Агрегат для отбора проб из газогидратных залежей

 

Сущность изобретения: агрегат содержит корпус в виде термокамеры из магнитного материала с перегородкой из немагнитного материала, установленной с возможностью гидравлической связи частей камеры в верхнем и нижнем торцах. К корпусу прикреплен трубчатый элемент с породоразрушающим инструментом и мембраной со слоем абразивного материала и каналами. Кроме того, на корпусе установлен превентер с возможностью вращения и осевого перемещения. Полость термокамеры может быть заполнена магнитной жидкостью. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к горному делу и геологии и может быть использовано при разведке газогидратных залежей.

Известен донный пробоотборник, включающий буровую колонну для отбора керна, буровую коронку с породоразрушающими элементами.

Недостатком этого пробоотборника является то, что в процессе отбора керна не представляется возможным достичь требуемой достоверности опробования вследствие разложения газогидратов при подъеме на поверхность и выхода свободного газа в акваторию.

Прототипом к предлагаемому устройству является устройство для бурения и гидравлического опробования, включающее корпус с кольцевой перегородкой, присоединенный к буровой колонне, и трубчатый элемент с породоразрушающим инструментом.

К недостаткам следует отнести значительные энергозатраты на эксплуатацию, невысокую достоверность опробования газогидратных залежей.

Цель изобретения - повышение достоверности опробования за счет перевода газа из гидратного в свободное состояние в буровой колонне.

Указанная цель достигается тем, что переход газа из гидратного в свободное состояние на забое скважины осуществляется при омическом прогреве корпуса термокамеры токами Фуко, вызываемыми вращением термокамеры и циркуляцией магнитной жидкости в поле постоянных магнитов.

Устройство отличается от прототипа тем, что выполнено в виде бурового стакана, снабженного мембраной со слоем абразивного материала на нижней поверхности и каналами в форме усеченного конуса. Верхняя часть стакана соединена с термокамерой, выполненной из магнитного материала, внутренняя кольцевая полость которой заполнена магнитной жидкостью. Наружная поверхность термокамеры снабжена превентором с подковообразными постоянными магнитами.

Таким образом, устройство соответствует критерию "Новизна".

Сопоставительный анализ признаков устройства с известными в данной области техническими решениями с целью обнаружения в них признаков, отличающих заявляемое устройство от прототипа, не выявил решений, обладающих сходными признаками. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Существенные отличия".

На фиг.1 представлен свободный разрез предлагаемого агрегата; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.

Агрегат для отбора проб из газогидратных залежей включает буровую колонну 1, буровую коронку 2, буровой стакан 3, мембрану 4, слой абразивного материала 5, каналы 6, термокамеру 7, кольцевую полость 8, кольцевую перегородку 9, крепежные элементы 10, превентор 11, постоянные подковообразные магниты 12, каналы 13, уплотнительные элементы 14 и стопорные элементы 15.

Нижняя часть бурового стакана 3 снабжена буровой коронкой 2 с породоразрушающими элементами для выбуривания керна 16. Верхняя часть стакана 3 жестко соединена с корпусом термокамеры 7, который верхней частью жестко связан с буровой колонной 1. Буровой стакан 3 в верхней части снабжен мембраной 4. Нижняя поверхность последней выполнена со слоем абразивного материала 5, который во время работы агрегата контактирует с торцовой частью выбуриваемого керна 16. В корпусе мембраны 4 имеются каналы 6 в форме усеченного конуса. Торцовые срезы каналов 6 с меньшим диаметром проходного сечения направлены в сторону забоя скважины 17.

Корпус термокамеры 7 выполнен из магнитного материала, в качестве которого используются марки сталей, применяемых для серийно выпускаемого бурового инструмента. В корпусе термокамеры 7 имеется кольцевая полость 8, разделенная кольцевой перегородкой 9, выполненной из немагнитного материала, например из алюминиевых сплавов. Перегородка 9 с помощью крепежных элементов 10 жестко связана с корпусом термокамеры 7. Кроме того, между нижними и верхними торцами кольцевой перегородки 9 имеются зазоры 18, через которые осуществляется гидравлическая связь между разделенными частями внутренней полости 8 термокамеры 7. Внутренняя кольцевая полость 8 заполнена магнитной жидкостью.

На наружной поверхности корпуса термокамеры 7 установлен превентор 11 с возможностью вращения и осевого перемещения термокамеры в корпусе превентора. Корпус превентора 11 снабжен постоянными подковообразными магнитами 12, при этом полюса магнитов направлены в сторону внешней поверхности корпуса термокамеры 7. Количество магнитов устанавливают из условия нагрева термокамеры до требуемой температуры разложения газогидратов на свободный газ. В корпусе превентора 11 выполнены каналы 13, диаметры и количество которых рассчитывается из условия охлаждения буровой коронки 2 при внедрении в газогидратный пласт. Кроме того, корпус превентора 11 снабжен стопорными элементами 15 для фиксации превентора на устье скважины 17 во время бурения. Во избежание попадания абразивного материала в зазор, образованный наружной поверхностью термокамеры 7 и внутренней поверхностью корпуса превентора 11, он снабжен уплотнительными элементами 14. Указанный зазор выполняют минимальным, а наружную поверхность термокамеры 7 и внутреннюю поверхность корпуса превентора 11 и полюсов постоянных магнитов 12 выполняют с высокой точностью и зашлифовывают.

Работа агрегата рассматривается на примере отбора проб из газогидратной залежи 19, представленной песчано-глинистыми породами, расположенной под акваторией водоема 20.

Из плавсредства или подводной буровой установки (не показаны) на буровой колонне 1 опускают агрегат и в момент касания буровой коронки 2 поверхности газогидратной залежи 19 колонне сообщают вращательное движение. Коронка 2 выбуривает керн 16, который, входя в соприкосновение с абразивным материалом 5, разрушается до мелкодисперсных компонентов. Мелкодисперсные компоненты через каналы 6 поступают в центральный канал 21 термокамеры 7, а затем и во внутреннюю полость буровой колонны 1. Осуществив проходку скважины 17 на глубину, равную длине стакана 3 и конусной части термокамеры 7, превентор 11 перекрывает устье скважины и неподвижно фиксируется за счет врезания стопорных элементов 15 в породы газогидратной залежи 19 под весом превентора. Во вращающейся термокамере 7 магнитное поле, вызванное постоянными магнитами 12, наводит токи Фуко, которые приводят к омическому нагреву корпуса термокамеры 7, а затем и магнитной жидкости, находящейся в кольцевой полости 8. Корпус термокамеры передает тепло пульпе, содержащей мелкодисперсные компоненты пород газогидратной залежи 19, что приводит к разложению газогидратов на свободный газ и воду. Выделившийся свободный газ эрлифтирует пульпу на поверхность; производят их качественный и количественный анализ с определенного интервала опробования.

Корпус термокамеры 7, как правило, в зависимости от мощности газогидратной залежи 19 выполняют разборным с возможностью наращивания его длины, которая должна соответствовать мощности залежи. В этом случае нагрев корпуса термокамеры 7 будет неравномерным с понижением температуры к буровому стакану 3, что отрицательно сказывается на разложение газогидратов, находящихся в пульпе. Для предупреждения указанного отрицательного явления кольцевую полость 8 термокамеры заполняют магнитной жидкостью, свойства которой позволяют осуществлять непрерывную ее циркуляцию в осевом направлении вокруг немагнитной кольцевой перегородки 9. Циркуляция происходит при осевом перемещении магнитов 12. При этом частицы магнитной жидкости, попадая в магнитное поле постоянных магнитов 12, передвигаются вместе с ними. Такой процесс позволяет осуществлять циркуляцию магнитной жидкости, в частности, через зазоры 18, что способствует равномерному нагреву корпусу термокамеры 7, а следовательно, и равномерной теплоотдаче по ее длине.

Процесс опробования прекращают при достижении агрегатом требуемой глубины. После этого агрегат извлекают на поверхность, производят очистку мембраны 4, центрального канала 21 и каналов 13. При необходимости производят замену уплотнительных элементов 14.

Использование изобретения позволяет производить разведку газогидратных залежей с высокой достоверностью экологически приемлемыми средствами.

Формула изобретения

1. АГРЕГАТ ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ИЗ ГАЗОГИДРАТНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ, включающий корпус с кольцевой перегородкой, присоединенный к буровой колонне, трубчатый элемент с породоразрушающим инструментом, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности опробования за счет обеспечения перевода газа в свободное состояние в бурильной колонне, он снабжен мембраной со слоем абразивного материала и каналами в форме усеченного конуса, направленного меньшим сечением к указанному слою, который нанесен со стороны, противоположной креплению трубчатого элемента к корпусу.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен превентером с постоянными подковообразными магнитами с полюсами, направленными к центру, при этом превентер установлен на корпусе с возможностью вращения и осевого перемещения последнего, причем корпус выполнен в виде термокамеры из магнитного материала, а кольцевая перегородка выполнена из немагнитного материала, установлена в полости камеры с возможностью гидравлической связи в верхнем и нижнем торцах частей камеры, разделенных перегородкой.

3. Агрегат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что полость термокамеры заполнена магнитной жидкостью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3