УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СО СЪЕМНЫМ КЕРНОПРИЕМНИКОМ Российский патент 1994 года по МПК E21B25/02 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для бурения геологоразведочных скважин с отбором керна.

Известны съемные керноприемники, содержащие керноприемную трубу с кернорвателем и захватной головкой, сопрягаемой с овершотом.

Недостатком известных устройств является ненадежность отрыва керна вследствие проскальзывания кернорвателя по поверхности керна и выпадения керна из керноприемной трубы при подъеме.

Для сохранения при бурении и удержания керна при подъеме керноприемника полость последнего заполняют солидолом, техническим вазелином или снабжают специальными кернодержателями [1].

Однако, при этом создаются дополнительные сопротивления продвижению керна в полости керноприемника, а при подъеме керноприемника вязкость или жесткость керноудерживающих средств оказывается недостаточной.

Известен также съемный керноприемник, содержащий равномерно перфорированную керноприемную трубу с полостью, заполненной защитным составом для изоляции керна, рычажковым кернорвателем в нижней части, удерживающими защитный состав в полости трубы элементами, размещенными в отверстиях перфорации, и захватной головкой в верхней части, сопрягаемой с овершотом при спуско-подъемных операциях [2].

Недостатком этого устройства, выбранного нами в качестве прототипа по большинству совпадающих признаков, является невысокая степень изменения вязкости защитного состава под действием постоянных магнитов и вследствие этого, ненадежность удержания керна при подъеме съемного керноприемника от забоя скважины на поверхность.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности выноса керна путем регулирования вязкости защитного состава. При этом также повышается надежность срабатывания призабойных устройств.

Поставленная цель достигается тем, что известный съемный керноприемник, содержащий равномерно перфорированную керноприемную трубу с полостью, заполненной защитным составом для изоляции керна, рычажковым кернорвателем в нижней части, удерживающими защитный состав в полости трубы элементами, размещенными в отверстиях перфорации, и захватной головкой в верхней части, сопрягаемой с овершотом при спуско-подъемных операциях, снабжен наземным высоковольтным источником постоянного тока с кабелем, в качестве защитного состава применена электрореологическая суспензия, при этом элементы, удерживающие защитный состав в полости керноприемной трубы, выполнены в виде электродов, головка и овершот снабжены клеммами, изолированными от окружающей среды и взаимодействующими между собой при сопряжении овершота с головкой, причем клеммы овершота соединены кабелем с наземным высоковольтным источником постоянного тока, а клеммы головки - электропроводкой с изолированными от керноприемной трубы электродами, внутренняя поверхность которых покрыта окисной пленкой; кернорватель снабжен электромагнитами, взаимодействующими с нерабочими торцами рычажков. Применение в качестве защитного состава электрореологической суспензии позволяет изолировать керн в процессе бурения от воздействия бурового раствора, предохранить его от вибраций снаряда без создания дополнительных сопротивлений перемещению керна в полость керноприемной трубы. При воздействии на суспензию электротоком изменяется ее вязкость, благодаря повышению которой керн надежно удерживается в керноприемной трубе, "склеиваясь" с ее стенками.

Снабжение устройства наземным высоковольтным источником постоянного тока, а захватной головки и овершота - изолированными от окружающей среды клеммами, взаимодействующими между собой при сопряжении овершота с головкой при том, что клеммы овершота соединены кабелем с наземным высоковольтным источником постоянного тока, а клеммы головки соединены электропроводкой с изолированными от трубы постоянными магнитами, поверхности которых, открытые в полость трубы, покрыты окисной пленкой, позволяет создать в пленке суспензии, покрывшей керн, электромагнитное поле, резко повышающее ее вязкость, благодаря чему керн "склеивается" со стенками полости трубы и надежно удерживается в ней при подъеме. При этом, благодаря контролю за величиной и напряженностью электромагнитного поля, создаются условия для контроля за состоянием керна и надежностью его удерживания при подъеме съемного керноприемника с керном на поверхность.

Снабжение кернорвателя электромагнитами, взаимодействующими с нерабочими торцами рычажков, позволяет регулировать усилие сжатия керна при отрыве его от забоя и минимизировать его в процессе бурения, исключив из конструкции пружины, прижимающие рычажки к керну. Кроме того электромагниты могут служить датчиками изменения состояния кернового материала, в частности, изменения величины его веса.

Таким образом, предлагаемая совокупность признаков является необходимой для достижения поставленной цели.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - продольный разрез овершота; на фиг.4 - вид по стрелке Б на фиг.1.

Съемный керноприемник (фиг.1) размещен в полой колонне 1 бурильных труб у соединенного с ней бурового наконечника 2 и соединен с проточками 3 колонны 1 порами 4 фиксатора 5, размещенного между захватной головкой 6 со штоком 7 и подшипниковым узлом 8 над керноприемной трубой 9, оснащенной кернорвателем 10 и обратным клапаном 11. Труба 9 равномерно перфорирована по всей поверхности и в отверстиях размещены постоянные магниты 12, изолированные от трубы 9 диэлектриком 13 (например, эпоксидной смолой). Внутренняя полость керноприемной трубы 9, выполненной, например, из алюминиевого сплава АК-4 или В-95, и поверхность выходящих в ее полость магнитов 12 покрыта окисной пленкой 14 толщиной 30-70 мкм, с которой контактирует размещенная в полости трубы пленка 15 электрореологической суспензии следующего, например состава, масло трансформаторное 45,8%; диатомит - 50%; олеиновая кислота - 4,2%. Электрореологическая суспензия удерживается в полости трубы поршнем 16, размещенным над кернорвателем 10. Магниты 12 соединены электропроводкой 17 с кольцевой изолированной клеммой 18 на штоке 7 головки 6.

Для извлечения съемного керноприемника из полости колонны 1 бурильных труб используется овершот (фиг.,3), состоящий из корпуса 19 с захватами 20, концы которых, обращенные друг к другу, оснащены изолированными от корпуса 19 и захватов 20 клеммами 21, соединенными кабелем 22 с высоковольтным источником постоянного тока, находящимся на поверхности. Овершот опускается в скважину на канате 23, соединенном с кабелем 22. Между захватами 20 размещено упруго-эластичная изолирующая цилиндрическая манжета 24, причем, клеммы 21 выведены в ее полость, кернорватель 10 оснащен электромагнитами 25, с которыми взаимодействуют торцы нерабочих участков рычажков 26.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Перед спуском керноприемника на забой полость его трубы 9 заполняется электрореологической суспензией 15, удерживаемой в трубе 9 поршнем 16. В процессе спуска поршень 16 удерживается кернорвателем 10. При бурении керн перемещает поршень 16 в полость керноприемной трубы 9, выдавливая излишки суспензии между стенками поршня 16 и стенками трубы 9 к забою. При этом суспензия изолирует керн от воздействия бурового раствора, а оставшаяся в трубе 9 часть суспензии 15 располагается вдоль стенок трубы 9 в виде смазки, чему способствует также магнитное поле постоянных магнитов 12, частично повышающее вязкость суспензии 15. При этом суспензия 15 образует упругий слой на стенке трубы 9, защищающий столбик керна от радиальных колебаний керноприемника при бурении. Поршень 16 разглаживает суспензию 15, располагая ее равномерно вдоль стенки трубы 9. При возрастании давления в полости трубы 9 часть суспензии 15 может быть выдавлена через обратный клапан 11 в межтрубное пространство, откуда потоком бурового раствора она опять поступит к забою, к керну.

После заполнения керном полости керноприемной трубы 9 в полость колонны 1 бурильных труб опускают на канате 23, соединенном с кабелем 22, овершот с клеммами 21 на захватах 20. При постановке овершота на захватную головку 6 захваты 20 раздвигаются, пропуская ее через полость упругоэластичной манжеты 24, которая плотно облегает шток 7, надежно изолируя соединение клемм 21 на овершоте и кольцевой клеммы 18 на штоке 7. После соединения овершота с головкой 6, которое контролируется длиной каната 23 и возникающем при его натяжении определенном усилии, превышающем вес каната и овершота в среде бурового раствора, по кабелю 22 на забой подают постоянный ток определенной величины. Нулевым потенциалом служит заземленная колонна N 1 бурильных труб, с которой через упоры 4 и буровой наконечник 2 взаимодействует керноприемная труба 9.

Под воздействием электротока электрореологическая суспензия 15 приобретает максимальную вязкость, скрепляя керн по всей его длине с полостью трубы 9. Кернорватель 10 механически воздействует на керн, сжимая его рычажками 26, нерабочие торцы которых притягиваются электромагнитами 25. Вследствие этого рычажки 26 занимают горизонтальное положение под торцом заключенного в полости трубы 9 керна, удерживая его от выпадения, а суспензия 15 способствует тому, что нижележащие участки керна не деформируются под воздействием веса вышележащих участков керна, то есть работает, как кернодержатель. При этом контроль за величиной и характером изменения подаваемого на керноприемник электротока позволит оперативно судить о состоянии поднимаемого кернового материала, его электропроводности, конфигурации, и об изменении его геометрических размеров и физических свойств при подъеме, то есть при изменении давления и температуры окружающей среды.

После подъема керноприемника прекращают подачу электротока на магниты 12, служащие электродами электрозажимного устройства, удерживающего керн при подъеме, отвинчивают кернорватель 10 и извлекают керн и поршень 16 из полости трубы 9. Затем снова навинчивают кернорватель 10 на трубу 9, вставляют поршень 16, заполняют полость трубы 9 суспензией 15, отсоединяют овершот от головки и опускают керноприемник в полость труб 1. Далее цикл бурения с отбором и подъемом керна повторяют.

Использование: бурение геологоразведочных скважин с отбором керна. Сущность изобретения: съемный керноприемник содержит перфорированную трубу, в отверстиях которой изолированно размещены электроды, выполненные из постоянных магнитов и соединенные с клеммами на штоке захватной головки, кернорватель и овершот с клеммами на захватах, упруго-эластичной манжетой и канатом, и кабелем, соединенным с наземным высоковольтным источником постоянного тока. Кернорватель снабжен электромагнитами, взаимодействующими с нерабочими торцами рычажков. Полость трубы керноприемника заполнена электрореологической суспензией. Выбуренный керн удерживается в полости трубы, изолируется от бурового раствора скрепляющей его со стенками скважины электрореологической суспензией, вязкость которой резко возрастает при подаче на электроды постоянного тока. При этом рычажки рабочими торцами сжимают керн, притягиваясь нерабочими торцами к электромагнитам. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СО СЪЕМНЫМ КЕРНОПРИЕМНИКОМ, содержащее равномерно перфорированную керноприемную трубу с полостью, заполненной защитным составом для изоляции керна, рычажковым кернорвателем в нижней части, удерживающими защитный состав в полости трубы элементами, размещенными в отверстиях перфорации, и захватной головкой в верхней части, сопрягаемой с овершотом при спуско-подъемных операциях, отличающееся тем, что, с целью повышения выноса керна путем регулирования вязкости защитного состава, оно снабжено наземным высоковольтным источником постоянного тока с кабелем, в качестве защитного состава применена электрореологическая суспензия, при этом элементы, удерживающие защитный состав в полости керноприемной трубы, выполнены в виде электродов, головка и овершот снабжены клеммами, изолированными от окружающей среды и взаимодействующими между собой при сопряжении овершота с головкой, причем клеммы овершота соединены кабелем с наземным высоковольтным источником постоянного тока, а клеммы головки - электропроводкой с изолированными от керноприемной трубы электродами, внутренняя поверхность которых покрыта окисной пленкой. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кернорватель снабжен электромагнитами, взаимодействующими с нерабочими торцами рычажков.