Керноотборный снаряд

Изобретение относится к устройствам для бурения с отбором керна и сохранением пластовой среды. Керноотборный снаряд содержит корпус с закрепленными на нем бурильной головкой и узлом подвески с циркуляционными отверстиями и заправочным отверстием с пробкой. В корпусе размещены кожух и керноприемник, закрепленный в узле подвески посредством подшипника качения с возможностью вращения и связанный с кожухом посредством радиальной опоры. В нижней части кожуха расположен узел кернорвателей. В керноприемнике установлены поршень-разделитель и закрепленная посредством замка втулка с радиальными отверстиями. Коаксиально втулке размещен шток с уплотняющим элементом в верхней части, фиксатором для взаимодействия с втулкой, осевым каналом, сообщающимися с ним радиальными отверстиями и радиальной канавкой для размещения шаровых запорных элементов замка. Уплотняющий элемент верхней части штока взаимодействует с внутренней поверхностью керноприемника. Изолирующая жидкость размещена в сообщающихся полостях кожуха и керноприемника над поршнем-разделителем. Консервирующий или герметизирующий состав размещен в полости керноприемника под поршнем-разделителем. Шток также имеет манжету, установленную с возможностью контакта с внутренней поверхностью кожуха, компенсационную камеру и кольцевую проточку на наружной поверхности для размещения манжеты при ее перемещении относительно штока. Повышается надежность работы и эффективность бурения с отбором керна, расширяются эксплуатационные возможности снаряда. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для бурения с отбором керна и сохранением пластовой среды.

Известен керноотборный снаряд, содержащий корпус с коронкой, керноприемную трубу, заполненную изолирующим веществом, закрытую снизу подвижным поршнем, с продольно-подвижным уплотнительным кольцом на его внешней поверхности, кернорватель, кожух, размещенный в корпусе, стакан, установленный в расточке коронки, герметично соединенный с кожухом и связанный с поршнем срезным штифтом, подвесную опору, выполненную вращающейся, при этом керноприемная труба имеет радиальные каналы для сообщения ее внутренней полости с внутренней полостью кожуха и установлена в нем на опоре (авторское свидетельство СССР №1702729, Е 21 В 25/08, 1989).

Недостатками известного снаряда являются:

- повышенный расход времени при подготовке снаряда к спуску в скважину на буровой, связанный с установкой поршня со срезным штифтом;

- низкая надежность изоляции керна от контакта с буровым раствором в процессе бурения и при подъеме его на поверхность, что происходит из-за неравномерной подачи изолирующего вещества из керноотборной трубы к забою, потому что из-за вибрации поперечных колебаний и изменения расстояния между стенками кожуха и керноприемной трубы, а также между трубой и столбиком керна возникают разносторонние перетоки жидкости вдоль оси и перемешивание изолирующего состава с буровым раствором;

- длительные подъемы бурового инструмента с применением промежуточных промывок приводят к дальнейшей фильтрации жидкости из бурового раствора в керновую пробу, тем самым снижая его информативность.

Известен керноотборный снаряд, содержащий корпус, соединенный с бурильной головкой, кожух, размещенный в корпусе, узел герметизации нижней части кожуха с бурильной головкой, узел подвески, закрепленный в корпусе, включающий заправочное отверстие с пробкой, циркуляционные отверстия и подшипники качения, керноприемник, размещенный в кожухе и соединенный в узле подвески с возможностью осевого вращения, узел кернорвателей, установленный в нижней части керноприемника, и изолирующую жидкость в полостях кожуха и керноприемника, гидравлическую камеру с герметизирующим составом, установленную в керноприемнике, включающую стакан, втулку, шариковый замок и шток, при этом в штоке выполнены осевое отверстие, сообщающееся с радиальными отверстиями, заглушенное нижней пробкой, и радиальная канавка на внешней поверхности для открытия шарикового замка, в нижней части штока установлены фиксатор и перепускной клапан, при этом шток взаимодействует с узлом герметизации и с втулкой через шариковый замок, втулка закреплена в керноприемнике шариковым замком и контактирует с керноприемником через уплотнение, причем шток в нижней части имеет меньший диаметр, а в керноприемнике в верхней части выполнены отверстия и установлена радиальная опора (патент РФ №2198996, Е 21 В 25/00, 2001).

Недостатками известного снаряда являются сложность конструкции, трудоемкость сборки и ограниченные эксплуатационные возможности.

Сложность конструкции обусловлена наличием в штоке перепускного клапана, а в гидравлической камере стакана с циркуляционными отверстиями, которые снижают надежность работы.

Трудность сборки снаряда заключается в способе фиксации и герметизации гидравлической камеры в нижней части кожуха, так как в момент этих операций кожух размещен в корпусе, из-за этого фиксатор и узел герметизации становится труднодоступным, а также в сложности контроля выполнения этой операции.

Ограниченные эксплуатационные возможности связаны, прежде всего, с наличием в гидравлической камере стакана, определяющего фиксированный объем заполняющего герметизирующего состава. В связи с этим использование дополнительных секций керноотборника требует установки гидравлических камер с различными габаритными размерами, что уменьшит полезную длину керноприемника и увеличит массу камеры, которая будет увеличивать сопротивление перемещению керна в керноприемной трубе.

Решаемая изобретением задача - повышение надежности работы, эксплуатационных возможностей, выноса керновой пробы и упрощение конструкции керноотборного снаряда. При этом обеспечивается выбор объема полости для герметизирующего состава в зависимости от секционности (длины снаряда) без изменения конструкции, размеров и массы, кроме того, конструкция позволяет без разборки перезаряжать шариковый замок и заправлять керноотборник для проведения следующего рейса в скважину, что упрощает техническое обслуживание снаряда.

Для этого в керноотборном снаряде, содержащем корпус, закрепленные на нем бурильную головку и узел подвески с циркуляционными отверстиями, размещенный в корпусе кожух, керноприемник, закрепленный в узле подвески посредством подшипника с возможностью вращения, узел кернорвателей, установленные в керноприемника поршень-разделитель и закрепленную посредством замка втулку с радиальными отверстиями и коаксиально размещенный шток с уплотняющим элементом в верхней части, фиксатором, осевым каналом, сообщающимися с ним радиальными отверстиями и радиальной канавкой для размещения запорных элементов замка, изолирующую жидкость, размещенную в сообщающихся полостях кожуха и керноприемника над поршнем-разделителем, и консервирующий или герметизирующий состав, размещенный в полости керноприемника под поршнем-разделителем, шток имеет манжету, установленную с возможностью контакта с внутренней поверхностью кожуха, и кольцевую проточку на наружной поверхности для размещения манжеты при ее перемещении относительно штока, уплотняющий элемент верхней части штока взаимодействует с внутренней поверхностью керноприемника, а фиксатор штока взаимодействует с втулкой.

Целесообразно также:

- керноприемник закрепить в узле подвески посредством подшипника качения и связать с кожухом посредством радиальной опоры, что устранит биение на керноприемнике и тем самым обеспечит целостность керна;

- выполнить узел подвески с заправочным отверстием с пробкой, что обеспечит заправку керноотборного снаряда в собранном состоянии;

- выполнить запорные элементы замка шаровыми, что упростит конструкцию замка и повысит надежность его работы;

- выполнить шток с компенсационной камерой, что позволяет под действием выталкивающей силы действующей на шток, частично компенсировать воздействие массы материала штока на керн;

- разместить узел кернорвателей в нижней части кожуха, что позволяет за счет максимального его приближения к забою увеличивать линейный вынос керна.

Изобретение поясняется чертежом, где:

на фиг.1 изображен керноотборный снаряд в исходном положении перед спуском в скважину;

на фиг.2 - керноотборный снаряд в процессе бурения с отбором керна в момент открытия замка;

на фиг.3 - керноотборный снаряд в конце бурения с отбором керна.

Керноотборный снаряд содержит корпус 1 и закрепленные на нем бурильную головку 2 и узел подвески 3 с циркуляционными отверстиями 4 и заправочным отверстием 5 с пробкой 6. В корпусе 1 размещены кожух 7 и керноприемник 8. Последний закреплен в узле подвески 3 посредством подшипника качения 9 с возможностью вращения и связан с кожухом 7 посредством радиальной опоры 10. В нижней части кожуха 7 расположен узел кернорвателей 11. В керноприемнике 8 установлены поршень-разделитель 12 и закрепленная посредством замка втулка 13 с радиальными отверстиями 14. Коаксиально втулке 13 размещен шток 15. Он имеет уплотняющий элемент 16 в верхней своей части, осевой канал 17, сообщающиеся с ним радиальные отверстия 18, радиальную канавку 19 для размещения шаровых запорных элементов 20 замка втулки 13, кольцевую проточку 21 на наружной поверхности, компенсационную камеру 22 в нижней части и фиксатор 23. Уплотняющий элемент 16 взаимодействует с внутренней поверхностью керноприемника 8, а фиксатор 23 взаимодействует с втулкой 13. На штоке 15 установлена манжета 24, которая контактирует с внутренней поверхностью кожуха 7. Изолирующаю жидкость размещена в полости 25 кожуха 7 и полости 26 керноприемника 8 над поршнем-разделителем 12, сообщающихся через отверстия 27 в верхней части керноприемника 8. Консервирующий или герметизирующий состав размещен в полости 28 керноприемника 8 под поршнем-разделителем 12.

Керноотборный снаряд работает следующим образом.

Перед спуском в скважину производится подготовка снаряда, заключающаяся в сборке, заполнении полостей 25 и 26 кожуха 7 и керноприемника 8 изолирующим составом, а полости 28 керноприемника 8 герметизирующим составом.

Кожух 7 с узлом кернорвателей 11 устанавливается в корпус 1. В керноприемник 8 помещают поршень-разделитель 12, шток 15 с втулкой 13, шаровыми запорными элементами 20 замка, манжетой 24, фиксируют втулку 13 замком относительно керноприемника 8, а шток 15 крепится фиксатором 23 во втулке 13. Полость 28 керноприемника 8, осевой канал 17 и радиальные отверстия 18 штока 15 заполняются консервирующим или герметизирующим составом и устанавливается поршень-разделитель 12. Затем керноприемник 8 с узлом подвески 3 помещается в полость кожуха 7 и узел подвески 3 крепится к корпусу 1.

После сборки через заправочное отверстие 5 полости 25 и 26 кожуха 7 и керноприемника 8 заполняются изолирующей жидкостью и закрываются пробкой 6.

В исходном положении (фиг.1) снаряд на колонне труб (не показана) спускают в скважину. По мере спуска снаряда к забою давление в полостях 25 и 26 кожуха 7 и керноприемника 8 выравнивается с затрубным за счет перемещения штока 15. Бурильная колонна в процессе спуска заполняется буровым раствором через отверстия в бурильной головке 2, полость корпуса 1 и циркуляционные отверстия 4 узла подвески 3.

Бурение с отбором керна производят, включив вращение снаряда, с промывкой скважины буровым раствором, нагнетаемым по колонне труб через циркуляционные отверстия 4, полость корпуса 1 и отверстия бурильной головки 2, с последующей передачей осевой нагрузки на бурильную головку 2. Одновременно осевая нагрузка передается на шток 15, вследствие чего в замкнутом пространстве внутри кожуха 7 повышается давление, которое выдавливает манжету 24 при ее перемещении относительно штока 15 в кольцевую проточку 21. Шток 15 перемещается вверх, вытесняя изолирующую жидкость из полости 26 керноприемника 8 к забою через отверстия 27 и полость 25 кожуха 7. Изолирующая жидкость, проходя через бурильную головку 2 к забою, предотвращает контакт бурового раствора с керном.

По мере бурения керн поступает в полость керноприемника 8, перемещая шток 15 до момента (фиг.2), когда керн входит в уплотнение 29, шаровые запорные элементы 20 замка втулки 13 совместятся с радиальной канавкой 19 штока 15, а радиальные отверстия 14 втулки 13 совместятся с радиальными отверстиями 18 штока 15. После этого втулка 13 свободно перемещается в керноприемнике 8, а консервирующий или герметизирующий состав из полости 28 по мере проходки перемещается через осевой канал 17 штока 15 и радиальные отверстия 14 и 18 в зазор между керном и керноприемником 8.

Поступающий керн в полость керноприемника 8 выше уплотнения 29 покрывается консервирующим или герметизирующим составом, что позволяет сохранить горное давление на керн и исследовать его естественные свойства, тем самым повышается информативность керновой пробы.

По окончании рейса проходки с отбором керна отрывом снаряда от забоя производят отделение керна узлом кернорвателей 11. После чего снаряд поднимается на поверхность. Затем отделяется керноприемник 8 с узлом подвески 3 от корпуса 1 и вынимается керн из керноприемника 8 или отправляется на исследования вместе с керноприемником 8 в случае применения отверждаемых герметизирующих составов.

Таким образом, предлагаемый керноотборный снаряд позволяет применять различные изолирующие жидкости и различные герметизирующие составы, обеспечивающие сохранность естественных свойств керновой пробы, расширить эксплуатационные возможности снаряда и повысить эффективность бурения с отбором керна.

1. Керноотборный снаряд, содержащий корпус, закрепленные на нем бурильную головку и узел подвески с циркуляционными отверстиями, размещенный в корпусе кожух, керноприемник, закрепленный в узле подвески посредством подшипника с возможностью вращения, узел кернорвателей, установленные в керноприемнике поршень-разделитель и закрепленную посредством замка втулку с радиальными отверстиями и коаксиально размещенный шток с уплотняющим элементом в верхней части, фиксатором, осевым каналом, сообщающимися с ним радиальными отверстиями и радиальной канавкой для размещения запорного элемента замка, изолирующую жидкость, размещенную в сообщающихся полостях кожуха и керноприемника над поршнем-разделителем, и консервирующий или герметизирующий состав, размещенный в полости керноприемника под поршнем-разделителем, отличающийся тем, что шток имеет манжету, установленную с возможностью контакта с внутренней поверхностью кожуха, и кольцевую проточку на наружной поверхности для размещения манжеты при ее перемещении относительно штока, уплотняющий элемент верхней части штока взаимодействует с внутренней поверхностью керноприемника, а фиксатор штока взаимодействует с втулкой.

2. Керноотборный снаряд по п.1, отличающийся тем, что керноприемник закреплен в узле подвески посредством подшипника качения и связан с кожухом посредством радиальной опоры.

3. Керноотборный снаряд по п.1, отличающийся тем, что узел подвески имеет заправочное отверстие с пробкой.

4. Керноотборный снаряд по п.1, отличающийся тем, что запорные элементы замка выполнены шаровыми.

5. Керноотборный снаряд по п.1, отличающийся тем, что шток имеет компенсационную камеру.

6. Керноотборный снаряд по п.1, отличающийся тем, что узел кернорвателей расположен в нижней части кожуха.