CN108005603B - 柔性密闭取心工具 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种柔性密闭取心工具，包括：顺次连接的取心钻头机构、柔性钻杆；所述柔性钻杆内穿设有岩心内筒；所述岩心内筒的前端支撑于所述取心钻头机构内；所述取心钻头机构包括取心钻头、密闭头、岩心爪；至少部分所述密闭头位于所述取心钻头内；所述岩心爪位于所述取心钻头内且套设于所述密闭头外；所述岩心爪被设置为仅允许所述密闭头在受到向后的外部作用力时向后移动，并且被设置为在所述密闭头受到其他方向的外部作用力或无外部作用力时固定所述密闭头的位置；所述柔性钻杆包括第一钻杆接头、第二钻杆接头、以及位于所述第一钻杆接头与所述第二钻杆接头之间的多个首尾连接的钻杆短节。

Description

柔性密闭取心工具

技术领域

本申请涉及油田勘探开发领域，尤其涉及一种柔性密闭取心工具。

背景技术

油田勘探开发需要准确获得油层原始含油饱和度和地层孔隙度等重要地质资料，以制定合理的勘探开发方案。油田开发中后期，需要检查注水效果，定量分析油层的油水动态，水淹油层情况及水驱油效果，以制定出有效的挖潜增效增产措施，完善开发方案。取心及岩心分析作为获取油气资料、认识储层最直接和最主要的方法之一，可为开发方案制定和调整提供重要依据。

根据取心目的和作业方式，钻井取心可分为常规取心和特殊取心。密闭取心属于特殊取心，是指采用密闭取心工具与密闭液，在水基钻井液条件下取出几乎不受钻井液自由水污染的岩心。

目前，常规密闭取心工具尺寸较大，在水平井钻井中取心时对井眼轨迹和钻井质量等要求较高。所使用的各种水平井密闭取心工具均无法在侧钻半径小于3m的超短半径水平井或大斜度井中使用，无法实现定点定方位取心。另外，现有密闭取心工具的密闭头安装需要定位销钉固定，安装结构复杂，制造难度大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种柔性密闭取心工具，以适用于至少解决以上问题之一。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种柔性密闭取心工具，包括：顺次连接的取心钻头机构、柔性钻杆；所述柔性钻杆内穿设有岩心内筒；所述岩心内筒的前端支撑于所述取心钻头机构内；

所述取心钻头机构包括取心钻头、密闭头、岩心爪；至少部分所述密闭头位于所述取心钻头内；所述岩心爪位于所述取心钻头内且套设于所述密闭头外；所述岩心爪被设置为仅允许所述密闭头在受到向后的外部作用力时向后移动，并且被设置为在所述密闭头受到其他方向的外部作用力或无外部作用力时固定所述密闭头的位置；

所述柔性钻杆包括第一钻杆接头、第二钻杆接头、以及位于所述第一钻杆接头与所述第二钻杆接头之间的多个首尾连接的钻杆短节；所述柔性钻杆通过所述第一钻杆接头连接所述取心钻头机构；相邻两个钻杆短节之间可弯曲预定角度。

作为一种优选的实施方式，所述岩心爪的内壁设有向后倾斜的第一卡齿，所述密闭头的外壁上设有与所述第一卡齿相配合的第二卡齿；所述第二卡齿向前倾斜；所述岩心爪能沿径向扩大并复位。

作为一种优选的实施方式，所述岩心爪的横截面为开口圆环。

作为一种优选的实施方式，所述岩心内筒的后端还固定有固定件；所述固定件用于所述密闭头进入所述岩心内筒时保持所述密闭头的位置。

作为一种优选的实施方式，所述固定件包括设置于所述岩心内筒的后端的永磁铁块；所述密闭头采用可被磁铁吸引的材质构成。

作为一种优选的实施方式，所述岩心内筒与所述柔性钻杆之间设有第一环空通道；所述取心钻头设有与所述第一环空通道相通的液流通道。

作为一种优选的实施方式，所述岩心内筒的后端还设置有压力平衡机构，所述压力平衡机构用于平衡所述岩心内筒内部的压强；所述岩心内筒的后端外套设有过水套；所述过水套的壁上设有过水通道。

作为一种优选的实施方式，所述压力平衡机构包括泄荷螺母、内筒压力平衡活塞；所述固定件安装于所述内筒压力平衡活塞的前端；所述泄荷螺母盖合在所述岩心内筒的后端；所述内筒压力平衡活塞的前端位于所述岩心内筒内并与所述岩心内筒的壁密封贴合，所述内筒压力平衡活塞的后端穿过所述泄荷螺母。

作为一种优选的实施方式，所述钻杆短节包括：

纵长延伸的球齿机构，所述球齿机构的侧壁上设置有第一连接部；所述球齿机构的一端设置有球头结构，所述球头结构的侧壁上设置有多个沿其周向间隔排布的传动齿；所述传动齿的后方设有第一密封外球面；所述传动齿的前方设有第二密封外球面；

与所述球齿机构活动连接的齿套机构；所述齿套机构具有容纳所述球头结构的活动空间；所述齿套机构的后端套设于所述球齿机构外且位于所述球头结构的后方；所述活动空间的下部设有与所述第二密封外球面相配合的第一密封内球面，所述活动空间的上部设有与所述第一密封外球面相配合的第二密封内球面；所述活动空间的壁上设有多个与所述传动齿一一对应的轨迹槽；所述传动齿部分伸入所述轨迹槽内；所述传动齿与所述轨迹槽的底面接触；所述齿套机构开设有能与第一连接部相连接的第二连接部。

作为一种优选的实施方式，所述传动齿与所述球头结构为一体成型结构；所述传动齿从上至下沿弧线或包络线延伸；所述轨迹槽为弧形槽。

作为一种优选的实施方式，所述传动齿的横截面的外轮廓为部分圆弧；所述传动齿横截面的外轮廓的直径从上至下先增大后减小。

作为一种优选的实施方式，所述传动齿横截面的外轮廓的最大直径位置相对于所述传动齿的前端更靠近所述传动齿的后端；所述第一密封外球面与所述第二密封外球面位于同一球体上；所述最大直径位置与所述球体的球心位于同一横截面上。

作为一种优选的实施方式，所述第一密封外球面与所述第一密封内球面至少之一，和/或，所述第二密封外球面与所述第二密封内球面至少之一设有环形润滑油槽；所述润滑油槽内填充有耐高温润滑脂。

作为一种优选的实施方式，所述齿套机构包括齿套、以及端盖；所述齿套固定连接所述端盖前端并形成所述活动空间；所述齿套的外壁上具有第一球面结构；所述齿套的后端连接所述端盖；所述第一密封内球面以及所述轨迹槽设置于所述齿套的内壁上；所述第二密封内球面设置于所述端盖的前端；所述端盖设有所述第二连接部；所述端盖的后端套设于所述球齿机构的前端外并设有与第一球面结构相配合的第二球面结构。

有益效果：

通过以上描述可以看出，本发明的柔性密闭取心工具通过将所述岩心爪设置为仅允许所述密闭头在受到向后的外部作用力时向后移动，并且被设置为在所述密闭头受到其他方向的外部作用力或无外部作用力时固定所述密闭头的位置，如此只需要将岩心爪和密闭头相配合即可将密闭头定位于柔性密闭取心工具的前端，无需定位销钉以及开设销钉孔，安装比较简单。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一种实施方式提供的柔性密闭取心工具结构示意图；

图2是图1的剖面图；

图3是图1中岩心爪与部分密闭头的结构放大图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图3，为本申请一种实施方式提供的柔性密闭取心工具，该柔性密闭取心工具应用但不限于超短半径侧钻水平井的钻井作业。在本实施方式中，所述柔性密闭取心工具包括顺次连接的取心钻头机构、柔性钻杆；所述柔性钻杆内穿设有岩心内筒7；所述岩心内筒7的前端支撑于所述取心钻头机构内。

所述取心钻头机构包括取心钻头1、密闭头3、岩心爪4；至少部分所述密闭头3位于所述取心钻头1内；所述岩心爪4位于所述取心钻头1内且套设于所述密闭头3外；所述岩心爪4被设置为仅允许所述密闭头3在受到向后的外部作用力时向后移动，并且被设置为在所述密闭头3受到其他方向的外部作用力或无外部作用力时固定所述密闭头3的位置。

所述柔性钻杆包括：第一钻杆接头5、第二钻杆接头11、以及位于所述第一钻杆接头5与所述第二钻杆接头11之间的多个首尾连接的钻杆短节。所述柔性钻杆通过所述第一钻杆接头5连接所述取心钻头机构；相邻两个钻杆短节之间可弯曲预定角度。

通过以上描述可以看出，本实施方式的柔性密闭取心工具通过将所述岩心爪4设置为仅允许所述密闭头3在受到向后的外部作用力时向后移动，并且被设置为在所述密闭头3受到其他方向的外部作用力或无外部作用力时固定所述密闭头3的位置，如此只需要将岩心爪4和密闭头3相配合即可将密闭头3定位于柔性密闭取心工具的前端，无需定位销钉以及开设销钉孔，安装比较简单。

同时，该柔性密闭取心工具设有柔性钻杆，柔性钻杆的相邻两个钻杆短节之间可弯曲预定角度，多个钻杆短节形成的弯曲进行叠加从而使得本实施方式的柔性密闭取心工具能够进行超短半径侧钻水平井的钻井作业。

其中，相邻两个钻杆短节之间可弯曲最大角度可以为8度。具体的，所述钻杆短节包括：纵长延伸的球齿机构8，所述球齿机构8的侧壁上设置有第一连接部；所述球齿机构8的一端设置有球头结构24，所述球头结构24的侧壁上设置有多个沿其周向间隔排布的传动齿21；所述传动齿21的后方设有第一密封外球面；所述传动齿21的前方(下方)设有第二密封外球面19；与所述球齿机构8活动连接的齿套机构；所述齿套机构具有容纳所述球头结构24的活动空间；所述齿套机构的后端套设于所述球齿机构8外且位于所述球头结构24的后方；所述活动空间的下部设有与所述第二密封外球面19相配合的第一密封内球面，所述活动空间的上部设有与所述第一密封外球面相配合的第二密封内球面；所述活动空间的壁上设有多个与所述传动齿21一一对应的所述轨迹槽20；所述传动齿21部分伸入所述轨迹槽20内；所述传动齿21与所述轨迹槽20的底面接触；所述齿套机构开设有能与第一连接部相连接的第二连接部。

在多个钻杆短节首尾相连形成柔性钻杆时，如图1所示，一钻杆短节的球齿机构8由前一钻杆短节前端伸入其齿套机构，使一钻杆短节的第一连接部与前一钻杆短节的第二连接部配合，从而进行传动；相似地，该钻杆短节与后一钻杆短节连接时，后一钻杆短节的球齿机构8由该钻杆短节前端伸入其齿套机构，使后一钻杆短节的第一连接部与该钻杆短节的第二连接部配合，从而进行传动。

通过以上描述可以看出，钻杆短节通过球齿机构8与齿套机构的活动配合形成可弯曲构造，从而自身可以进行弯曲，多个钻杆短节形成的弯曲进行叠加从而可以进行超短半径侧钻水平井的钻井作业。同时，本实施方式所提供的钻杆短节的传动齿21为球齿机构8的固定结构，并通过传动齿21与轨迹槽20相配合进行传动，能够降低应力集中，提升设备的可靠性。

通过柔性钻杆以及与柔性钻杆采用万向活动连接的钻头，形成一整条柔性链，这种柔性链与传统的隔缝弯管，包括多个梯形管组成的导向管不同。传统的隔缝弯管只能向一个方向弯曲成近似弯管，且在弯曲后则不再表现柔性，而是成为一段钢性弯管，该钢性弯管的外缘一旦与井壁内侧发生摩擦，则钢性弯管根本无法自行向内拱起而避开障碍。

反观本实施方式的柔性钻杆，由于每段钻杆短节之间均通过球齿机构8与齿套机构进行万向节式活动连接，因此当任意一段钻杆短节与井壁发生碰擦时，该段钻杆短节都可进行适当弯曲，从而避开障碍，使钻杆钻头下行驶可畅行无阻。而对于用于固井的柔性套管而言，相邻两段柔性套管通过铰接的伸缩管活动连接，也可保证柔性套管能顺利地沿钻井下行到需要位置。

需要说明的是，本发明中的前、后方向及上、下方向为以第一钻杆接头5为参照，两个部件中靠近第一钻杆接头5的部件在前或在下，远离第一钻杆接头5的在后或在上；比如，第一钻杆接头5至第二钻杆接头11的方向为由前至后方向或由下至上方向。

请继续参阅图1，球齿机构8纵长延伸，其整体为管体结构。第一连接部大致设置于球齿机构8长度方向后端(或后端)至球头位置。(以读者面对图1时)球头结构24位于第一连接部的后方(或前方)。所述球头结构24的侧壁上设置有多个沿其周向间隔排布的传动齿21。所述传动齿21的后方设有第一密封外球面；所述传动齿21的前方设有第二密封外球面19。

为有效改善结构强度，所述传动齿21与所述球头结构24为一体成型结构。当然，传动齿21也可以通过焊接等方式固定于球头结构24的外表面。所述传动齿21从上至下沿弧线或包络线延伸；所述轨迹槽20为弧形槽。所述传动齿21的横截面的外轮廓为部分圆弧；所述传动齿21横截面的外轮廓的直径从上至下先增大后减小。

通过设置如此结构，该传动齿21形成上下两端直径小，中部直径大的圆弧形包络结构，在受轴向力作用大角度弯转的情况下，该传动齿21依然可以传递大扭矩，且不会产生明显应力集中，具有较佳的结构可靠性。同时，弧形结构的传动齿21与弧形槽相配合形成传动副，可以实现柔性钻杆在任一角度传动副的受力面积不变，可以有效降低结构件疲劳磨损。

进一步地，所述传动齿21横截面的外轮廓的最大直径位置相对于所述传动齿21的前端更靠近所述传动齿21的后端。具体的，所述第一密封外球面与所述第二密封外球面19位于同一球体上；所述最大直径位置与所述球体的球心位于同一横截面上。

在本实施方式中，齿套机构的活动空间可以收容球齿机构8。其中，活动空间与球头结构24可以为同心设置，以便球齿机构8可以进行万向摆动，从而形成弯曲角度。球头结构24的外表面与活动空间的内表面贴合接触。

为方便密封，防止钻井液泄漏，所述活动空间的下部设有与所述第二密封外球面19相配合的第一密封内球面，所述活动空间的上部设有与所述第一密封外球面相配合的第二密封内球面。进一步地，为保证钻杆转动弯曲的灵活性，所述第一密封外球面与所述第一密封内球面至少之一，和/或，所述第二密封外球面19与所述第二密封内球面至少之一设有环形润滑油槽22；所述润滑油槽22内填充有耐高温润滑脂。如图1所示，所述环形润滑油槽22具有同轴设置的两个(也可以称为两道)。

如图1、图2所示，球头结构24的外壁设置的传动齿21与轨迹槽20的底面均为沿所述球齿机构8延伸方向(也可以为如图1所示的由上至下或由下至上)弧形延伸，传动齿21、轨迹槽20及其底面所沿弧形与球头结构24的轮廓线相匹配(比如不同直径但同心设置)。如图1所示，传动齿21的底面的轮廓线与球头结构24的外轮廓线为同心圆。

如图1示，传动齿21的一端伸入轨迹槽20中并与轨迹槽20的底面接触。球头结构24在活动空间内转动时，传动齿21相对于轨迹槽20滑动，在滑动过程中，传动齿21始终与轨迹槽20的底面接触，从而保证球头结构24与活动空间为同心设置。具体的，所述传动齿21的数量为个并且沿周向均匀分布；所述轨迹槽20的数量为6个。

具体的，所述齿套机构可以包括齿套9、端盖10。所述齿套9固定连接所述端盖10前端并形成所述活动空间。所述齿套9的外壁上具有第一球面结构23。所述齿套9的后端连接所述端盖10；所述端盖10设有所述第二连接部。所述端盖10的后端设有与第一球面结构23相配合的第二球面结构18。为方便球齿机构8的转动，所述端盖10的后端设有通入所述活动空间的锥孔；所述端盖10通过所述锥孔套设于所述球齿机构8外；所述锥孔从下至上直径逐渐增大。优选的，所述锥孔的倾角为8度。

其中，齿套9、及端盖10均如图1所示为套式结构或管状结构，从而与球齿机构8形成的钻杆短节具有中心流道。如图1所示齿套9、端盖10由上至下排布。齿套9与端盖10相配合形成活动空间，齿套9的内壁设有所述第一密封内球面以及所述轨迹槽20。所述齿套9与所述端盖10螺纹连接。如图1所示，所述第二密封内球面设置于所述端盖10的前端；所述端盖10的后端套设于所述球齿机构8的前端外并设有与第一球面结构23相配合的第二球面结构18。

如图1所示，球头结构24夹设于齿套9与端盖10之间，并且，端盖10的一缩径凸起的上表面形成所述第二密封内球面，该缩径凸起的下表面形成供所述球齿机构8的后端顶抵的台阶。第二球面结构18设置于端盖10的后端，为内球面。第一球面结构23设置于齿套9的外壁上，为外球面。第一球面结构23与第二球面结构18相贴合接触，为球齿机构8与齿套机构之间的相对摆动进行导向辅助，同时，避免脏物进入端盖10与球头结构24之间的活动球面。

如图1所示，端盖10设置有第二连接部，第二连接部和第一连接部均可以为螺纹结构并与(下一钻杆短节的)螺纹连接。其中，第二连接部位于活动空间的后方以及缩径凸起的后方。球齿机构8与齿套机构通过螺纹连接，可以稳定地保持扭矩的传递，从而便于相邻两个钻杆短节之间产生弯曲。

进一步的，所述齿套9与所述端盖10螺纹连接。所述轨迹槽20沿所述球头结构24的周向均匀分布。每个所述轨迹槽20及销孔中均设有一个所述传动齿21。所有所述传动齿21位于同一平面，从而既能满足钻杆短节的弯曲，同时能较好地传递扭矩。所述轨迹槽20的数量不少于4个。如图2所示，所述轨迹槽20的数量为6个，传动齿21的数量同样为6个。所述第一连接部为外螺纹，所述第二连接部为内螺纹。

在一个实施方式中，第一钻杆接头5与钻杆短节同样为活动连接，第二钻杆接头11与钻杆短节也同样为活动连接。具体地，如图1所示，所述第一钻杆接头5的一端设有钻杆公扣。所述第一钻杆接头5的后端套设于所述球齿机构8的前端外且设有所述第二球面结构18。进一步地，如图1所示，所述第二钻杆接头11的后端设有钻杆母扣，所述第二钻杆接头11的前端承接球头结构24。

在本实施方式中，钻杆短节可以弯曲，即齿套机构与球齿机构8之间产生相对摆动。较佳的，所述钻杆短节的可弯度度数为至度。如此设置，在5 1/2"(5寸半)井中可以顺利完成造斜半径不大于1.8米的超短半径侧钻水平井或大斜度井钻井作业。

在本实施方式中，岩心内筒7的材质可以为钛合金。如此，岩心内筒7具备较高的弹性，内径大于32mm，基于钛合金的回弹性能，使得岩心内筒7在通过造斜段时能够顺势弯曲通过，进入水平段可以自然回弹，保证所取岩心顺利进入岩心内筒7。在取心结束上提钻具通过造斜段及窗口时，岩心内筒7可以顺势弯曲进入主井筒并回弹，减小上提阻力以及对柔性密闭取心工具存在的潜在损伤。通过设有如此结构的岩心内筒7，使得单次取心长度可以大于0.8m，所取岩心直径大于32mm。

请继续参阅图1，至少部分所述密闭头3在所述取心钻头1内。所述钻头接头将所述取心钻头1的后端与所述第一钻杆接头5相连接。所述取心钻头1整体为管体构造，其外壁向内壁之间可以为圆弧过渡，从而便于钻进。密闭头3插设于取心钻头1内。密闭头3可以为空心构造，以便为所钻取岩心导向。

在本实施方式中，如图3所示，所述岩心爪4的内壁设有向后倾斜的第一卡齿41，所述密闭头3的外壁上设有与所述第一卡齿41相配合的第二卡齿31；所述第二卡齿31向前倾斜；所述岩心爪4能沿径向扩大并复位。其中，岩心爪4的第一卡齿41还可以锚住岩心，以便于在取心时将岩心剪断与地层脱离。

进一步地，所述岩心爪4的横截面为开口圆环。具体的，岩心爪4为开口套结构，从而可以沿径向扩大缩小并复位。当密闭头3受到向后的作用力(钻取岩心时，受到岩心的推力)时，岩心爪4的第一卡齿41向后倾斜，在与第二卡齿31的配合下，仅允许密闭头3向后移动。在密闭头3向后移动过程中，在移动方向上每经过一个第一卡齿41，岩心爪4均会经历扩张复位，直至密闭头3进入后方的岩心内筒7中。

所述岩心内筒7与所述柔性钻杆之间设有第一环空通道。所述取心钻头1设有与所述第一环空通道相通的液流通道。具体的，液流通道设置于取心钻头1、钻头接头的壁上，以便于钻井液的流动。如图1所示，钻头接头的前端设有外螺纹及内螺纹。钻头接头的前端伸入到取心钻头1内与取心钻头1螺纹连接。为防止钻井液进入岩心内筒7中，密闭头3外还套设有密封垫2。

在本实施方式中，取心钻头机构中还可以包括将岩心内筒7的前端支撑的悬挂机构。所述悬挂机构位于所述取心钻头机构内；所述密闭头3的一端伸入所述悬挂机构的一端，所述悬挂机构的另一端连接所述取心内筒；所述密闭头3能滑动进入所述取心内筒；所述悬挂机构能防止所述取心钻头机构的转动传递至取心内筒。具体的，所述悬挂机构包括轴承组件6。

在本实施方式中，该轴承组件6可以包括轴承(比如：圆锥滚子轴承)、轴承套。轴承固定于轴承套内，轴承套套设于钻头接头(取心钻头1)内，并套设于岩心内筒7的前端的外部。

进一步地，为防止在上提钻具过程中密闭头3受外力或者重力作用下降，对所采岩心造成冲击，甚至将岩心基础岩心内筒7，所述岩心内筒7的后端还固定有固定件12；所述固定件12用于所述密闭头3进入所述岩心内筒7时保持所述密闭头3的位置。

具体的，所述固定件12包括设置于所述岩心内筒7的后端的永磁铁块；所述密闭头3采用可被磁铁吸引的材质构成。该永磁铁块在密闭头3进入岩心内筒7后因永磁铁块的磁力而被吸附在永磁铁块上，如此密闭头3的位置相对固定，不会在上提过程中对岩心形成推挤。

如图1所示，所述岩心内筒7的后端还设置有压力平衡机构，所述压力平衡机构用于平衡所述岩心内筒7内部的压强；所述岩心内筒7的后端外套设有过水套14；所述过水套14的壁上设有过水通道。该过水套14可以有效过滤循环钻井液。该过水套14与岩心内筒7之间还可以设有滑动轴承15，从而通过滑动轴承15对岩心内筒7起到扶正作用。

具体的，所述压力平衡机构包括泄荷螺母16、内筒压力平衡活塞13。所述固定件12安装于所述内筒压力平衡活塞13的前端；所述泄荷螺母16盖合在所述岩心内筒7的后端；所述内筒压力平衡活塞13的前端位于所述岩心内筒7内并与所述岩心内筒7的壁密封贴合，所述内筒压力平衡活塞13的后端穿过所述泄荷螺母16。为进一步平衡岩心内筒7的压力，所述压力平衡活塞13的后端设置有溢流阀17(附图1仅为示意性质)。

下面将详细描述采用上述实施方式的柔性密闭取心工具的取心过程：(1)在井筒的设计位置开窗侧钻，并钻至设计取心位置；(2)将本实施方式的柔性密闭取心工具下至取心位置；(3)井外循环钻井液，缓慢启动旋转动力，钻井液通过第一环空通道、液流通道将井底沉淀的岩屑洗净；(4)井外增加钻压，取心钻头机构开始钻取岩心；(5)密闭头3受到岩心的推挤进入岩心内筒7中；(6)岩心在密闭头3的引导下进入岩心内筒7，同时，密闭头3将挤压岩心内筒7中的密闭液，密闭液通过密闭头3外溢至岩心位置，将岩心包裹起来；(7)取心钻头机构不断钻取岩心，岩心内筒7中的密闭液不断包裹岩心，直至钻取足够长的岩心；(8)井口上提钻具，整个柔性密闭取心工具脱离钻头工作面，此时，岩心爪4会在上提力作用下，抱紧岩心，岩心爪4的第一卡齿41(倒刺结构)受拉力紧缩，将岩心越拉越紧，直至岩心断裂，实现割心；(9)继续上提钻具，将岩心提出井口；(10)取出装满岩心的岩心内筒7，将岩心封装备用。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (13)

1.一种柔性密闭取心工具，其特征在于，包括：顺次连接的取心钻头机构、柔性钻杆；所述柔性钻杆内穿设有岩心内筒；所述岩心内筒的前端支撑于所述取心钻头机构内；

所述取心钻头机构包括取心钻头、密闭头、岩心爪；至少部分所述密闭头位于所述取心钻头内；所述岩心爪位于所述取心钻头内且套设于所述密闭头外；所述岩心爪被设置为仅允许所述密闭头在受到向后的外部作用力时向后移动，并且被设置为在所述密闭头受到其他方向的外部作用力或无外部作用力时固定所述密闭头的位置；

所述柔性钻杆包括第一钻杆接头、第二钻杆接头、以及位于所述第一钻杆接头与所述第二钻杆接头之间的多个首尾连接的钻杆短节；所述柔性钻杆通过所述第一钻杆接头连接所述取心钻头机构；相邻两个钻杆短节之间可弯曲预定角度；所述岩心爪的内壁设有向后倾斜的第一卡齿，所述密闭头的外壁上设有与所述第一卡齿相配合的第二卡齿；所述第二卡齿向前倾斜；所述岩心爪能沿径向扩大并复位。

2.如权利要求1所述的柔性密闭取心工具，其特征在于：所述岩心爪的横截面为开口圆环。

3.如权利要求1所述的柔性密闭取心工具，其特征在于：所述岩心内筒的后端还固定有固定件；所述固定件用于所述密闭头进入所述岩心内筒时保持所述密闭头的位置。

4.如权利要求3所述的柔性密闭取心工具，其特征在于：所述固定件包括设置于所述岩心内筒的后端的永磁铁块；所述密闭头采用可被磁铁吸引的材质构成。

5.如权利要求1所述的柔性密闭取心工具，其特征在于：所述岩心内筒与所述柔性钻杆之间设有第一环空通道；所述取心钻头设有与所述第一环空通道相通的液流通道。

6.如权利要求4所述的柔性密闭取心工具，其特征在于：所述岩心内筒的后端还设置有压力平衡机构，所述压力平衡机构用于平衡所述岩心内筒内部的压强；所述岩心内筒的后端外套设有过水套；所述过水套的壁上设有过水通道。

7.如权利要求6所述的柔性密闭取心工具，其特征在于：所述压力平衡机构包括泄荷螺母、内筒压力平衡活塞；所述固定件安装于所述内筒压力平衡活塞的前端；所述泄荷螺母盖合在所述岩心内筒的后端；所述内筒压力平衡活塞的前端位于所述岩心内筒内并与所述岩心内筒的壁密封贴合，所述内筒压力平衡活塞的后端穿过所述泄荷螺母。

8.如权利要求1-7任一所述的柔性密闭取心工具，其特征在于：所述钻杆短节包括：

纵长延伸的球齿机构，所述球齿机构的侧壁上设置有第一连接部；所述球齿机构的一端设置有球头结构，所述球头结构的侧壁上设置有多个沿其周向间隔排布的传动齿；所述传动齿的后方设有第一密封外球面；所述传动齿的前方设有第二密封外球面；

与所述球齿机构活动连接的齿套机构；所述齿套机构具有容纳所述球头结构的活动空间；所述齿套机构的后端套设于所述球齿机构外且位于所述球头结构的后方；所述活动空间的下部设有与所述第二密封外球面相配合的第一密封内球面，所述活动空间的上部设有与所述第一密封外球面相配合的第二密封内球面；所述活动空间的壁上设有多个与所述传动齿一一对应的轨迹槽；所述传动齿部分伸入所述轨迹槽内；所述传动齿与所述轨迹槽的底面接触；所述齿套机构开设有能与第一连接部相连接的第二连接部。

9.如权利要求8所述的柔性密闭取心工具，其特征在于，所述传动齿与所述球头结构为一体成型结构；所述传动齿从上至下沿弧线或包络线延伸；所述轨迹槽为弧形槽。

10.如权利要求9所述的柔性密闭取心工具，其特征在于，所述传动齿的横截面的外轮廓为部分圆弧；所述传动齿横截面的外轮廓的直径从上至下先增大后减小。

11.如权利要求10所述的柔性密闭取心工具，其特征在于，所述传动齿横截面的外轮廓的最大直径位置相对于所述传动齿的前端更靠近所述传动齿的后端；所述第一密封外球面与所述第二密封外球面位于同一球体上；所述最大直径位置与所述球体的球心位于同一横截面上。

12.如权利要求11所述的柔性密闭取心工具，其特征在于，所述第一密封外球面与所述第一密封内球面至少之一，和/或，所述第二密封外球面与所述第二密封内球面至少之一设有环形润滑油槽；所述润滑油槽内填充有耐高温润滑脂。

13.如权利要求8所述的柔性密闭取心工具，其特征在于，所述齿套机构包括齿套、以及端盖；所述齿套固定连接所述端盖前端并形成所述活动空间；所述齿套的外壁上具有第一球面结构；所述齿套的后端连接所述端盖；所述第一密封内球面以及所述轨迹槽设置于所述齿套的内壁上；所述第二密封内球面设置于所述端盖的前端；所述端盖设有所述第二连接部；所述端盖的后端套设于所述球齿机构的前端外并设有与第一球面结构相配合的第二球面结构。