керноотборный снаряд

Формула изобретения

1. Керноотборный снаряд, содержащий корпус с бурильной головкой, кожух, размещенный в корпусе, узел герметизации нижней части кожуха с бурильной головкой, закрепленный в корпусе и герметизирующий верхний торец кожуха, узел подвески с циркуляционными отверстиями, керноприемник с узлом кернорвателей в нижней части, размещенный в кожухе и установленный в узле подвески с возможностью осевого вращения посредством подшипника, поршень, установленный в полости керноприемника, и изолирующую жидкость, размещенную в сообщающихся полостях кожуха и керноприемника, отличающийся тем, что он снабжен коаксиально размещенными штоком с осевым каналом, сообщающимися с ним радиальными отверстиями и радиальной канавкой на внешней поверхности и втулкой с радиальными отверстиями, поршень выполнен полым с циркуляционными отверстиями в нижней части, полость его заполнена герметизирующим или консервирующим составом, причем втулка зафиксирована в полости керноприемника посредством замка, контактирует с керноприемником через уплотнения, а запорные элементы замка имеют возможность размещения в радиальной канавке штока для его фиксации относительно втулки, при этом верхняя часть штока размещена в полости поршня и образует с ним плунжерную пару, а его нижняя часть взаимодействует с узлом герметизации.

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

3. Керноотборный снаряд по п.1, отличающийся тем, что узел подвески и нижняя часть штока имеют заправочные отверстия с пробками.

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 подпружиненный фиксатор для взаимодействия с кожухом.

6. Керноотборный снаряд по п.1, отличающийся тем, что в нижней части штока установлен перепускной клапан двунаправленного действия, а часть штока, расположенная ниже узла герметизации, имеет меньший диаметр.

Описание изобретения к патенту

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

Известен керноотборный снаряд, содержащий соединенный с коронкой корпус с эжекторами в нагнетательном канале, закрепленный на корпусе переходник с подводными каналами и закрепленную на переходнике и расположенную в нагнетательном канале керноприемную трубу с кернорвателем, имеющую заполненную изолирующим составом камеру (авторское свидетельство СССР 1701890, кл. Е 21 В 25/08, 1991).

Недостатками известного снаряда является то, что изолирующий состав, размещенный в камере, не участвует в процессе выбуривания керна и не изолирует его от контакта с буровым раствором. Во-первых, прежде чем начнется встречное движение изолирующего состава к забою, необходимо пробурить определенный интервал. Во-вторых, камера с плунжером может перемещаться вверх, не вытесняя изолирующий состав. Кроме того, наличие перфорированной оболочки, расположенной с внешней стороны гидроцилиндра не позволяет эффективно использовать весь объем заправленного изолирующего состава.

Известен керноотборный снаряд, содержащий корпус с бурильной головкой, кожух, размещенный в корпусе, узел герметизации нижней части кожуха с бурильной головкой, закрепленный в корпусе и герметизирующий верхний торец кожуха, узел подвески с циркуляционными отверстиями, керноприемник с узлом кернорвателей в нижней части, размещенный в кожухе и установленный в узле подвески с возможностью осевого вращения посредством подшипника, поршень, установленный в полости керноприемника и зафиксированный посредством срезного штифта, и изолирующую жидкость, размещенную в сообщающихся полостях кожуха и керноприемника (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 посредством срезного штифта. Низкая надежность изоляции керна от контакта с буровым раствором в процессе бурения и при подъеме его на поверхность. В процессе бурения это происходит из-за неравномерной подачи изолирующего вещества из керноотборника к забою вследствие вибрации, поперечных колебаний и изменения расстояния между стенками кожуха и керноприемника, а также между керноприемником и столбиком керна, возникают разносторонние перетоки жидкости вдоль оси и перемешивание изолирующего вещества с буровым раствором. Кроме того, при длительных подъемах бурового инструмента с применением промежуточных промывок происходит дальнейшая фильтрация бурового раствора в керновую пробу, тем самым, снижая ее информативность.

Решаемая изобретением задача - повышение надежности работы и технических возможностей керноотборного снаряда, повышение информативности и выноса керновой пробы.

При этом обеспечивается получение следующего технического результата: сохранение пластовых параметров керновой пробы, размеренная подача изолирующей жидкости из керноприемника через верхнее отверстие в полном объеме к забою в момент обуривания керна, тем самым максимально изолируя его от бурового раствора.

Для этого керноотборный снаряд, содержащий корпус с бурильной головкой, кожух, размещенный в корпусе, узел герметизации нижней части кожуха с бурильной головкой, закрепленный в корпусе и герметизирующий верхний торец кожуха, узел подвески с циркуляционными отверстиями, керноприемник с узлом кернорвателей в нижней части, размещенный в кожухе и установленный в узле подвески с возможностью осевого вращения посредством подшипника, поршень, установленный в полости керноприемника, и изолирующую жидкость, размещенную в сообщающихся полостях кожуха и керноприемника, имеет коаксиально размещенные шток с осевым каналом, сообщающимися с ним радиальными отверстиями и радиальной канавкой на внешней поверхности и втулку с радиальными отверстиями, поршень выполнен полым с циркуляционными отверстиями в нижней части, полость его заполнена герметизирующим или консервирующим составом, причем втулка зафиксирована в полости керноприемника посредством замка, контактирует с керноприемником через уплотнения, а запорные элементы замка имеют возможность размещения в радиальной канавке штока для его фиксации относительно втулки, при этом верхняя часть штока размещена в полости поршня и образует с ним плунжерную пару, а его нижняя часть взаимодействует с узлом герметизации.

Целесообразно также:

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

- выполнить узел подвески и нижнюю часть штока с заправочными отверстиями и пробками, 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 подпружиненным фиксатором для взаимодействия с кожухом, что обеспечивает упрощение сборки снаряда;

- установить в нижней части штока перепускной клапан двунаправленного действия, а часть штока, расположенную ниже узла герметизации, выполнить меньшего диаметра, что обеспечивает выравнивание давлений в полостях снаряда при спуске его в скважину и уменьшение износа узла герметизации в месте контакта со штоком.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен керноотборный снаряд в исходном положении перед спуском в скважину; на фиг.2 - керноотборный снаряд в конце процесса бурения с отбором керна.

Керноотборный снаряд содержит корпус 1, соединенный с бурильной головкой 2. В корпусе 1 размещены кожух 3 с узлом герметизации 4 для уплотнения нижней части кожуха 3 с бурильной головкой 2 и узел подвески 5, герметизирующий верхний торец кожуха 3 и закрепленный в корпусе 1. Узел подвески 5 содержит заправочное отверстие 6 с пробкой 7, циркуляционные отверстия 8 и подшипники 9 качения. Керноприемник 10 размещен в кожухе 3 и установлен в узле подвески 5 с возможностью осевого вращения посредством подшипника 9. В нижней части керноприемника 10 установлен узел кернорвателей 11. Полости кожуха 3 и керноприемника 10, сообщающиеся через отверстия 12, выполненные в верхней части цилиндрической стенки последнего, заполнены изолирующей жидкостью 13. В керноприемнике 10 установлены полый поршень 14 с циркуляционными отверстиями 15 в нижней части цилиндрической стенки 16 и коаксиально размещенные втулка 17 с радиальными отверстиями 18 и замком 19 и шток 20. Шток 20 взаимодействует с узлом герметизации 4 и имеет осевой канал 21, сообщающийся с радиальными отверстиями 22, и радиальную канавку 23 на внешней поверхности. В нижней части штока 20 установлены подпружиненный фиксатор 24 для взаимодействия с кожухом 3 и перепускной клапан 25 двунаправленного действия. Втулка 17 через уплотнение 26 контактирует с керноприемником 10 и фиксируется в его полости посредством замка 19 при размещении его запорных элементов в кольцевой канавке 27, выполненной на внутренней поверхности керноприемника 10. При размещении запорных элементов замка 19 в радиальной канавке 23 штока 20 последний фиксируется относительно втулки 17. Полость поршня 14 заполняется герметизирующим или консервирующим составом 28 через заправочное отверстие 29 в нижней части штока 20, сообщающееся с его осевым каналом 21 и перекрываемого пробкой 30. Часть штока 20 расположенная ниже узла герметизации 4 имеет меньший диаметр по сравнению с остальной частью для прохождения изолирующей жидкости 13 в начальный момент бурения. Для устранения биения керноприемник 10 связан с кожухом 3 посредством радиальной опоры 31. В верхнем торце керноприемника 10 выполнено отверстие 32.

Керноотборный снаряд работает следующим образом.

Перед спуском в скважину производится подготовка снаряда, заключающаяся в сборке и заправках изолирующей жидкостью 13 и герметизирующим или консервирующим составом 28. Для этого кожух 3 с узлом герметизации 4 устанавливается в корпус 1. Поршень 14 (его полость) заполняется герметизирующим или консервирующим составом 28, помещается в керноприемник 10 и фиксируется относительно него замком 19. Затем керноприемник 10 с узлом подвески 5 и с узлом кернорвателей 11 помещается в полость кожуха 3, при помощи узла подвески 5 крепится к корпусу 1 и поджимается узел герметизации 4, который уплотняет шток 20, бурильную головку 2 и кожух 3. После сборки через заправочное отверстие 6 и отверстие 32 в верхнем торце керноприемника 10 сообщающиеся полости кожуха 3 и керноприемника 10 заполняются изолирующей жидкостью 13 и герметично закрывают пробкой 7 отверстие 6.

В исходном положении (фиг.1) снаряд на колонне труб (на чертеже не показана) спускают в скважину. По мере спуска снаряда к забою давление в сообщающихся полостях кожуха 3 и керноприемника 10 выравнивается по отношению к давлению в скважине через перепускной клапан 25, а бурильная колонна заполняется буровым раствором через промывочные отверстия в бурильной головке 2, полость корпуса 1 и циркуляционные отверстия 8 узла подвески 5.

Бурение с отбором керна производят, включив вращение снаряда, с промывкой скважины буровым раствором, нагнетаемым по колонне труб через циркуляционные отверстия 8 узла подвески 5, полость корпуса 1 и промывочные отверстия бурильной головки 2, с последующей передачей осевой нагрузки на бурильную головку 2. По мере поступления керна в снаряд осевая нагрузка передается на шток 20 после чего в замкнутом пространстве внутри кожуха 3 повышается давление. В следствие этого открывается перепускной клапан 25 и шток 20 с поршнем 14 перемещаются вверх, вытесняя изолирующую жидкость 13 из полости керноприемника 10 к забою через кольцевые пространства между кожухом 3 и керноприемником 10 и узлом герметизации 4 и нижней частью штока 20, имеющей меньший диаметр. Изолирующая жидкость 13, проходя через бурильную головку 2, предотвращает контакт бурового раствора с керном.

По мере бурения керн поступает в полость керноприемника 10, перемещая шток 20 с поршнем 14 до момента контакта керна с уплотнением 26, запорные элементы замка 19 совместятся с радиальной канавкой 23, а радиальные отверстия 18 втулки 17 совместятся с радиальными отверстиями 22 штока 20. После этого втулка 17 свободно перемещается в керноприемнике 10, а герметизирующий или консервирующий состав 28 перетекает, по мере проходки, из полости поршня 14 в зазор между керном и керноприемником 10.

Поступающий в полость керноприемника 10 керн выше уплотнения 26 покрывается герметизирующим или консервирующим составом 28, что позволяет сохранить горное давление на керн и исследовать его естественные свойства, тем самым повышается информативность.

По окончании рейса с отбором керна отрывом снаряда от забоя производят отделение керна от забоя узлом кернорвателей 11. После чего снаряд поднимают на поверхность, отделяется керноприемник 10 с узлом подвески 5 от корпуса 1 и вынимается керн из керноприемника 10 или отправляется на исследование вместе с керноприемником 10, в случае применения твердеющих герметизирующих составов.

Таким образом, использование керноотборного снаряда позволяет применять различные изолирующие жидкости и различные герметизирующие составы, обеспечивающие сохранность естественных свойств керновой пробы, что расширяет эксплуатационные возможности снаряда и повышает эффективность бурения с отбором керна.