буровой снаряд для отбора ориентированного керна

Формула изобретения

Буровой снаряд для отбора ориентированного керна, состоящий из колонковой трубы с переходником, буровой коронки с кернорвателем и керноориентирующего устройства, отличающийся тем, что керноориентирующее устройство представляет собой трубку кольцеобразной формы из пластично-деформируемого материала, закрепленную в кольцевой проточке на внутренней поверхности верхней части кернорвателя, торец которого разделен на секторы, причем свободные концы трубки соединены скользящей муфтой, а трубка заполнена неагрессивной жидкостью с малой вязкостью, при этом внутри трубки свободно размещены два шарика из твердого материала, один из которых имеет плотность меньшую, а другой - большую по сравнению с плотностью жидкости, находящейся в трубке.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для получения и извлечения ненарушенного ориентированного керна и может найти применение при проходке скважин колонковым способом в твердых горных породах.

Известно устройство для извлечения ориентированного керна (А.С. №75970 МПК Е 21 В 47/02 БИ №32 - 1980 г.). Устройство содержит колонковый снаряд, коронку, подвижный в продольном направлении кернорватель и ориентатор. При этом ориентатор выполнен в виде взаимодействующих друг с другом колец из пластического материала, пружины и подвижной втулки и расположен под кернорвателем с возможностью взаимодействия с ним.

Недостаток устройства по А.С. №759709 - высокая вероятность ошибки в определении положения апсидальной плоскости скважины.

Известно также устройство для отбора ориентированного керна (А.С. №883121, МПК Е 21 В 25/16, БИ №43 - 1981 г.). Устройство содержит наружную трубу с переходником и коронкой, внутреннюю керноприемную трубу, связанный с керноприемной трубой механизм для нанесения метки на керн, а также датчик положения апсидальной плоскости с механизмом для многократного нанесения метки и зажимом маркирующего элемента в зазоре между пластиной из мягкого металла и подвижной пятой на подпружиненном штоке. При этом маркирующий элемент выполнен в виде группы шариков разного диаметра, шток имеет нагнетательный канал для перемещения шариков в зазоре зажима, а пята зажима и пластина из мягкого металла расположены внутри керноприемной трубы, которая подпружинена с возможностью продольного перемещения относительно наружной трубы.

Недостаток устройства по А.С. №883321 заключается в сложности его конструкции.

Известен также керноориентатор для отбора ориентированного керна из геологоразведочных скважин (А.С. №1257162, МПК Е 21 В 25/16, БИ №34 - прототип). Керноориентатор состоит из колонковой трубы с буровой и коронкой и переходником, датчика-ориентатора, кернорвателя с корпусом-обоймой и керноориентирующего устройства. Керноориентирующее устройство состоит из маркирующего резца, закрепленного на корпусе-обойме, и индентора, установленного в буровой коронке и скрытого в отверстиях кожуха в виде кольца, выполненного из упругодеформируемого материала, на котором размещена сменная шайба из пластично-деформируемого материала.

Керноориентатор по А.С. №1257162 имеет следующие недостатки:

сложность конструкции, возможность ошибки в определении апсидальной плоскости скважины вследствие возможного поворота коронки на некоторый угол при натяжении бурового снаряда в процессе заклинки и отрыва керна от забоя.

Поставленная задача: повысить точность измерения апсидальной плоскости скважины и надежность работы бурового снаряда с керноориентирующим устройством.

3адача решена следующим образом. Буровой снаряд для отбора - ориентированного керна состоит из колонковой трубы с переходником, буровой коронки с кернорвателем и керноориентирующим устройством. По внутренней поверхности верхней части кернорвателя выполнена круговая проточка, в которой размещено керноориентирующее устройство. Для размещения и крепления кольцевой трубки устройства верхний торец кернорвателя разрезан на секторы перпендикулярно круговой проточке. Устройство изготовлено из пластично-деформируемой трубки в виде кольца, свободные концы которой соединены муфтой. Один конец трубки жестко закреплен в муфте, а второй способен перемещаться внутри муфты на величину изменения зазора продольного разреза кернорвателя. Трубка заполнена нейтральной маловязкой жидкостью, куда свободно помещены два твердых шарика одинакового объема, но с различной плотностью, так чтобы один из шариков тонул в жидкости, а второй - всплывал.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

- на фиг.1 - общий вид снаряда в осевом разрезе;

- на фиг.2 - кернорватель с керноориентирующим устройством (вид сверху);

- на фиг.3 - кернорватель с керноориентирующим устройством по разрезу А-А.

Буровой снаряд для отбора ориентированного керна состоит из колонковой трубы 1, буровой коронки 2, переходника 3, размещенного, например, в буровой коронке кернорвателя 4 (фиг.1). На внутренней поверхности кернорвателя у верхнего утолщенного торца выполнен круговой паз 5, куда вставлено керноориентирующее устройство, представляющее собой тонкостенную трубку 6 из пластично-деформируемого материала, например алюминия (фиг.2, 3). Трубка изогнута в виде кольца, концы которой соединены муфтой 7 таким образом, чтобы один конец трубки был зажат жестко в муфте, а второй (не показано) мог свободно перемещаться, позволяя несколько изменять диаметр кольца из трубки вместе с изменением диаметра кернорвателя за счет его продольного разреза 8 при заклинке керна 9. Верхний торец кернорвателя разрезан на секторы 10 до нижней части кругового паза 5. Образованные стенки 11 секторов 10 вокруг паза обладают пружинящими свойствами и позволяют вставлять и фиксировать трубку 6 в круговом пазу 5.

Труба 6 заполняется нейтральной маловязкой жидкостью 12, куда свободно помещены два твердых шарика одинакового объема (диаметра), но различной плотности так, чтобы плотность одного шарика, например 13, была больше, а плотность другого шарика 14, меньше плотности жидкости.

Буровой снаряд работает следующим образом. После проходки заданного интервала скважины процесс бурения прекращают и вращение снаряда останавливают. При этом кернорватель и ориентирующее устройство остаются на столбике керна 9 в верхней части буровой коронки 2. В трубке 6 ориентирующего устройства шарик 13 с плотностью, большей плотности жидкости 12, займет нижнее положение в скважине, а шарик 14 с меньшей плотностью займет верхнее положение. Прямая (мнимая) линия между ними будет соответствовать апсидальной плоскости 15 скважины (фиг.3). Далее при подъеме снаряда внутренним конусом коронки сминается тонкая трубка 5 из пластично-деформируемого материала и столбик керна 9 заклинивается шариками 13, 14. После чего происходит отрыв керна от забоя и снаряд поднимается из скважины.

В поднятом снаряде отвинчивают буровую коронку, извлекают столбик керна вместе с кернорвателем и керноориентирующим устройством. Затем визуально через прорези секторов кернорвателя определяют положение искомых шариков. Для удобства шарики окрашены разным цветом. По положению отметок на керне и с учетом инклинометрических измерений в скважине с помощью керномера определяют параметры элементов залегания горных пород в массиве.

Пpeдложенное решение обладает следующими преимуществами:

- устройство достаточно простое по конструкции и в эксплуатации;

- в определении апсидальной плоскости скважины одновременно участвуют два шарика, что повышает точность измерения.