двойной керноизолирующий снаряд

Формула изобретения

Двойной керноизолирующий снаряд, содержащий корпус с породоразрушающим инструментом, в котором на опоре вращения размещена керноприемная труба с наружными каналами, заполненная антифрикционной изолирующей жидкостью и закрытая снизу подвижным поршнем с уплотнительным элементом и штоком, выступающим ниже кромки породоразрушающего элемента, отличающийся тем, что внешняя боковая поверхность поршня со стороны оснований снабжена продольными пазами, прерываемыми кольцевыми проточками и ограниченными буртами, между буртами размещены резиновые шайбы, фиксируемые упругими втулками, размещенными между резиновыми шайбами, наружный диаметр резиновых шайб больше внутреннего диаметра керноприемной трубы, а периферийная часть снабжена треугольными выемками, вершины которых направлены к оси поршня и находятся на уровне наружных поверхностей упругих втулок, конец штока выполнен в виде вогнутого конуса, уплотнительный элемент установлен на выступе между кольцевыми проточками, а опора вращения выполнена герметично, маслонаполненной.

Описание изобретения к патенту

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

Известен двойной керноизолирующий снаряд (Авторское свидетельство СССР 1249151, кл. Е 21 В 25/08, 1986), содержащий наружный корпус, породоразрушающий инструмент и керноприемную трубу, заполненную антифрикционным изолирующим веществом, заглушенную сверху заглушкой и закрытую снизу продольно подвижным поршнем с уплотнительным кольцом и штоком, выступающим ниже кромки породоразрушающего инструмента.

Недостатком этого снаряда являются низкие показатели сохранности керна.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству является двойной керноизолирующий снаряд (Авторское свидетельство СССР 1657603, кл. Е 21 В 25/08, 1991), содержащий наружный корпус с породоразрушающим инструментом, в котором на опоре вращения размещена внутренняя керноприемная труба с наружными каналами, сообщающимися на входе и выходе, заполненная антифрикционной изолирующей жидкостью, заглушенная сверху заглушкой и закрытая снизу подвижным поршнем с уплотнительными элементами и штоком, выступающим ниже кромки породоразрушающего инструмента.

Недостатками известного снаряда являются невысокие показатели сохранности керна. Это обусловлено низкой надежностью получения представительного керна и сохранения его остаточной водонасыщенности вследствие зашламования керноприемника и вытеснения антифрикционной изолирующей жидкости из его полости при спуске снаряда на забой скважины и заклинкой керноприемника из-за разрушения подшипника опоры вращения абразивным буровым раствором в процессе бурения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение достоверной информативности кернового материала.

Технический результат состоит в повышении сохранности керна.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в двойном керноизолирующем снаряде, содержащем корпус с породоразрушающим инструментом, в котором на опоре вращения размещена керноприемная труба с наружными каналами, заполненная антифрикционной изолирующей жидкостью и закрытая снизу подвижным поршнем с уплотнительными элементами и штоком, выступающим ниже кромки породоразрушающего инструмента, в отличие от прототипа внешняя боковая поверхность поршня со стороны оснований снабжена продольными пазами, прерываемыми кольцевыми проточками и ограниченными буртами, между буртами размещены резиновые шайбы, фиксируемые упругими втулками, размещенными между резиновыми шайбами, наружный диаметр резиновых шайб больше внутреннего диаметра керноприемной трубы, а периферийная часть снабжена треугольными выемками, вершины которых направлены к оси поршня и находятся на уровне наружных поверхностей упругих втулок, конец штока выполнен в виде вогнутого конуса, уплотнительный элемент установлен на выступе между кольцевыми проточками, а опора вращения выполнена герметичной, маслонаполненной.

Таким образом, по наличию отличительных признаков можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

Изобретение позволяет решить насущную проблему геологии - повышение представительности и информативности кернового материала. На основании изложенного можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого двойного керноизолирующего снаряда в исходном положении, на фиг.2 - подвижный поршень в сборе перед установкой в керноприемник, на фиг.3 - вид А на фиг.2.

Двойной керноизолирующий снаряд содержит корпус 1 с породоразрушающим инструментом 2, в корпусе 1 на герметичной, маслонаполненной опоре вращения 3 размещена керноприемная труба 4 с кернорвателем 5, на внешней поверхности керноприемной трубы 4 выполнены наружные каналы 6, полости наружных каналов 6 через отверстия 7 сообщаются с полостью 8 керноприемной трубы 4 по всей длине трубы. На вершинах ребер наружных каналов 6 размещены тела качения 9, которые равномерно распределены по длине наружных каналов 6. Сверху керноприемная труба закрыта муфтой 10 с пробкой 11, снизу полость 8 керноприемной трубы 4 закрывает подвижный поршень 12 с уплотнительным элементом 13, шток 14 подвижного поршня 12 выступает ниже кромки породоразрушающего инструмента 2. Внешняя боковая поверхность подвижного поршня 12 со стороны оснований снабжена продольными пазами 15, прерываемыми кольцевыми проточками 16 и ограниченными буртами 17. Между буртами 17 размещены резиновые шайбы 18, фиксируемые упругими втулками 19. Наружный диаметр резиновых шайб 18 больше внутреннего диаметра керноприемной трубы 4, периферийная часть резиновых шайб 18 снабжена треугольными выемками 20. Конец штока 14 выполнен в виде вогнутого конуса 21. Уплотнительный элемент 13 в упруго растянутом состоянии установлен на выступе 22 между кольцевыми проточками 16.

Двойной керноизолирующий снаряд работает следующим образом. Подвижный поршень 12 с упруго растянутым уплотнительным элементом 13, размещенным в верхней части выступа 22, устанавливают в кернорвателе 5, перекрывая полость 8 керноприемной трубы 4 снизу. Через канал в муфте 10 керноприемная труба 4 заполняется антифрикционной изолирующей жидкостью, плотность которой меньше плотности бурового раствора, закрывается пробкой 11 и посредством герметичной маслонаполненной опоры вращения 3 крепится в корпусе 1, жестко связанном с породоразрушающим инструментом 2, при этом резиновые шайбы 18 упруго взаимодействуют с внутренними поверхностями керноприемной трубы 4 и породоразрушающего инструмента 2, треугольные выемки 20 предотвращают образование складок на поверхности резиновых шайб 18, обеспечивая плотный упругий контакт, а конец штока 14 выступает ниже кромки породоразрушающего инструмента 2.

Собранный двойной керноизолирующий снаряд на колонне бурильных труб спускают в скважину, при этом по мере спуска в скважину подвижный поршень 12 и уплотнительный элемент 13 будут испытывать усилие от перепада давления между гидростатическим давлением бурового раствора в скважине и полостью 8, так как она заполняется антифрикционной изолирующей жидкостью и герметизируется при атмосферном давлении. Под действием этого усилия подвижный поршень 12 будет постепенно перемещаться вверх, сжимая остатки воздуха в полости 8, уплотнительный элемент 13, сдвигаясь вдоль выступа 22, западет в нижнюю кольцевую проточку 16, так как он был растянут при установке. После смещения уплотнительного элемента 13 в кольцевую проточку 16 полость 8 разгерметизируется и давление в ней и в скважине выравниваются, но благодаря меньшей плотности антифрикционной изолирующей жидкости по сравнению с буровым раствором излива антифрикционной изолирующей жидкости в скважину происходить не будет. Поскольку резиновые шайбы 18 упруго взаимодействуют с внутренними поверхностями керноприемной трубы 4 и породоразрушающего инструмента 2, дальнейшее перемещение подвижного поршня 12 прекратится и на протяжении дальнейшего спуска проходное сечение породоразрушающего инструмента 2 будет перекрыто подвижным поршнем 12, чем исключается проникновение внутрь керноприемной трубы 4 бурового раствора, ее зашламование и забивание проходного сечения глинистой коркой, сдираемой породоразрушающим инструментом 2 со стенок скважины. Если усилия на подвижный поршень 12 и уплотнительный элемент 13 от перепада давлений малы, то разгерметизация полости 8 произойдет при постановке снаряда на забой, при этом выступающий ниже кромки породоразрушающего инструмента 2 конец штока 14 перемещает подвижный поршень 12 вверх, уплотнительный элемент 13 западает в кольцевую проточку 16, антифрикционная изолирующая жидкость перетекает под поршень.

Бурение с отбором керна производят вращением корпуса 1 с промывкой забоя через промывочные каналы 23 и созданием нагрузки на породоразрушающий инструмент 2 частью веса бурильной колонны. По мере выбуривания керн заполняет полость 8 керноприемной трубы 4, перемещая на себе подвижный поршень 12 и вытесняя из полости антифрикционную изолирующую жидкость, которая через отверстия 7 и полость наружных каналов 6 поступает в нижнюю часть керноприемника, предотвращая доступ бурового раствора к выбуриваемому керну, чем обеспечивается повышение информативности керна ввиду сохранения естественной водонасыщенности.

Выбуриваемый столбик керна упирается в вогнутый конус 21 конца штока 14, при этом резиновые шайбы 18, упруго взаимодействующие с внутренней поверхностью керноприемной трубы 4, центрируют столбик керна в полости 8, устраняя передачу поперечной вибрации керноприемника на керн. Благодаря антифрикционным свойствам изолирующей жидкости и резиновых шайб 18, а также наличию отверстий 7, наружных каналов 6 и продольных пазов 15, подвижный поршень 12 легко перемещается в полости 8, снижая до минимума сопротивления заходу керна. Герметичная маслонаполненная опора вращения 3 обеспечивает неподвижность керноприемной трубы 4 относительно вращающегося корпуса 1 и гарантирует значительную долговечность работы подшипников, а тела качения 9 на ребрах наружных каналов 6 снижают силы трения при контакте керноприемной трубы 4 с корпусом 1. Все это способствует сохранению керна, в особенности представленного породами с низкой прочностной характеристикой.