Керноприемное устройство

Предложение относится к области бурения скважин с отбором керна, в частности, нефтяных и газовых.

Техническим результатом является упрощение конструкции керноприемного устройства, повышение надежности его работы вследствие снижения продольных колебаний керноприемной трубы путем ликвидации излишних зазоров в осевом подшипнике качения и снижении трудозатрат при выполнении регулировочных работ.

Сущность. Керноприемное устройство, содержит наружный корпус с верхним и нижним переводниками. В наружном корпусе на регулируемом узле подвески установлена керноприемная труба с керноудерживающим средством. Регулируемый узел подвески включает вращающуюся и невращающуюся части. С вращающейся частью регулируемого узла подвески связан регулировочный полый винт и резьбовым соединением, имеющим фиксатор, - с верхним переводником. Невращающаяся часть регулируемого узла подвески выполнена в виде соединенных между собой резьбовым соединением ствола и переходника. Осевой подшипник качения расположен между стволом и переходником. Вращающаяся часть регулируемого узла подвески, охватывает снаружи осевой подшипник качения, выполнена в виде соединенных между собой резьбовым соединением корпуса регулируемого узла подвески и упора, имеющего фиксирующий элемент. Корпус и ствол выполнены с возможностью взаимодействия с верхним кольцом осевого подшипника качения, а переходник и упор - с нижним, соответственно. Регулировочный полый винт регулируемого узла подвески и упор вращающейся части регулируемого узла подвески выполнены с возможностью взаимодействия со средствами их принудительного вращения. Клапанный узел выполнен в виде села, размещенного во вращающейся части регулируемого узла подвески и предназначенного для взаимодействия с бросовым шаровым обратным клапаном или бросовым клапаном-эжектором, и имеет каналы в ней выше седла для направления промывочной жидкости в пространство между керноприемной трубой и наружным корпусом. 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Предложение относится к области бурения скважин с отбором керна, в частности, нефтяных и газовых.

Известен керноприемный снаряд, содержащий наружный корпус с верхним и нижним переводниками, установленную в наружном корпусе на узле подвески керноприемную трубу с керноудерживающим средством, вращающуюся часть узла подвески связанную с верхним переводником и невращающуюся часть узла подвески, между которыми расположен осевой подшипник качения, охваченный снаружи вращающейся частью узла подвески (RU 18419, 2001).

Известный керноприемный снаряд предназначен для бурения наклонных и горизонтальных участков скважины. Его недостатком является низкая надежность работы, поскольку отсутствует возможность проведения регулировок зазора между бурильной головкой и нижним торцем керноприемной трубы в собранном и расположенным вертикально на устье положении снаряда, а также не предусмотрена регулировка зазоров в осевом подшипнике качения.

Известна двойная колонковая труба, в сущности, керноприемное устройство, содержащее наружный корпус с верхним и нижним переводниками, установленную в наружном корпусе на регулируемом узле подвески керноприемную трубу с керноудерживающим средством, регулировочный полый винт, связанный с вращающейся частью регулируемого узла подвески и резьбовым соединением, имеющим фиксатор, - с верхним переводником, и подшипник качения, охваченный снаружи вращающейся частью регулируемого узла подвески (RU 2086749, 1997). Это известное устройство является наиболее близким к предложенному по совокупности существенных признаков и принимается в качестве ближайшего аналога.

Несмотря на имеющуюся возможность у известного устройства проведения регулировок зазора между бурильной головкой и нижним торцем керноприемной трубы в собранном и расположенным вертикально на устье положении снаряда, оно таже имеет недостатки. В частности, очень сложен в конструктивном отношении узел подшипника качения, фиксатор резьбового соединения, не предусмотрена регулировка зазоров (люфтов) в подшипнике качения. Проведение регулировок зазора между бурильной головкой и нижним торцем керноприемной трубы занимает много времени и трудоемко.

Предложение позволяет получить технический результат, выражающийся в упрощении конструктивного выполнения керноприемного устройства, повышении надежности его работы вследствие снижения продольных колебаний керноприемной трубы путем ликвидации излишних зазоров в осевом подшипнике качения и снижении трудозатрат при выполнении регулировочных работ.

Технический результат достигается тем, в керноприемном устройстве, содержащем наружный корпус с верхним и нижним переводниками, установленную в наружном корпусе на регулируемом узле подвески, включающем вращающуюся и невращающуюся части, керноприемную трубу с керноудерживающим средством, регулировочный полый винт, связанный с вращающейся частью регулируемого узла подвески и резьбовым соединением, имеющим фиксатор, - с верхним переводником, подшипник качения, охваченный снаружи вращающейся частью регулируемого узла подвески, и клапанный узел, согласно предложению невращающаяся часть регулируемого узла подвески выполнена в виде соединенных между собой резьбовым соединением ствола и переходника, подшипник качения выполнен осевым и расположен между стволом и переходником, вращающаяся часть регулируемого узла подвески, охватывающая снаружи осевой подшипник качения, выполнена в виде соединенных между собой резьбовым соединением корпуса регулируемого узла подвески и упора, имеющего фиксирующий элемент, при этом корпус и ствол выполнены с возможностью взаимодействия с верхним кольцом осевого подшипника качения, а переходник и упор - с нижним, соответственно.

Способствует достижению технического результата то, что регулировочный полый винт регулируемого узла подвески выполнен с возможностью взаимодействия со средством его принудительного вращения, способным войти с ним в зацепление на период вращения регулировочного полого винта и затем быть демонтированным без отвинчивания верхнего переводника.

В одном из частных случаев регулировочный полый винт в верхней части имеет продольные прорези, предназначенные для взаимодействия с фиксатором его резьбового соединения с верхним переводником, причем продольные прорези регулировочного полого винта в верхней части служат для взаимодействия со средством его принудительного вращения, а сам регулировочный полый винт взаимодействует со средством его принудительного вращения при расфиксированном его резьбовом соединении с верхним переводником. Фиксатор же резьбового соединения регулировочного полого винта с верхним переводником, в этом случае выполнен в виде резьбового элемента, установленного с уплотнением в верхнем переводнике.

В конкретном воплощении фиксирующий элемент упора регулируемого узла подвески выполнен в виде винта, установленного в корпусе регулируемого узла подвески с возможностью взаимодействия с продольными пазами, выполненными на наружной поверхности упора, который имеет отверстия для взаимодействия со средством его принудительного вращения.

Для обеспечения гарантированных зазоров между осевым подшипником качения, переходником и стволом в исходном и рабочем положениях переходник может иметь внутренний кольцевой выступ, с которым контактирует торец ствола.

Керноприемное устройство в представленном примере снабжено взаимозаменяемыми стабилизаторами, выполненными спирально-лопастными.

Керноприемное устройство в конкретном примере выполнения снабжено безопасным переводником, установленным между верхним переводником и наружным корпусом, либо верхним стабилизатором.

Целесообразно, чтобы керноприемная труба была выполнена из стекловолокна или стеклопластика или алюминиевого сплава в виде, по крайней мере, одной секции, имеющей по концам металлические окончания из стали, одно из которых выполнено с внутренней резьбой, а другое - с наружной резьбой, соответственно, для обеспечения возможности образования ниппельного резьбового соединения или из двух секций, имеющих аналогичные по концам металлические окончания, причем резьбы металлических окончаний - трапецеидальные.

В конкретном примере клапанный узел выполнен в виде седла, размещенного во вращающейся части регулируемого узла подвески и предназначенного для взаимодействия с бросовым шаровым обратным клапаном или бросовым клапаном-эжектором, и имеет каналы в ней выше седла для направления промывочной жидкости в пространство между керноприемной трубой и наружным корпусом.

Предложение поясняется графическими изображениями, на которых на фиг.1, 2 показаны нижняя и верхняя части керноприемного устройства (продольный разрез совмещен с видом спереди), соответственно; на фиг.3 показан укрупненно узел подшипника качения в исходном положении; на фиг.4 - то же в рабочем положении (керн поступает в керноприемную трубу).

Керноприемное устройство содержит наружный корпус 1 с верхним и нижним переводниками 2,3, соответственно. В наружном корпусе 1 установлена на регулируемом узле подвески, включающем вращающуюся и невращающуюся части, керноприемная труба 4 с керноудерживающим средством 5. Регулировочный полый винт 6 связан с вращающейся частью регулируемого узла подвески и резьбовым

соединением, имеющим фиксатор 7, - с верхним переводником 2. Вращающаяся часть регулируемого узла подвески охватывает снаружи осевой подшипник 8 качения, имеющий верхнее и нижнее кольца 9, 10, соответственно, и выполнена в виде соединенных между собой резьбовым соединением корпуса 11 регулируемого узла подвески и упора 12, имеющего фиксирующий элемент 13. Невращающаяся часть регулируемого узла подвески выполнена в виде соединенных между собой резьбовым соединением ствола 14 и переходника 15.

Подшипник 8 качения расположен между стволом 14 и переходником 15 таким образом, что корпус 11 и ствол 14 имеют возможность взаимодействия с верхним кольцом 9 осевого подшипника 8 качения, а переходник 15 и упор 12 - с нижним, соответственно.

Регулировочный полый винт 6 регулируемого узла подвески выполнен с возможностью взаимодействия со средством его принудительного вращения (не показано), способным войти с ним в зацепление на период вращения регулировочного полого винта 6 и затем быть демонтированным без отвинчивания верхнего переводника 2. Средство принудительного вращения регулировочного полого винта 6 может представлять собой, например, штроп с откидывающимися принудительно лапами.

Регулировочный полый винт 6 в верхней части имеет продольные прорези, предназначенные для взаимодействия с фиксатором 7 его резьбового соединения с верхним переводником 2. Продольные прорези регулировочного полого винта 6 в верхней часта служат для взаимодействия со средством его принудительного вращения, в частности, с лапами штропа, а сам регулировочный полый винт 6 взаимодействует со средством его принудительного вращения при расфиксированном его резьбовом соединении с верхним переводником 2. Фиксатор 7 резьбового соединения регулировочного полого винта 6 с верхним переводником 2, в этом случае, выполнен в виде резьбового элемента, установленного с уплотнением в верхнем переводнике 2.

В корпусе 11 регулируемого узла подвески фиксирующий элемент 13 упора 12 регулируемого узла подвески выполнен в виде винта, установленного с возможностью взаимодействия с продольными пазами 16, выполненными на наружной поверхности упора 12, который имеет отверстия 17, предназначенные для взаимодействия со средством его принудительного вращения (не показано). В качестве средства принудительного вращения упора 12 может быть использован специальный (серповидный накидной) ключ.

Переходник 15 имеет внутренний кольцевой выступ 18, с которым контактирует торец 19 ствола 14. В положении контакта обеспечиваются гарантированные зазоры А, Б между осевым подшипником 8 качения, переходником 15 и стволом 14 в исходном и рабочем положениях устройства.

Керноприемное устройство снабжено безопасным переводником 20 и взаимозаменяемыми стабилизаторами 21, выполненными спирально-лопастными. Безопасный переводник представляет собой двухмуфтовый резьбовой переводник со специальной резьбой для соединения с наружным корпусом 1, либо со стабилизатором 21 и стандартной резьбой для соединения с верхним переводником 2. В аварийной ситуации безопасный переводник 20 позволяет отсоединить от наружного корпуса 1 верхний переводник 2 вместе с керноприемной трубой и вынести ее на поверхность из скважины.

Керноприемная труба 4 выполнена из стекловолокна или стеклопластика или алюминиевого сплава и представляет собой, по крайней мере, одну секцию, имеющую по концам металлические окончания из стали, одно из которых выполнено с внутренней резьбой, а другое - с наружной резьбой, соответственно, для обеспечения возможности образования ниппельного резьбового соединения, причем резьбы металлических окончаний - трапецеидальные. В предпочтительном варианте керноприемная труба 4 имеет, по крайней мере, две секции, имеющие аналогичные по концам металлические окончания.

Клапанный узел выполнен в виде размещенных во вращающейся части регулируемого узла подвески седла 22, предназначенного для взаимодействия с бросовым шаровым обратным клапаном 23 или бросовым клапаном-эжектором (не показан), и выше седла - каналов 24 для направления промывочной жидкости в пространство между керноприемной трубой 4 и наружным корпусом 1.

Керноприемное устройство работает следующим образом. Перед спуском в скважину осуществляется сборка устройства. Для этого сначала соединяют секции керноприемной трубы 4, снабжают ее регулируемым узлом подвески, верхним переводником 2, керноудерживающим средством 5. Осуществляют регулировку гарантированных зазоров А, Б узла осевого подшипника 8 качения. После чего сборку переводят в вертикальное положение и опускают в предварительно оснащенный нижним и безопасным переводниками 3, 20, стабилизаторами 21, бурильной головкой (не показана), и размещенный по оси скважины на удерживающем средстве (например, на вилке) наружный корпус 1. Производят соединение верхнего переводника 2 с наружным корпусом 1 через безопасный переводник 20. После чего, если необходимо,

перехватом за верхний переводник 2 приспускают устройство в сборе, снова закрепляют на устье удерживающим средством, производят расфиксацию регулировочного полого винта 6. Водят штроп с откидывающимися принудительно лапами в зацепление с регулировочным полым винтом 6 и осуществляют его проворот на небходи-моую величину, устанавливая тем самым требуемую величину зазора между бурильной головкой и керноудерживающим средством 5. Затем демонтируют штроп и осуществляют фиксацию резьбового соединения регулировочного полого винта 6 с вращающейся частью регулируемого узла подвески, присоединяют бурильные трубы и осуществляют спуск устройства на забой скважины. Перекрывают седло 22 бросовым шаровым обратным клапаном 23 и осуществляют отбор керна. При последующих рейсах регулировка величины зазора между бурильной головкой и керноудерживающим средством 5 может быть осуществлена без отвинчивания верхнего переводника 2 описанным выше способом. По мере возникновения люфта в узле осевого подшипника 8 осуществляют регулировку гарантированных зазоров. Для этого вывинчивают фиксирующий элемент 13 из упора 12 регулируемого узла подвески, средством принудительного вращения - ключом проворачивают упор 12 на необходимую величину, вновь устанавливают фиксирующий элемент 13 и осуществляют как описано выше операции, выполняемые перед спуском устройства в скважину.

Предложение нашло воплощение в разработанном керноприемном устройстве UCS - 7×4" ART, предназначенном для эффективного отбора керна диаметром 4" (101,6 мм) согласно международным стандартам в скважинах диаметром 190,5-215,9 мм. Верхний переводник имеет резьбу 3-133 для соединения с бурильной колонной, наружный корпус переводники и стабилизаторы имеют резьбу 3-161 ГОСТ Р 50864-96.

Благодаря увеличенному проходному сечению между наружным корпусом и керноприемной трубой в разработанном керноприемном устройстве появилась возможность использования при отборе керна промывочные жидкости с плотностью до 2 г/см³ .

Наличие трапецеидальной резьбы у нижнего переводника позволяет использовать большую гамму типо конструкций бурильных головок, как отечественного, так и зарубежного производства, при этом переход на трапецеидальные резьбы существенно сокращает затраты времени на сборку-разборку керноприемного устройства.

1. Керноприемное устройство, содержащее наружный корпус с верхним и нижним переводниками, установленную в наружном корпусе на регулируемом узле подвески, включающем вращающуюся и невращающуюся части, керноприемную трубу с керноудерживающим средством, регулировочный полый винт, связанный с вращающейся частью регулируемого узла подвески и резьбовым соединением, имеющим фиксатор, с верхним переводником, подшипник качения, охваченный снаружи вращающейся частью регулируемого узла подвески, и клапанный узел, отличающееся тем, что невращающаяся часть регулируемого узла подвески выполнена в виде соединенных между собой резьбовым соединением ствола и переходника, подшипник качения выполнен осевым и расположен между стволом и переходником, вращающаяся часть регулируемого узла подвески, охватывающая снаружи осевой подшипник качения, выполнена в виде соединенных между собой резьбовым соединением корпуса регулируемого узла подвески и упора, имеющего фиксирующий элемент, при этом корпус и ствол выполнены с возможностью взаимодействия с верхним кольцом осевого подшипника качения, а переходник и упор - с нижним соответственно.

2. Керноприемное устройство по п.1, отличающееся тем, что регулировочный полый винт регулируемого узла подвески выполнен с возможностью взаимодействия со средством его принудительного вращения, способным войти с ним в зацепление на период вращения регулировочного полого винта и затем быть демонтированным без отвинчивания верхнего переводника.

3. Керноприемное устройство по п.2, отличающееся тем, что регулировочный полый винт в верхней части имеет продольные прорези, предназначенные для взаимодействия с фиксатором его резьбового соединения с верхним переводником.

4. Керноприемное устройство по п.3, отличающееся тем, что продольные прорези регулировочного полого винта в верхней части служат для взаимодействия со средством его принудительного вращения.

5. Керноприемное устройство по п.4, отличающееся тем, что регулировочный полый винт выполнен с возможностью взаимодействия со средством его принудительного вращения при расфиксированном его резьбовом соединении с верхним переводником.

6. Керноприемное устройство по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что фиксатор резьбового соединения регулировочного полого винта с верхним переводником выполнен в виде резьбового элемента, установленного с уплотнением в верхнем переводнике.

7. Керноприемное устройство по п.1, отличающееся тем, что фиксирующий элемент упора регулируемого узла подвески выполнен в виде винта, установленного в корпусе регулируемого узла подвески с возможностью взаимодействия с продольными пазами, выполненными на наружной поверхности упора.

8. Керноприемное устройство по п.1, отличающееся тем, что упор имеет отверстия для взаимодействия со средством его принудительного вращения.

9. Керноприемное устройство по п.1, отличающееся тем, что переходник имеет внутренний кольцевой выступ, с которым контактирует торец ствола для обеспечения гарантированных зазоров между осевым подшипником качения, переходником и стволом в исходном и рабочем положениях.

10. Керноприемное устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено взаимозаменяемыми стабилизаторами.

11. Керноприемное устройство по п.10, отличающееся тем, что взаимозаменяемые стабилизаторы выполнены спирально-лопастными.

12. Керноприемное устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено безопасным переводником.

13. Керноприемное устройство по п.12, отличающееся тем, что безопасный переводник установлен между верхним переводником и наружным корпусом или верхним стабилизатором.

14. Керноприемное устройство по п.1, отличающееся тем, что керноприемная труба выполнена из стекловолокна, или стеклопластика, или алюминиевого сплава.

15. Керноприемное устройство по п.14, отличающееся тем, что керноприемная труба состоит, по крайней мере, из одной секции, имеющей по концам металлические окончания из стали, одно из которых выполнено с внутренней резьбой, а другое - с наружной резьбой соответственно, для обеспечения возможности образования ниппельного резьбового соединения.

16. Керноприемное устройство по п.15, отличающееся тем, что керноприемная труба состоит из двух секций.

17. Керноприемное устройство по п.15 или 16, отличающееся тем, что резьбы металлических окончаний - трапецеидальные.

18. Керноприемное устройство по п.1, отличающееся тем, что клапанный узел выполнен в виде седла, размещенного во вращающейся части регулируемого узла подвески и предназначенного для взаимодействия с бросовым шаровым обратным клапаном или бросовым клапаном-эжектором и имеет в ней каналы выше седла для направления промывочной жидкости в пространство между керноприемной трубой и наружным корпусом.