Патент на изобретение №2315851

(54) КЕРНООТБОРНЫЙ СНАРЯД

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройствам для отбора и доставки на поверхность керна при бурении нефтяных и газовых скважин. Устройство содержит корпус из, по меньшей мере, двух трубчатых модулей, каждый из которых соединен резьбами с центраторами, а число центраторов на единицу больше числа трубчатых модулей, верхний переводник, нижний переводник для соединения с бурильной головкой, расположенный внутри корпуса керноприемник, выполненный, по меньшей мере, из двух трубчатых секций, каждая из которых соединена резьбами с керноприемными муфтами. Керноприемник содержит в верхней части регулируемую подвеску, выполненную в виде полого резьбового трубчатого элемента, седло клапана и шар, а в нижней части – устройство отделения керна от забоя, включающее цанговый и рычажковый кернорватели, размещенные в гильзе, соединенной с нижней частью керноприемника. Устройство снабжено опорой вращения в верхней части керноприемника, герметично изолированной от полостей трубчатых секций керноприемника и корпуса и выполненной с упругим осевым демпфером. Верхний переводник выполнен с возможностью соединения с колонной бурильных труб или со шпинделем многозаходного винтового героторного двигателя. Седло клапана и шар размещены между регулируемой подвеской и опорой вращения. Регулируемая подвеска, опора вращения и устройство отделения керна от забоя выполнены в виде соединенных между собой сборочных модулей. Повышается технологичность, надежность и ресурс. Повышается коэффициент отбора керна с сохранением его свойств. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для отбора и доставки на поверхность керна при бурении нефтяных и газовых скважин многозаходными винтовыми героторными гидравлическими двигателями или роторным способом.

Известен керноотборный снаряд, содержащий корпус с верхним переводником для соединения с колонной труб, буровую коронку с расточкой, узел отделения керна от забоя, выполненный в виде кернорвателя, установленного в нижней части снаряда, кожух в виде трубы, размещенный в корпусе, стакан на нижнем торце трубы кожуха, установленный в расточке буровой коронки, верхний узел герметизации кожуха, выполненный в виде крышки, установленной в верхнем торце кожуха, нижний узел герметизации кожуха, выполненный в виде разрушаемой диафрагмы, перекрывающей центральное отверстие стакана, керноприемник, выполненный в виде трубы и размещенный в кожухе на опоре вращения, и изолирующую жидкость в полостях кожуха и керноприемника (RU 2049220 С1, 1995.11.27).

Известный керноотборный снаряд снабжен узлом поджатия кожуха, выполненным в виде резьбовой пары подвижный винт – неподвижная гайка, и регистраторами захода керна, выполненными в виде резьбовых пробок с жестко присоединенными лепестками, равномерно установленными в стенке трубы керноприемника вдоль его образующей, опора вращения керноприемника соединена с его верхней частью и крышкой кожуха, разъемные соединения крышки с верхним торцом кожуха и стакана с расточкой коронки выполнены в виде цилиндрических поверхностей с зазором друг относительно друга, кернорватель установлен в нижней части керноприемника, неподвижная гайка резьбовой пары узла поджатия кожуха выполнена в верхнем переводнике, подвижный винт резьбовой пары связан с крышкой разъемным соединением, лепестки регистраторов захода керна выполнены в виде проволоки из пластичного металла, расположены в диаметральной плоскости и направлены по радиусу к продольной оси трубы керноприемника, а также использована жидкость на неводной основе с антифрикционными свойствами и плотностью меньшей плотности бурового раствора.

Недостатком известной конструкции является ее сложность и неполная возможность повышения диаметра выбуриваемого керна, увеличения прочности колонны керна на изгиб и кручение, что объясняется наличием кожуха – дополнительной трубы, размещенной в зазоре между корпусом и керноприемником.

Например, прочность колонны керна на изгиб и кручение пропорциональна кубу ее диаметра, поэтому уменьшение диаметра керна за счет кожуха приводит к снижению прочностных характеристик выбуриваемой колонны керна, способствует ее разрушению в забое и при извлечении из керноприемной трубы уменьшает коэффициент (процент) керноотбора из скважины.

Другим недостатком известной конструкции является повышение ее стоимости вследствие дополнительных затрат на изготовление кожуха, а также увеличение стоимости работ по сборке и разборке вследствие дополнительных затрат и времени на установку кожуха в корпус при подготовке снаряда к работе и извлечении кожуха из корпуса после подъема снаряда на поверхность.

Другим недостатком известной конструкции являются большие динамические нагрузки на подшипник опоры вращения вследствие жесткого соединения кернорвателя через гильзу отделения керна от забоя с керноприемником, что объясняется тем, что при отделении керна от горного массива путем отрыва снаряда от забоя вся нагрузка от разрыва цилиндрической колонны горной породы в месте ее захвата кернорвателями через керноприемник передается на опору вращения, на которой подвешен керноприемник в кожухе, что уменьшает ее ресурс и надежность.

Известен керноотборный снаряд, содержащий бурильный кожух с центраторами и переводником для соединения с корпусом забойного двигателя, полый корпус, размещенный внутри бурильного кожуха в опорах вращения и соединенный в нижней части с бурильной головкой, а в верхней части снабженный верхним переводником для соединения полого корпуса с ротором забойного двигателя, а также включающий кулачковую муфту для соединения и выключения вращения между ротором забойного двигателя и полым корпусом, керноприемник, расположенный внутри полого корпуса, выполненный в виде секций из труб и содержащий в верхней части опору вращения, а в нижней части содержащий устройство отделения керна от забоя, включающее цанговый и рычажный кернорватели, нижний узел герметизации трубы керноприемника, а также содержащий седло клапана и шар (US 6644424 B1, Nov.11, 2003).

Недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения ее надежности и ресурса, а также диаметра выбуриваемого керна, увеличения прочности колонны керна на изгиб и кручение, что объясняется наличием внешнего бурильного кожуха с центраторами, уменьшающими диаметр керна, а также большими, действующими на опору вращения керноприемника поперечными гидравлическими силами (перекашивающим моментом), изменяющими свое направление одновременно с вращением ротора винтового героторного гидравлического двигателя, показано на фиг.6.

Например, прочность колонны керна на изгиб и кручение пропорциональна кубу ее диаметра, поэтому уменьшение диаметра керна за счет внешнего бурильного кожуха приводит к снижению прочностных характеристик выбуриваемой колонны керна, способствует ее разрушению в забое и при извлечении из керноприемной трубы уменьшает коэффициент (процент) керноотбора из скважины.

Другим недостатком известной конструкции является повышение ее стоимости вследствие дополнительных затрат на изготовление бурильного кожуха, а также увеличение стоимости работ по сборке и разборке вследствие дополнительных затрат и времени на сборку бурильного кожуха с корпусом забойного двигателя при подготовке снаряда к работе и извлечении выбуриваемой колонны керна из керноотборной трубы после подъема снаряда на поверхность.

Известен керноотборный снаряд, содержащий корпус с верхним переводником для соединения с колонной труб, коронку с расточкой, керноприемник, выполненный в виде трубы, заполненной изолирующей жидкостью на неводной основе с антифрикционными свойствами и плотностью меньшей плотности бурового раствора, и снабженный в верхней части опорой вращения и регулируемой подвеской, узел отделения керна от забоя, включающий цанговый и рычажковый кернорватели, подвижно размещенные в гильзе, соединенной с нижней частью трубы керноприемника, стакан, установленный в расточке коронки, нижний узел герметизации, выполненный в виде разрушаемой диафрагмы, перекрывающей центральное отверстие стакана (RU 2252307 С1, 2005.05.20).

В известной конструкции узел отделения керна дополнительно снабжен втулкой, установленной в гильзе между кернорвателями с возможностью перемещения, при этом верхний торец втулки взаимодействует с нижним кольцевым торцом корпуса рычажкового кернорвателя, а нижний торец втулки взаимодействует с верхним кольцевым торцом цангового кернорвателя, стакан соединен с нижней частью гильзы и дополнительно снабжен разрезными пружинными кольцами, установленными в кольцевых канавках, выполненных на наружной поверхности стакана, и взаимодействующими с расточкой коронки, соединение гильзы с трубой керноприемника выполнено байонетным в виде пальца, неподвижно установленного на трубе керноприемника и взаимодействующего с пальцем сквозного фигурного паза, выполненного от торца гильзы в ее стенке и состоящего из вертикальной и горизонтальной частей, пересекающихся под прямым углом, при этом к горизонтальной части паза в виде дуги, расположенной в диаметральной плоскости, примыкает дополнительный вертикальный паз, равновеликий по ширине сквозному фигурному пазу и выполненный по образующей гильзы вверх и вниз от горизонтальной части паза, причем в исходном положении гильза имеет возможность продольного перемещения вдоль трубы керноприемника, палец взаимодействует с верхней частью дополнительного вертикального паза, а с нижней частью дополнительного вертикального паза в исходном положении взаимодействует съемный стопор, установленный в стенке трубы керноприемника.

Недостатком известной конструкции является неполная возможность сокращения времени сборки и разборки, повышения технологичности, надежности и ресурса при работе с бурильной головкой режущего действия (бесшарошечной) и приводом от многозаходного винтового героторного гидравлического двигателя, а также повышения коэффициента отбора керна с сохранением его свойств, состава и строения, увеличения длины колонны керна при работе керноотборного снаряда без пленочной мембраны и без заполнения керноприемной трубы изолирующей жидкостью.

Известная конструкция предназначена для отбора колонны керна при бурении, преимущественно роторным и турбинным способом, а при разрыве диафрагма является основным фактором заклинивания выбуриваемого керна в цанговом кернорвателе, подвижно размещенном в гильзе, соединенной с нижней частью трубы керноприемника, при этом использование изолирующей жидкости на неводной основе с антифрикционными свойствами и плотностью меньшей плотности бурового раствора снижает надежность и ресурс керноотборного снаряда, повышает стоимость бурильных работ.

При этом сборка и разборка гильзы с трубой керноприемника предусматривает ручную установку и закрепление съемного стопора в стенке трубы керноприемника, что повышает опасность работ с машинными ключами, хомутами (спайдерами) и элеватором на буровой.

Другим недостатком известной конструкции является появление осевого люфта в подшипниках от воздействия знакопеременных осевых нагрузок и вибраций при бурении и отрыве колонны керна вследствие того, что тела качения подшипников не имеют упругих осевых демпферов, при этом происходит разрушение подшипников преимущественно вследствие “наклепа”.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является колонковый снаряд, содержащий корпус, выполненный, по меньшей мере, из двух трубчатых модулей, каждый из которых соединен резьбами с центраторами, а число центраторов на единицу больше числа трубчатых модулей корпуса, верхний переводник, нижний переводник для соединения с бурильной головкой, расположенный внутри корпуса керноприемник, выполненный, по меньшей мере, из двух трубчатых секций, каждая из которых соединена резьбами с керноприемными муфтами, при этом керноприемник содержит в верхней части регулируемую подвеску, выполненную в виде полого резьбового трубчатого элемента со сквозными окнами, сообщающими полость бурильных труб с полостью между корпусом и трубчатыми секциями керноприемника, седло клапана и шар, а в нижней части – устройство отделения керна от забоя, включающее цанговый и рычажковый кернорватели, размещенные в гильзе, соединенной с нижней частью керноприемника (Масленников И.К., Матвеев Г.И. Инструмент для бурения скважин. М.: Недра, 1981, с.276-278, Рис.186а – прототип).

Известная конструкция предназначена для отбора колонны керна при бурении преимущественно роторным и турбинным способом плотных (монолитных) пород, не размываемых промывочной жидкостью, не набухающих под ее воздействием, не разрушающихся под действием вибрации керноприемного устройства.

Недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения надежности и ресурса, сокращения времени сборки и разборки при работе с бурильной головкой режущего действия (бесшарошечной) и приводом от многозаходного винтового героторного гидравлического двигателя или при роторном бурении, а также невозможность использования известной конструкции и повышения коэффициента отбора керна с сохранением его свойств, состава и строения в тяжелых условиях, например, для отбора сыпучих, трещиноватых и других трудноизвлекаемых пород, разрушаемых вибрацией керноприемного устройства.

Другим недостатком известной конструкции является невозможность его перенастройки на забое скважины с “невращающегося” режима работы на вращающийся в момент отрыва керна.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности и ресурса, сокращения времени сборки и разборки при работе с бурильной головкой режущего действия (бесшарошечной) и приводом от многозаходного винтового героторного гидравлического двигателя или при роторном бурении, а также в повышении коэффициента отбора керна с сохранением его свойств, состава и строения в тяжелых условиях, например, при отборе сыпучих, трещиноватых и других трудноизвлекаемых пород, разрушаемых вибрацией керноприемного устройства, за счет возможности перенастройки керноотборного снаряда на забое скважины с “невращающегося” режима работы на вращающийся в момент отрыва керна.

Сущность технического решения заключается в том, что в керноотборном снаряде, содержащем корпус, выполненный, по меньшей мере, из двух трубчатых модулей, каждый из которых соединен резьбами с центраторами, а число центраторов на единицу больше числа трубчатых модулей корпуса, верхний переводник, нижний переводник для соединения с бурильной головкой, расположенный внутри корпуса керноприемник, выполненный, по меньшей мере, из двух трубчатых секций, каждая из которых соединена резьбами с керноприемными муфтами, при этом керноприемник содержит в верхней части регулируемую подвеску, выполненную в виде полого резьбового трубчатого элемента со сквозными окнами, сообщающими полость бурильных труб с полостью между корпусом и трубчатыми секциями керноприемника, седло клапана и шар, а в нижней части – устройство отделения керна от забоя, включающее цанговый и рычажковый кернорватели, размещенные в гильзе, соединенной с нижней частью керноприемника, согласно изобретению он снабжен опорой вращения в верхней части керноприемника, герметично изолированной от полостей трубчатых секций керноприемника и корпуса и выполненной с упругим осевым демпфером, верхний переводник выполнен с возможностью соединения с колонной бурильных труб или со шпинделем многозаходного винтового героторного двигателя, седло клапана и шар размещены между регулируемой подвеской и опорой вращения, а регулируемая подвеска, опора вращения и устройство отделения керна от забоя выполнены в виде соединенных между собой сборочных модулей.

Полый резьбовой трубчатый элемент регулируемой подвески выполнен с продольными пазами на его резьбовой части и содержит стопорную втулку, установленную с возможностью перемещения вдоль центральной оси полого резьбового трубчатого элемента в продольных пазах и две резьбовые втулки, установленные со стороны бурильной головки.

Трубчатые модули корпуса, центраторы, трубчатые секции керноприемника и керноприемные муфты выполнены, каждые, между собой идентичными.

Центраторы выполнены со спиралями на наружной поверхности, направление спиралей одинаковое, а вдоль продольной оси центратора длина L каждой спирали и диаметр Д_о окружности, описанной по спиралям, связаны соотношением: L=(1,618…2,618)Д_о.

Каждый центратор в спиралях содержит ряды закрепленных зубков или штифтов из твердого сплава, твердость которого превышает твердость наружной поверхности спиралей.

В полости трубчатых секций керноприемника установлен керноотметчик полноты извлечения керна, выполненный в виде крестообразной в поперечном сечении заглушки.

Выполнение керноотборного снаряда таким образом, что он снабжен опорой вращения в верхней части керноприемника, герметично изолированной от полостей трубчатых секций керноприемника и корпуса и выполненной с упругим осевым демпфером, верхний переводник выполнен с возможностью соединения с колонной бурильных труб или со шпинделем многозаходного винтового героторного двигателя, седло клапана и шар размещены между регулируемой подвеской и опорой вращения, а регулируемая подвеска, опора вращения и устройство отделения керна от забоя выполнены в виде соединенных между собой сборочных модулей обеспечивает повышение надежности и ресурса, сокращения времени сборки и разборки при работе с бурильной головкой режущего действия (бесшарошечной) и приводом от многозаходного винтового героторного гидравлического двигателя или при роторном бурении, а также повышает коэффициент отбора керна с сохранением его свойств, состава и строения в тяжелых условиях, например при отборе сыпучих, трещиноватых и других трудноизвлекаемых пород, разрушаемых вибрацией керноприемного устройства, за счет возможности перенастройки керноотборного снаряда на забое скважины с “невращающегося” режима работы на вращающийся в момент отрыва керна.

Выполнение керноотборного снаряда таким образом обеспечивает также герметизацию смазки в опоре вращения, предотвращает заклинивание керна в процессе его поступления в керноотборный снаряд и позволяет вести бурение наклонно направленных скважин без ограничения проходки за рейс в пределах 15…30 метров.

Выполнение керноотборного снаряда таким образом, что седло клапана и шар размещены между регулируемой подвеской и опорой вращения, а регулируемая подвеска, опора вращения и устройство отделения керна от забоя выполнены в виде соединенных между собой сборочных модулей, обеспечивает непрерывную прокачку скважины мимо полости керноприемных труб, снижение сил и моментов, действующих на подвеску керноприемника и устройство отделения керна от забоя, а также демпфирование поперечных колебаний ротора многозаходного винтового героторного гидравлического двигателя потоком буровой жидкости при давлении, например, 7…10 МПа, протекающей в кольцевой полости между внутренними стенками корпуса и трубами керноприемника с устройством отделения керна от забоя, для предотвращения его вращения относительно керна.

Выполнение керноотборного снаряда таким образом, что полый резьбовой трубчатый элемент регулируемой подвески выполнен с продольными пазами на его резьбовой части и содержит стопорную втулку, установленную с возможностью перемещения вдоль центральной оси полого резьбового трубчатого элемента в продольных пазах, и две резьбовые втулки, установленные со стороны бурильной головки, упрощает регулировку и компенсацию разницы в длинах трубчатых модулей корпуса, центраторов керноотборного снаряда и керноприемника, включая глубину расточки в бурильной головке.

Выполнение опоры вращения – герметично изолированной от полостей трубчатых секций керноприемника и корпуса, с упругим осевым демпфером, например, при помощи установленных с осевым натягом эластомерных кольцевых уплотнений, исключает появление осевого люфта в подшипниках от действия знакопеременных осевых нагрузок и вибраций при бурении и отрыве колонны керна вследствие того, что тела качения подшипников прижаты с обеих сторон через кольца подшипников упругими осевыми демпферами (эластомерными кольцами), при этом не происходит разрушения подшипников, преимущественно вследствие “наклепа”.

Трубчатые модули корпуса, центраторы, трубчатые секции керноприемника и керноприемные муфты выполнены, каждые, между собой идентичными, что обеспечивает их взаимозаменяемость, уменьшает стоимость изготовления и эксплуатации керноотборного снаряда.

Выполнение центраторов со спиралями на наружной поверхности, с одинаковым окружным направлением спиралей, а длины L каждой спирали вдоль продольной оси центратора и диаметра Д_о окружности, описанной по спиралям, связанных соотношением: L=(1,618…2,618)Д_о, а также выполнение каждого центратора в спиралях с рядами закрепленных зубков или штифтов (двух- или трехрядное армирование) из твердого сплава, твердость которого превышает твердость наружной поверхности спиралей, обеспечивает стабилизацию ствола скважины, снижение нагрузок на детали низа бурильной колонны при вращении центраторов в стволе скважины, повышает надежность и ресурс керноотборного снаряда при работе с бурильной головкой режущего действия и приводом от многозаходного винтового героторного гидравлического двигателя, повышает коэффициент отбора керна с сохранением его свойств, состава и строения в тяжелых условиях, например, для отбора сыпучих, трещиноватых и других трудноизвлекаемых пород, разрушаемых вибрацией керноприемного устройства.

Выполнение керноотборного снаряда таким образом, что в полости трубчатых секций керноприемника установлен керноотметчик полноты извлечения керна, выполненный в виде крестообразной в поперечном сечении заглушки, позволяет извлекать колонну керна до выпадания керноотметчика.

Ниже представлен лучший вариант выполнения керноотборного снаряда СК-172/100.800.

На фиг.1 изображен керноотборный снаряд с керноприемником, переводниками и бурильной головкой.

На фиг.2 изображен модуль регулируемой подвески.

На фиг.3 изображен модуль отделения керна от забоя.

На фиг.4 изображен модуль шаровой опоры вращения.

Керноотборный снаряд содержит корпус 1, выполненный из двух трубчатых модулей 2, 3, каждый из которых соединен резьбами 4, 5 с центраторами, соответственно 6 и 7, а также 7 и 8, при этом число центраторов 6, 7, 8 на единицу больше числа трубчатых модулей 2, 3 корпуса 1, а также содержит верхний переводник 9, нижний переводник 10 для соединения с бурильной головкой 11, расположенный внутри корпуса 1 керноприемник 12, выполненный, по меньшей мере, из двух трубчатых секций 13, 14, каждая из которых соединена резьбами 15, 16 с керноприемными муфтами, соответственно 17, 18, а также 18, 19, показано на фиг.1.

Керноприемник 12 содержит в верхней части регулируемую подвеску 20, выполненную в виде полого резьбового трубчатого элемента 21 со сквозными окнами 22, сообщающими полость бурильных труб 23 с полостью 24 между корпусом 1, выполненным из двух трубчатых модулей 2, 3, и трубчатыми секциями 13, 14 керноприемника 12, седло клапана 25 и шар 26, а в нижней части содержит устройство 27 отделения керна от забоя, включающее цанговый 28 и рычажковый 29 кернорватели, размещенные в гильзе 30, соединенной с нижней частью керноприемника 12 при помощи резьбы 31 с керноприемной муфтой 17, показано на фиг.1, 2, 3.

Керноприемник 12 снабжен опорой вращения 32 в верхней части, герметично изолированной от полости 33 трубчатых секций 13, 14 керноприемника 12 и полости 24 корпуса 1 и выполненной с упругим осевым демпфером, по существу, в виде эластомерных колец 34, 35, двух рядов шариков 36, 37, размещенных в подшипниковых опорах 38, 39, 40, установленных внутри гильзы 41 на центрирующих элементах 42, 43, соединенных резьбой 44 с возможностью вращения внутри гильзы 41 и содержащих резьбу 45 на гильзе 41 для соединения с регулируемой подвеской 20, а также содержащих резьбу 46 для соединения с керноприемной муфтой 19, показано на фиг.1, 4.

Верхний переводник 9 выполнен с возможностью соединения с колонной бурильных труб 47 или со шпинделем многозаходного винтового героторного двигателя, на фигуре 1 не показанным, при помощи переводника 48, при этом седло клапана 25 и шар 26 размещены между регулируемой подвеской 20 и опорой вращения 32, а регулируемая подвеска 20, опора вращения 32 и устройство отделения керна от забоя 27 выполнены в виде соединенных между собой сборочных модулей, по существу, при помощи резьбовых соединений 45, 46, 15, 16, показано на фиг.1, 4.

Полый резьбовой трубчатый элемент 21 регулируемой подвески 20 выполнен с продольными пазами 49 на его резьбовой части 50, заполненными смазкой, например Р-416, и содержит стопорную втулку 51, установленную с возможностью перемещения вдоль центральной оси 52 полого резьбового трубчатого элемента 21 в продольных пазах 49, и две резьбовые втулки 53, 54, установленные со стороны бурильной головки 11, показано на фиг.1, 2.

Регулируемая подвеска 20 изолирована от полости 23 бурильных труб 47 при помощи эластомерных уплотнений 55, 56, а также изолирована от полости 24 корпуса 1 при помощи торца 57, контактирующего с торцом 58 внутри переводника 9, скрепленного резьбовым соединением 5 с центратором 6, показано на фиг.1, 2.

Трубчатые модули 2, 3 корпуса 1, центраторы 6, 7, 8, трубчатые секции 13, 14 керноприемника 12 и керноприемные муфты 17, 18 выполнены, каждые, между собой идентичными, показано на фиг.1.

Центраторы 6, 7, 8 выполнены со спиралями 59 на наружной поверхности 60, направление (окружное) спиралей 59 одинаковое, а вдоль продольной оси 52 центраторов 6, 7, 8 или вдоль центральной оси 52 полого резьбового трубчатого элемента 21 длина 61, L каждой спирали 59 и диаметр 60, Д_о окружности, описанной по спиралям 59, связаны соотношением: L=(1,618…2,618)Д_о, показано на фиг.1.

Каждый центратор 6, 7, 8 в спиралях 59 содержит ряды закрепленных зубков 62 или штифтов из твердого сплава, твердость которого превышает твердость наружной поверхности 60 спиралей 59, показано на фиг.1.

В полости 33 трубчатых секций 13, 14 керноприемника 12 установлен керноотметчик 63 полноты извлечения керна, выполненный в виде крестообразной в поперечном сечении заглушки, показано на фиг.1.

Кроме того, на фиг.1 показано: поз.64 – направление потока бурового раствора.

На фиг.1, 3 показано: поз.65 – переходник устройства отделения керна от забоя (башмак кернорвателя), поз.66 – ось рычажкового кернорвателя 29.

Снаряд керноотборный СК-172/100.800 поставляют на буровую в виде корпуса 1, выполненного из двух трубчатых модулей 2, 3, каждый из которых соединен резьбами 4, 5 с центраторами, соответственно 6 и 7, а также 7 и 8, при этом число центраторов 6, 7, 8 на единицу больше числа трубчатых модулей 2, 3 корпуса 1, а также содержащего верхний переводник 9, нижний переводник 10 для соединения с бурильной головкой 11, расположенный внутри корпуса керноприемник 12, выполненный из двух трубчатых секций 13, 14, каждая из которых соединена резьбами 15, 16 с керноприемными муфтами, соответственно 17, 18, а также 18, 19, а также с верхним переводником 9 и переводником 48 для соединения с колонной бурильных труб 47 и со шпинделем многозаходного винтового героторного двигателя, при этом в полость 33 трубчатых секций 13, 14, соединенных резьбами 15, 16 с керноприемными муфтами, соответственно 17, 18, а также 18, 19 керноприемника 12, устанавливают керноотметчик 63 полноты извлечения керна, выполненный в виде крестообразной в поперечном сечении заглушки.

Перед спуском в скважину производят сборку и подготовку снаряда, для чего с помощью хомутов (спайдеров) и элеватора на буровой поднимают нижний трубчатый модуль 3 корпуса 1 с центратором 8, нижним переводником 10 и заворачивают бурильную головку 11 на резьбу нижнего переводника 65.

Опускают нижний модуль 3 корпуса 1 с центратором 8, нижним переводником 10 и бурильной головкой 11 в скважину и устанавливают его на элеваторе на столе ротора.

С помощью второго хомута и элеватора поднимают верхний трубчатый модуль 2 корпуса 1 с центратором 6 и соединяют машинными ключами с нижним трубчатым модулем 3 корпуса 1 и центратором 8. Если к верхнему трубчатому модулю 2 корпуса 1 присоединен верхний переводник 9, его предварительно отсоединяют, проверяют установку керноотметчика 63 полноты извлечения керна в полости 33 трубчатых секций 13, 14 керноприемника 12.

Приподнимают на элеваторе два трубчатых модуля 2, 3, каждый из которых соединен резьбами 4, 5 с центраторами, соответственно 6 и 7, а также 7 и 8 корпуса 1, снимают нижний хомут и элеватор, опускают верхний элеватор, в котором находятся модули 2, 3 корпуса 1 на стол ротора буровой.

Производят сборку модулей регулируемой подвески 20 и шаровой опоры вращения 32, а также модуля 27 отделения керна от забоя, после чего поднимают сборочный модуль керноприемника и опускают его в корпус 1.

Производят регулировку осевого зазора между башмаком 65 кернорвателя цангового 28 и торцом расточки бурильной головки 11, для чего поднимают керноотборный снаряд на элеваторе над столом ротора, производят затяжку резьбовых втулок 53, 54, а затем свинчивают снаряд с верхним переводником 9, переводником 48 и шпинделем многозаходного винтового героторного гидравлического двигателя.

Керноотборный снаряд работает следующим образом. Если бурение с отбором керна будет осуществляться многозаходным винтовым героторным гидравлическим двигателем, то до соединения керноотборного снаряда к двигателю вкладывают шар 26 в переводник 48 для соединения со шпинделем двигателя. При бурении с отбором керна роторным способом шар 26 сбрасывают в колонну бурильных труб 47 после промывки забоя скважины.

Бурение с отбором керна производят, включив вращение керноотборного снаряда, с промывкой скважины буровым раствором 64, подаваемым под давлением, с поверхности на забой скважины по колонне бурильных труб 47 через окна 22 полого резьбового трубчатого элемента 21, сообщающими полость 23 бурильных труб с полостью 24 между корпусом 1, обеспечивая непрерывную прокачку скважины мимо полости 33 керноприемных трубчатых секций 13, 14, уменьшая величины сил и моментов, действующих на шаровую подвеску 32 керноприемника 12 и устройство 27 отделения керна от забоя, а также обеспечивая демпфирование поперечных колебаний ротора многозаходного винтового героторного гидравлического двигателя потоком буровой жидкости при гидростатическом давлении, например до 10 МПа, протекающей в кольцевой полости 24 между внутренними стенками корпуса 1 и трубчатыми секциями 13, 14 керноприемника 12 и устройством 27 отделения керна от забоя, предотвращая его вращение и заклинивание относительно керна.

Керноприемник 12, снабженный опорой вращения 32 в верхней части, герметично изолированной от полости 33 трубчатых секций 13, 14 керноприемника 12 и полости 24 корпуса 1 и выполненной с упругим осевым демпфером, по существу, в виде эластомерных колец 34, 35, двух рядов шариков 36, 37, размещенных в подшипниковых опорах 38, 39, 40, установленных внутри гильзы 41 на центрирующих элементах 42, 43, соединенных резьбой 44 с возможностью вращения внутри гильзы 41 и содержащих резьбу 45 на гильзе 41 для соединения с регулируемой подвеской 20, а также содержащих резьбу 46 для соединения с керноприемной муфтой 19, воспринимает знакопеременные осевые нагрузки и вибрации при бурении и отрыве колонны керна, исключая появление осевого люфта в подшипниках 36, 37, при этом не происходит разрушения подшипников преимущественно вследствие “наклепа”.

Бурение производят до проходки не более длины керноприемной полости 33 трубчатых секций 13, 14 керноприемника 12, прекращают вращение керноотборного снаряда и подачу бурового раствора 64 на забой, после чего отрывом снаряда от забоя производят отделение керна от забоя кернорвателями 28, 29. При этом установленные на осях 66 рычаги кернорвателя 29, контактирующие с цилиндрической поверхностью, связанной с забоем колонны керна, внедряются в керн, а башмак 65 зажимает цангу 28 кернорвателя, за счет чего производится отделение керна от забоя.

После подъема керноотборного снаряда отсоединяют шпиндель многозаходного винтового героторного гидравлического двигателя, переходник 48, снимают верхний переводник 9, раскрепляя резьбы машинными ключами на буровой.

Извлекают из корпуса 1 керноприемник 12, отсоединяют трубчатые модули 2, 3, а затем извлекают керн, переводя керноприемник 12 в вертикальное положение. При этом керн извлекают до выпадания керноотметчика 63 полноты извлечения керна, выполненного в виде крестообразной в поперечном сечении заглушки.

Керноотборный снаряд повышает надежность и ресурс, сокращает время сборки и разборки при работе с бурильной головкой режущего действия и приводом от многозаходного винтового героторного гидравлического двигателя или при роторном бурении, а также повышает коэффициент отбора керна с сохранением его свойств, состава и строения в тяжелых условиях, например при отборе сыпучих, трещиноватых и других трудноизвлекаемых пород, разрушаемых вибрацией керноприемного устройства.

Формула изобретения

1. Керноотборный снаряд, содержащий корпус, выполненный, по меньшей мере, из двух трубчатых модулей, каждый из которых соединен резьбами с центраторами, а число центраторов на единицу больше числа трубчатых модулей корпуса, верхний переводник, нижний переводник для соединения с бурильной головкой, расположенный внутри корпуса керноприемник, выполненный, по меньшей мере, из двух трубчатых секций, каждая из которых соединена резьбами с керноприемными муфтами, при этом керноприемник содержит в верхней части регулируемую подвеску, выполненную в виде полого резьбового трубчатого элемента со сквозными окнами, сообщающими полость бурильных труб с полостью между корпусом и трубчатыми секциями керноприемника, седло клапана и шар, а в нижней части – устройство отделения керна от забоя, включающее цанговый и рычажковый кернорватели, размещенные в гильзе, соединенной с нижней частью керноприемника, отличающийся тем, что он снабжен опорой вращения в верхней части керноприемника, герметично изолированной от полостей трубчатых секций керноприемника и корпуса и выполненной с упругим осевым демпфером, верхний переводник выполнен с возможностью соединения с колонной бурильных труб или со шпинделем многозаходного винтового героторного двигателя, седло клапана и шар размещены между регулируемой подвеской и опорой вращения, а регулируемая подвеска, опора вращения и устройство отделения керна от забоя выполнены в виде соединенных между собой сборочных модулей.

2. Керноотборный снаряд по п.1, отличающийся тем, что полый резьбовой трубчатый элемент регулируемой подвески выполнен с продольными пазами на его резьбовой части и содержит стопорную втулку, установленную с возможностью перемещения вдоль центральной оси полого резьбового трубчатого элемента в продольных пазах и две резьбовые втулки, установленные со стороны бурильной головки.

3. Керноотборный снаряд по п.1, отличающийся тем, что трубчатые модули корпуса, центраторы, трубчатые секции керноприемника и керноприемные муфты выполнены каждые между собой идентичными.

4. Керноотборный снаряд по п.1, отличающийся тем, что центраторы выполнены со спиралями на наружной поверхности, направление спиралей одинаковое, а вдоль продольной оси центратора длина L каждой спирали и диаметр Д_о окружности, описанной по спиралям, связаны соотношением

L=(1,618…2,618)Д_о.

5. Керноотборный снаряд по п.4, отличающийся тем, что каждый центратор в спиралях содержит ряды закрепленных зубков или штифтов из твердого сплава, твердость которого превышает твердость наружной поверхности спиралей.

6. Керноотборный снаряд по п.1, отличающийся тем, что в полости трубчатых секций керноприемника установлен керноотметчик полноты извлечения керна, выполненный в виде крестообразной в поперечном сечении заглушки.

РИСУНКИ