多点岩芯定向取芯系统及方法.pdf

本发明公开了一种多点岩芯定向取芯系统及方法，包括：绳索取芯部分，井下定向仪、探管定向单元、PC机及配套软件、打印机、地面绞车和深度测量系统组成。本发明还公开一种多点岩芯定向取芯方法，包括：通过岩芯定向仪的实时时钟及井深装置的实时时钟，确定相同时刻岩芯的位置及其相对于磁北的方位的对应关系，因而能够正确推算出整个取芯管内岩芯的方位。

1、  一种多点岩芯定向取芯系统，其特征在于，包括：
绳索取芯部分，井下定向仪、探管定向单元、PC机及配套软件、打印机、地面绞车和深度测量系统。

2、  根据权利要求1所述的系统，其特征在于，绳索取芯部分在绳索取芯的同时，以固定的时间间隔记录绳索取芯时取芯工具与磁北的夹角，以及该测量点的实时时间。

3、  根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述井下定向仪由岩芯划痕器和探管定向单元组成。

4、  根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述探管定向单元由外管和套置于外管内的内管组成。

5、  根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面井深测量装置，实时记录取芯深度与实时时钟的对应关系。

6、  根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述探管定向单元在外管的一端设置有钻头。

7、  根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述探管定向单元使用磁通门传感器和加速度传感器来测量岩芯姿态信息，要求外管为无磁外管，亦即无磁性干扰的外管。

8、  一种多点岩芯定向取芯系统，其特征在于，其特征在于，包括步骤：
所述方法通过岩芯定向仪的实时时钟及井深装置的实时时钟，确定相同时刻岩芯的位置及其相对于磁北的方位的对应关系，因而能够正确推算出整个取芯管内岩芯的方位；
即使岩芯断裂为多段，依据其在取芯管中的排列顺序和刻痕位置，仍然能够准确还原其原始状态的岩芯的方位；
所述方法在钻进取样过程中，钻杆带动外管及位于外管另一端的钻头旋转，并使岩芯逐渐进入套置于外管之内的内管。在靠近钻头端的内管固定有岩芯划痕器。划痕器相对探管的位置是固定的，在整个钻进过程中，岩芯划痕器在岩芯上划痕；
所述方法探管上装置有磁通门传感器加速度传感器，单片机和存储芯片。它能够定时采集岩芯的姿态信息并存储在芯片上。取芯过程中岩芯定向仪不断的采集划痕的方位及当是的实时时间。

多点岩芯定向取芯系统及方法
技术领域
本发明涉及石油钻探领域，尤其涉及一种多点岩芯定向取芯装置的系统及方法。
背景技术
岩芯定向取芯技术是确定岩芯在地层里的原始产状的技术，国内外地质勘查历来都十分重视定向取芯的研究，并把它视为勘查关键技术之一。它不仅可以迅速、方便地确定地下岩土层和结构面的产状，而且还可以判断沉积物及有害化学物质的移运方向，放射源的方位，了解地下岩石的各种物理特征，地应力场，以及预报钻孔弯曲的趋势。在地质灾害领域，常常利用定向取芯参数确定地下岩层层面和断裂后的产状，地下流体运动和渗漏方向，岩体中潜在的分离面和滑动面的倾角和倾斜方向等等，为地质灾害的预警、矿山的勘查、岩土工程的施工等提供可靠的地质依据。在我国环境工程地质勘查、岩土层滑坡防治与监测、地质调查、矿山详勘、矿山开采、石油勘探、水利水电、及其它岩土工程领域里，岩芯定向取芯技术也有着广泛的应用前景。在固体矿产钻探与开采，石油天然勘探开发，大陆和大洋科学钻探等方面，也把岩芯定向取芯列为一项重要工作。目前国内普遍采用的绳索取芯方式，取得的岩芯到地面后，产状剖面无法还原，不能判断地层的走向，仍然需要再次钻孔取芯，增加了推广应用困难。国内也研制了单点磁性岩芯定向仪，但是由于每次取芯达长度到达1m以上，发生岩芯断裂后，仍然不能确定破碎为多段的岩芯的产状。
发明内容
本发明提供一种多点岩芯定向取芯系统及方法，可以在取芯的过程中，记录多段岩芯在取芯时，其刻线相对于磁北的方向。
本发明提供的一种多点岩芯定向取芯系统，包括：绳索取芯部分，井下定向仪、探管定向单元、PC机及配套软件、打印机、地面绞车和深度测量系统组成。
所述井下定向仪由岩芯划痕器和探管定向单元组成，使用前只需要把探管固定在岩芯管(或称内管)提取端，再把岩芯刮痕器固定在内管靠近钻头的一端，即可开始取芯。
所述探管定向单元由外管和套置于外管内的内管组成，在外管的一端设置有钻头。
所述探管使用磁通门传感器和加速度传感器来测量岩芯姿态信息，要求外管为无磁外管，亦即无磁性干扰的外管。
在地面上，井深测量装置同时记录不同深度的实时时钟。
本发明提供一种多点岩芯定向取芯方法，包括：
通过岩芯定向仪的实时时钟及井深装置的实时时钟，确定相同时刻岩芯的位置及其相对于磁北的方位的对应关系，因而能够正确推算出整个取芯管内岩芯的方位；
即使岩芯断裂为多段，依据其在取芯管中的排列顺序和刻痕位置，仍然能够准确还原其原始状态的岩芯的方位；
在钻进取样过程中，钻杆带动外管及位于外管另一端的钻头旋转，并使岩芯逐渐进入套置于外管之内的内管。在靠近钻头端的内管固定有岩芯划痕器。划痕器相对探管的位置是固定的，在整个钻进过程中，岩芯划痕器在岩芯上划痕；
探管上装置有磁通门传感器加速度传感器，单片机和存储芯片。它能够定时采集岩芯的姿态信息并存储在芯片上。取芯过程中岩芯定向仪不断的采集划痕的方位及当是的实时时间。
附图说明
图1是本发明实施例1中井下定向仪的结构示意图；
图2是本发明实施例2过程示意图；
图3是本发明多点岩芯定向取芯工作流程图；
图4是本发明取芯复原示意图；
图5是本发明内部结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
首先，参照图1是本发明实施例1中井下定向仪的结构示意图，井下定向仪由岩芯划痕器2和探管定向单元3组成，使用前只需要把探管固定在岩芯管(或称内管)提取端，再把岩芯刮痕器固定在内管靠近钻头1的一端，即可开始取芯。
参照图2是本发明实施例2过程示意图，取满一筒岩芯后，钻具保持静止一分钟以上，并记录下静止时时间。
参照图3是本发明多点岩芯定向取芯工作流程图，包括步骤：
步骤1，将探管固定在岩芯管(或称内管)提取端。
步骤2，将岩芯刮痕器固定在内管靠近钻头的一端。
步骤3，同步探管和电脑的时间，启动探管工作，开始取芯操作。
步骤4，投入仪器，记录取芯开始时间和开始深度。
步骤5，取芯钻进。外管每钻进30mm，记录当前的深度和时间信息。共十组数据，则内管取芯已满。
步骤6，投放打捞器。记录取芯结束时间和取芯结束深度。
步骤7，读取探管信息，保存岩芯样本。
步骤8，打印取芯定位信息保存。
步骤9，启动探管，开始下一次取芯操作，返回步骤4。
参照图4是本发明取芯复原示意图，
参照图5是本发明内部结构示意图，包括：4打捞矛，5钻井取心仪，6外管，7内管，8卡簧和9钻头组成。
本发明实施过程中，岩芯深度和时间对应关系如表1所示：