Двойной колонковый снаряд

 

Изобретение относится к технике бурения скважин и может быть использовано при бурении с обратной призавойной циркуляцией промывочной жидкости . Цель изобретения - повышение качества опробования слабых несвязных легкоразмываемых грунтов. Снаряд содержит наружную 1 и установленную в ней с -возможностью осевого перемещения подпружиненную керноприемную 2 трубы. Они связаны между собой

„,SU ÄÄ164711

А1 ())g Е 21 В 25/00, 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

t1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCCP (2!) 4662618/03 (22) 17.03.89 (46) 07.05.91. Бюл. 11 - 17 (71) Донецкий политехнический институт (72) И.В.Равилов, П,В.Зыбинский и А.Н.Рудковский (53) 622, 243, 64 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1255709„ кл. E 21 В 25/00ь 1985 °

Авторское свидетельство СССР

9 524905, кл. Е 21 В 25/00, 1975.

2 (54) ДВОЙН011 КОЛОНКОВЫЙ СНАРЯД (57) Изобретение относится к технике бурения скважин и может быть использовано при бурении с обратной призабойной циркуляцией промывочной жидкости. Цель изобретения — повышение качества опробования слабых несвязных легкоразмываемых грунтов. Снаряд содержит наружную 1 и установленную в ней с воэможностью осевого перемещения подпружиненную керноприемную 2 трубы. Они связаны между собой

1647119 подшипниковым узлом 3 подвески и патрубком 4 с осевым 5 и радиальными 6 отверстиями, сообщающими нагнетательную линию 7 с межтрубным про5 странством.8. Труба 2 подпружинена пружиной 9 и имеет гидравлический канал 12 обратного потока из нее и кольцевой дросселирующий клапан 16.

Отверстие 5.патрубка 4 сообщено с соп-1g лом 10 эжекторного насоса 11, канал 12 сообщен с камерой смешения, межтрубное пространство 14 — с диффузором 15. Клапан 16 охватывает патрубок 4 и установлен с воэможностью перекрытия отверстий 6 при верхнем поI

Изобретение относится к технике бурения скважин колонковым способом и может быть использовано при бурении с обратной призабойной циркуляцией

25 промывочной жидкости.

Цель изобретения — повышение качества опробывания слабых несвязных легкоразмываемых грунтов.

На чертеже показан двоинои колонковый снаряд, разрез.

Двойной колонковый снаряд содержит наружную 1 и установленную в ней с возможностью осевого перемещения подпружиненную керноприемную 2 трубы, связанные между собой подшипниковым узлом 3 подвески и патрубком 4 с осевым 5 и радиальными 6 отверстиями, сообщающими нагнетательную линию 7 с межтрубным пространством 8.

Керноприемная труба 2 подпружинена пружиной 9 сжатия относительно наружной трубы 1 в направлении к забою.

Осевое отверстие 5 патрубка 4 сообщено с соплом 10 эжекторного насо- 45 са 11, гидравлический канал 12 обрат— ного потока из керноприемной трубы 2— с камерой 13 смещения, межтрубное пространство 14 — с диффузором 15, а кольцевой дросселирующий клапан 16

50 охватывает патрубок 4 и установлен с возможностью перекрытия его радиальных отверстий 6 при верхнем положении керноприемной трубы 2.

Кольцевой. дросселирующий .клаоб- 55 пан 16, охватывающий патрубок 4, о разует с ним подвижную уплотнительную посадку. Керноприемная труба 2 оснащена башмаками 17, а наружная ложении трубы 2. В процессе автоматического регулирования интенсивности обратной промывки в скважине оптимизируется напряженное состояние кернового материала путем стабилизации его величины жесткостью пружины 9, Последняя воспринимает не только силу трения керна о трубу 2, но и лобовое сопротивление грунта внедрению башмака, т.е. практически стабилизируется величина полного сопротивления грунтового массива внедрению трубы 2, которая соответствует оптимальному значению напряженного состояния керна. ил.

I труба — коронкой 18. Кроме того, отверстия S патрубка 4 выполнены .так, что гидравлические сопротивления перетеканию через них жидкости обеспечивают расход через сопло 10 эжекторного насоса 11, достаточный для эжекции жидкости из полости керноприемной трубы 2, вытесняемой в процессе бурения поступающим керном.

Двойной колонковый снаряд работает следующим образом.

В исходном положении керноприемная труба 2 под действием пружины 9 находится в крайнем нижнем положении.

При этом нагнетательная линия 7 сообщена радиальными отверстиями 6.с межтрубным пространством 14. В процессе вращательного бурения снарядом керноприемная труба 2 благодаря подшипниковому узлу 3 подвески не вращается.

При бурении в слабых легкоразмываемых, например илистых, грунтах, где силы трения колонки пробы о поверхность керноприемной трубы 2 и сопротивления по лобовой поверхности башмака 17 незначительны, керноприемная труба 2 под действием пружины 9 продолжает оставаться в крайнем нижнем положении. В этом положении основная часть потока жидкости из нагнетательной линии 7 поступает через отверстия 6 патрубка 4 в межтрубное простран- ство 14 для гидроразмыва грунта на забое скважины, а другая часть попадает через сопло 10 эжекторного насоса 1! в диффузар 15, вызывая эжекцию жидкости из полости керноприемной

16471 трубы 2 в камеру 10 <. л1ещения пер э гидравлический канал 12 обратного потока из керноприемной трубы 2, которая вытесняется колонкой пробы, посту5 пающеи в процессе бурения в полость керноприемной трубы 2, т.е. в этом случае обратная промывка в скваж»не отсутствует, что предохраняет керн слабых грунтов от размыва. Б то же время в керновом материале отсутствуют проявления "свайного эффекта", так как силы трения керна о трубу 2 незначительны.

По мере наполнения полости керноприемной трубы 2 пробой, а также при смене грунтов на более тяжелые нарастают силы .трения керна о поверхность керноприемной трубы 2 н сопротивления грунта по лобовой поверхнос- 30 ти башмака 17, которые, преодолевая жесткость пружины 9, поднимают керноприемную трубу 2 относительно наружной трубы 1 вверх. Это приводит к частичному перекрытию отверстий 6 пат- 25 рубка 4 кольцевым дросселирующим клапаном 16 и, следовательно, к увеличению гидравлических сопротивлений течению жидкости иэ нагнетательной линии 7 в межтрубное пространство 14 З0

I через отверстия 6 патрубк» 4. В ре— зультате увеличивается расход жидкости через сопло 10 эжекторного насоса II и, как следствие, возрастает расход эжектируемой жидкости иэ полости керноприемной трубы 2 сверх расхо—

35 да жидкости, выдавливаемой поступающим в полость керноприемной трубы 2 керном.

Давление жидкости в полости керноприемной трубы 2 падает, а в колонке пробы под действием возникшего перепада давления жидкости между окружающим массивом грунта и иад пробой возникает восходящий фильтрационный поток, 45 который, фильтруясь между минеральными зернами грунта, оказывает на них фильтрационное давление, частично или полностью нейтрализуя их вес. Пс— скольку величина силы трения керна несвязных и рыхлых грунтов о трубу пропорционально зависит от., веса грунта, слагающего керн, то наличие восходящего фильтрационного потока в колонке пробы снижает величину его напряженно-сжатого состояния и, следо-, вательно, величину силы трения.

При этом результирующая удельная сила f как сумма удельного веса грун9

6 та с учетом. в. > сш»в,ания водой г и иr фильтрациош!ого давления потока жидкости в единш е объема грунта f " ° I о ио где — удельный вес фильтрующийся жидкости; I — градиент напора фильтрационного потока, направленного прот»в действия силы тяжести, определится выражением ° (1 — --- I ) о

Г

Таким образом, удельная сила f и, следовательно, сила трения керна о трубу могут изменяться в широких пределах вплоть до нуля в зависимости от напряженности фильтрационного потока, определяемого градиентом напора Е.

В то же время подъем керноприемной трубы 2 вверх относительно наружной трубы 1 приводит к более интенсивному гидрораэмыву грунта по лобовой поверхности башмакa 17, снижая сопротивление грунта проникновению.

Если напряженности фильтрационного потока в колонке пробы и гидроразмыва грунта по лобовой поверхности башмака !7 недостаточно для преодоления сил трения керна о трубу 2 и сопротивления грунта по лобовой поверхности башмака 17, то керноприемная труба 2 с башмаком 17 перемещается еще выше, в большей степени прикрывая посредством кольцевого дросселирующего клапана 16 отверстия 6 патрубка 4. При этом возрастает интенсивность гидрораэмыва грунта по лобовой поверхности башмака 17 и увеличивается мощность восходящего фильтрационного потока в колонке керна, что приводит к снижению сопротивления грунтового массива внедрению в нее керноприемной трубы 2. При этом снижение напряженного состояния кернового материала позволяет исключить нарушения пробы проявлениями свайного эффекта".

Если силы трения керна о трубу 2 и сопротивления грунта по лобовой поверхности башмака 17 становятся меньше усилия сжатой пружины 9, то керноприемная труба 2 с башмаком !7 смещается вниз, дросселирующий клапан 16 в большей степени приоткрывает отверстия 5 патрубка 4 и мощность восходящего фильтрационного потока в колонке керна падает. Этим исключается размыв керна, нарушения его структуры, а также возникновение ре1647119 промывки (т.е. снижается уплотнение грунта по лобовой поверхности башмака 17) и снижения реакции грунтового массива под башмаком 17 из-за общего снижения напряженного состояния грунтового массива, вызванного уменьшением величины напряжений в керне.

Формула и з о б р е т е н и я

Составитель А.Меньшиков

ТехРед Л.Олийнык Корректор Н. Ревская

Редак тор А. Коз ориз

Заказ 1383 Тираж 372 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 жима гидротранспортирования пробы черезмерно мощным фильтрационным потоком жидкости.

В процессе автоматического регу5, лирования интенсивности обратной промывки в скважине оптимизируется напряженное состояние кернового материала путем стабилизации его величины жесткостью пружины 9. Однако пружина 9 10 воспринимает не только силу трения керна о керноприемную трубу 2, но и лобовое сопротивление грунта внедрению башмака 17, т.е. практически стабилизируется величина полного сопротивления грунтового массива внедрению керноприемной трубы 2, но которая соответствует оптимальному значению напряженного состояния керна. Это объясняется тем, что характер 20 изменения лобового сопротивления грунта в предлагаемом снаряде вполне однозначен от значения силы трения колонки пробы о трубу 2. Обуславливается это следующим. К примеру, увеличива- 25 ется мощность восходящего фильтрационного потока в керне и силы трения колонки пробы о трубу 2 снижаются, значит, снижается и лобовое сопротивление внедрению башмака 17 из-за увели- 30 чивающейся интенсивности гидроразмыва грунта по лобовой поверхности башмака 17, снижения количества выдавливаемого кернового материала за торец башмака 17 благодаря увеличению выхода керна при использовании обратной

Двойной колонковый снаряд, содержащий наружную и установленную в ней с возможностью осевого перемещения подпружиненную керноприемную трубу, связанные между собой подшипниковым узлом подвески и патрубком с осевым и радиальными отверстиями, сообщающими нагнетательную линию с межтрубным пространством, гидравлический канал обратного потока из керноприемной трубы и кольцевой дросселирующий клапан, отличающийся тем, что, с целью повышения качества опробывания слабых несвязных легкоразмываемых грунтов, он снабжен эжекторным насосом, при этом осевое отверстие патрубка сообщено с соплом эжекторного насоса, гидравлический канал обратного потока из керноприемиой трубы — с камерой смешения, межтрубное пространство — с диффузором, а кольцевой дросселирующий клапан охватывает патрубок и установлен с возможностью перекрытия его радиальньг отверстий при верхнем положении керноприемной трубы.