Буровой снаряд с вставной коронкой-расширителем

 

Изобретение предназначено для бурения геолого-разведочных скважин со съемными керноприемниками без подъема бурильных труб. Буровой снаряд с вставной коронкой-расширителем имеет наружный и внутренний корпус с разрезами, переходящими в разрезы упругих пластин, снабженных породоразрушающими секторами. Наружный корпус имеет окна, расположенные в средней части, и пазы верхние и нижние. Внутренний корпус имеет упругие пластины разной длины. Пластины, имеющие меньшую длину, имеют разрезы и снабжены секторами расширителя, помещенными в окнах наружного корпуса. На длинных пластинах, расположенных между короткими пластинами, помещены короночные секторы и ориентирующие пластины соответственно под нижние и верхние пазы наружного корпуса. Использование изобретения позволит повысить эффективность буровых работ за счет сокращения затрат времени на проведение вспомогательных операций, сопутствующих буровому процессу, с одновременным улучшением состояния стволов скважин и сокращением негативных явлений при спускоподъемных операциях, связанных с аварийными ситуациями и возможным травматизмом. 10 ил.

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для бурения разведочных скважин со съемными керноприемниками без подъема бурильных труб.

Известен буровой снаряд (см. Авт. свид. СССР 848584), содержащий наружную (колонковую) трубу и съемную коронку с раздвижными секторами на цанговых пластинах, причем секторы снабжены радиальными выступами, а на внутренней поверхности нижней части наружной трубы выполнены радиальные выемки под выступы этих секторов.

Из описания не ясно, за счет чего осуществляется передача крутящего момента от наружной трубы коронке и каким образом происходит вхождение секторов в пазы или выемки наружной трубы.

Ввод в конструкцию рассматриваемого снаряда ориентирующего устройства потребует увеличения наружного диаметра цилиндрической части цанги и уменьшения внутреннего диаметра наружной трубы в месте установки коронки в рабочее положение, что при межтрубных зазорах, рассчитанных на пропускание нужного количества промывочной жидкости, связано с уменьшением внутреннего диаметра керноприемной трубы и коронки, а следовательно, и керна при заданном наружном диаметре снаряда Известна вставная буровая коронка (см. Авт. свид. СССР 1441853), содержащая разрезной цилиндрический корпус и разрезные упругие пластины с рабочими секторами, причем разрезы упругих пластин совмещены с разрезами цилиндрического корпуса и являются продолжением последних. Общим недостатком рассмотренных систем является необходимость извлечения колонны бурильных труб для замены износившегося расширителя, что существенно увеличивает затраты времени и ухудшает состояние скважины при бурении с поглощением промывочной жидкости и при неустойчивых стволах скважин.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задач повышения эффективности буровых работ за счет сокращения затрат времени на проведение вспомогательных операций, сопутствующих буровому процессу, с одновременным улучшением состояния стволов скважин и сокращением негативных явлений при спускоподъемных операциях, связанных с аварийными ситуациями и возможным травматизмом.

Сущность изобретения состоит в том, что снаряд имеет наружный и внутренний корпуса, причем внутренний корпус выполнен с разрезами, переходящими в разрезы упругих пластин, снабженных породоразрушающими секторами. Наружный корпус в средней части имеет окна, а в верхней и нижней частях - пазы. Внутренний корпус имеет упругие пластины разной длины, при этом пластины, имеющие меньшую длину, снабжены разрезами и секторами расширителя и помещены в окна наружного корпуса, а на длинных пластинах, расположенных между короткими, помещены короночные секторы и ориентирующие пластины соответственно под нижние и верхние пазы наружного корпуса.

На фиг. 1 представлена схема корпуса короночного; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 - секторонесущий узел; на фиг.4 - сечение по В-В на фиг. 3; на фиг.5 - устройство для постановки секторонесущего узла в рабочее положение; на фиг. 6 - труба съемного керноприемника, на фиг.7 - толкатель, а на фиг. 8 - извлекатель; на фиг.9 - схема транспортирования секторонесущего узла по колонне бурильных труб при использовании толкателя; на фиг. 10 - положение секторонесущего узла в рабочем состоянии.

В состав бурового снаряда входят следующие узлы и детали. Колонковая труба 1 (фиг. 1) имеет резьбовое соединение с муфтой 2, которая, в свою очередь, посредством резьбы сочленена с корпусом короночным 3, снабженным ориентирующими пазами 4, окнами 5 и выточкой 6, образующей внутренний круговой бурт 7. Нижняя часть корпуса короночного 3 имеет шлицевые пазы 8, внутренние стенки которых наклонены от торца 9 вверх и вовнутрь. Между пазами 8 расположены промывочные каналы 10. Узел секторонесущий (фиг.3) состоит из цилиндрического корпуса в виде двухсторонней цанги 11, на трех упругих пластинах 12 которой имеются рабочие секторы 13, на трех других разрезных упругих пластинах 14, подогнутых вовнутрь, помещены секторы расширителя 15. Рабочие секторы 13 выполнены с выступами наружными 16 и внутренними 17. На трех верхних пластинах 18 цанги 11 имеются захватные пластины 19, а на боковых поверхностях цанги 11 помещены ребра-ориентаторы 20.

Устройство постановки секторонесущего узла в рабочее положение (фиг.5) состоит из корпуса 21 кернорвательного устройства, снабженного внутренней расточкой 22 и имеющего резьбовое соединение с керноприемной трубой 23 керноприемника (на чертежах не показан). Во внутреннюю расточку 22 помещена головка 24 цанги 25, имеющая наружный выступ 26. Сквозь цангу 25 пропущен валик 27, жестко связанный с цангой 25 посредством разрушаемого штифта 28. Валик 27 имеет хвостик 29 и наружный бурт 30. В силу чего корпус 21 кернорвательного устройства и валик 27 находятся в зафиксированном состоянии.

Устройством для извлечения сектронесущего узла (фиг.6) служит корпус 31 кернорвательного устройства, отличающийся от корпуса 21 наличием наружной кольцевой проточки 32.

Для доставки секторонесущего узла в "сухих" скважинах, а также для извлечения секторонесущего узла в случае уже извлеченного керноприемника с корпусом 21 кернорвательного устройства ССК применяются устройства: толкатель и извлекатель, спускаемые на овершоте. Толкатель (фиг.7) состоит из головки 34 с захватным грибком 33, центратора 35 и стержня 36 с размещенными на нем двух круговых заплечиков 37 и 38 с разными наружными диаметрами. В конструкции извлекателя (фиг. 8) используются описанная головка 34 с захватным грибком 33 и центратор 35, а стержень 39 извлекателя имеет резьбовое соединение с захватным стаканом 40.

Транспортировка секторонесущего узла (фиг.9), радиально сжатого и заведенного в верхний конец колонных бурильных труб, вместе с керноприемником при помощи устройства по постановке секторонесущего узла в рабочее положение (фиг.5) осуществляется за счет контактирования головки 24 цанги 25 с верхними торцами пластин 18 при поднятом от забоя скважины корпусе короночном 3 (фиг.1).

При достижении секторонесущим узлом внутренней выточки 6 корпуса 3 он, радиально расширяясь, затормаживается и ориентируется за счет захождения ребер-ориентаторов 20 по скошенным поверхностям корпуса короночного 3 в ориентирующие пазы 4, а рабочие секторы 13 и секторы расширителя 15 заходят соответственно в шлицевые пазы 8 и окна 5 корпуса короночного 3.

При дальнейшем перемещении вниз секторонесущего узла наружные выступы 16 рабочих секторов 13 раздвигаются радиально благодаря расточке 6 и зависают на внутреннем круговом бурте 7 корпуса короночного 3. При этом корпус 21 кернорвательного устройства (фиг.5) перемещается вовнутрь секторонесущего узла и зависает на внутренних выступах 17 рабочих секторов 13. При постановке колонны бурильных труб на забой скважины корпус короночный 3, перемещаясь по рабочим секторам 13, расклинивает ими корпус 21 кернорвательного устройства, а секторы расширителя 15 занимают верхнее положение в окнах 5 корпуса короночного 3, после чего становится возможным бурение скважины (фиг.10).

Для подъема секторонесущего узла вместе с керноприемной трубой (фиг.6) корпус 21 кернорвательного устройства заменяется на корпус 31, имеющий наружную кольцевую проточку 32. При подъеме керноприемной трубы 23 пластины 19 заходят в наружную кольцевую проточку 32 корпуса 31 кернорвательного устройства. При этом уступ кольцевой проточки 32 упирается в торцы пластин 19, что дает возможность извлечения секторонесущего узла на поверхность.

При спуске секторонесущего узла и использовании толкателя (фиг.7) на его стержень 36 надевают секторонесущий узел с таким расчетом, чтобы заплечик 38 упирался во внутренние выступы 17 рабочих секторов 13 в их сведенном состоянии.

В положении, указанном на фиг.9, секторонесущий узел транспортируется по колонне бурильных труб на овершоте (на чертежах не показан). При достижении секторонесущим узлом выточки 6 в корпусе 3 он, радиально расширяясь, затормаживается, и заплечик 38 проваливается ниже внутренних выступов 17 рабочих секторов 13, уступая свое место заплечику 37 с большим наружным диаметром. При этом ребра-ориентаторы 20, скользя по направляющим корпуса короночного 3 (на чертежах не обозначены), входят в ориентирующие пазы 4 корпуса короночного 3, а разжимающие упругие пластины 12 и 14 фиксируют рабочие секторы 13 и секторы расширителя 15 соответственно в шлицевых пазах 8 и окнах 5 корпуса короночного 3. При дальнейшем перемещении секторонесущего узла наружные выступы 16 рабочих секторов 13 зависают на внутреннем круговом бурте 7 корпуса короночного 3, а заплечик 37 выходит под торец сформировавшейся коронки-расширителя. При этом центратор 35 затормозится на внутренних выступах 17 рабочих секторов 13, что отмечается ослаблением натяжения тpoса лебедки и является сигналом постановки коронки-расширителя в рабочее положение. При подъеме толкателя заплечики 37 и 38 свободно проходят через коронку-расширитель. По извлечению толкателя в колонну бурильных труб на овершоте транспортируется керноприемник и бурение осуществляется известным способом (фиг.10).

Подъем секторонесущего узла извлекателем осуществляется после установки центратора 35 извлекателя (фиг.8), спускаемого на овершоте на внутренние выступы 17 рабочих секторов 13. При последующем затем подъеме овершота захватный стакан 40 подхватывает торцы подогнутых пластин 14, чем обеспечивается извлечение секторонесущего узла на поверхность.

Представляется возможным захватный стакан заменить цангой. В этом случае цанга должна проходить ниже торца коронки и, расширяясь, подхватывать секторы 13 при подъеме овершота.

Наибольший эффект от применения предлагаемого снаряда достигается при бурении пород высоких категорий по буримости, особенно на больших глубинах разведочных скважин.

Формула изобретения

Буровой снаряд с вставной коронкой-расширителем, состоящий из колонковой и керноприемной трубы, наружного корпуса и внутреннего с разрезами, переходящими в разрезы упругих пластин, снабженных породоразрушающими секторами, отличающийся тем, что наружный корпус в средней части имеет окна, в верхней части - верхние и в нижней части - нижние пазы, внутренний корпус имеет упругие пластины различной длины, причем пластины, имеющие меньшую длину, имеют разрезы, снабжены секторами расширителя и помещены в окна наружного корпуса, а на пластинах, имеющих большую длину, расположенных между пластинами, имеющими меньшую длину, помещены короночные секторы и ориентирующие пластины соответственно под нижние и верхние пазы наружного корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10