КЕРНООТБОРНЫЙ СНАРЯД Российский патент 2005 года по МПК E21B25/08 

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для бурения с отбором керна и с сохранением пластовой среды.

Известен колонковый бур (а.с. СССР №30230, Е 21 В 25/00, 25/08, 9/16; G 01 N 1/08, 1930), содержащий:

- корпус, соединенный через головку с верхним переводником для соединения с трубами,

- коронку с башмаком,

- узел отделения керна от забоя, выполненный в виде кернорвателя, установленного в башмаке коронки,

- кожух в виде трубы, размещенный в корпусе и герметично соединенный в верхней части посредством резьбового соединения с головкой, а в нижней части с башмаком,

- нижний узел герметизации полости кожуха, перекрывающий центральное отверстие башмака и выполненный в виде разрушаемой фибровой диафрагмы,

- керноприемник, выполненный в виде трубы, разъемной вдоль по диаметральной плоскости и размещенной в кожухе на вращающихся опорах,

- причем полость кожуха и керноприемника заполнены водой.

Недостатком известного снаряда являются ненадежность работы и связанное с этим снижение выноса керна, отсутствие информации о работе снаряда на забое и ограниченные эксплуатационные возможности.

Ненадежность работы и уменьшение выноса керна обусловлены тем, что в известном снаряде кернорватель установлен в башмаке коронки и, следовательно, вращается вместе с ней вокруг неподвижного выбуриваемого керна. Тем самым рабочие элементы кернорвателя (подпружиненные рычажки - у рычажкового или цанга - у цангового кернорвателя), постоянно контактирующие при вращении с наружной цилиндрической поверхностью формируемой колонки горной породы, будут подвергаться интенсивному абразивному износу ввиду высоких абразивных свойств горных пород и длительности процесса бурения.

Истирание и последующая поломка рабочих элементов кернорвателя может привести к тому, что при отрыве керна от забоя после окончания рейса проходки кернорватель не выполнит своего функционального назначения, и керн не будет отделен от забоя, в результате чего будет снижен его вынос. Кроме того, вынос кондиционного, хорошо сформированного и пригодного для лабораторных исследований керна, особенно из слабосцементированных и рыхлых пород, может быть снижен из-за разрушения колонки керна вращающимися рабочими элементами кернорвателя.

Конструкция керноприемника известного устройства не обеспечивает регистрации захода керна в керноприемник. Следовательно, на поверхности невозможно определить причины, по которым произошло снижение выноса керна: разрушался ли керн на забое до входа в керноприемник или, будучи уже оторванным от забоя, керн был потерян при подъеме на поверхность из-за высокой динамики процесса спускоподъемных операций.

И, наконец, известный колонковый бур обладает ограниченными эксплуатационными возможностями ввиду того, что использование в качестве изолирующего агента воды не может обеспечить сохранение естественной водонасыщенности в поровом пространстве керна. Вода, заполняющая полости кожуха и керноприемника, вследствие превышения гидростатического давления в стволе скважины над пластовым в интервале отбора будет неминуемо фильтроваться внутрь керна и тем самым искажать его водонасыщенность - один из главных параметров, необходимых для подсчета запасов нефти и газа.

Известен керноотборный снаряд “Недра” КД 11-190/80 (Князев И.К. Бурильщику об отборе керна. М.: Недра, 1981, 102 с.), содержащий:

- корпус с верхним переводником для соединения с колонной труб,

- коронку с расточкой,

- керноприемник, выполненный в виде трубы и снабженный в верхней части опорой вращения, соединенной с регулируемой подвеской;

- узел отделения керна от забоя, содержащий цанговый кернорватель, установленный в переводнике, соединенном с керноприемником, и рычажковый кернорватель, установленный в башмаке, соединенном с переводником и взаимодействующим с расточкой коронки.

Недостатком известного снаряда является ненадежность работы узла отделения керна в процессе отрыва керна от забоя и последующего удержания его в керноприемнике при подъеме на поверхность, обусловленная отсутствием взаимодействия между кернорвателями ввиду их размещения в отдельных деталях - переводнике и башмаке.

Поэтому при отборе керна из достаточно твердых и плотных пород, когда из-за низкой механической скорости бурения и, следовательно, значительного количества оборотов бурголовки вокруг выбуриваемой колонки керна, в результате чего поверхность последнего будет гладкой, возможна ситуация, когда при отделении керна путем отрыва снаряда от забоя рычажки рычажкового кернорвателя будут проскальзывать по поверхности керна, не зацепляясь за нее. Вместе с тем возможно несрабатывание и цангового кернорвателя, поскольку при его заклинке в переводнике шламом или твердой фазой бурового раствора с одновременной заклинкой подвески керноприемника, последний вместе с цанговым кернорвателем будет вращаться вокруг выбуриваемой колонки керна. А это приведет из-за абразивного износа о горную породу как к интенсивному износу кернозахватных наплавок цангового кернорвателя и увеличению внутреннего диаметра цанги, так и к выглаживанию и снятию неровностей на поверхности керна, в результате чего не будет обеспечен захват керна. Таким образом, отсутствие взаимодействия между кернорвателями приведет к тому, что оба кернорвателя при отрыве снаряда от забоя с целью отделения керна будут проскальзывать по колонке керна, не захватывая ее, что приведет к потере керна и к снижению его выноса.

Известен керноотборный снаряд (патент РФ №2049220 C1, E 21 B 25/08), содержащий:

- корпус с верхним переводником для соединения с колонной труб,

- коронку с расточкой,

- кожух в виде трубы, размещенный в корпусе и снабженный узлом поджатия, выполненным в виде резьбовой пары подвижный винт - неподвижная гайка;

- стакан на нижнем торце трубы кожуха, установленный разъемно в расточке коронки, причем разъемное соединение выполнено с зазором в виде гладкой цилиндрической поверхности контакта;

- верхний узел герметизации кожуха, выполненный в виде крышки, разъемно установленной в верхнем торце кожуха,

- нижний узел герметизации кожуха, выполненный в виде разрушаемой диафрагмы, перекрывающей центральное отверстие стакана,

- керноприемник, выполненный в виде трубы и снабженный в верхней части опорой вращения, размещенной в кожухе,

- узел отделения керна от забоя, выполненный в виде кернорвателя, установленного в гильзе, соединенной с нижней частью керноприемника,

- регистраторы захода керна, выполненные в виде резьбовых пробок с жестко присоединенными лепестками, равномерно установленные в стенке трубы керноприемника вдоль его образующей, причем лепестки выполнены из проволоки из пластичного металла, расположены в диаметральной плоскости и направлены по радиусу к продольной оси трубы керноприемника,

- изолирующую жидкость в полостях кожуха и керноприемника на неводной основе с антифрикционными свойствами и плотностью, меньшей плотности бурового раствора.

К недостаткам известного керноотборного снаряда следует отнести несовершенство и сложность конструкции, обусловленные наличием кожуха - дополнительной третьей трубы, размещенной в зазоре между корпусом и керноприемником. Тем самым в корпусе, размеры полости которого ограничены диаметральным размером скважины, уменьшается полезный объем для размещения керноприемника, уменьшается его внутренний диаметр для размещения керна и, следовательно, уменьшается диаметр выбуриваемого керна, что отрицательно сказывается на выносе последнего. Это объясняется тем, что прочность колонки керна на изгиб и скручивание как цилиндрического тела пропорциональна кубу диаметра, поэтому уменьшение диаметра керна в известном снаряде за счет кожуха приводит к снижению прочностных характеристик выбуриваемой колонки керна, что способствует его возможному разрушению уже на забое и, следовательно, к снижению выноса. Одновременно кожух снижает эксплуатационные возможности снаряда ввиду ограничения диаметра отбираемого керна.

Кроме того, наличие кожуха приводит к повышенным эксплуатационным затратам при сборке-разборке известного снаряда, поскольку требует дополнительных трудозатрат и времени на установку кожуха в корпус при подготовке снаряда к работе и извлечение кожуха из корпуса после подъема снаряда на поверхность.

Наконец, наличие дополнительной третьей трубы - кожуха увеличивает затраты на изготовление и повышает стоимость известного снаряда, что в условиях рыночной экономики снижает его конкурентоспособность.

В известном снаряде кернорватель через гильзу узла отделения керна от забоя жестко соединен с керноприемником, поэтому при отделении керна от горного массива путем отрыва снаряда от забоя вся нагрузка от разрыва цилиндрической колонки горной породы в месте ее захвата кернорвателем (ями) будет через керноприемник передаваться на опору вращения, на которой подвешен кернприемник в кожухе. Учитывая, что крепкие и плотные горные породы обладают значительной прочностью на разрыв и нагрузка при отделении керна от забоя может достигать нескольких тонн, шарикоподшипники опоры вращения будут испытывать значительные динамические нагрузки, что может привести к их поломке и, следовательно, к снижению надежности работы известного керноотборного снаряда.

Задачей изобретения является создание керноотборного снаряда, лишенного перечисленных недостатков.

Техническими результатами решения этой задачи являются:

- повышение выноса керна;

- повышение надежности работы;

- уменьшение затрат при его эксплуатации;

- расширение эксплуатационных возможностей;

- уменьшение его стоимости.

Для получения этих результатов в известном керноотборном снаряде, содержащем:

- 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, разъемно установленный в расточке коронки;

- нижний узел герметизации, выполненный в виде разрушаемой диафрагмы, перекрывающей центральное отверстие стакана,

согласно изобретению

- 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 выполнено байонетным в виде пальца, неподвижно установленного на трубе, и взаимодействующего с ним 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, 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.

На фиг.1 изображен общий вид заявляемого керноотборного снаряда в исходном положении перед спуском в скважину; на фиг.2 изображен общий вид байонетного соединения керноприемника с гильзой в положении сборки и разборки снаряда, на фиг.3. - разрез А-А на фиг.2.

Керноотборный снаряд (фиг.1) содержит корпус 1 в виде трубы, оснащенной в верхней части переводником 2, а снизу - коронкой 3, в которой выполнена расточка 4 и промывочные отверстия 5. В полости 6 корпуса 1 размещен керноприемник 7 в виде трубы, верхний конец которого оснащен опорой вращения 8, включающей корпус 9, неподвижно соединенный с керноприемником 7, и ось 10, установленную с возможностью вращения в корпусе 9 на подшипниках 11. Герметизация опоры вращения 8 от поступления бурового раствора в зазор на контакте оси 10 и корпуса 9 осуществляется уплотнением 12.

Над опорой вращения 8 в полости корпуса 1 размещена регулируемая подвеска 13 керноприемника 7, включающая верхнюю часть оси 10 с резьбой, соединенной с гайкой 14, неподвижно установленной в переводнике 2, и зафиксированной в исходном положении кольцевым стопором 15. В гайке 14 выполнены циркуляционные отверстия 16, а канал 17 оси 10, сообщающийся с полостью керноприемника 7, герметично закрыт пробкой 18. Монтажное кольцо 19 на пробке 18 предназначено для строповки керноприемника 7 крюком подъемной лебедки (не показан) при его установке и извлечении из корпуса 1.

К нижнему концу керноприемника 7 посредством байонетного соединения 20 герметично присоединен узел 21 отделения керна от забоя, включающий гильзу 22 и установленные в ней с возможностью перемещения рычажковый кернорватель 23 и цанговый кернорватель 24. Между кернорвателями в гильзе 22 установлена с возможностью перемещения втулка 25, при этом ее верхний торец взаимодействует с нижним кольцевым торцом корпуса рычажкового кернорвателя 23, а нижний торец втулки 25 взаимодействует с верхним кольцевым торцом цангового кернорвателя 24.

Байонетное соединение 20 керноприемника 7 с гильзой 22 выполнено в виде пальца 26, жестко установленного на наружной поверхности трубы керноприемника 7, и взаимодействующего с пальцем 26 сквозного фигурного паза 27, выполненного от верхнего торца гильзы 22 в ее стенке и состоящего из вертикальной части 28 и горизонтальной части 29, пересекающихся под прямым углом. К горизонтальной части 29 паза 27, выполненной в виде дуги, расположенной в диаметральной плоскости гильзы 22, примыкает дополнительный вертикальный паз 30, выполненный по образующей гильзы 22 вверх и вниз от горизонтальной части 29 и равный по ширине сквозному фигурному пазу 27. Фиксация байонетного соединения 20 в исходном положении осуществляется съемным стопором в виде винта 31, а герметичность зазора в зазоре между трубой керноприемника 7 и гильзой 22 обеспечивается эластичным кольцевым уплотнением 32.

К нижнему концу гильзы 22 присоединен стакан 33, разъемно установленный в расточке 4 коронки 3, на наружной поверхности которого в кольцевых канавках установлены разрезные пружинные кольца 34, обеспечивающие герметичность зазора, образуемого по гладкой цилиндрической поверхности контакта стакана 25 с расточкой 4.

Внутри стакана 33 нижним торцом гильзы 22 зажата пленочная диафрагма 35, герметично перекрывающая полость керноприемника 7 снизу, полость которого заполнена изолирующей жидкостью 36 на неводной основе с антифрикционными свойствами и плотностью, меньшей плотности бурового раствора.

Заявляемый керноотборный снаряд работает следующим образом.

Перед спуском в скважину производится сборка и подготовка снаряда, для чего корпус 1, собранный с коронкой 3 (фиг.1), устанавливается на устье скважины на элеваторе или в клиньях ротора (не показаны). Производится сборка гильзы 22 со стаканом 33, на который устанавливают разрезные пружинные кольца 34, и пленочную диафрагму 35, после чего собирается узел отделения керна 21, для чего в гильзу 22 последовательно устанавливают цанговый кернорватель 24, затем втулку 25 и рычажковый кернорватель 23.

К собранному с опорой вращения 8 и регулируемой подвеской 13 керноприемнику 7 присоединяют посредством байонетного соединения 20 подсобранный узел отделения керна 21, для чего гильзу 22 путем осевого перемещения надевают на нижний конец керноприемника 7, вначале вводя палец 26 в вертикальный паз 28, а затем путем поворота гильзы 22 вводят палец 26 в горизонтальный паз 29. Дальнейшим поворотом гильзы 22 палец 26 будет выведен из сквозного фигурного паза 27 и переместится в дополнительный вертикальный паз 30, после чего гильзу 22 оттягивают вниз, переводя палец 26 в верхнюю часть дополнительного вертикального паза 30 (фиг.2). С нижней частью дополнительного вертикального паза 30 в этом положении совместится резьбовое отверстие, выполненное в нижней части керноприемника 7 для установки съемного стопора, выполненного в виде винта 31, посредством которого производится фиксация в исходном положении узла отделения керна 21 с керноприемником 7 (фиг.2 и 3).

Собранный с опорой вращения 8 и регулируемой подвеской 13 (без кольцевого стопора 15) керноприемник 7 за монтажное кольцо 18 поднимают вспомогательной лебедкой (не показана) и устанавливают в полость 6 корпуса 1. В конце спуска керноприемника 7 в корпус 1 гайка 14 установится на торец корпуса 1, а стакан 33 благодаря гладким цилиндрическим поверхностям контакта с расточкой 4 и зазору в этом контакте беспрепятственно войдет в расточку 4 коронки 3. Одновременно с этим кольца 34, установленные в кольцевых канавках, выполненных на наружной поверхности стакана 33, благодаря разрезной форме выполнения и пружинным свойствам материала упруго сомкнутся и за счет уменьшения зазора в разрезе и соответственно своего наружного диаметра беспрепятственно войдут в расточку 4.

Далее путем вращения оси 10 относительно гайки 14 регулируют высоту установки керноприемника 7, обеспечивая гарантированный зазор между торцом стакана 33 и расточки 4, после чего неподвижно фиксируют ось 10 относительно гайки 14 кольцевым стопором 15.

Вывинтив пробку 18, через канал 17 полость керноприемника 7 заполняют изолирующей жидкостью 36 на неводной основе с антифрикционными свойствами и плотностью, меньшей плотности бурового раствора, например углеводородным или таловым маслом. Излив жидкости 36 в полость 6 корпуса 1 через кольцевой зазор в байонетном соединении 20 керноприемника 7 и гильзы 22 предотвращается благодаря эластичному кольцевому уплотнению 32, а в скважину через нижний торец стакана 33 предотвращается герметичным перекрытием последнего пленочной диафрагмой 35. После заполнения канал 17 герметично закрывают пробкой 18 и переводник 2 соединяют путем свинчивания с корпусом 1, одновременно обеспечивая зажим гайки 14 и ее неподвижность относительно корпуса 1.

В исходном положении, показанном на фиг.1, снаряд на колонне бурильных труб (не показана) спускают в скважину. При этом заполнение колонны труб буровым раствором из скважины осуществляется через отверстия 5 коронки 3, полость 6 корпуса 1 и отверстия 16 гайки 14. Поступление раствора из скважины в полость 6 через кольцевой зазор в контакте между стаканом 33 и расточкой 4 невозможно ввиду герметичного перекрытия этого зазора пружинными кольцами 34. Т.к. полость керноприемника 7 герметична и давление в ней при заполнении на поверхности жидкостью 36 было равно атмосферному, т.е. 0,1 МПа, то по мере спуска снаряда в скважину и возрастанию давления диафрагма 35 будет испытывать все большее усилие от перепада давления между полостью керноприемника 7 и скважиной. Вследствие этого при определенной величине перепада давления диафрагма 35 будет прорвана, полости керноприемника 7 и скважины будут сообщены и давления в них выровнены. При этом излива жидкости 36 в скважину происходить не будет благодаря ее меньшей по сравнению с буровым раствором плотности.

Бурение с отбором керна (не показан) производят, включив вращение снаряда, с промывкой скважины буровым раствором, нагнетаемым с поверхности на забой скважины по колонне бурильных труб через отверстия 16, полость 6 и отверстия 5. При этом благодаря разрезным пружинным кольцам 34, упруго взаимодействующим с расточкой 4, доступ раствора через кольцевой зазор в контакте стакана 33 с расточкой 4 навстречу выбуриваемому керну будет перекрыт, чем устраняется противоток и омывание циркулирующим раствором поступающего в керноприемник 7 керна. Тем самым предотвращаются как размыв керна, особенно из рыхлых слабосцементированных пород, так и проникновение в его поровое пространство фильтрата бурового раствора на водной основе, что обеспечивает как повышение выноса керна, так и его информативности ввиду сохранения естественной водонасыщенности.

По мере выбуривания керн через керноприемное отверстие коронки 3 поступает в отверстие стакана 33, разрывая диафрагму 35. Благодаря ее предварительному надрыву усилием от перепада давлений между полостью керноприемника 7 и скважиной, а также пленочному выполнению остатки диафрагмы 35 не будут оказывать сопротивления перемещению керна, чем предотвращается разрушение последнего, представленного в особенности рыхлыми, рассыпающимися и слабосцементированными породами.

Сохранность керна будет обеспечиваться также и гарантированной концентричностью и подвижностью керноприемника 7 относительно вращающегося корпуса 1 и, следовательно, неподвижностью относительно выбуриваемого керна, обеспечиваемой благодаря тому, что керноприемник 7 как в верхней, так и в нижней части снабжен опорами вращения. В верхней части керноприемник 7 оснащен подвесной опорой вращения 8 на подшипниках качения 11, а в нижней части - подшипником скольжения, образованным гладкой цилиндрической поверхностью контакта стакана 33 с расточкой 4 и зазором в этом контакте. Поскольку в опоре 8 установлено уплотнение 12, а на стакане 33 установлены разрезные пружинные кольца 34, упруго взаимодействующие с расточкой 4, исключается как проникновение твердой фазы бурового раствора внутрь подшипников 11, так и циркуляция бурового раствора через кольцевой зазор в контакте стакана 33 с расточкой 4. Тем самым обеспечивается беспрепятственное вращение керноприемника 7 относительно корпуса 1, предотвращается заклинивание как подшипников 11 опоры 14, так и стакана 33 в расточке 4 и устраняется возможность совместного вращения керноприемника 7 с корпусом 1, которое может негативно влиять на вынос керна. Это обусловлено тем, что у кернорвателей 23 и 24, установленных в гильзе 22, жестко связанной байонетным соединением 20 с керноприемником 7, в случае вращения совместно с керноприемником 7 не исключается воздействие рычажков и цанги кернорвателей 23 и 24 на неподвижный относительно забоя керн. При этом возможно обуривание, дробление и разрушение формируемой колонки и снижение выноса керна, представленного в особенности рыхлыми, рассыпающимися и трещиноватыми породами, что предотвращается в заявляемом снаряде оснащением керноприемника 7 как верхней, так и нижней опорами вращения, защищенных от воздействия бурового раствора и гарантированно обеспечивающих как неподвижность, так и концентричность керноприемника 7 относительно корпуса 1.

Кроме того, оснащение керноприемника 7 нижней опорой вращения с кольцами 34, предотвращающими поступление бурового раствора на забой через кольцевой зазор в контакте стакана 33 и расточки 4 противотоком выбуриваемому керну, позволило исключить из заявляемой конструкции керноотборного снаряда кожух, т.е. присутствующую в прототипе среднюю трубу, размещаемую в кольцевом зазоре между корпусом и керноприемником. Тем самым при прочих равных условиях, а именно: диаметральный размер скважины, лимитированный этим наружный диаметр корпуса и толщина его стенки, величина зазоров для подачи бурового раствора на забой и др., в заявляемой конструкции снаряда по сравнению с прототипом ввиду отсутствия кожуха в корпусе увеличивается полезный объем последнего, благодаря чему можно увеличить диаметр керноприемника и, следовательно, увеличить диаметр выбуриваемого керна, что положительно влияет на его вынос и геологическую информативность.

Одновременно с этим отсутствие кожуха в заявляемом снаряде, обеспечивающее возможность отбора керна с более увеличенным по сравнению с прототипом диаметром, расширяет эксплуатационные возможности заявляемого снаряда, снижает его стоимость и трудоемкость обслуживания, сборки и разборки при эксплуатации.

В процессе вращения корпуса 1 гильза 22 будет неподвижна относительно керноприемника 7 благодаря дополнительному вертикальному пазу 30 и взаимодействующим с ним пальцу 26 и стопору 31, которые исключают возможность разворота байонетного соединения 20 и тем самым повышают надежность работы заявляемого снаряда.

По мере бурения с отбором керна его колонка, входящая в керноприемник 7 через узел отделения 21, будет постоянно контактировать своей наружной цилиндрической поверхностью с обжимающим ее цанговым кернорвателем 23. При этом за счет сцепления с керном он будет перемещаться вверх по конической расточке гильзы 22, поднимая втулку 25 с рычажковым кернорвателем 23 до упора последнего в торец керноприемника 7.

По окончании рейса проходки с отбором керна прекращают вращение снаряда и подачу бурового раствора на забой, после чего отрывом снаряда от забоя производят отделение керна от забоя кернорвателями 23 и 24. При этом рычажки кернорвателя 23, постоянно контактирующие с цилиндрической поверхностью, неподвижно связанной с забоем колонки керна, перемещаясь вверх относительно последней, внедряются в керн и отделяют его от забоя. Одновременно с этим корпус кернорвателя 23 через втулку 25 воздействует на цанговый кернорватель 24 и принудительно с усилием, равным весу отделенной от забоя и вышерасположенной в керноприемнике 7 колонки керна, смещает цанговый кернорватель 24 в перемещаемую вверх коническую расточку гильзы 22. Благодаря этому увеличивается степень обжатия колонки керна цанговым кернорвателем 24, за счет чего производится отделение керна от забоя. Необходимость дополнительного снабжения узла отделения керна 21 втулкой 25, расположенной между кернорвателями 23 и 24, обусловлена тем, что в процессе выполнения рейса бурения с отбором керна, время которого может исчисляться десятками часов, возможно абразивное истирание внутренней поверхности цанги, за счет чего увеличивается ее диаметр и сила сцепления с колонкой керна. Учитывая, что одновременно с этим поверхность керна может быть гладко отполирована цангой, последняя при отрыве снаряда от забоя для отделения керна, даже сместившись в коническую расточку гильзы 22, может скользить по колонке керна, не удерживая ее. Поэтому наличие втулки 25, обеспечивающей взаимодействие кернорвателей 23 и 24 между собой, повышает надежность отделения керна от забоя и последующего удержания его в керноприемнике 7 при подъеме на поверхность, что в целом повышает надежность работы заявляемого керноотборного снаряда и способствует повышению выноса и качества керна.

При отделении керна от забоя усилие его отрыва, которое может достигать нескольких тонн, передается через кернорватели 23 и 24 на гильзу 22, связанную байонетным соединением 20 с керноприемником 7. При этом благодаря зазору между дополнительным вертикальным пазом 30 и пальцем 26 гильза 22 несколько сместится вниз до упора стакана 33 в торец расточки 4, выполненной в бурголовке 3, которая, будучи неподвижно соединенной с корпусом 1, воспринимает на себя усилие отделения керна от забоя. Тем самым от воздействия этого усилия будут разгружены подшипники 11 опоры вращения 8, повышена их долговечность, работоспособность и надежность работы снаряда в целом.

На поверхности снаряд устанавливают в клинья ротора, отсоединяют переводник 2 и из корпуса 1, введя крюк подъемной лебедки в кольцо 19 пробки 15, извлекают керноприемник 7. При этом гильза 22, воспринимая вес керна, удерживаемого кернорвателями 23 и 24, сместится вниз относительно керноприемника 7, окончательно выбирая зазор между пальцем 26 и верхним концом дополнительного вертикального паза 30 (фиг.2). Затем керноприемник 7 укладывают на мостки, вывинчивают пробку 15 и отсоединяют гильзу 22 от керноприемника 7, предварительно удалив стопор 31, после чего из керноприемника 7 извлекают поднятый керн. Благодаря тому что гильза 22 связана с керноприемником 7 не резьбовым, а байонетным соединением 20, сокращается время и трудоемкость разборки снаряда, что уменьшает затраты на его эксплуатацию.

Таким образом:

- благодаря дополнительному снабжению узла отделения керна втулкой, установленной в гильзе между кернорвателями с возможностью перемещения, применению регистраторов захода керна повышается надежность отделения керна от забоя и последующего удержания его в керноприемнике при подъеме на поверхность, что способствует повышению выноса и качества керна;

- благодаря оснащению керноприемника нижней опорой вращения в виде стакана, разъемно установленного в расточке коронки и снабженного разрезными пружинными кольцами, установленными в кольцевых канавках, выполненных на наружной поверхности стакана, и взаимодействующими с расточкой коронки, снаряд выполнен двухтрубным, чем упрощается его конструкция, уменьшается стоимость, снижаются эксплуатационные затраты и за счет обеспечения отбора керна более увеличенного диаметра обеспечивается повышение его выноса и качества;

- благодаря байонетному соединению узла отделения керна с керноприемником, обеспечивающему возможность осевого перемещения последнего относительно керноприемника во время операции отделения керна от забоя, исключается передача разрывного усилия на подшипники подвесной опоры вращения, что повышает ее долговечность и работоспособность и надежность работы снаряда в целом и способствует повышению выноса керна;

- благодаря байонетному соединению узла отделения керна с керноприемником сокращается время и трудоемкость разборки снаряда, что уменьшает затраты на его эксплуатацию.

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для бурения с отбором керна и с сохранением пластовой среды. Керноотборный снаряд содержит корпус с верхним переводником для соединения с колонной труб, коронку с расточкой, керноприемник, выполненный в виде трубы и снабженный в верхней части опорой вращения и регулируемой подвеской. Узел отделения керна от забоя включает цанговый и рычажковый кернорватели, подвижно размещенные в гильзе, соединенной с нижней частью трубы керноприемника. В расточке коронки разъемно установлен стакан. Труба керноприемника заполнена изолирующей жидкостью на неводной основе с антифрикционными свойствами и плотностью, меньше плотности бурового раствора. Нижний узел герметизации выполнен в виде разрушаемой диафрагмы, перекрывающей центральное отверстие стакана. 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 выполнено байонетным в виде пальца, неподвижно установленного на трубе, и взаимодействующего с ним сквозного фигурного паза, выполненного от торца гильзы в ее стенке и состоящего из вертикальной и горизонтальной частей, пересекающихся под прямым углом. 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. В исходном положении гильза имеет возможность продольного перемещения вдоль трубы керноприемника. Палец взаимодействует с верхней частью дополнительного вертикального паза. С нижней частью дополнительного вертикального паза в исходном положении взаимодействует съемный стопор, установленный в стенке трубы. Техническим результатом изобретения являются повышение выноса керна и надежности работы, уменьшение затрат при его эксплуатации и его стоимости, расширение эксплуатационных возможностей. 3 ил.

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, разъемно установленный в расточке коронки, нижний узел герметизации, выполненный в виде разрушаемой диафрагмы, перекрывающей центральное отверстие стакана, отличающийся тем, что 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.