一种用于深井、超深井的共振取芯工具制造技术

本发明专利技术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；本发明专利技术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。取芯。取芯。

【技术实现步骤摘要】
一种用于深井、超深井的共振取芯工具
[0001]
：本专利技术涉及的是石油钻采井下取芯工具
，具体涉及的是一种用于深井、超深井的共振取芯工具。
[0002]
技术介绍
：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。
[0003]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。
[0004]因此，十分有必要研制一种高效共振取芯工具。
[0005]
技术实现思路
：本专利技术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。
[0006]本专利技术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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]上述方案中预紧碟簧组与非磁致输出杆之间润滑并且两者之间留有间隙，非磁致输出杆的硬度大于碟簧片的硬度，预紧碟簧组与调节块组成的预压机构提供适当的预压力，提高轴向磁致伸缩应变与机电转换效率。
[0010]上述方案中驱动线圈外侧设计有散热片，以散热片和钻井液的组合方式散热，是为了确保工作时磁致伸缩材料的温度在规定范围内，从而消除因温度升高而造成材质伸缩材料的热变形，继而对输出位移和输出力产生影响。
[0011]上述方案中磁致伸缩材料的长度决定磁致伸缩装置的最大位移，磁致伸缩材料的直径决定磁致伸缩装置最大输出力。
[0012]上述方案中岩芯爪为自锁式岩芯爪，岩芯爪内径略小于内岩芯筒组件的内径，岩芯爪设计有向上的爪齿，爪齿为锥面，保证岩芯能顺利进入内岩芯筒的同时又能卡紧岩芯，割取岩芯，防止掉芯。
[0013]上述方案中外岩芯筒有三节，第二节外岩芯筒和第三节外岩芯筒内壁均设计有一定长度的弧形滑槽，内岩芯筒有二节，第一节内岩芯筒和第二节内岩芯筒外侧均设计有弧形滑块，从而内岩芯筒可在外岩芯筒的滑槽里进行一定长度的轴向运动，同时又起到悬挂内岩芯筒的作用。
[0014]本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供一种用于深井、超深井的共振取芯工具，该工具在取芯工具中加入了磁致伸缩装置，利用磁致伸缩效应，通过改变驱动线圈中电流的大小来改变磁场强度，从而控制磁致伸缩装置的输出量，实现共振功能，加快岩石的破碎，提高取芯效率。
[0015]2、本专利技术振动频率可以根据磁致伸缩装置线圈中通入的电流大小来控制，实现振动的方式简单，可以做到即时控制。
[0016]3、本专利技术中的电子原件都进行了密封处理并且在电路中加入了散热装置，极大保证了工具的正常使用。
[0017]4、本专利技术中的磁致伸缩装置的最大位移可以由磁致伸缩材料的长度决定，磁致伸缩装置的最大输出力可以由磁致伸缩材料的直径决定，因此针对不同的难钻地层磁致伸缩材料可以根据钻井需要来更改，适用范围广，灵活性比较强。
[0018]5、本专利技术中的岩芯爪设计有向上的爪齿，爪齿锥面保证岩芯能顺利进入内岩芯筒的同时又能卡紧岩芯，割取岩芯，防止掉芯情况发生。
[0019]6、本专利技术工具结构简单，钻井液在腔体内畅通性好，钻井液能利用率高；工作性能稳定，是一种新型、稳定、可靠、安全的取芯工具，易于在油田的使用与推广。
[0020]7、本专利技术适用于深井、超深井取芯操作，可大排量循环自清洗钻具内筒和井底，有效避免卡芯事故发生，割芯利落，大幅提升取芯效率，保证高质量、大尺寸取芯，操作方便，使用安全可靠的共振取芯工具。
[0021]四、附图说明：图1为本专利技术的剖视图。
[0022]图2为本专利技术的磁致伸缩装置结构示意图。
[0023]图3为本专利技术的外岩芯筒组件结构示意图。
[0024]图4为本专利技术的内岩芯筒组件结构示意图。
[0025]图5为本专利技术的散热片结构示意图。
[0026]图6为本专利技术的预紧碟簧组结构示意图。
[0027]图7为本专利技术的岩芯爪结构示意图。
[0028]图8为本专利技术的取芯钻头结构示意图。
[0029]图中，1上接头；2非导磁端盖；3上导磁端盖；4绝缘管；5导磁块； 6磁致伸缩材料；7驱动线圈；8下导磁端盖；9非导磁输出杆；10下推块；11第一节内岩芯筒；12第二节内岩芯筒；13岩芯爪；14取芯钻头；15第三节外岩芯筒；16第二节外岩芯筒；17第一节外岩芯筒；18调节块；19预紧碟簧组；20非导磁外壳；21导磁内壁；22散热片。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于深井、超深井的共振取芯工具，其特征在于：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。2.根据权利要求1所述的用于深井、超深井的共振取芯工具，其特征在于：所述的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。3.根据权利要求2所述的用于深井、超深井的共振取芯工具，其特征在于：所述的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、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李思琪，童叶霜，陈卓，李玮，王思齐，赵欢，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：