加压式常规取心工具由取心钻头、岩心爪、岩心筒组合和加压接头组成。岩心筒组合有内、外之分：外筒组合包括外岩心筒和定位接头，内筒组合包括内岩心筒和悬挂总成。悬挂总成通过销钉（或弹簧，或钢球）悬挂在外筒组合的定位接头上，外筒组合之下连接取心钻头，岩心爪置于内筒组合之下。加压接头在定位接头之上，它是由可相对滑动的六方杆与六方套及加压中心杆组成，如图10－11所示。
当取心完毕需要割心时，上提钻具，在钻头不提离井底的情况下，将加压接头的滑动部分全部拉开。此时，加压接头的加压内台肩位于加压中心杆的球座之上。待加压钢球（共4只）分次投入钻具并到达加压中心杆球座后，下放钻具，加压内台肩就必然压住钢球。这样，钻具重量就通过钢球和加压中心杆传递给内筒组合的承压座上，确保悬挂内筒的销钉被剪断，并迫使内筒继续受压下砸，使岩心爪沿钻头内腔斜面收缩变形，包住、卡断或扭断岩心，达到取心的目的。 （2）设计特点：
①取心钻头为切削型；
②岩心筒为双筒单动悬挂式，一般为销钉悬挂，也有弹簧悬挂或球悬挂。
③岩心爪为加压式，其内径比岩心大10毫米左右。只有在专门的加压机构作用下才能收缩变形，且呈一次性变形。
（3）使用要求：
①立管上需有投球的丝堵，全部在用钻具水眼需大于加压钢球直径，一般应大于55毫米；
②内外筒组的轴向间隙应为15～20毫米；
③下钻要平稳，速度要控制，启动泵压不得超过8兆帕。
二．特殊取心工具
在石油与天然气勘探开发过程中，为评价油气藏，需要采用特殊取心方法以取出有特殊要求的岩心。特殊取心有油基钻井液取心、密闭取心、保压密闭取心、定向取心及海绵取心等。另外，对一些极松散的砂岩地层取心，用一般的常规取心工具难以把完整的岩心样品从井下采集到地面上来，也要采用特殊取心，如保形取心。国内胜利取心公司生产的特殊取心
工具规范如表10－9所示。
1．自锁式密闭取心工具 （l）结构原理
该工具由取心钻头、岩心爪、密封活塞、浮动活塞及岩心筒组合等部分组成，如图10－12所示。岩心筒组合中的内筒组由内筒鞋、内岩心筒、限位接头和内筒塞组成，岩心爪置于内筒鞋之中。外筒组由外岩心筒和上接头组成，上接头下面连接着内筒塞和外筒，外筒下面连接取心钻头。密封活塞通过销钉固定在取心钻头进口处，内筒处钻头的配合面上装有密封圈，内筒在井口灌满密闭液，浮动活塞置于限位接头之上，形成密闭区。
在下钻过程中，随着井深的增加，密闭区外压增大，这样就推动浮动活塞压缩密闭液，使密闭区内外的压力自动保持平衡，从而保证了内筒密封的可靠性。下钻完毕，先在钻井液中加入一定量的示踪剂并开泵循环，使其分散均匀。取心钻进时，由于活塞头先于钻头接触井底，致使活塞固定销被剪断，整个活塞开始上行，筒内密闭液也开始往下排出，在井底形成保护区。随着岩心的形成，活塞被推着不断上行，筒内密闭液就只能从内筒和岩心柱之间的环隙向下做等体积排出，岩心柱表面形成保护膜，从而避免了钻井液自由水对岩心的污染。
取心钻进完毕，上提钻具，自锁割心。最后将取出的岩心进行示踪剂含量分析，即可确定岩心的密闭程度，最终可获得岩心的原始含油（或残余油）饱和度资料。 （2）设计特点
内筒采用浮动活塞结构，能自动消除井眼液柱压力对工具密闭性的影响，从根本上保证了工具的密闭性，使之适用任何井深。内筒悬挂无轴承和单流凡尔，双筒双动结构的岩心筒，其筒内的密闭液只能单向流动，以及取心钻头多为偏向井壁的斜水眼结构等等，均对岩心的密闭有利。
（3）适用范围
自锁式密闭取心工具主要适用于中硬～硬地层密闭取心，对成柱性较好的软地层也适用。
2．保压密闭取心工具
保压密闭取心工具能够获得具有地层原始压力的油气水饱和度岩心，并能使岩心内部的物质不发生扩散，钻井液不能渗透到岩心之内。它比密闭取心工具更进了一步。 保压密闭取心工具与常规取心工具不同，它能取出保持地层原始压力的含油水饱和度的岩心。目前，国内外在不同程度上已将保压密闭取心用于残余油饱和度和油水界面的确定，用于三次采油的决策；同时还考虑用于含气致密砂岩的分析；深部煤层甲烷气分析；含油、沥青岩石的地质分析；一次和二次开采的储层分析；为海洋科学研究而进行的深海地层取心等。
（1）工具结构：
该工具由密闭头、取心钻头、球阀总成、内外筒组合、悬挂与测压机构、差动装置、上接头等组成，如图10－13所示。
①钻头、密闭头及卡心部分：
A．钻头。采用六翼三阶梯式取心钻头，其切削面为锥形，水眼的方向朝向井壁一侧，以避开钻井液直接冲刷岩心柱表面。另外，为了减少钻井液在水眼上的压力降，采用18×Ф10毫米水眼，适当增加了水眼的总面积；
B．卡心机构。采用卡环与卡箍组合形式，能适应软～硬地层割心；
C．密闭头。从密闭头孔道注入密闭液，钻进之前可密封密闭液，钻进时引导岩心进筒，并迫使密闭液从内筒不断排出，使岩心柱表面形成保护液涂层，防止外界钻井液污染。 ②内外岩心筒组合。外岩心筒采用API 193.675毫米、 N－80、壁厚12.7毫米套管，内岩心筒采用API 88.9毫米，壁厚6.45毫米油管；
③球阀关闭机构。由球体、上下阀座、预紧弹簧、阀外壳、半滑环、密封盘根、轴承等部件组成，利用外筒重力迫使球阀旋转90°而关闭，使岩心存在密闭内筒中，以保持岩心所在地层的压力；
④悬挂与测压机构。由悬挂轴承总成、内筒上接头、锥形阀、压力表接头、密封圈等部件组成。其悬挂轴承可使内外岩心筒产生相对运动；锥形阀可关闭内筒上口，并能接受压力表测压，或放空内筒压力；
⑤差动机构。由大接头、六方杆、六方套、滑套、剪销、剪销环、丝堵、悬挂球、承压球、压帽和“O”型密封圈等部件组成。其用途是：传递钻具扭矩；内筒在悬挂轴承的作用下与外筒相对转动，取心钻进时内筒不转；释放外筒，关闭球阀； （2）作用原理：
工具下井之前，预先从密闭头注满密闭液。当钻完进尺之后，上提钻具割断岩心，然后投入Ф50毫米钢球使之坐在滑套球座上，待钻井液返出、泵压正常后，说明滑套销钉被剪断。在外筒重力作用下，悬挂球被挤入弹窝，使六方杆和六方套脱开。在这一瞬间中，外筒相对内筒下移，其重力作用在球阀的半滑环上产生一定扭矩，促使球阀旋转90°而关闭，使岩心密闭在内筒中。 （3）结构特点：
①内筒充满非侵入凝胶密闭液，当岩心进入内筒之后，密闭液中的固相颗粒能堵塞岩心孔隙，并在岩心表面形成保护膜，以密闭岩心；
②工具密封可靠，内筒抽出后可直接进行冷却和切割，减少了地面冲洗所需要的设备及冲洗液；
③球阀关闭安全可靠，钻进中内筒穿过球阀，钻进后内筒向上移动一定距离，在差动装置作用下，球阀自动关闭，并封闭内筒下端，使岩心密闭在内筒之中；
④差动装置采用轴承悬挂外传，靠钻井液循环压力自动释放，结构简单，灵活可靠，且释放后能够自锁，保证了起钻中工具的稳定性，有利于内筒密封；
⑤内筒上测压接头能密封内筒上口，能测试内筒压力，也可泄压。悬挂总成保证了内外筒相对转动，有利于岩心收获率的提高。
⑥密封部分分别采用了“O”型密封圈、自封式盘根和尼龙与橡胶硫化的组合式密封，螺纹的连接密封均采用锥度扣加一道密封圈。 （4）适用范围：
该工具适用于600～2000米井段的软～硬地层取心、安全抗扭强度是150千牛·米，最大抗拉强度是2530千牛。
3．定向取心工具 （1）工具结构
定向取心工具由取心筒和仪器两大部分组成，如图10－14所示。
以250P取心筒为例，在取心内筒下端有三条用于在岩心上刻槽的定向鞋刻刀。在仪器孔下部位置（250P取心筒接球座的位置）接了“母驴蹄”，用于上部的仪器定位，并保证仪器和内筒同步。仪器部分由“公驴蹄”、加长杆、测量仪器（多点测斜仪）和导向叶片组成。加长杆是为了确保多点测斜仪处于无磁钻铤的中段，“公驴蹄”用于“母驴蹄”的连接，导向叶片起扶正作用，保证多点测斜仪处于无磁钻铤的中间位置，从而保证测量的准确性。 无磁钻铤内装有多点测斜仪，仪器外面的刻线标记与定向鞋的主刻刀必须在一条直线上，在仪器的罗盘上读出方位，这就是多点测斜仪外面划线的标记方位，即定向鞋主刻刀的方位。罗盘的上部有一个重锤，由于重力原理，重锤始终是垂直向下的，而仪器外面的刻线
标志（即主刻刀）的位置处于某一方位，该方位是在测量点所处的方位，它被记录在多点测斜仪的胶片上。根据划线与井眼的倾角及方位的实测情况，用测量仪就可测量出所钻地层的构造参数。
（2）设计特点
与自锁式常规取心工具比较，定向取心工具有以下不同点：
①采用自锁式取心工具配备多点照像测斜仪，该仪器置于无磁钻铤之中； ②内岩心筒上端通过加长杆与测量仪连接，下端与嵌有三条刻刀的专用内筒鞋连接，保证测斜仪与刻刀同步旋转；
③配备有地面分析岩心的测角仪。 （3）适用范围
定向取心工具仅适用于岩心可成柱的各种地层，对松散、破碎和岩心不成柱的地层均不适用。
（4）使用要求：
①定位。是指仪器上的划线标志和主刻刀的校正。这项工作可在车间或现场进行。有时仪器上的划线标志与主刻刀不在一条直线上，那么就要记录它们之间的夹角，以便对实际所得的数据加以校正。
②时钟同步。多点测斜仪上的定时器与地面的秒表同时起动，停止转盘运转，以保证测量照像时井下仪器相对静止。
③取心时的钻井参数与常规取心相同，所不同的是，在需要测量时必须停转盘、停泵，在测量照相机拍照完毕之后，继续取心。但必须注意的是，由于定时器最大的间隔时间为4分钟，而相机容纳的胶卷有限，因而下钻到起钻的总时间不能超过22小时。 ④起钻到钻铤时，必须用专用的打捞矛将仪器从钻铤中提出。四川取心公司生产的定向取心工具技术规范见表10－10。
4．海绵取心工具
（1）工具结构
海绵取心工具实质上和常规取心工具相同，不同之处就是在取心工具内筒装入海绵衬管，如图10－15所示。工具由取心钻头、外岩心筒、内岩心筒、岩心爪接头、岩心爪、活塞密封导套、活塞密封、铝衬管、海绵套等组成。 （2）作用原理
海绵取心工具是对常规取心工具的改进。内岩心筒上部的悬挂装