投撈式井底取樣工具的制作方法

本發明涉及油氣田開發應用的井下工具技術領域，特別涉及一種投撈式井底取樣工具。

背景技術：

試油井射孔后，需要對地層水進行取樣分析，常規方法是射孔前降低井筒液面，測量射孔前后的液面高度，再通過反洗井，從油管出口獲取樣品的方法；這種方法的要求地面計量要準確，而且地層出的水要足夠多，一般出水在2方以上才能獲得真實的樣品。另外，利用該方法獲得樣品時，由于洗井水與地層水存在混合帶，樣品經常與洗井用水混合，與真實水樣有較大的誤差。特別是地層滲透率低，出水量少時，利用此方法獲取井底液樣更加困難。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種依靠地面投送機械撞擊打掉滑套后使井底流體在壓力驅動下進入取樣工具再由鋼絲打撈地面而得到所要液樣的投撈式井底取樣工具。

為此，本發明技術方案如下：

一種投撈式井底取樣工具，包括：

自上而下依次螺紋連接的外筒、過渡接頭和密封取樣機構；所述外筒為一頂端封閉的筒體結構；所述密封取樣機構為一自頂面開設有變徑盲孔的圓柱形結構，所述變徑盲孔上部內徑大于下部內徑且在所述變徑盲孔底部開設有一個貫穿所述密封取樣機構側壁的第一進液通道，所述變徑盲孔上部內側設置有第一彈簧和密封球；所述過渡接頭設置在所述外筒和所述密封取樣機構之間使所述外筒和所述密封取樣機構的腔體隔離；所述第一彈簧一端固定在過渡接頭底面上、另一端與封堵在變徑處的密封球固定且所述第一彈簧處于壓縮狀態；

內筒，其套裝在所述外筒且底端固定在所述過渡接頭的頂面上；在所述過渡接頭上開設有一連通所述外筒內腔和所述密封取樣機構內腔的軸向過液孔且所述軸向過液孔位于所述內筒外側；

滑套，其套裝在開設有所述第一進液通道處的所述密封取樣機構外側并通過多個第一剪切銷釘固定在所述密封取樣機構上；

和內側套裝有一密封活塞的保護套；所述保護套以與所述密封取樣機構存在縫隙的方式套裝在所述密封取樣機構下側并通過多個第二剪切銷釘固定在所述密封取樣機構上；在所述保護套底端螺紋連接有一絲堵，使所述絲堵與所述活塞之間形成有封閉的空氣室；

在所述保護套的對側內壁上各開設有一個設置有保護銷的保護銷室，所述保護銷室位于所述徑向盲孔下方；所述保護銷局部凸出所述保護套內壁形成有一環形凸臺，所述密封取樣機構底端壓配在所述環形凸臺的上端面上；所述活塞上側外壁向內凹陷使所述環形凸臺側壁壓配在所述活塞兩側側壁上。

在所述保護套的對側側壁上各開設有一個與所述保護銷室連通的第二進液通道。

在所述保護套內壁上開設有至少一個徑向盲孔，在所述徑向盲孔內自內向外依次設置有處于壓縮狀態的第二彈簧和防落銷，所述防落銷受所述第二彈簧彈力作用卡在所述密封取樣機構的外壁上；在所述密封取樣機構外壁上開設有至少一個位于所述徑向盲孔下方且與所述徑向盲孔位置對應的防落槽，使所述密封取樣機構相對于所述保護套向下滑動時通過防落銷插入所述防落槽內阻止所述密封取樣機構繼續下行。

在所述外筒頂面中心處焊接有一球形打撈頭；另外，所述外筒頂面還設置有一出水閥。

在位于所述第一進液通道兩側的所述密封取樣機構外壁上分別設置有至少一道密封圈，使所述密封取樣機構和所述滑套之間形成密封；所述活塞下側外壁上設有至少一道密封圈，使所述活塞與所述保護套之間形成密封。

與現有技術相比，該投撈式井底取樣工具結構簡單，操作方便，通過從地面投入依靠重量下落至井底，待取樣工具底部撞擊油管內的點火棒、點火頭、球座等工具后，自動剪斷滑套剪釘漏出取樣通道，井底流體在壓力作用下進入取樣工具完成取液過程，是一種用于試油過程取地層水樣的新工具。

附圖說明

圖1為本發明的投撈式井底取樣工具的剖視圖；

圖2為本發明的投撈式井底取樣工具密封取樣機構的剖視圖；

圖3為本發明的投撈式井底取樣工具的保護套剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步的說明，但下述實施例絕非對本發明有任何限制。

低滲透油氣藏試油前普遍采用負壓射孔工藝，一般井內油管底部帶射孔槍；由于液面不在井口且距離井口較遠，因此需要使用該投撈式井底取樣工具進行取樣。

如圖1所示，該投撈式井底取樣工具，包括：自上而下依次螺紋連接的外筒3、過渡接頭5和密封取樣機構9、內筒4、滑套11和內側套裝有一密封活塞18的保護套19；具體地，

所述外筒3為一頂端封閉的筒體結構，在所述外筒3頂面中心處焊接有一球形打撈頭1，用于裝吊鋼絲繩，便于取液完成后通過鋼絲繩將該裝置從井內取出；所述外筒3頂面還設置有一放液的出水閥2，便于將盛裝在其內的樣液倒出；

如圖2所示，所述密封取樣機構9為一自頂面中心處開設有變徑盲孔的圓柱形結構，盲孔上部902內徑大于下部903內徑且變徑處形成有一環形臺階，在所述盲孔底部還開設有一個徑向貫穿所述密封取樣機構9側壁的第一進液通道12；在所述盲孔上部內腔中設置有第一彈簧7和密封球8，所述密封球8的直徑大于盲孔下部內徑，使所述密封球8設置在所述環形臺階上且的封堵住盲孔下部孔道；其中，所述環形臺階頂角處加工為與所述密封球8弧度相適應的弧形面901，使所述密封球8與所述環形臺階緊密貼合；

所述過渡接頭5為一實心圓柱形板，其設置在所述外筒3和所述密封取樣機構9之間用于隔離所述外筒3和所述密封取樣機構9的內腔；所述第一彈簧7一端固定在過渡接頭5的底面中心處、另一端與封堵在變徑處的密封球8固定且保持所述第一彈簧7處于壓縮狀態；

所述內筒4為套裝在所述外筒3內側的筒體結構，其底端固定在所述過渡接頭5的頂面中央，用于盛裝進入裝置內部的井底液體；在所述過渡接頭5上開設有一連通所述外筒3和所述密封取樣機構9內腔的軸向過液孔6，所述軸向過液孔6位于所述內筒4外側；

所述滑套11套裝在開設有第一進液通道12處的所述密封取樣機構9外側并通過多個第一剪切銷釘1001固定在所述密封取樣機構9上；在位于所述第一進液通道12兩側的所述密封取樣機構9外壁上設置有至少一道密封圈22，使所述密封取樣機構9和所述滑套11之間形成密封，完全封堵住第一進液通道12；

其中，所述外筒3、過渡接頭5和密封取樣機構9外徑一致；所述密封取樣機構9下部外壁向內收縮，外徑減小，使所述滑套11和保護套19套裝在所述密封取樣機構9外側后，最大外徑尺寸不超過所述密封取樣機構9上側外徑。所述密封取樣機構9下部外壁向內收縮形成有一環形限位臺階，所述滑套11的長度小于或等于所述第一進液通道12至所述環形限位臺階的距離，使所述滑套11脫離所述第一剪切銷釘1001固定作用后，在慣性作用下相對于所述密封取樣機構9向上移動，打開第一進液通道12；

如圖3所示，所述保護套19為一筒體結構，以與所述密封取樣機構9存在縫隙的方式套裝在所述密封取樣機構9下側，并通過多個第二剪切銷釘1002固定在所述密封取樣機構9上；在所述保護套19內設置有一活塞18，所述活塞18為圓柱形結構且上側外徑小于下側外徑，通過設置在所述活塞18下側外壁上的雙道密封圈23使所述活塞18與所述保護套19內壁之間形成密封；在所述保護套19底端內壁上設有連接內螺紋1903，且通過連接內螺紋1903連接有一絲堵21，使所述絲堵21與所述活塞18之間形成有空氣室20，其內壓強與大氣壓一致；

在所述保護套19的對側內壁上各開設有一個設置有保護銷16的保護銷室17，所述保護銷室17位于所述徑向盲孔1901下方；具體地，所述保護銷16為圓柱形結構，其頂部加工為圓錐體，所述保護銷室17形狀與所述保護銷16的形狀相互配合，使所述保護銷16頂部插裝在所述保護銷室17內；所述保護銷16局部凸出所述保護套19內壁形成有兩個凸臺，所述密封取樣機構9底端壓配在所述兩個凸臺的上端面上；所述活塞18上側外壁向內凹陷使所述兩個凸臺側壁壓配在所述活塞18兩側側壁上；

在所述保護套19的對側側壁上各開設有一個與所述保護銷室17連通的第二進液通道1902；第二進液通道1902用于進液，使保護銷16在水壓作用下推入所述保護套19的內腔中；其中，所述保護套19內腔的大小能夠滿足所述活塞18向下移動至所述保護銷室17下方，使所述保護銷16自所述保護銷室17內掉出至所述活塞18上；

為防止在重力作用下，所述保護套19與所述密封取樣機構9發生相對移動導致部件之間脫離，在所述保護套19內壁上開設有一個徑向盲孔1901，在所述徑向盲孔1901內自內向外設置有處于壓縮狀態的第二彈簧15和防落銷13，所述防落銷13受所述第二彈簧15彈力作用卡在所述密封取樣機構9的外壁上；在所述密封取樣機構9外壁上開設有一個位于所述徑向盲孔下方且與所述徑向盲孔位置對應的防落槽14，使所述密封取樣機構9相對于所述保護套19向下滑動時通過防落銷13插入所述防落槽14內阻止所述密封取樣機構9繼續下行。

以下通過投撈式井底取樣工具的工作原理進行進一步解釋：

取樣時從油管內投入該投撈式井底取樣工具，投入時保護套19朝下，打撈頭朝上。在重力作用下，取樣工具在井內做自由落體運動，當落到油管的液面時發生第一次撞擊，此時保護套19突然減速，而密封取樣機構9速度不變，二者之間會發生很大的剪切力，此時由于保護銷16的設置阻止保護套19和密封取樣機構9之間產生相對滑動，保護第一剪切銷釘1001和第二剪切銷釘1002不被剪斷；

當工具進入液體后，在重力作用下繼續下行，此時，油管內的水沿著保護套19和密封取樣機構9之間縫隙到達活塞18和密封取樣機構9之間的縫隙處，由于活塞下方的空腔室20內的壓力為地面大氣壓，因此隨著液體深度的增加，活塞18上方的壓力逐漸增加，所述活塞18承壓開始向下移動，當活塞18下移一定距離后，保護銷16失去支撐而從保護銷室17內脫落到活塞上面，失去對密封取樣機構9的固定作用；由于密封取樣機構9和保護套19之間存在間隙，無法實現密封，井底液體可以自由流動至所述活塞18、所述密封取樣機構9和保護套19之間圍成的內腔中，另外，保護銷室17上開設的所述第二進液通道1902也可以進液，使保護銷16失去支撐后在水壓和重力作用下被立即推入并掉落在所述活塞18上，保證井底液體及時得到收集；

當取樣工具落到底井底時，與油管內的點火棒或者點火頭等發生二次撞擊，保護套19突然停止運動而整個機構中其他部件的速度不變，此時保護套19和密封取樣機構9二者之間再次發生很大的剪切力，使第一剪切銷釘1001和第二剪切銷釘1002剪斷，在慣性作用下，保護套19撞擊滑套11，使滑套11相對于密封取樣機構9上行，打開進液通道12；

由于工具在地面組裝，內筒的壓力為地面大氣壓，遠低于井底壓力，流體在壓力驅動下頂開密封球8，而最終進入內筒，當內外壓力平衡后，密封球8在彈簧7的推動下關閉中心孔33，樣品保存在內筒中。此時從地面利用鋼絲攜帶打撈工具，可以把取樣工具撈出井筒；

在工具上升過程中，保護套19和密封取樣機構9向兩側發生相當移動，當防落銷13與防落槽14重合時，彈簧15推動防落銷13進入防落槽14中，阻礙保護套19和密封取樣機構9繼續移動，在工具上提過程中，讓保護套19隨取樣工具一起起出。