Двойной колонковый снаряд
Двойной колонковый снаряд относится к горному делу, в частности к средствам для бурения скважин с отбором керна. Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности и надежности двойного колонкового снаряда. Двойной колонковый снаряд содержит наружную колонковую трубу с породоразрушающим инструментом, внутреннюю керноприемную трубу с кернозахватным элементом в виде деформируемого шлипса, гидравлический затвор, корпус которого закреплен в наружной колонковой трубе, а золотник снизу соединен с внутренней керноприемной трубой, сверху посредством штока - с приводным поршнем, имеющим гнездо под сбрасываемый клапан. Для удержания внутреннего подвижного устройства снаряда в исходном подвешенном положении при спуске в скважину и в процессе бурения до осуществления операции принудительного захвата керна применено устройство, выполненное в виде срезного элемента, установленного на штоке и опирающегося на корпус гидрозатвора. 1 н.п. ф-лы, 1 илл.
Предлагаемая полезная модель «Двойной колонковый снаряд» относится к горному делу, в частности к средствам для бурения скважин с отбором керна.
Известно, что при бурении скважин в сложных по получению керна геологических условиях надежный срыв и удержание керна разрушенных, несвязных горных пород могут обеспечить лишь двойные колонковые снаряды с принудительным захватом керна, оснащенные эффективными кернозахватными элементами и надежными механизмами для их принудительного срабатывания и фиксирования в состоянии захвата.
Под кернозахватным элементом (КЗЭ) понимается «рабочий орган кернозахватного устройства (КЗУ), непосредственно взаимодействующий с керном с целью его отделения (отрыва) от забоя, захвата и удержания при подъеме бурового снаряда из скважины» (см. Н.Г.Егоров Бурение скважин в сложных геологических условиях. - Тула: ИПП «Гриф и К», 2006, с.206; Н.Г.Егоров. Колонковые снаряды с кернозахватными устройствами. М., 1997, Обзор «Техн., технол. и организация геол. - развед. работ», АОЗТ «Геоинформмарк», с.9, 10).
Под кернозахватным устройством (КЗУ) понимается «механизм, состоящий из кернозахватного элемента (элементов) и приспособления для привода их в действие с целью отрыва от забоя, захвата и удержания керна» (см. там же).
Известен двойной колонковый снаряд по а.с. 1411431, МКИ Е21В 25/00, содержащий наружную колонковую трубу с породоразрушающим инструментом, внутреннюю керноприемную трубу с кернозахватным элементом в виде деформируемого шлипса, гидравлический затвор, корпус которого закреплен в наружной трубе, а золотник снизу соединен с внутренней керноприемной трубой, сверху посредством штока - с приводным поршнем, имеющим гнездо под сбрасываемый клапан.
Известный двойной колонковый снаряд и его модификация (полезная модель №10770) хорошо зарекомендовал и себя за многие годы использования в разных условиях при бурении скважин с применением в качестве очистного агента промывочной жидкости. В этом снаряде принудительный захват керна производится при подаче на приводной поршень усилия от повышенного давления промывочной жидкости, возникающего после перекрытия сбрасываемым клапаном проходного отверстия в поршне.
В известном двойном колонковом снаряде внутреннее подвижное устройство, включающее внутреннюю керноприемную трубу со скрепленным с ним кернозахватным элементом и связанные с ней золотник, шток и поршень, в исходном подвешенном состоянии при спуске снаряда в скважину и в процессе бурения до осуществлении операции принудительного захвата керна опирается на пружину, установленную на штоке между корпусом гидрозатвора и поршнем.
Недостатком этого двойного колонкового снаряда является возможность возврата вверх, в исходное положение внутреннего подвижного устройства вместе с жестко связанным с ним кернозахватным элементом после проведения операции принудительного захвата керна за счет возвратной реакции пружины. Во избежание этого явления в известном
двойном колонковом снаряде по а.с. 1411431 и в его модификациях по полезным моделям №10770 и по положительному решению ФИПС от 29.04.2008 г. по заявке №2008108463/22(009154) от 04.03.2008 г. применены разного типа фиксирующие устройства для закрепления кернозахватного элемента в состоянии захвата керна, что ведет к усложнению конструкции.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности и надежности двойного колонкового снаряда с принудительным захватом керна.
Для решения поставленной задачи в двойном колонковом снаряде, содержащем наружную колонковую трубу с породоразрушающим инструментом, внутреннюю керноприемную трубу с кернозахватным элементом в виде деформируемого шлипса, гидравлический затвор, корпус которого закреплен в наружной трубе, а золотник снизу соединен с внутренней керноприемной трубой, сверху посредством штока - с приводным поршнем, имеющим гнездо под сбрасываемый клапан, для удержания внутреннего подвижного устройства в исходном подвешенном состоянии при спуске в скважину и в процессе бурения вместо пружины применено приспособление в виде срезного элемента, установленного на штоке и опирающегося на корпус гидрозатвора.
Благодаря тому, что в двойном колонковом снаряде вместо пружины применено устройство в виде срезного элемента, установленного на штоке, после осуществления операции по принудительному захвату керна исключаются усилия, направленные вверх, на подъем кернозахватного элемента из состояния захвата, которые в прототипе возникали за счет возвратного действия пружины. Более того, теперь действуют усилия, направленные вниз (от собственного веса внутреннего подвижного устройства, керна и столба жидкости, заполняющей бурильные трубы над сбросовым клапаном), способствующие удержанию кернозахватного элемента в состоянии захвата. В связи с этим отпадает необходимость иметь дополнительные фиксирующие устройства, что позволяет упростить конструкцию и повысить ее эффективность.
Предлагаемый двойной колонковый снаряд (фиг.1) состоит из наружной колонковой трубы 1 с породоразрушающим инструментом, например, в виде наружной (2) и внутренней (3) коронок, установленных на подкороннике 4, внутренней керноприемной трубы 5 с кернозахватным элементом в виде деформируемого шлипса 6, гидравлического затвора, корпус 7 которого закреплен в наружной трубе 1, а золотник 8 снизу соединен с керноприемной трубой 5, сверху посредством штока 9 - с приводным поршнем 10, имеющим гнездо
под сбрасываемый клапан 11. Приводной поршень 10 размещен во внутренней полости переводника 12, который в верхней части имеет резьбу для соединения с бурильными трубами 13. Шток 9 снизу соединен с золотником 8 гидрозатвора посредством оригинального шарнирного соединения со сферической головкой, а сверху - с приводным поршнем с помощью оси 14. В нижней части золотника 8 на пути восходящего потока промывочной жидкости установлен фильтр 15, предотвращающий вынос керношламового материала из внутренней керноприемной трубы.
При спуске в скважину и в процессе бурения внутреннее подвижное устройство подвешено на срезном элементе 16, установленном на штоке 9 и опирающемся на корпус 7 гидрозатвора.
Двойной колонковый снаряд работает следующим образом.
В процессе бурения промывочная жидкость, подаваемая от поверхностного бурового насоса (не показан), по колонне бурильных труб 13 поступает через каналы в поршне 10 и корпусе 7 гидрозатвора в кольцевой зазор между наружной трубой 1 и внутренней керноприемной трубой 5 и далее через каналы в подкороннике 4 в зазор между коронками 2 и 3. В призабойной части поток раздваивается: часть жидкости поднимается по кольцевому зазору между наружной трубой 1 и стенками скважины, где дальнейшее ее продвижение частично ограничивается утолщением на нижней части корпуса гидрозатвора, в связи с чем большая часть промывочной жидкости направляется внутрь керноприемной трубы 5, создавая внутренний восходящий поток, выходящий в затрубное пространство через радиальные каналы в золотнике 8 и корпусе 7 гидрозатвора выше кольцевого утолщения.
По окончании бурения внутрь бурильных труб сбрасывается клапан, например, в виде шарика 11, который садится в гнездо поршня 10, перекрывая канал в нем для прохождения промывочной жидкости к забою. Включается буровой насос, над приводным поршнем создается повышенное давление, от усилия которого срезается срезной элемент 16, после чего под действием этого усилия кернозахватный элемент принудительно внедряется в зазор между керном и внутренней конусной проточкой в корпусе подкоронника. При этом керн любого агрегатного состояния захватывается деформируемым шлипсом. После отключения бурового насоса и снятия давления в магистрали кернозахватный элемент в состоянии захвата керна остается в крайнем нижнем положении. Кроме возникающих при захвате мощных сил трения, удержанию деформируемого шлипса в состоянии захвата
способствуют собственный вес внутреннего подвижного устройства, керна и столба жидкости, заполняющей бурильные трубы над сбрасываемым клапаном.
При следующем спуске снаряда в скважину устанавливается новый срезной элемент.
Двойной колонковый снаряд, содержащий наружную колонковую трубу с породоразрушающим инструментом, внутреннюю керноприемную трубу с кернозахватным элементом в виде деформируемого шлипса, гидравлический затвор, корпус которого закреплен в наружной трубе, а золотник снизу соединен с внутренней керноприемной трубой, сверху посредством штока - с приводным поршнем, имеющим гнездо под сбрасываемый клапан, отличающийся тем, что приспособление для удержания внутреннего подвижного устройства снаряда в исходном подвешенном положении при спуске в скважину и в процессе бурения до осуществления операции принудительного захвата керна выполнено в виде срезного элемента, установленного на штоке.
