气体、液体等均封闭在内筒总成中，达到与井内钻井液隔离的目的；岩心的温度、压力 变化情况能够被温度压力测量短节实时测量并记录；页岩岩心释放的页岩气被储气筒收集 起来，其释放过程可以通过温度压力测量短节实时记录测得的温度、压力变化情况进行间 接反映；储气筒带有泄压阀，气量满足实验要求后自动泄压，安全可靠；采用滑块机构，取心 钻进结束后通过钻井液憋压进行割心，使该工具应用范围不受井斜限制；具有岩心限位装 置，在内筒装满岩心后能够保证气体正常释放并且不堵塞上部机构的导气孔。 附图说明 图1为本发明一种起钻过程页岩油气捕集及温压检测取心工具结构示意图。 图2a为一种差动机构放大结构示意图。 图2b为图2a中差动机构A-A截面放大结构示意图。 图3a为一种滑块机构放大结构示意图。 图3b为图3a中滑块机构的B-B截面放大结构示意图。 图4为一种分水总成放大结构示意图。 图5为一种储气筒部分放大结构示意图。 图6为一种温度压力测量部分放大结构示意图。 图7为一种取心机构和取芯钻头部分放大结构示意图。 图8为一种卡箍式岩心爪部分放大结构示意图。 图9为一种全封闭瓣式岩心爪部分放大结构示意图。
