Керноотборный снаряд

 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для бурения скважин с отбором керна. Цель - повышение надежности отбора керна. Снаряд содержит корпус 1 с породоразрушающим инструментом 2 и дросселирующим элементом в нагнетательном канале 3. Внутри корпуса 1 размещена керноприемная труба 5 с возможностью осевого перемещения. С дросселирующим элементом корпуса при осевом перемещении трубы 5 взаимодействует сигнализатор заклинки керна в виде закрепленной на трубе 5 втулки 8. Последняя имеет продольную выемку 10 на наружной поверхности. Дросселирующий элемент выполнен в виде группы отверстий 4 в стенке корпуса 1, расположенных в интервале осевого перемещения втулки 8. Последняя установлена с возможностью изменения при вращении открытого сечения отверстий 4. За каждый поворот втулки 8 относительно корпуса 1 в напорной части циркуляционной системы будут отмечены три пары импульсов. При этом в каждой паре один импульс будет иметь меньшую, а другой большую амплитуду. Рост амплитуд импульсов по мере подъема трубы 5 со втулкой 8 будет происходить до момента полного нахождения входной части отверстий 4 в пределах выемки во втулке 8. Периодически повторяющиеся импульсы давления являются сигналом о наступлении заклинивания керна в трубе 5, о необходимости прекращения бурения в данный рейс и подъема бурильного инструмента. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 Е 21 В 75/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) КЕРНООТБОРНЫЙ СНАРЯД

f5

1Ф

Фнг,f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

AO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4344544/23-03 (22) 17.12."7 (46) 30.09.89, Бюл. М 36 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт геологических, геофизических и геохимических информационных систем (72) О.Ю.Бергштейн, M.А,Великосельский, И.И.Ворожбитов и Е.А.Иванов (53) 622.243,64 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 636372, кл. E 21 В 25/00, 1972. . Авторское свидетельство СССР Г 742576, кл. Е 21 В 25/02, 1986, „„Я0„„1511372 А1 (57) Изобретение относится к горному делу и предназначено для бурения .. скважин с отбором керна. Цель изобретения - повышение надежности отбора керна. Снаряд содержит корпус 1 с породоразрушающим инструментом 2 и дросселирующим элементом в нагнетательном канале 3. Внутри корпуса 1 размещена керноприемная труба 5 с возможностью осевого перемещения. С дросселирующим элементом корпуса при осевом перемещении трубы 5 взаимодействует сигнализатор заклинки керна —.1 51 в виде закрепленной на трубе 5 втулки 8. Последняя имеет продольную выемку 10 на наружной поверхности.

Дросселирующий элемент выполнен в виде группы отверстий 4 в стенке корпуса 1, расположенных в интервале осевого перемещения втулки 8. Последняя установлена с возможностью изме" нения при вращении открытого сечения отверстий 4. За каждый поворот втулки

8 относительно корпуса 1 в напорной части циркуляционной системы будут отмечены три пары импульсов. При

1372

4 этом в каждой паре один импульс будет иметь меньшую, а другой большую амплитуду. Рост амплитуд импульсов по мере подъема трубы 5 с втулкой 8 будет происходить до момента нахождения входной части отверстий 4 в пределах выемки во втулке 8. Периодически повторяющиеся импульсы давления являются сигналом о наступлении заклинивания керна в трубе 5, о необходимости прекращения бурения в данный рейс и подъема бурильного инструмента. 8 ил.

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для бу- 20 рения скважин с отбором керна..

Целью изобретения является повышение надежности отбора керна.

На фиг. 1 представлен керноотборный снаряд в состоянии, когда сигнализатор заклинки керна находится в исходном положении; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1, проходящее через отверстия в стенке корпуса снаряда; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг, 1, проходящее через выемку во втулке; на фиг. 4 - втулка, общий вид; на фиг. 5. - варианты положения ребер втулки относительно вертикальной плоскости; на фиг. 6 - керноотборный снаряд в момент заклинивания керна

) в керноприемной трубе и срабатывания

1 сигнализатора заклинки керна, когда втулка перекрывает отверстия в стенке корпуса, общий вид; на фиг. 7 - 40 сечение В"В на фиг. 6, проходящее через отверстия в стенке корпуса, причем два отверстия находятся против выреза, а одно отверстие перекрыто; на фиг. 8 - сечение В-В на фиг. 6,4 проходящее через отверстия в стенке корпуса, причем одно отверстие находится против выемки, а два отверстия перекрыты, Керноотборный снаряд содержит корпус 1 с породоразрушающим инструментом 2 и дросселирующим элементом в нагнетательном канале 3, Дросселирующий элемент выполнен в виде группы отверстий 4 в стенке. Внутри корпуса концентрично с ним размещена керноприемная труба 5 с кернорвателем 6.

Керноприемная труба 5 размещена с упором в породоразрушающий инструмент

2 и с возможностью осевого перемещения снизу вверх, B нижней части керноприемной трубы 5 расположена и зафиксирована на ней от смещения в продольном направлении опорная шайба 7, причем между шайбой и внутренней поверхностью корпуса имеется небольшой зазор, доста1очный для обеспечения свободного перемещения опорной шайбы внутри корпуса. На керноприемной трубе 5 закреплена втулка 8, установленная с возможностью взаимодействия с дросселирующим элементом (отверстиями 4) при осевом перемещении керноприемной трубы. Крепление втулки 8 на трубе 5 выполнено подвижным в плоскости вращения за счет опоры на шайбу 7 через осевой подшипник 9, Втулка 8 имеет продольную выемку 10 на наружной поверхности, размеры сечения которой обеспечивают при вращении периодическое изменение открытого сечения отверстий 4, расположенных в интервале осевого пере" мещения втулки, Для увеличения разности частот относительного вращения втулки и корпуса втулка может быть конструктивно развита в сложную по форме поверхность, например, в виде дополнительных ребер 11 (фиг. 4), выступающих за пределы верхнего торца втулки 8.

При этом положение ребер 11 в пространстве может быть таким, что при взаимодействии их поверхности с потоком бурового агента возникающий на втулке 8 дополнительный вращающий момент может обеспечить втулке 8 как более высокую, так и более низкую частоту вращения„ чем частота вращения корпуса 1 с отверстиями

1511

Втулка Я,представленная на фиг, 4, имеет ребра 11, создающие либо дополнительный тормозящий момент вращения при выполнении с наклонным положением (Фиг ° 5, б), либо дополнительный ак5 тивный вращающий момент (фиг. 5, в) .

И в том и в другом случаях достигается обеспечение разности частот spaщения корпуса 1 и втулки 8, На верхней части керноприемной трубы 5 неподвижно закреплен центрирующий фланец 12, имеющий сквозные отверстия.

На фланец 12 опирается упорная втулка

13, выполняющая функцию ограничителя хода керноприемной трубы 5 снизу вверх. Упорная втулка 13 свободно вставлена внутрь корпуса 1. С корпусом 1 соединен верхний переводник !

4, имеющий канал 15, через который буровой агент поступает в нагнетательный канал 3 и далее в канал 16, через который буровой агент выходит из керноприемной трубы 5 в затрубное пространство, Верхний конец керноприемной трубы 5 введен в полость 7 переводника t4 с возможностью осевого перемещения в полости 17, гидравлически сообщающейся с каналом 16, В верхнем конце керноприемной трубы 4 закреплена втулка 18, являющаяся ограничителем продвижения керна в полости керноприемной трубы 5. Конец упорной втулки 13 находится в полости

19 переводника 14.

Керноотборный снаряд работает следующим образом.

После пуска керноотборного снаряда на забой включают циркуляцию бурового агента, вращают керноотборный

40 снаряд, создают нагрузку на инструмент 2 и приступают к бурению с отбором керна, При этом вовнутрь снаряда через канал 15 переводника поступает буровой агент, который проходит через 4 отверстия во фланце 12 по каналу 3 и выходит через отверстия 4 в пространство между стенками скважины и корпусом 1. После выхода бурового агента из отверстий 4 происходит разделение потока агента в двух направлениях: вверх по затрубному пространству и вниз. Часть потока, поступающая вниз, омывает забой, подхватывает частицы выбуренной породы и выбури- ваемый керн и поступает вовнутрь керноприемной трубы 5, Столбики и обломки керна подхватываются потоком

372

5 циркулирующего снизу вверх бурового агента и постепенно заполняют внутреннюю полость керноприемной трубы

5, а буровой агент проходит через полость 17 переводника 14 и через канал 16 поступает в пространство между стенкой скважины и корпусом 1.

При вращении корпуса 1 одновременно вращается и керноприемная труба 5.

Втулка 8 вследствие контакта с керноприемной трубой 5 и трения в подшипнике 9 также начинает вращаться.

Однако вследствие отсутствия жесткой связи между втулкой 8 и трубой 5, инерционности массы втулки 8, а также тормозящего действия поверхности выемки 1О и дополнительного действия ребер 11, втулка 8 вращается с частотой, несколько отличающейся от частоты вращения керноприемной трубы 4 корпуса 2 керноотборного снаряда.

В описанной фазе работы керноотборного снаряда поверхность втулки 8, которая при вращении, находясь в верхнем положении, может перекрывать отверстия 4, находится ниже отверстий 4, и буровой агент свободно проходит наружу через отверстия 4, создавая при этом некоторый постоянный по величине перепад давления s зоне отверстий„ При этом на поверхности фиксируется нeêoòoðàÿ постоянная величина давления в напорной части циркуляционной системы (давление на стояке).

В какой-то момент бурения из-за трещиноватости, сколов и дробления породы керн, поступивший в керноприемную трубу 5, может заклиниться в ней. Начиная с момента заклинивания, керн в керноприемную трубу 5 поступить уже не может, так как осевого усилия, поступающего снизу столба керна, недостаточно для преодоления сил сопротивления осевому перемещению расклиненного в керноприемной трубе 5 керна, При подаче керноотборного снаряда под нагрузкой продолжается обуривание керна. Вновь образуемый столбик керна упирается по оси в вышерасположенный столб керна, находящийся в керноприемной трубе, нагрузка по оси снизу вверх передается до заклиненного керна и через него керноприемной трубе 5. Керноприемная труба 5, преодолевая усилие от собственного веса, перемещается снизу вверх (расположение конструк1 511372

50 тивных элементов кернообдорного снаряда в этот момент представлено на ,фиг. 6), Вместе с керноприемной тру,бой 5 перемещается вверх опорная шайба 7, подшипник 9, втулка 8 и упорная втулка 13.

После того, как выемка 10 во втулке 8 окажется против отверстий 4, ! при вращении втулки 8 ее поверхность будет последовательно и циклически перекрывать разное количество отверстий 4. Вследствие этого величина перепада давления на отверстиях 4 при ,прокачивании бурового агента через, снаряд будет циклически изменяться, соответственно будет изменяться и давление в напорной части циркуляци" онной системы. Так, в представленном на фиг. 6 исполнении керноотборного, снаряда при наличии трех отверстий ,4 в корпусе 1 (через 120 ) в выемке в 180 окружности втулки 8, при вращении втулки 8 относительно корпуса

1, как показано на фиг. 7 и 8, выемка 10 во втулке последовательно будет совпадать с одним отверстием (фиг, 8), затем с двумя (фиг. 7), затем цикл будет повторяться и за каждый оборот втулки 8 на 360 относительно корпуса 1 в напорной части циркуляционной системы на поверхности будут отмечены на показывающих приборах (манометрах) и на диаграммах пишущих приборов три пары импульсов роста давления, причем в каждой паре один импульс будет иметь меньшую, а другой большую амплитуду, Рост амплитуд импульсов по мере подъема керноприемной трубы 5 с втулкой 8 будет происходит до момента полного нахождения входной части отверстий 4 в пределах выемки во втулке, Для предотвращения полного перекрытия отверстий 4 нижней частью корпуса втулки 8, где отсутствует выемка, и, как следствие, резкого значительного повышения давления в системе нагнетания предназначена упорная втулка 13, служащая ограничителем хода вверх всей внутренней керноприемной трубы

5. Длина хода определяется расстоянием от верхнего торца втулки 13 до поверхности переводника 14, после упора в которую прекращается перемещение керноприемной трубы 5 вверх.

Периодически. повторяющиеся импульсы давления и будут являться сигналом о наступлении заклинивания керна в керноприемной трубе 5, о необходимости прекращения бурения в данный рейс и подъема бурильного инструмента, Абсолютная величина импульсов зависит от производительности буровог-o насоса, площади сечения отверстий

4, формы рабочей части втулки 8, взаимодействующей с отверстиями 4 °

При неизменной подаче бурового агента буровыми насосами, числе отверстий и форме втулки 8 величина амплитуды импульсов давления сигнала может быть регулирована изменением начальной площади отверстий 3 при изготовлении или сборке керноотборноpro снаряда, В частном случае диаметр цилиндрических отверстий 3 может быть изменен применением сменных насадок различного диаметра, вставляемых в отверстия

Формул а и з о б р е т е н и я

Керноотборный снаряд, содержащий корпус с породоразрушающим инструментом и дросселирующим элементом в нагнетательном канале, размещенную внутри корпуса керноприемную трубу, установленную с возможностью осевого перемещения, и сигнализатор за клинки керна в виде закрепленной на керно риемной трубе втулки, установленной с возможностью взаимодействия с дросселирующим элементом корпуса при осевом перемещении керноприемной трубы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности отбора керна, крепление втулки на керноприемной трубе выполнено подвижным в плоскости вращения, втулка имеет про-. дольную выемку на наружной поверхности, а дросселирующий элемент выполнен в виде группы отверстий в стенке корпуса, расположенных в интервале осевого перемещения втулки, установленной с возможностью периодического изменения при вращении открытого сечения отверстий в стенке корпуса.

1511372

1511372

8-В

Составитель В,Акслер .Техред N.Äèäûê Корректор М.Самборская

Редактор А.Лежнина

Заказ 5873/33 Тираж 514 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 8-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул: Гагарина, 101