УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ОРИЕНТИРУЮЩЕЙ МЕТКИ НА БУРОВОЙ КЕРН Российский патент 1994 года по МПК E21B25/16 

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для отбора ориентированного керна из буровых скважин.

Известны устройства для нанесения на керн ориентирующей метки, положение которой определено относительно направления магнитного меридиана. Как правило, эти устройства опускаются в скважину внутри колонковой трубы и содержат указатель направления магнитного меридиана в виде магнитной стрелки с арретирующим устройством и невращающуюся керноприемную трубу с маркирующим зубом. Колонковая труба обязательно должна быть выполнена из немагнитного материала. Примеpом таких устройств могут служить керноориентаторы, описанные в патенте США N 2859938, кл. 175-44, патенте ФРГ N 1163270, кл, 5а 23/00, авт.св. СССР N 956743, кл. Е 21 В 25/16.

Достоинством этих устройств является возможность применения как в наклонных, так и в вертикальных скважинах, а недостатки - высокая сложность конструкции, обусловленная большим количеством деталей и узлов, и необходимость выполнения колонковой трубы из немагнитного материала.

Известны устройства для нанесения на керн ориентирующей метки, положение которой определено относительно апсидальной плоскости скважины, т.е. вертикальной плоскости, проходящей через ось скважины в данной точке. Эти устройства более просты по конструкции. Положение ориентирующей метки относительно апсидальной плоскости фиксируют в них с помощью отвеса, свободно катающегося шарика или следов мениска жидкости. Как правило, эти устройства также опускают в скважину внутри колонковой трубы бурового снаряда [1].

Устройствам этого типа присущи два недостатка: во-первых, при их применении требуется проведение дополнительных измерений (инклинометрии скважин) с целью определения положения самой апсидальной плоскости относительно стран света, и, во-вторых, эти устройства неприменимы в вертикальных или слабонаклонных (с отклонением от вертикали менее 5-10^о) скважинах, так как в вертикальных скважинах можно провести сколько угодно апсидальных плоскостей.

К устройствам последнего типа относится и прототип предлагаемого технического решения - устройство, с помощью которого осуществляется способ отметки ориентации бурового керна. Это устройство содержит цилиндрический корпус, на днище которого располагается заостренный стержень (маркирующий зуб), а на крышке - приспособление для крепления к простому тросу. В корпусе устройства размещена эксцентрично расположенная масса. Устройство опускают в скважину на тросе, шнуре или кабеле перед началом выбуривания керна. Эксцентрично расположенная масса при спуске устройства в скважину под действием силы тяжести поворачивает корпус устройства так, чтобы маркирующий зуб располагался в апсидальной плоскости. Таким образом, отметка, нанесенная на керн маркирующим зубом, указывает ориентировку керна относительно апсидальной плоскости. Это устройство применимо в скважинах, отклоняющихся от вертикали не менее чем на 10^о.

Таким образом, устройство-прототип имеет явное преимущество перед другими устройствами ориентирования керна относительно апсидальной плоскости. Это преимущество заключается в его автономности (спуск в скважину на простом тросе, а не внутри бурового снаряда), что обеспечивает более простую конструкцию устройства и снижение затрат времени на нанесение на керн ориентирующей метки.

Недостатки устройства заключаются в относительно узкой области применения, ограниченной скважинами, отклоняющимися от вертикали более чем на 10^о, и в пониженной точности ориентирование бурового керна.

Оба недостатка связаны с тем, что, когда устройство опускается в скважину, оно скользит по одной из стенок ствола скважины, выступы и неровности, а также глинистая корка на которой препятствуют свободному повороту корпуса под действием эксцентрично расположенной массы и точной установке маркирующего зуба в апсидальной плоскости скважины.

Цель изобретения - расширение области применения в сторону скважин с малыми (менее 10^о) углами отклонения от вертикали и повышение точности ориентирования керна.

Для этого в устройстве, содержащем цилиндрический корпус с приспособлением для крепления к тросу, маркирующий зуб и эксцентрично расположенную массу, маркирующий зуб и эксцентрично расположенная масса закреплены на цилиндрическом сердечнике, симметрично размещенном на подшипниках в корпусе с возможностью поворота относительно его продольной оси.

Закрепление эксцентричной массы и маркирующего зуб на цилиндрическом сердечнике, размещенном на подшипниках в корпусе устройства, сводит до минимума силы трения между корпусом и сердечником и позволяет последнему поворачиваться под действием силы тяжести даже при небольших (порядка 2-3^о) отклонениях корпуса от вертикали. Поворот происходит до тех пор, пока эксцентричная масса и маркирующий зуб не займут самого низкого положения в апсидальной плоскости скважины.

Отсутствие этих признаков в известных устройствах, предназначенных для нанесения ориентирующей метки на буровой керн, дает основания полагать, что предложенное техническое решение удовлетворяет критерию "Изобретательский уровень".

На фиг. 1 показана фронтальная проекция устройства с частичным разрезом; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Устройство представляет собой полый цилиндрический корпус 1, на верхней части которого расположено приспособление в виде кольца 2 для крепления его к тросу (не показан). В корпусе 1 размещен цилиндрический сердечник 3. Сердечник 3 может свободно поворачиваться относительно продольной оси корпуса 1 на подшипниках 4, например, шариковых. В сердечнике закреплена эксцентричная масса 5, а снаружи, непосредственно под нею, - маркирующий зуб 6, выступающий из нижнего торца корпуса 1. Сердечник 3 удерживается в корпусе 1 с помощью кольца 7, имеющего резьбовое соединение с корпусом. Выступ в средней части сердечника препятствует его смещению относительно корпуса в продольном направлении.

Нанесение ориентирующей метки на керн с помощью описанного устройства осуществляют следующим образом.

С помощью кольца 2 устройство прикрепляют к тросу или каротажному кабелю. Скважину перед спуском устройства промывают однородным глинистым раствором для очистки забоя скаважины от шлама. Спуск устройства в скважину производят с помощью лебедки через обычный блок-баланс так же, как производят, например, спуск каротажных снарядов. В отличие от каротажа скорость спуска не уменьшают перед забоев скважины.

При спуске корпуса 1 устройства скользит по одной из стенок ствола скважины, а сердечник 3 под действием силы тяжести эксцентричной массы 5 поворачивается около продольной оси корпуса так, чтобы масса 5 располагалась в апсидальной плоскости в направлении, противоположном направлению искривления скважины. Ту же ориентировку приобретает и маркирующий зуб 6, По достижении забоя скважины маркирующий зуб 6 наносит на него ориентирующую метку.

Затем устройство извлекают из скважины, наматывая кабель-трос на барабан лебедки, опускают в скважину колонковый буровой снаряд и ведут бурение с отбором керна без каких-либо отклонений от обычной технологии. После подъема бурового снаряда из колонковой трубы извлекают столбик керна, на верхнем торце которого находят ориентирующую метку, по которой определяют расположение керна относительно апсидальной плоскости скважины. Ориентировку апсидальной плоскости относительно стран света определяют как обычно с помощью инклинометрии, проведенной либо до нанесения ориентирующей метки на керн, либо уже после выбуривания керна.

Испытание устройства в реальных буровых скважинах показало, что оно позволяет повысить точность ориентирования керна не менее чем вдвое по сравнению с устройством-прототипом и выполнять ориентирование керна в скважинах, имеющих отклонение от вертикали, начиная всего лишь с 2-3^о.

Использование: при бурении скважин с отбором ориентированного керна. Сущность изобретения: устройство содержит цилиндрический корпус 1 с приспособлением 2 для крепления к тросу, эксцентрично расположенную массу 5 и маркирующий зуб 6. Масса 5 и зуб 6 размещены на цилиндрическом сердечнике 3, установленном на подшипниках 4 в корпусе 1 с возможностью поворота относительно его продольной оси. Использование изобретения расширяет область применения устройства в сторону скважин с малыми углами отклонения от вертикали и повышает точность ориентирования керна. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ОРИЕНТИРУЮЩЕЙ МЕТКИ НА БУРОВОЙ КЕРН, содержащее цилиндрический корпус с приспособлением для крепления к тросу, маркирующий зуб и эксцентрично расположенную массу, связанную с цилиндрическим сердечником, симметрично размещенным на подшипниках внутри корпуса с возможностью поворота относительно его продольной оси, отличающееся тем, что эксцентрично расположенная масса закреплена внутри сердечника, а маркирующий зуб - непосредственно под ней снаружи сердечника и выступает из нижнего торца корпуса.