Устройство для локализации заклинивания керна при колонковом бурении

 

СССР

Класс 5а, 37

И 63339

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегистрировано в Бюро изобретений Госплана при СНК CCCP

H. Н. Нечаев

Устройство для локализации заклинивания керна ири колонковом бурении

Заявлено 29 мая 1941 r. в Наркомцветмет за № 44554 (308825) Опубликовано 31 марта 1944 года

В разведочных буровых работах колонковое (алмазное, суррогатное и особенно дробовое) бурение скважин имеет самое большое распространение. При условии проходки буровых скважин в горных породах большой крепости и при необходимости иметь наклонную скважину,— этот вид бурения является незаменимым и самым эффективным.

Однако в связи с тем, что нередко приходится проходить буровую скважину в сильно трещиноватых или даже катоклазирова нных породах, эффективность бурения сильно снижается. Это обусловливается тем, что при бурении трещиноватых пород получается керн, раздробленный на мелкие куски, что влечет образование так называемых «заклинок» керна в буровом колонковом снаряде. Образовавшаяся таким образом заклинка,керна не позволяет буровому снаряду продвигаться по ходу бурения, вследствие чего прекращается давление сна ряда на забой скважины, а в связи с, этим прекращается и самый атроцесс бурения породы.

Для ликвидации заклинки приходится извлекать ив скважины буровой снаряд. На это тратится много времени, буровой бригадой производится большая и тяжелая работа по подъему и спуску снаряда, а углубка скважины идет очень медленно. Иногда стоимость одного погонного метра проходки скважины в таких условиях обходится в несколько раз выше плановой, и в несколько раз понижается скорость бурения.

До сих пор техникой разведочного бурения не было создано радикального средства борьбы с заклинкой керна, а следовательно, и средства борьбы за ускорение бурения и его удешевление за счет устранения заклинок керна в буровом снаряде.

Предметом настоящего изобретения является устройство для локализации заклинивания керна при колонковом бурении, отличительная особенность которого — применение двух коаксиальных труб разных длин, свободно помещенных в полости колонковой трубы и опирающихся торцом на торец буровой коронки. Эти трубы служат для создания подвижной опоры для заклинки с целью ее выноса.

На прилагаемом чертеже фиг. изображает разрушение керна пэ

ЭЪ 63339 лившиеся от керна, кусочки породы западают в зазор между керном и колонковой трубой и увеличивают трение керна и его частей о стенку колонковой трубы до такого предела, пока не произойдет полного «заедания» породы в трубе.

Образовавшаяся заклинка не позволяет колонковой трубе свободно вращаться вокруг выбуренного керна. «Прихваченный» керн скручивается и моментально ломается, вследствие своей хрупкасти.

Накопившиеся обломки керна, увеличивая прочность заклинки, в конце концов не позволяют продвигаться буровому снаряду вперед на забой скважины. Снаряд оказывается «севшим» на керн, на раздробленную верхнюю часть которого уперлась заклинка.

В этот момент вращающийся буровой снаряд, опираясь на заклинку,,а не на забой скважины, не производит бурения. Это ведет к необходимости поднимать буровой снаряд для ликвидации заклинки.

TaKHIM образом, при заклинках керна в буровом снаряде почти никогда не бывает полного рейса бурения.

Помимо того, что при заклинках бесполезно амортизируется станок, двигатель, оборудование, тратятся горючие и смазочные материалы, заклинки иногда являются первопричинами аварий. Нарушение режима в забое скважины приводят к прихвату бурового снаряда. Желание бурового мастера, не прибегая к извлечению из скважины снаряда, «освободиться» от очередной заклинки с помощью «встряхивания» снаряда приводило к разрывам штанг и к другим остановкам работы буровой вышки по аварийным причинам, обусловленным заклинкой керна.

Современный колонковый буровой снаряд,не обеспечивает предотвращения заклинок. Применение двойной колонковой трубы для того, чтобы избавиться от заклинок, тоже не p,àåò положительных результатов,так как двойная колонковая труба имеет иное назначение.

Не избавляет от заклинок тщательная регулировка режима работ в плоскостям наслоения и трещиноватости пород, фиг. 2 — случай радрушения керна от частой перемежаемостл различных по составу и твердости пород, фиг. 3 — разрушение керна, вызванное характером залегания (падения) по род, фиг. 4— буровой снаряд с устройством согласно изобретению, фиг. 5, 6 и 7— три случая локализованных заклинок керна в буравом снаряде с прЕдлагаемь, и устройством.

Обычно заклинки керна происходят в колонковой трубе и образуются в самом процессе бурения, вследствие трения кусочков разрушенного керна о стенку колонковой трубы.

Заклинка возникает в одном или реже в двух местах колонковой трубы и опирается непосредственно на ее стенку. Заклинка керна образуется в любой части пространстви колонковой трубы вслед за тем, как столбик керна минует буровую коронку.

Главнейшими причинами образования заклинок являются: трещиноватость пород (фиг. 1), их разнохарактерность в смысле частой перемежаемости различных по составу и твердости пород (фиг. 2), характер залегания (падения) пород (фиг. 3), дробимость пород вследствие их хрупкости и некоторые другие менее существенные причины геологического порядка. Из числа причин технического порядка на разрушение керна, а в связи с этим и на образование заклинки, главнейшее влияние оказывают возникающие в момент процесса бурения вибрации штанг и бурового снаряда.

Наиболее частые случаи образования заклинак отмечаются при проходке тектонических зон, мощных кварцевых раздробленных жил, а также зон вы ветривания горных пород и катаклазиро BBHiHbIx горных пород вообще.

Образование заклинки происходит следующим порядком. Выбуренный столбик горной породы— керн, находясь в колонковой трубе, подвергается сотрясению от вращающегося в скважине бурового снаряда и деформируется до состояния дробления на мелкие части. Отде¹ 63339 забое буровой скважины. Единственным способом устранения заклинок сейчас является падъемснаряда и его освобождение от заклинки на поверхности, а это, как уже было установлено выше, невыгодно экономически и ведет к значительному удлинению срока разведок.

Рассматривая причины, условия и процесс образования заклинки керна в колонковом буровом снаряде, устанавливается, что устранить заклинки керна при применяемой технике бурения нельзя. Однако это же раасмотрение причин образования заклинок позволяет установить два важных момента, на основе которых можно локализовать заклинку керна так, чтобы она не препятствовала продвижению бурового снаряда на забои скважины, т. е. чтобы и при наличии неизбежных заклинок не прекращать бурения, а успешно продолжать его в течение полного или почти полного рейса бурения. Этими моментами являются: опора заклинки на внутреннюю стенку колонковой трубы и опора заклинки,на нижележащий столбик выбуренного керна, На этом принципе и сконструировано предлагаемое устройство.

Способ локализации заклинок керна — механический, локализация заклинки происходит в буровом колонковом снаряде; принцип образования заклинки тот же, что был охарактеризован выше.

Отличием предлагаемого устройства является то, что опора заклинки перенесена со стенки колонковой трубы на стенки двух специальных коаксиальных труб, помещаемых внутри колонковой трубы и не имеющих с ней скрепления.

Образовавшаяся в этой трубе заклинка керна не останавливает поступательного движения букового снаряда, а сама труба, подхваченная заклинкой, оказывается повисшей на столбике керна и, будучи не скрепленной с колонковой трубой, не мешает ее вращению и подвиганию на забой скважины. Так локализо вана первая заклинка керна.

Аналогично этому автоматически локализуются и последующие заклинки керна, о чем будет сказано ниже.

Перенесение опоры заклинки со стенки колонковой грубы на стенку особой трубы привело к необходимости сконструировать новый снаряд, отличающийся от современного.

Снаряд (фиг. 4) состоит из буровой коронки 8 (в необходимых случаях кернорвателя), малой 7 и большой 6 труб колонковой трубы 5, шламовой трубы 4, переходника 3 и ниппеля 2 для прикрепления снаряда к штангам 1.

Перед тем, как начать привертывать к колонковой трубе 5 буровую коронку 8 (или кернорватель), требуется вставить в колонковую грув бу большую трубу 6 с вложенной в нее коаксиальной малой трубой 7.

Трубы 6 и 7 разной длины и не имеют никакого крепления с деталями снаряда; они свободно вращаются в колонковой трубе и во вре мя процесса бурения своими нижними торцами опираются на торец буровой коронки 8 (илн кернорвателя).

Следует отметить, что трубы 6 и

7 не будут претерпевать каких-либо усилий на скручивание, растяжение или сжатие, так как о ни свободно покоятся на торце буровой коронки

8 (или кернорвателя), а в момент заклинки керна они находятся в висячем положении на столбике керна, создавая для него подвижную опору, с целью его выноса. Напряжения на разрыв патрубков в тех местах, в которых образовались заклинки, совершенно незначительны; они всего лишь равны силе трения, достаточной для удержания груза самой трубы на столбике керна.

Новый буровой колонковый снаряд применим и для проходки горных пород в обычных условиях, т. е. при отсутствии случаев образования заклинок керна.

Можно предполагать, что буровой колонковый снаряд предлагаемой системы будет работать ровно и спокойно, без ударов в момент образования заклинок, как это наблюдается в современных буровых колонковых снарядах.

¹ 63339

Организация работы и процесс бурения при применении новогоснаряда остаются такими же, как:и прежде.

Исходя иэ того, что заклинки,керvа образуются произвольно в любой части пространства колонковой трубы, можно представить возможные случаи заклинок и схему главнейших возможных комбинаций локализации закли нок ке рна, учитывая при этом- то, что заклинка остается там, где она и образовалась. Два таких случая заклинок IH KOMáèíàции их локализации изображены на фигурах 5 и 6.

На фиг. 5 показан момент заклинки керна приблизительно в средней части рейса и в том месте, где образовавшаяся заклинка оказалась локализованной одновременно обеими трубами 6 и 7. Фиг. 6 также характеризует локализацию заклинки керна одновременно двумя трубами, но образование заклинки совершилось в начале рейса бурения и в нижней части труб.

Фиг. 7 показывает две локализованные заклинки первоначально малой трубой 7 и затем одну локализованную заклинку керна большой трубой 6.

Можно предполагать, что в отдельных случаях в трубе 6 или 7 заклинка будет образовываться не очень крепко, а поэтому возможны случаи ее «саморасклинки» и возвращения трубы в первоначальное положение — на торец буровой коронки (или кернорвателя).

Можно также предполагать, что, опер шлсь о переходник 3, труба 6 или 7 может оказаться освобожденной от заклинки и тоже возвратится на прежнее место. Благодаря свободному положению в колонковой трубе, трубы 6 и 7 будут способствовать уменьшению «принудительного» трения керна о внутреннюю стенку снаряда, значит будет меньше дробление керна, а это будет clIIotoáñòâîâàòü предотвращению заклинок керна.

Предмет изобретения

Устройство для локализации заклинивания керна при колонковом бурении, о т л и ч а ю щ е е с я применением свободно помещенных в полости колонковой трубы двух кожксиальных разных длин труб, опирающихся торцами на торец буровой коронки и служащих для создания подвижной опоры для заклинки с целью выноса ее.

Отв. редактор Д. А. Михайлов Техн. редактор M. С. Бондарев

Л45649. Подписано к печати 18/IV 1945 г. Тираж 500 экз. Цена 55 к. Зак. 24

Типография Госплапиздата, им. Воровского, Калуга