Керноотборный снаряд

 

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для колонкового бурения скважин с отбором керна. Керноотборный снаряд содержит: корпус с муфтой, породоразрушающий инструмент, переводник, состоящий из наружного патрубка, закрепленного на корпусе, и внутреннего патрубка, соединенного посредством ниппеля с колонной бурильных труб. Наружный и внутренний патрубки взаимодействуют между собой посредством выполненных на них шлицов и имеют возможность возвратно-поступательного перемещения относительно друг друга вдоль своих осей. Центратор закреплен на внутреннем патрубке. На центраторе установлен радиальный шарикоподшипник, упорный шарикоподшипник и пробкообразный радиальный клапан. Керноприемная труба посредством корпуса кернорвателей установлена на опоре, снабженной опорным шарикоподшипником и сальником. Верхним концом керноприемная труба установлена на радиальном шарикоподшипнике и взаимодействует с опорным шарикоподшипником и пробкообразным радиальным клапаном, который закрывает или открывает радиальные окна, выполненные на керноприемной трубе. Керноприемная труба снабжена эжекторами, каналы которых сообщены с радиальными окнами. В керноприемной трубе размещена камера с плунжером-вытеснителем. На плунжере-вытеснителе выполнен осевой канал и закреплен наконечник, который взаимодействует с сальником и керном. Повышается степень выноса представительного керна, защищенного от промывки его фильтрата бурового раствора, и обеспечивается получение изолированного керна, покрытого керноизолирующим составом, что позволяет более точно определить достоверность оценки запасов углеводородов. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области горного дела, в частности к устройствам для колонкового бурения скважин с отбором керна.

Известный керноотборный снаряд по заявке 98104205/03 на выдачу патента на изобретение, опубл. 27.12.1999 г. в БИ 9936, содержащий корпус с закрепленной на нем муфтой, породоразрушающий инструмент, переводник для соединения с колонной бурильных труб, включающий наружный патрубок, закрепленный посредством муфты на корпусе, центратор, снабженный радиальным подшипником, эжекторы, керноприемную трубу, установленную нижним концом посредством корпуса кернорвателя на опоре, а верхним концом закрепленную на радиальном подшипнике, и камеру, снабженную плунжером-вытеснителем, заполненную керноизолирующим составом. Этот керноотборный снаряд снабжен устройством для запирания каналов эжекторов на период спуска керноотборного снаряда до забоя путем выполнения внутри керноприемной трубы подпружиненного радиального клапана, который закрывает каналы эжекторов, что исключает вытеснение жидкости из керноприемной трубы, а по достижении забоя и начала бурения с включением промывочной жидкости, которая за счет силы давления перемещает подпружиненный шток вниз, и радиальный клапан, перемещаясь вниз, открывает каналы эжекторов для выхода жидкости из керноприемной трубы в нагнетательный канал, при этом обеспечивается беспрепятственное перемещение подвижной камеры и передвижение керна.

Однако практически технология бурения с отбором керна не исключает необходимые выполнения промежуточных промывок ствола скважины в период спуска керноотборного снаряда до забоя, так как в промывочной жидкости в стволе скважины присутствует много шлама, без выноса которого на поверхность нередко возникает ситуация осложнения спуска керноотборного снаряда до забоя, а поэтому вышеуказанный способ запирания каналов эжекторов на период спуска керноотборного снаряда до забоя не позволяет, чтобы эти каналы эжекторов были постоянно закрытыми радиальным клапаном, так как в период выполнения промежуточных промывок ствола скважины за счет прохождения промывочной жидкости с большой скоростью и при высоком давлении радиальный клапан перемещается вниз и каналы эжекторов открываются, и из керноприемной трубы содержащаяся в ней жидкость отсасывается, в результате чего камера с керноизолирующим составом беспрепятственно перемещается в верхнюю часть керноприемной трубы, следовательно, полость последней под камерой заполняется жидкостью, находящейся в стволе скважины. В период бурения выбуриваемый керн входит в керноприемную трубу, заполненную жидкостью с большим содержанием шлама, причем керн промывается этой жидкостью, которая препятствует передвижению керна, вследствие чего керн деформируется и разрушается. Этот недостаток исключает вынос изолированного керна, это не позволяет определять достоверность запасов углеводородов на осуществляемой проходке, так как не позволяет точно определять положение продуктивных пластов. В результате существенного недостатка этот способ запирания каналов эжекторов радиальным клапаном не имеет эффективности.

Цель изобретения - осуществлять за проходку полный вынос представительного керна, защищенного от промывки его буровым раствором и покрытого керноизолирующим составом, что позволяет более точно определять местоположения продуктивных пластов и обеспечивает достоверность оценки запасов углеводородов.

Указанная цель достигается тем, что керноотборный снаряд содержащий: корпус с закрепленной на нем муфтой; породоразрушающий инструмент; переводник для соединения с колонной бурильных труб, включающий наружный патрубок, закрепленный посредством муфты на корпусе; центратор, снабженный радиальным шарикоподшипником; эжекторы; керноприемную трубу, установленную нижним концом посредством корпуса кернорвателя на опоре, а верхним концом закрепленную на радиальном шарикоподшипнике, и камеру, снабженную плунжером-вытеснителем, заполненную керноизолирующим составом, согласно изобретению переводник дополнительно содержит внутренний патрубок, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль своей оси относительно наружного патрубка, соединенный посредством ниппеля с колонной бурильных труб, центратор закреплен на внутреннем патрубке и снабжен упорным подшипником, радиальный шарикоподшипник, установленный на центраторе, выполнен двухрядным с насыпными шариками в корпусе герметического исполнения, заполненном смазкой, упорный подшипник, установленный на центраторе, выполнен с насыпными шариками в корпусе герметического исполнения, заполненном смазкой, керноприемная труба верхним концом закреплена на радиальном двухрядном шарикоподшипнике, взаимодействует своим торцом с упорным подшипником и снабжена кольцом, эжекторы закреплены на упомянутом кольце, на нижнем конце центратора установлен пробкообразный радиальный клапан, выполненный в резино-металлическом исполнении, снабженный шарикоподшипником двухрядного исполнения и с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси керноприемной трубы, для герметичности полости керноприемной трубы предусмотрен самоуплотняющий резиновый элемент с нажимным кольцом, корпус кернорвателей выполнен с внутренней стороны конусным, а на нижнем его опорном выступе выполнена радиальная кольцевая проточка, при этом опора имеет торцевую кольцевую проточку и снабжена винтами-фиксаторами, которые взаимодействуют с радиальной кольцевой проточкой, выполненной на нижнем опорном выступе корпуса кернорвателей, а на нижней части опоры выполнена площадка для сальника, который закреплен прижимным кольцом, на нижнем конце плунжера-вытеснителя закреплен наконечник, который взаимодействует с сальником и выбуриваемым керном и служит разравнивателем керноизолирующего состава на керноприемной трубе.

Радиальный шарикоподшипник выполнен в виде блока, состоящего из внутренней обоймы, выполненной с торцевой обоймой, наружной обоймы, выполненной посередине с торцевой обоймой двухстороннего действия, торцевой обоймы, закрепленной на внутренней обойме, а между обоймами уложены шарики, причем на торцевых наружных обоймах выполнены кольцевые проточки, в которых установлены уплотнители, которые взаимодействуют с наружной обоймой, при этом наружная обойма имеет кольцевые проточки, в которых установлены уплотнители, взаимодействующие с керноприемной трубой.

Упорный шарикоподшипник выполнен в виде блока, состоящего из верхней обоймы, упорной обоймы, а между обоймами уложены шарики, причем обоймы взаимодействуют между собой посредством снабженных ими уплотнителями, причем обоймы закреплены между собой и между уплотнителями кольцом, при этом упорная обойма взаимодействует с торцом керноприемной трубы.

Плунжер-вытеснитель выполнен с осевым каналом, сообщающимся с полостью камеры, с отверстиями, сообщающими осевой канал с полостью корпуса кернорвателей.

Наконечник имеет осевой канал, который снабжен пробкой.

Анализ патентной литературы показал, что отсутствуют известные технические решения, в которых имеется совокупность признаков, отличающих заявленное решение от прототипа. Таким образом, совокупность признаков предложенного решения обеспечивает достижение поставленной цели и соответствует критериям "новизна" и "существенные отличия".

На чертеже изображен керноотборный снаряд в период спуска-подъема его в скважине, когда выполненные на верхней части керноприемной трубы радиальные окна заперты пробкообразными радиальными клапанами.

Керноотборный снаряд содержит: корпус 1 с закрепленной на нем муфтой 2 и нагнетательным каналом 3; породообразующий инструмент 4; переводник, состоящий из наружного патрубка 5, закрепленного посредством муфты 2 на корпусе 1 и внутреннего патрубка 6, соединяющегося посредством ниппеля 7 с колонной бурильных труб 8, причем наружный патрубок 5 имеет внутренние шлицы 9, которыми взаимодействует с наружными шлицами 10, выполненными на внутреннем патрубке 6; центратор 11; радиальный двухрядный шарикоподшипник 12; упорный шарикоподшипник 13; проставку 21, расположенную между подшипниками 12 и 13; опорное кольцо 22; пробкообразный радиальный клапан 19, снабженный двухрядным шарикоподшипником 20 и имеющий вертикальные каналы 25; самоуплотняющий резиновый элемент 27 с прижимным кольцом 28; гайку 23 с контргайкой 24; керноприемную трубу 14, на верхнем конце имеющую конусную проточку 17 и радиальные отверстия 18; корпус кернорвателей 29, имеющий опорный выступ 30, на котором выполнена радиальная кольцевая проточка 31, причем в корпусе установлен цанговый кернорватель 32, промежуточное кольцо 33 и рычажковый кернорватель 34; опору 35, имеющую торцевую кольцевую проточку 36, винты-фиксаторы 37, опорный шарикоподшипник 38, полость которого заполнена смазкой, опорную площадку 39, сальник 40 и прижимное кольцо 41, камеру 42, заполненную керноизолирующим составом и имеющую плунжер-вытеснитель 43 и снабженную на верхней части манжетой 44, а на нижней части имеет выступы 45; наконечник 46, закрепленный на плунжере-вытеснителе 43.

Радиальный шарикоподшипник 12 включает внутреннюю обойму 47, наружную обойму 48, шарики 49, торцевую обойму 50, закрепленную на внутренней обойме 47, уплотнительные кольца 51 и 52.

Упорный шарикоподшипник 13 включает верхнюю обойму 53, упорную обойму 54, шарики 55, уплотнительные кольца 56 и 57, кольцо 58.

Проставку 59, на которую опираются выступы 45 камеры 42; кольцо опорное 60, закрепленное на наружном патрубке 5, взаимодействующее со шлицами 10 внутреннего патрубка 6 и снабженного уплотнителем 61 и прижимной гайкой 62.

Каналы 63, выполненные на центраторе 11; осевой канал 64, выполненный на плунжере-вытеснителе 43; пробку 65, закрепленную на наконечнике 46.

Отверстия 66 на плунжере-вытеснителе 43; отверстия 67 на камере 42.

Промежуточную опору 68, выполненную на скользящем подшипнике, центрирующую керноприемную трубу 14 при наклонном бурении.

Винт-фиксатор 69, фиксирующий кольцо 15 с эжекторами 16 на керноприемной трубе 14; полость 70 в керноприемной трубе 14; муфту 71, снабженную регулировочными кольцами, имеющую центраторы и закрепленную в верхней части керноприемной трубы 14; центраторы 72, выполненные на корпусе кернорвателей 29.

Керноотборный снаряд работает следующим образом.

Керноотборный снаряд перед его работой проходит техническое обслуживание в специализированном цехе по подготовке керноотборных снарядов к работе и после этого доставляется на буровую в полной комплектности.

Керноотборный снаряд спускают в скважину в собранном виде и на устье скважины крепят клиньями ротора, а между ротором и муфтой 2 устанавливают элеватор. После этого отвинчивают от муфты 2 наружный патрубок 5 переводника и последний убирают в сторону. Керноприемную трубу заполняют жидкостью, например отработанным моторным маслом, и ввинчивают в муфту 2 наружный патрубок 5 переводника и по известной технологии осуществляют спуск керноотборного снаряда в скважине до забоя.

В период спуска керноотборного снаряда в скважине наружный патрубок 5 удерживается опорным ограничительным кольцом 60 на шлицах 10 внутреннего патрубка 6. В этом положении внутренний патрубок 6 перемещен в верхнее положение относительно наружного патрубка 5 и вместе с внутренним патрубком перемещен центратор 11, вместе с которым перемещен в верхнюю часть керноприемной трубе 14 пробкообразный радиальный клапан 19, при этом радиальный клапан 19, перемещенный по керноприемной трубе, закрывает на последней радиальные окна 26, что предотвращает переток масла из полости 70 керноприемной трубы 14 в нагнетательный клапан 3. Вместе с тем полость 70 керноприемной трубы 14 дополнительно герметизирует самоуплотняющий резиновый элемент 27, нажимаемый кольцом 28 при давлении жидкости. В результате этих технологических решений при спуске керноотборного снаряда до забоя и осуществления в этот период промежуточных промывок ствола скважины жидкость из керноприемной трубы 14 не вытесняется и соответственно не вытесняется керноизолирующий состав из камеры 42 и из плоскости корпуса кернорвателей 29.

Когда керноотборный снаряд достигает забоя, то за счет веса колонны бурильных труб 8 и ниппель 7 вместе с внутренним патрубком 6 перемещает центратор 11 в нижнее положение, причем ниппель 7 опирается на гайку 62, что ограничивает его дальнейшее перемещение, причем закрепленный на центраторе 11 пробкообразный радиальный клапан 19 перемещается в нижнее положение, открывая радиальные окна 26 на керноприемной трубе 14, при этом полость 70 последней через радиальные окна 26, через каналы эжекторов 16 сообщается с нагнетательным каналом 3. При достижении керноотборным снарядом забоя включают циркуляцию промывочной жидкости и начинают бурение.

Нагнетаемая с поверхности промывочная жидкость поступает из колонны бурильных труб 8 в верхнюю часть центратора 11, откуда через каналы 63 проходит в нагнетательный канал 3, через промывочные отверстия на породоразрущающем инструменте 4 выходит на забой, оттуда выносит шлам и по затрубному пространству выходит на поверхность. В результате углубления забоя выбуриваемый керн передвигается по осевому каналу породоразрушающего инструмента в полости корпуса кернорвателей 29 и в полости керноприемной трубы 14. При этом выбуриваемый керн взаимодействует с наконечником 46, который перемещается вместе с плунжером-вытеснителем 43 вверх, при этом перемещается вверх и камера 42. При перемещении плунжера-вытеснителя 43 вместе с камерой 42 плунжер-вытеснитель имеет меньше сопротивления относительно сопротивления камеры 42, причем из камеры 42 через отверстия 67 выдавливается керноизолирующий состав, который ложится на стенки керноприемной трубы 14.

В результате того что промывочная жидкость проходит по нагнетательному каналу 3 с определенной скоростью через эжекторы 16 и вертикальные каналы 25, происходит отсасывание жидкости из верхней части полости 70 керноприемной трубы 14 и керн вместе с камерой 42 беспрепятственно перемещается в керноприемной трубе 14, причем в полости 70 в этот период создается в какой-то мере вакуумирование, что снижает давление на керн. При этом выбуриваемый керн, перемещаемый в керноприемной трубе 14, не подвергается гидравлическому давлению промывочной жидкости, при этом керн покрывается керноизолирующим составом, которым оказываются покрыты стенки керноприемной трубы 14.

В период бурения керноприемная труба 14 не подвергается вращательному движению, этому способствует опорный шарикоподшипник 38, расположенный на опоре 35, и радиальный шарикоподшипник 12, установленный на центраторе 11, а при возникновении осевых хождений керноприемной трубы 14 ее верхний торец взаимодействует с упорным подшипником 13, а при более десяти метров длины керноприемной трубы 14 и при наклонном бурении керноприемная труба 14 центрируется промежуточной опорой 68. Когда радиальные окна 26 открыты и из полости керноприемной трубы 14 через каналы 25 происходит отсасывание жидкости, прижимное кольцо 28 не воздействует на самоуплотняющий резиновый элемент 27, который воздействия на керноприемную трубу 14 и на радиальный шарикоподшипник 12 не оказывает.

После завершения предусмотренной программой проходки бурение прекращают и выключают промывочную жидкость и делают подъем керноотборного снаряда на поверхность по известной технологии, и на устье скважины клиньями ротора закрепляют корпус керноотборного снаряда, причем между муфтой 2 и ротором закрепляют элеватор.

На устье скважины механическим ключом отвинчивают от муфты 2 патрубок 5, причем переводник в сборе с внутренним патрубком 6, центратором 11 отводят в сторону. После этого снабженной штырем стропой посредством радиальных отверстий 18 извлекают из корпуса 1 керноприемную трубу 14, причем винты-фиксаторы 37 посредством кольцевой проточки 31 на корпусе кернорвателей 29 удерживают опору 35, которая извлекается из корпуса 1 вместе с керноприемной трубой 14, которую на поверхности кладут на подмостки, на прокладки. От керноприемной трубы 14 отвинчивают корпус кернорвателей 29. На керноприемную трубу 14 навинчивают патрубок (в технике известный как инвентарное приспособление, на чертеже не показано), снабженный пробкой из резины и штуцером, на котором крепят нагнетательный шланг, включают продавочную жидкость и под давлением 2-3 атм керн извлекают из керноприемной трубы 14. Извлекаемый керн разрезают на метровые отрезки, которые маркируют, обертывают марлей, кладут в специальную тару, заливают парафином и отправляют в специализированную лабораторию для исследований.

После проведения технического обслуживания керноотборному снаряду делают его сборку. В керноприемную трубу 14 устанавливают камеру 42 в сборе с плунжером-вытеснителем 43 и проставкой 59, навинчивают на керноприемную трубу 14 в собранном виде корпус кернорвателей 29, отвинчивают пробку 65 на наконечнике 46 и через осевой канал последнего нагнетают керноизолирующий состав, который через осевой канал 64 заполняет камеру 42 и через отверстия 67 заполняет кольцевое пространство между камерой 42 и керноприемной трубой 14, а через отверстия 66 заполняет имеющуюся полость корпуса кернорвателей 29, ввинчивают в осевой канал наконечника 46 пробку 65.

При необходимости делают замену кольца 15 с эжекторами 16 нужного сечения каналов и кольцо 15 на керноприемной трубе 14 закрепляют винтами 69.

Центраторы, выполненные на муфте 71, и центраторы 72 служат направляющими в период спуска керноприемной трубы в корпус 1 и при подъеме ее из корпуса.

Керноприемную трубу 14 в собранном виде спускают в корпус 1 и полость керноприемной трубы 14 заполняют жидкостью, а переводник в собранном виде посредством наружного патрубка 5 закрепляют на муфте 2 корпуса 1. После этого керноотборный снаряд спускают в скважину до забоя, процесс повторяется.

Конструктивное решение керноотборного снаряда позволяет оперативно, быстро осуществлять техническое его обслуживание непосредственно на буровой, что исключает традиционную необходимость транспортировать керноотборные снаряды в специализированные цеха для проведения им технического обслуживания.

Такое выполнение керноотборного снаряда позволяет достигать полного выноса представительного керна, защищенного от промывки его фильтрата буровым раствором, причем покрытого керноизолирующим составом, это подтверждает проведенное испытание опытного образца керноотборного снаряда предлагаемой конструкции на Новоуренгойском газопромысле.

Формула изобретения

1. Керноотборный снаряд, содержащий корпус с закрепленной на нем муфтой, породоразрушающий инструмент, переводник для соединения с колонной бурильных труб, включающий наружный патрубок, закрепленный посредством муфты на корпусе, центратор, снабженный радиальным шарикоподшипником, эжекторы, керноприемную трубу, установленную нижним концом посредством корпуса кернорвателя на опоре, а верхним концом закрепленную на радиальном шарикоподшипнике, и камеру, снабженную плунжером-вытеснителем, заполненную керноизолирующим составом, отличающийся тем, что переводник дополнительно содержит внутренний патрубок, соединенный посредством ниппеля с колонной бурильных труб, центратор закреплен на внутреннем патрубке и снабжен упорным подшипником, радиальный шарикоподшипник, установленный на центраторе, выполнен двухрядным с насыпными шариками в корпусе герметичного исполнения, заполненном смазкой, упорный подшипник, установленный на центраторе, выполнен с насыпными шариками в корпусе герметичного исполнения, заполненном смазкой, керноприемная труба верхним концом закреплена на радиальном двухрядном шарикоподшипнике, взаимодействует своим торцом с упорным подшипником и снабжена кольцом, эжекторы закреплены на упомянутом кольце, на нижнем конце центратора установлен пробкообразный радиальный клапан, выполненный в резинометаллическом исполнении, снабженный шарикоподшипником двухрядного исполнения и с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси керноприемной трубы, для герметичности полости керноприемной трубы предусмотрен самоуплотняющий резиновый элемент с нажимным кольцом, корпус кернорвателей выполнен с внутренней стороны конусным, а на нижнем его опорном выступе выполнена радиальная кольцевая проточка, при этом опора имеет торцевую кольцевую проточку и снабжена винтами-фиксаторами, которые взаимодействуют с радиальной кольцевой проточкой, выполненной на нижнем опорном выступе корпуса кернорвателей, а на нижней части опоры выполнена площадка для сальника, который закреплен прижимным кольцом, на нижнем конце плунжера-вытеснителя закреплен наконечник, который взаимодействует с сальником и с выбуриваемым керном и служит разравнивателем керноизолирующего состава на керноприемной трубе.

2. Керноотборный снаряд по п.1, отличающийся тем, что радиальный шарикоподшипник выполнен в виде блока, состоящего из внутренней обоймы, выполненной с торцевой обоймой, наружной обоймы, выполненной посередине с торцевой обоймой двустороннего действия, торцевой обоймы, закрепленной на внутренней обойме, а между обоймами уложены шарики, причем на торцевых наружных обоймах выполнены кольцевые проточки, в которых установлены уплотнители, взаимодействующие с наружной обоймой, при этом наружная обойма имеет кольцевые проточки, в которых установлены уплотнители, взаимодействующие с керноприемной трубой.

3. Керноотборный снаряд по п.1, отличающийся тем, что упорный шарикоподшипник выполнен в виде блока, состоящего из верхней обоймы, упорной обоймы, а между обоймами уложены шарики, причем обоймы взаимодействуют между собой посредством снабженных ими уплотнителями, причем обоймы закреплены между собой и между уплотнителями кольцом, при этом упорная обойма взаимодействует с торцом керноприемной трубы.

4. Керноотборный снаряд по п.1, отличающийся тем, что плунжер-вытеснитель выполнен с осевым каналом, сообщающимся с полостью камеры, с отверстиями, сообщающими осевой канал с полостью корпуса кернорвателей.

5. Керноотборный снаряд по п.1, отличающийся тем, что наконечник имеет осевой канал, который снабжен пробкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1