ВСТАВНОЕ УДАРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА КЕРНА Российский патент 2017 года по МПК E21B25/02 

Настоящее изобретение, в общем, относится к отбору керна пластов горной породы. Изобретено также новаторское керноотборное ударное устройство и связанные агрегаты, системы и способы применения.

В бурении и, более конкретно, в отборе керна для разведки запасов минерального сырья существует необходимость постоянного снижения стоимости разведки; данное обычно получают, создавая способы ускоренной работы и/или более простые и дешевые механизмы. Данная заявка решает указанные задачи.

Существующая методология

Обычно керновое бурение выполняется с применением сложных буровых станков, которые вращают тонкостенные бурильные трубы (трубную колонну) с высокими скоростями (часто >1000 об/мин) с импрегнированным алмазами (или другим) керновым буровым долотом, прикрепленным к нижнему концу бурильной трубы (трубной колонны).

Долото при вращении продвигается в пласт, и в результате "керн" горной породы продвигается внутри бурильных труб (трубной колонны) в керноотборник. Керноотборник обычно имеет длину 1,5-3 метра. Когда керноотборник заполняется (измеряется длиной бурильной трубы, продвинутой от поверхности), захватывающий инструмент спускается на проволочном канате с поверхности внутри бурильных труб (трубной колонны). Захватывающий инструмент прикрепляется к керноотборнику и при его подъеме внутри бурильных труб (трубной колонны) выступы на нижнем конце керноотборника зажимают керн горной породы, отрывая его от пласта горной породы, и вся компоновка поднимается на поверхность для извлечения керна. Бурильные трубы (трубная колонна) остаются в породе, образуя временную обсадную колонну, которая предотвращает обрушение ствола скважины.

Керноотборник и пр. затем вновь спускается внутри бурильных труб (трубной колонны) и процесс продолжается до извлечения керна на интервале требуемой глубины. Хотя данная система работает удовлетворительно, она является дорогостоящей и работает относительно медленно. Дополнительно импрегнированные алмазами керновые буровые долота истирающего действия являются дорогостоящими, относительно хрупкими и часто повреждаются, если приложен слишком большой вес (чрезмерная осевая нагрузка на долото) или если изменяются свойства пласта в процессе бурения.

В патенте US 4279315, Tibussek, описано извлекаемое на проволочном канате керноотборное устройство, в котором применяется вращающееся кулачковое устройство для передачи ударной нагрузки малой силы и низкой частоты на невращающийся керноотборник. Данный механизм по самой конструкции лишен способности бурения (вращения и, вследствие этого, проходки) твердой горной породы при отборе керна. Кроме того, данное кулачковое ударное устройство не способно генерировать усилия, требуемые для разрушения и последующей проходки твердых пород.

Хотя керноотборник в данном устройстве не вращается, в нем отсутствует механизм защиты керна от аксиального перемещения вверх и вниз, которое керноотборник использует для продвижения в пласт.

В патенте US 3854539, Sweeny, описан извлекаемое на проволочном канате ударное устройство, которое в отличие от устройства Tibussek использует буровой раствор под давлением для приведения в действие поршня, который передает энергию на керновое долото. Однако на практике данный механизм является неполноценным, поскольку отсутствует способ надежного скрепления ударного устройства с наружной трубной колонной, вследствие этого, инструмент испытывает торможение и не подает достаточную ударную силу на долото и, следовательно, на горную породу. Вместо этого ударное устройство колеблется по схеме продольной передачи удара в наружном корпусе при нанесении ударов ударным устройством.

Сделана попытка решения данной проблемы с использованием гидравлического давления над ударным устройством для удержания ударного устройства на месте, но поскольку ударное устройство имеет канал, проходящий через долото, данное решение не работает. В данном случае ударная сила дополнительно уменьшается, поскольку наковальня и труба отбора керна ударяют прямо по буровому долоту, при этом буровое долото не способно перемещаться аксиально относительно наружной трубной колонны с каждым ударом. Это означает, что под действием каждого удара ударного устройства наружная трубная колонна работает на растяжение, что не только уменьшает энергию, направленную на разрушение горной породы, но дополнительно создает значительное напряжение в звеньях наружной трубной колонны, сокращая их срок службы.

Также в технике Tibussek образец керна не защищен от аксиального перемещения при ударе керноотборного ударного устройства, испытания показали повреждение или разрушение с потерей ценности образцов керна.

Сущность изобретения

Заявители предлагают, и их анализ показывает, что ударное устройство малого диаметра любого типа, например пневматическое, гидравлическое, магнитное, электромагнитное или генератор колебаний с приводом от гидравлического забойного двигателя, можно спускать внутри бурильных труб (трубной колонны) и устанавливать внутри компоновки так, что при активировании ударное устройство производит удары по керновому буровому долоту и обеспечивает ускоренный отбор керна и/или защищает сам образец керна.

Задачей настоящего изобретения в его различных аспектах является создание керноотборного устройства и/или компоновки и, если необходимо, связанных устройств, систем, способов и вариантов применения, которые должны удовлетворять одному, нескольким и предпочтительно большинству или всем указанным выше и/или перечисленным ниже техусловиям.

керноотборная компоновка/устройство должно иметь одно или несколько (наиболее предпочтительно все) из следующих функциональных возможностей:

возможность использования на любом (с отбором керна) буровом станке, не только на станках с высокими скоростями вращения,

- возможность быстрого продвижения в пласт,

- отбор качественных образцов керна (керны с механическими повреждениями от вращения, удара или эрозией от воздействия текучей среды являются неприемлемыми),

- совместимость, как системы с различными добавками в текучей среде, минимизация трения, удаление бурового шлама и т. п.,

- возможность извлечения на проволочном канате, при котором, когда образец керна поднимается на поверхность для извлечения керна, бурильные трубы или трубная колонна остается в грунте для изоляции ствола скважины и предотвращения его обрушения, и

- возможность бурения и отбора керна с проходкой любой породы пласта.

В вариантах осуществления могут применяться обычные долота ударно-вращательного бурения с карбидным или алмазным вооружением (или их аналоги), но с центральным отверстием под кернорватель, оставляющие нетронутым керн горной породы. Данные долота являются весьма долговечными, стойкими к повреждениям от изменения характеристик пласта или от чрезмерной осевой нагрузки на долото, и дополнительным требованием является только медленное вращение (обычно меньше 100 об/мин), означающее, что не требуется специальных станков высокоскоростного бурения алмазными керновыми долотами.

В одном аспекте изобретение является керноотборным устройством, обеспечивающим забор и извлечение керна из подземного пласта, устройство содержит или включает в себя: вращающийся трубный корпус, керновое долото, закрепленное для вращения с корпусом, кроме того, выполненное с возможностью аксиального перемещения по отношению к вращающемуся трубному корпусу, извлекаемую керноотборную компоновку, фиксирующуюся к вращающемуся трубному корпусу или относительно него, содержащую: ствол кернорвателя для керна, причем ствол выполнен отделенным от трубного корпуса для исключения вращения с ним и работающим совместно с керноотборным долотом для удержания керна, и ударное устройство для обеспечения удара по керновому долоту по схеме продольной передачи удара, разобщенное или по существу разобщенное со стволом кернорвателя, при этом трубный корпус выполнен с функциональной возможностью вращения долота, кроме того. ударное устройство выполнено с функциональной возможностью нанесения ударов по долоту для забора и подачи кернового материала из пласта в ствол кернорвателя в режиме изоляции керна в стволе кернорвателя от вращательных и ударных усилий.

Предпочтительно схема продольной передачи удара содержит ударную трубу или конструкцию, окружающую ствол кернорвателя, которая принимает удар от ударного устройства на первом конце и упирается в керновое долото на другом конце для передачи удара.

Предпочтительно керновое долото имеет шлицевое соединение с вращающимся трубным корпусом, обеспечивающее закрепление кернового долота для его вращения и аксиального перемещения, при этом после приема удара керновое долото перемещается аксиально относительно вращающегося трубного корпуса.

Предпочтительно извлекаемая керноотборная компоновка может фиксироваться к вращающемуся трубному корпусу или относительно него, с использованием фиксирующего узла, закрепляющего компоновку к вращающемуся трубному корпусу или относительно него.

Предпочтительно деформируемый элемент создается между фиксирующей компоновкой и ударным устройством для удержания ударного устройства напрямую или не напрямую на долоте, кроме того, во время работы ударного устройства ограничивает напряжение на фиксирующей компоновке для удержания фиксирования компоновки к вращающемуся трубному корпусу или относительно него.

Предпочтительно ударное устройство приводится в действие буровым раствором, при этом буровой раствор выпускается между стволом кернорвателя и ударной трубой или конструкцией, окружающей ствол кернорвателя, и через керновое долото, таким образом, обходя керн в стволе кернорвателя.

Предпочтительно ударное устройство содержит ротор, который при вращении генерирует продольное перемещение в ударном элементе, производящем удар по керновому долоту, при этом ротор соединяется вертлюжным звеном со стволом кернорвателя так, что ствол может убираться, при этом являясь вращательно разобщенным с ротором для изоляции керна в стволе кернорвателя от вращающих усилий.

Предпочтительно ударное устройство является магнитным ударным устройством, и ротор является внутренней магнитной группой, которая вращается относительно наружной магнитной группы, то есть ударного элемента, при этом внутренняя магнитная группа соединяется с помощью вертлюжного звена со стволом кернорвателя так, что ствол может убираться, при этом являясь вращательно разобщенным с ротором для изоляции керна в стволе кернорвателя от вращающих усилий.

Предпочтительно фиксирующий узел, деформируемый элемент, ударное устройство, и ствол кернорвателя керноотборной компоновки соединяются так, что могут вставляться во вращающийся трубный корпус и фиксироваться к вращающемуся трубному корпусу или относительно него и извлекаться из вращающегося трубного корпуса с помощью раскрепления фиксирующего узла и удаления керноотборной компоновки с использованием фиксатора на проволочном канате.

В другом аспекте изобретение является извлекаемой керноотборной компоновкой для фиксирования относительно вращающегося трубного корпуса керноотборного устройства, обеспечивающей забор и извлечение керна из подземного пласта, причем компоновка содержит или включает в себя: ствол кернорвателя для керна, причем ствол отделен от трубного корпуса для исключения вращения с ним и выполнен с возможностью совместной работы с керноотборным долотом, соединенным с вращающимся трубным корпусом, для удержания керна, и ударное устройство для производства удара по керновому долоту по схеме продольной передачи удара, разобщенное или по существу разобщенное со стволом кернорвателя, так что при фиксировании, вращении и ударе керновое долото захватывает и пропускает материал керна из пласта в ствол кернорвателя в режиме изоляции керна в стволе кернорвателя от вращательных и ударных усилий.

В другом аспекте изобретение является способом получения образца керна, содержащим применение устройства/компоновка, описанного в любом из предыдущих абзацев и работу устройства/компоновки, вращающей долото и производящей удары по нему в режиме изоляции керна от вращающих и ударных усилий.

В данном документе описано керноотборное устройство, обеспечивающее забор и извлечение керна из подземного пласта, содержащее или включающее в себя:

(1) вращающийся трубный корпус и керновое ударное долото, закрепленное для вращения с корпусом и, кроме того, выполненное с возможностью перемещаться аксиально по отношению к корпусу,

(2) извлекаемую компоновку, выполненную с возможностью

(а) вставления в корпус для фиксирования с удержанием относительно корпуса в зоне фиксирования, предотвращающего перемещение всей извлекаемой компоновки при производстве ей ударов по долоту, и

(b) когда требуется раскрепления в зоне фиксирования и подъем целиком извлекаемой компоновки из корпуса;

при этом в зоне фиксирования обеспечивается удержание фиксатора,

при этом извлекаемая компоновка имеет кернорватель, состыкованный с ударной массой ударного устройства или состыкованный с ударным устройством, имеющим ударную массу, поэтому кернорватель извлекается из скважины, когда извлекается масса ударного устройства и/или извлекается ударное устройство;

и при этом, когда извлекаемая компоновка вставляется, как в п. (2)(а), кернорватель без вращения или без вращения синхронно с корпусом и ударным долотом может принимать и удерживать керн по ходу его образования из породы с помощью вращения долота и его ударов, где масса ударного устройства совершает циклическое движение между состояниями

(А) продвижения в направлении или к ударному долоту, производя удар не напрямую (например, с помощью некоторого промежуточного элемента или узла) или напрямую по долоту, и

(B) отхода от ударного долота в направлении к зоне фиксирования в пружину или другой деформируемый механизм, уменьшающий ударную нагрузку для фиксирующего удержания в зоне фиксирования.

В данном документе описано керноотборное устройство, обеспечивающее забор и извлечение керна из подземного пласта, содержащее или включающее в себя:

(1) вращающийся трубный корпус и керновое ударное долото, закрепленное для вращения с корпусом и, кроме того. выполненное с возможностью перемещаться аксиально по отношению к корпусу,

(2) извлекаемую компоновку, выполненную с возможностью

(а) вставления в корпус для фиксирования с удержанием с помощью или относительно корпуса в зоне фиксирования всей извлекаемой компоновки на расстоянии от ударного долота и

(b) когда требуется, отсоединения в зоне фиксирования и извлечения всей извлекаемой компоновки из корпуса;

при этом извлекаемая компоновка имеет кернорватель, состыкованный с ударной массой ударного устройства или состыкованный с ударным устройством, имеющим ударную массу, поэтому кернорватель извлекается из скважины, когда извлекается масса ударного устройства и/или извлекается ударное устройство;

и при этом при вставлении, как в п. (а), кернорватель без вращения или без вращения синхронно с корпусом и ударным долотом, может принимать и удерживать керн по ходу его образования из породы с помощью вращения и ударов долотом, где масса ударного устройства совершает циклическое движение между состояниями

(А) продвижения в направлении или к ударному долоту, производя удар не напрямую (например, с помощью некоторого промежуточного элемента или узла) или напрямую по долоту, и

(B) отхода от ударного долота в направлении к зоне фиксирования в пружину или другой деформируемый механизм, уменьшающий ударную нагрузку на удерживающий фиксатор в зоне фиксирования.

Предпочтительно долото имеет шлицевое соединение с корпусом.

Предпочтительно между извлекаемой компоновкой и корпусом установлен по меньшей мере один элемент для передачи удара ударного устройства на долото.

Предпочтительно указанный по меньшей мере один элемент является трубой.

Предпочтительно труба не извлекается из скважины с извлекаемой компоновкой.

В одной группе вариантов осуществления ударное устройство является магнитным ударным устройством.

Предпочтительно магнитное ударное устройство имеет массу ударного устройства, вращающуюся с корпусом и несущую наружную группу магнитов и внутреннюю компоновку, несущую внутреннюю группу магнитов, выполненную с возможностью приведения в действие текучей средой для вращения относительно массы ударного устройства и корпуса.

Предпочтительно внутренняя компоновка имеет вертлюжное соединение с кернорвателем.

Предпочтительно гидравлический забойный двигатель приводит в действие магнитное ударное устройство.

В другой группе вариантов осуществления ударное устройство не является магнитным ударным устройством.

Предпочтительно ударное устройство приводится в действие (например, как поршень) подаваемыми на забой текучей средой или газом.

Предпочтительно ударное устройство выпускает текучую среду из одного или нескольких выпусков. Проходящая между внешним корпусом и кернорвателем для исключения повреждения образца керна текучая среда выходит в ствол скважины через керновое буровое долото для содействия удалению бурового шлама и т. д.

Предпочтительно ударное устройство имеет вертлюжное соединение с кернорвателем, помогающее минимизировать любое повреждение от вращения, передаваемого на образец керна.

Предпочтительно от ударного устройства не требуется вращение с корпусом.

В данном документе описано забойное устройство, содержащее или включающее в себя

керновое ударное долото,

корпус в составе бурильной колонны или для прикрепления к бурильной колонне, с которым долото скрепляется для вращения, но относительно которого долото может перемещаться аксиально (например, предпочтительно скрепляется с возможностью относительного аксиального перемещения в некоторых пределах),

труба или другое передающее удар окружающее средство, расположенное в трубной колонне коаксиально, выполненная с возможностью перемещения аксиально как относительно обсадной колонны, так и относительно долота;

при этом труба или окружающее средство выполнено с возможностью передачи ударов ударного устройства на долото.

В данном документе описано извлекаемая компоновка, содержащая или включающая в себя

керноприемный ствол

функционирующее на забое ударное устройство,

пружину или деформируемую систему,

фиксирующую систему для удержания (относительно корпуса в бурильной колонне) компоновки от (значительного) перемещения в сторону устья скважины до момента после раскрепления, и

крепление для извлечения;

при этом ударное устройство функционирует на забое с пружиной или деформируемой системой, достаточно эффективной для уменьшения любой кратковременный нагрузки фиксирующей системы до величины ниже значения, при котором может происходить раскрепление или расцепление, и с перемещением ударного устройства вниз при ударе (или массы ударного устройства) с обходом керноприемного ствола или с ударом по трубе, расположенной вокруг керноприемного ствола.

В данном документе описаны также в комбинации, в работе или в компоновке как

(А) забойное устройство предпоследнего абзаца, так и

(B) совместимая с ним извлекаемая компоновка предыдущего абзаца.

В данном документе описано совместное применение извлекаемого кернорвателя и вращающегося корпуса в виде бурильной колонны, в котором кернорватель расположен при работе как

(I) кернового долота, осуществляющего подачу керна в ствол кернорвателя, причем долото принимает удары при вращении с колонной и аксиально возвратно-поступательно перемещается относительно колонны, так и

(II) ударного устройства, извлекаемого с кернорвателем и забранным керном в его стволе, и по меньшей мере одним и предпочтительно обоими из следующего:

(III) устройство ослабления удара, осуществляющее защиту от повторяющихся кратковременных ударных нагрузок со стороны устья скважины, забойная удерживающая фиксирующая система между ударным устройством и наружной обсадной колонной, и

(IV) элемент ударного устройства, установленный между колонной и кернорвателем, который кернорватель предпочтительно не несет, передающий удар на ударное керновое долото не напрямую с ударного устройства, при этом керновое буровое долото может перемещаться аксиально по отношению к ударному устройству и наружному корпусу.

В данном документе описан способ отбора керна из подземного пласта, включающий в себя

вращение и производство ударов керновым долотом, которое несет трубная колонна, вращающая долото, прием керна, образуемого с помощью долота в ствол кернорвателя, и извлечение керна в стволе кернорвателя после отрыва от пласта;

способ отличается тем, что ударное устройство, которое напрямую или не напрямую производит удары по долоту, но не по кернорвателю, несется в компоновке или в связи с извлекаемым кернорвателем и компоновка или связанное устройство извлекается с помощью фиксатора в трубной колонне во время такого производства ударов, кроме того, пружина или деформируемое функциональное устройство установлено между по меньшей мере частью ударного устройства или в его направленной вверх схеме удара и части фиксатора для уменьшения вызываемого ударом раскрепления.

В данном документе описана компоновка приема и извлечения керна для применения или подходящая для применения на забое скважины во вращающемся корпусе бурильной колонны с ударным керновым долотом, скрепленным для вращения с корпусом и, кроме того, перемещающимся аксиально относительно него, причем компоновка содержит или включает в себя

извлекаемый ударный механизм с ударной массой,

керноприемный ствол (предпочтительно с разобщающим устройством),

и вертлюжное соединение между ударным механизмом и керноприемным стволом,

причем устройство, являющееся ударной массой, не действует через керноприемный ствол и керноприемный ствол не должен вращаться и перемещаться аксиально с любой частью ударного механизма.

В данном документе описана компоновка, вставляющаяся на забое в корпус в составе бурильной колонны, имеющий керновое ударное долото, причем компоновка содержит или включает в себя: ударный механизм, кернорватель, связанный с ударным механизмом, но не получающий ударов от него, и передающую удар трубу ударного устройства, поднимаемую с ударным механизмом и кернорвателем, кроме того, аксиально перемещающуюся по отношению к кернорвателю и выполненную с возможностью как принимать удар в продольном направлении, так и производить удар в продольном направлении по работающему долоту.

Предпочтительно ударный механизм имеет вертлюжное соединение с кернорвателем.

Предпочтительно имеется высвобождаемая фиксирующая система, которой компоновка может удерживаться от перемещения в направление вверх во время работы ударного устройства.

Предпочтительно имеется амортизатор или средство распределения ударной нагрузки для защиты фиксирующей системы от удара к устью скважины.

Предпочтительным является любой вариант применения, комбинация, способ, система или устройство, по существу описанное в данном документе со ссылкой или без ссылки на любые один или несколько из прилагаемых чертежей.

В данном документе описаны любые варианты применения, комбинация, способ, система или устройство, по существу описанное в данном документе со ссылкой или без ссылки на любые один или несколько из прилагаемых чертежей.

В данном документе описаны различные варианты осуществления работающей на проволочном канате или эквивалентной системы извлекаемого ударного устройства отбора керна (ударный механизм может относиться к любому типу, например иметь пневматический или гидравлический привод, магнитное ударное устройство, электромагнитное или любое другое, которое передает удар напрямую или не напрямую на керновое буровое долото, который обуславливает продвижение кернового долота в пласт, в котором отбирается керн), но в своих наиболее предпочтительных формах имеющей характерные признаки, рассмотренные ниже.

(I) Керновое буровое долото непрерывно вращается при производстве ударов по нему. Данное обеспечивает быструю проходку в пласте твердой горной породы.

(II) Имеется самонастраивающееся механическое устройство, которое устанавливает ударное устройство внутри наружного корпуса и которое останавливает любое аксиальное перемещение ударного устройства к устью скважины во время работы, таким образом, подавая максимальную энергию на пласт и поэтому, обеспечивающее максимальную скорость бурения. Данный блокирующий механизм является реверсивным для обеспечения извлечение ударного устройства и образца керна, когда требуется, с помощью системы на проволочном канате.

(III) Требуется забор керна с диаметром, насколько возможно большим относительно наружного диаметра корпуса. По данной причине применяют тонкостенные бурильные трубы (корпус), вследствие этого блокирующий механизм ударного устройства имеет весьма небольшую площадь сечения, в упор с которым блокируется. При существенной силе удара, который ударное устройство должно производить для продвижения кернового бурового долота в твердых породах, требуется средство минимизации удара к устью скважины от ударного устройства через (блокирующий ударное устройство) механизм и на узкой площади упора. Данное может достигаться применением пружины или другого деформируемого механизма над поршнем ударного устройства для содействия амортизации удара на устье скважины, который иначе получается при остановке поршня ударного устройства в вершине хода поршня.

(IV) Буровое долото выполнено с возможностью аксиального перемещения относительно наружного корпуса с каждым ударом от ударного устройства. Данное долото обеспечивает передачу всей энергии удара на горную породу, бурение которой проводится, без данного признака каждый удар должен демпфироваться в результате затраты энергии на растяжение наружного корпуса (с повреждением при этом связанных бурильных труб/резьбы и т. д.).

(V) Образец керна (при его продвижении в керноотборник) изолирован как от вращающей силы вращающейся компоновки, так и аксиальной силы удара, действующей вперед и назад, от передающей удар трубы.

При использовании в данном документе термин "пружина" включает в себя любую деформируемую систему, выполненную с возможностью предотвращения или по меньшей мере уменьшения действующей в сторону устья скважины кратковременной ударной нагрузки при взаимодействии извлекаемых систем в зоне фиксирования. Указанное может являться одним элементом или множеством элементов, выполненных с возможностью распределять по времени в контактной зоне и по кратковременной величине ударную нагрузку с уходом через нагрузки системы фиксирования. "Пружина" может соединяться с системой поглощения энергии (например, демпфером) или не соединяться (предпочтительно не соединяться, если "пружина" должным образом настроена, чтобы находиться в фазе с циклическим перемещением связанного с ней ударного устройства).

Пружина может представлять собой один или несколько элементов из металла (например, спиральную металлическую пружину или ряд дисковых пружинных элементов). Пружина может являться не металлической (например, выполняться из подходящего синтетического каучука). Пружина может являться пневматической.

Аналогично "деформируемый", "деформируемый механизм" и связанные термины можно использовать для любой альтернативной пружинной системы.

Пружина или деформируемая систем предпочтительно действует, как буфер с демпфированием или без него.

При использовании в данном документе термин "и/или" означает "и" или "или" или, где приемлемо, как "и", так и "или".

При использовании в данном документе "захват" или любой другой термин, относящийся к устройству, взаимодействующему с керном в приемнике и/или долоте ("инструменте") может иметь любой подходящий тип. Предпочтительно указанное является устройством самостоятельного развертывания на основе клина, либо в виде разрезного кольца или индивидуальных захватных скользящих элементов.

При использовании в данном документе "ствол кернорвателя", "керноприемник" или "ствол" предпочтительно имеет в составе "захват".

При использовании в данном документе термин "пласт", "пласты" и "пласт (пласты)" должен рассматриваться относящимся взаимозаменяемо к любому слою, последовательности или другим изменениям в любой подземной структуре (например, грунт, морское дно, гребень и т. д.).

При использовании в данном документе ссылка на "магнитный", "магнитные группы", "магнитное ударное устройство" включает в себя, но без ограничения этим, агрегаты, устройство, системы в забойных ударных устройствах, типов, описанных в PCT/NZ 2008/000217 (публикация WO 2009/028964) и PCT/IB 2012/050875.

При использовании в данном документе "забойный" в отношении любого устройства, системы или т. п. не исключает условия, когда любое такое устройство фактически не является забойным. Термин относится к функциональному предназначению и/или применению в работе на нижнем конце бурильной колонны.

При использовании в данном документе "текучая среда" включает в себя жидкость (жидкости), жидкие системы (например, суспензия, буровой раствор и т. д.), смеси жидкости и газа, смеси газов. Термин применяется при описании любых пневматических или газовых систем без сужения объема заявки.

Краткое описание чертежей

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже со ссылкой на чертежи, на которых показано следующее.

На фиг. 1A, 1В, 1C, 1D показана магнитная ударная керноотборная компоновка/устройство согласно одному варианту осуществления.

На фиг. 2 показано пневматическое или гидравлическое керноотборное ударное устройство согласно другому варианту осуществления.

На фиг. 3 показана керноотборная компоновка фиг. 2 (аналогичная показанной на фиг. 1A-1C), поднимаемая на поверхность из скважины своим извлекающим овершотом после замены овершота фиксирующего узла для обеспечения удаления.

На фиг. 4 более детально показано устройство/компоновка фиг. 1A-3.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

На фиг. 1A-1C показана магнитная ударная керноотборная компоновка/устройство согласно одному варианту осуществления изобретения, включенная в состав или для включения в состав бурильного устройства 40. Термин "керноотборное устройство" может относиться к устройству, содержащемуся или включенному в состав бурильного устройства для отбора керна, а также отдельному устройству, предназначенному для включения в состав бурильного устройства для придания бурильному устройству способности отбора керна, термин должен широко толковаться, как относящийся к обоим вариантам. В настоящем описании термин "керноотборная компоновка" номинально применяется в значении устройства для ввода/включения в состав бурильного устройства, и термин "керноотборное устройство" номинально применяется в значении устройства, создаваемого, когда керноотборная компоновка вводится/включается в состав бурильного устройства. Термины не должны интерпретироваться в узком смысле и, керноотборная компоновка, введенная в состав бурильного устройства, может альтернативно относиться к керноотборному устройству некоторыми специалистами в данной области техники.

На фиг. 1A-1C показано одно не имеющее разрывов устройство, разбитое на три отдельных чертежа для показа деталей с увеличением. В работе левый конец на фиг. 1A соединяется с буровым станком и располагается со стороны устья скважины; продолжением правого конца на фиг. 1A является левый конец на фиг. 1В и продолжением правого конца на фиг. 1В является левый конец на фиг. 1C. Правый конец на фиг. 1C располагается со стороны забоя скважины вблизи поверхности забоя (в процессе работы). Когда устройство находится в работе, направление влево в чертежах является направлением к устью, и направление вправо является направлением к забою скважины. На фиг. 1D показано устройство в целом с потоком 75 бурового раствора, проходящим через устройство.

Устройство служит для отбора образцов керна способом, обеспечивающим защиту образца керна. Бурильное устройство 40 содержит наружный бурильный корпус 1 (также называется "бурильной колонной" или "бурильной трубой" или "колонной"), соединенный с керновым ударным долотом ("буровое долото" или "керновое долото") 2 (фиг. 1C). В вариантах осуществления могут применяться обычные долота ударного бурения с карбидными или алмазными элементами ударно-вращательного бурения (или их аналоги), но со сквозным центральным отверстием, оставляющие керн горной породы неповрежденным. Данные долота являются весьма долговечными, стойкими к повреждению в результате изменения в пласте или чрезмерной осевой нагрузки на долото, дополнительно данные долота требуют только медленного вращения (обычно меньше 100 об/мин), поэтому специальные буровые станки высокоскоростного бурения алмазными коронками не требуются.

Бурильный корпус 1 может вращаться с поверхности с помощью бурового станка (известным специалисту в данной области техники способом) и в свою очередь вращать буровое долото 2, обеспечивая бурение ствола скважины и продвижение в пласт обычным способом. Корпус при этом становится или является "вращающимся трубным корпусом". Буровое долото 2 имеет режущие компоненты, которые разрушают породу пласта на забое ствола скважины. Буровое долото 2 имеет наружный корпус 2a, который соединяется вращательным шлицевым соединением 20 с наружной частью вращающегося трубного корпуса 1, при этом долото должно вращаться с корпусом 1, но также может перемещаться продольно/аксиально (влево и вправо на чертежах) относительно вращающегося корпуса 1 для производства удара. Для обеспечения эффективного производства ударов и продвижения в пласт, а также отбора керна, керноотборная компоновка включена в состав вращающегося корпуса 1 бурильного устройства 40 для производства ударов буровым долотом 2, отбора образца 19 керна и обеспечения подъема образца 19 керна. Керноотборная компоновка в бурильном устройстве 40 создается в виде керноотборного устройства 40, как описано выше, для захвата и извлечения керна из подземного пласта. Керноотборная компоновка выполняется с возможностью извлечения из бурильного устройства, обеспечивающей извлечение керна. Керноотборная компоновка содержит ударное устройство 100, которое совершает колебания или челночное перемещение (влево/вправо на чертежах) между двумя продольными (аксиальными) положениями в бурильном корпусе 1, обеспечивая ход в сторону устья и в сторону забоя скважины (влево/вправо на чертежах), для производства ударов буровым долотом 2.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 1A-1C, керноотборная компоновка имеет магнитное ударное ("челночное") устройство 100 и таким образом имеет форму магнитной ударной керноотборной компоновки, хотя керноотборные компоновки с ударными устройствами других типов можно использовать, такие как показанные пневматические, гидравлические, магнитные, а также электромагнитные или с приводом от гидравлического забойного двигателя ударные устройства. На фиг. 2 и 3 показано ударное устройство другого типа.

Показанная на фиг. 1A-1D (магнитная ударная) керноотборная компоновка содержит систему 3 овершота, применяемую для спуска и подъема керноотборной компоновки (включающей в себя ударное устройство) керноотборного устройства из бурильного устройства. Под системой 3 овершота расположен фиксирующий узел 4, который соединяет/скрепляет керноотборную компоновку с корпусом или закрепляет относительно него. Фиксирующий узел 4 содержит выдвижные фиксирующие рычаги 5 (например, подпружиненные фиксаторы), которые сцепляются с заплечиком 6 в бурильном корпусе 1, создающим упор, показанный на внутреннем диаметре бурильного корпуса 1. Фиксирующий узел 4 удерживает магнитное ударное устройство 100 устройства (описано ниже) от аксиального перемещения вверх или отката при производстве ударов от ударного устройства 100, результатом является направление всей или по существу всей или по меньшей мере главной части ударной силы ударного устройства 100 в пласт, в котором отбирается керн.

Гидравлический забойный двигатель 8, приводимый в действие буровым раствором или его аналогом, соединяется под фиксирующим узлом 4. Под фиксирующим узлом 4 имеются окна 7 текучей среды, обеспечивающие проход бурового или другого раствора в забойный двигатель 8, который преобразует гидравлическую силу потока раствора в механическое вращение выходного вала 11 забойного двигателя. Оборудованы уплотнения 9, работающие при закачке, которые могут эффективно действовать при отборе керна с отклонением от вертикали. Таким образом, буровой раствор можно использовать для подачи насосом компоновки на место работы и содействия установке фиксирующего узла, обеспечивающих получение образцов керна в не вертикальном стволе.

Выходной вал 11 гидравлического забойного двигателя проходит к забою от гидравлического забойного двигателя 8 и через блок подшипников, оборудованный ниже гидравлического забойного двигателя 8, содержащий корпус 10 подшипников и подшипники 10a-10d, которые поддерживают вращающийся выходной вал 11 гидравлического забойного двигателя. Выходной вал 11 гидравлического забойного двигателя соединяется с входным валом 54 ударного устройства с помощью шлицевого, резьбового или другого подходящего соединения, позиция 53. Отмечаем, входной вал 54 ударного устройства можно считать частью выходного вала 11, и наличие отдельных компонентов или единого вала не критично для изобретения. Входной вал 54 ударного устройства проходит через центр пружины 13 (или другого деформируемого компонента), установленной внутри вращающейся (бурильной) трубы корпуса 1 с достаточным зазором, при котором во время вращения вал 54 не входит в контакт с пружиной. Первый конец пружины 8, расположенный со стороны устья, имеет резьбовое или иное соединение 83 с блоком 10 подшипников, и второй конец, расположенный ближе к забою, имеет резьбовое или иное соединение 80 с магнитным ударным устройством 100.

Пружина 13 применяется для амортизации со стороны устья скважины силы от магнитного ударного устройства 100 при его возврате к верху хода челночного перемещения, при этом уменьшаются напряжения на фиксирующих рычагах 5 и заплечике 6 фиксирующего узла 4. Поскольку требуется возможно большее соотношение диаметра захватываемого керна и наружного диаметра корпуса, корпус 1 предпочтительно состоит из тонкостенных бурильных труб. Это означает, что фиксирующий узел имеет только небольшую площадь сечения для упора. Существенные ударные силы могут снижать надежность фиксирования. Поэтому пружина или другой упругий компонент амортизирует со стороны устья скважины удар от работы ударного устройства. Таким образом, пружина 13 или другой упругий компонент: а) уменьшает демпфирование со стороны устья скважины, при котором в ином случае могут повреждаться компоненты со стороны устья скважины; b) помогает повторно использовать некоторую часть кинетической энергии, которая в ином случае теряется во время челночного перемещения; и/или b) обеспечивает более стабильные челночные колебания. Без пружины 13 фиксирующие рычаги 5 и заплечик 6 не могут сохранять работоспособность в течение нужного времени под воздействием силы от ударного устройства 100, направленной к устью скважины. Для работы устройства не является существенным соединение пружины 13 по описанной выше схеме (например, пружина может просто упираться в данные компоненты), однако схема является предпочтительной, поскольку иначе челночные колебания и срок эксплуатации пружины и усталость материала контролируются хуже.

Магнитное ударное устройство 100 расположено со стороны забоя скважины от выходного вала 11 и пружины 13. Оно имеет наружный корпус 61 ударного устройства (см. фиг. 4), внутреннюю магнитную группу 15 и наружную магнитную группу 14. Внутренняя магнитная группа 15 (магнитный ротор) соединяется с входным валом 54 ударного устройства. При вращении выходной вал 11 с помощью входного вала 54 ударного устройства вращает внутреннюю магнитную группу 15 относительно наружной магнитной группы 14. Наружная магнитная группа не вращается (относительно внутренней вращающейся магнитной группы 15), то есть удерживается от вращения благодаря шлицевому 74 прямому или непрямому соединению с передающей удар трубой 16. При магнитном взаимодействии от вращения двух магнитных групп 14, 15 относительно друг друга вращение наружной магнитной группы сдерживается, и возникают ее колебательные перемещения вперед и назад (от устья к забою скважины или влево-вправо на фигурах) продольно/аксиально в корпусе 1. Наружная магнитная группа 14 соединяется с ударной (передающей удар) трубой 16 или другой подходящей конструкцией, например, резьбовым соединением 74 либо напрямую или с помощью магнитного челнока 60 (см. фиг. 4). Передающая удар труба 16 установлена в наружном вращающемся корпусе 1 и имеет внутреннюю полость. Кольцевая часть расположенного ближе к забою конца передающей удар трубы 16 во время работы может опираться/упираться/сталкиваться с буровым долотом 2 в корпусе 2a бурового долота. Перемещение к забою скважины магнитной группы 14 принимается расположенным ближе к устью скважины концом передающей удар трубы 16, и передающая удар труба 16 перемещается вниз, обуславливая удар/столкновение с буровым долотом 2 через передающую удар трубу 16 в ударной зоне 71, 72. Ударная зона возникает там, где конец ударной трубы 16 бьет по "наковальне" или другому ударному компоненту 72 рядом с буровым долотом 2. Буровое долото 2 имеет шлицевое соединение 20 с бурильным корпусом 1, обеспечивающее долоту аксиальное продвижение независимо от наружного вращающегося корпуса 1 и образца 19 керна под действием давления передающей удар трубы 16 (предотвращающее повреждение отбираемого образца керна) в пласт с каждым ударом.

Ствол 18 кернорвателя устанавливается в передающей удар трубе 16 (или другой конструкции) так, что ударная труба или другая конструкция окружает ствол 18. Ствол имеет отверстие со стороны забоя, которое устанавливается смежно с задним торцом бурового долота 2 так, что может совместно работать с буровым долотом 2, принимая (керновый) материал, вынимаемый буровым долотом. При вращении бурового долота и ударах по пласту его торцом долото вынимает материал, который захватывается в ствол 18 кернорвателя, давая в результате образец 19 керна. Ствол 18 кернорвателя отсоединен от передающей удар трубы 16, так что не зависит от любого продольного перемещения передающей удар трубы 16. Сохранение ствола 18 кернорвателя продольно стационарным изолирует керн 19 в нем от ударных сил и помогает предотвратить повреждение образца керна. При этом наружная магнитная группа 14 обеспечивает создание ударной нагрузки/производство ударов по керновому долоту 2 напрямую или не напрямую вдоль продольного/аксиального ударного пути (с помощью ударной трубы 16 или другой конструкции, которая окружает ствол 18 кернорвателя), который разобщен (или, по существу, разобщен) с керном так, что ударная сила обходит керн. При этом керн 19 предохраняется.

Вертлюжная секция 17 соединяет магнитное ударное устройство 100 (и в частности его ротор) со стволом 18 кернорвателя и образцом 19 керна. Вертлюг показан более подробно на фиг. 4. Вертлюг имеет корпус 41, который соединяется (например, резьбовым соединением 42) с ротором 54/внутренней группой 15 магнитного ударного устройства, так что корпус 41 и ротор 54/внутренняя группа 15 вращаются вместе. Изолированный от вращения внутренний элемент 43 установлен коаксиально в корпусе 41 вертлюга. Внутренний элемент 43 соединяется (например, резьбовым соединением 44) с верхним удлинителем 45 от ствола 18 кернорвателя. Опорные поверхности 46 обеспечивают корпусу 41 вертлюга вращение независимо от внутреннего элемента 43/кернорвателя 18/верхнего удлинителя 45 и сохранение внутреннего элемента 43 невращающимся. Опорные поверхности 46 могут выполняться из любого подходящего опорного материала, например, материала с заданными свойствами, пластиковой щетки или роликов. Опорные поверхности 46 удерживаются на месте кольцевой пробкой 47, которая соединяется (например, резьбовым соединением 48) с корпусом 41 вертлюга. Кольцевые уплотнения 49 круглого сечения оборудуются на верхнем удлинителе 45 ствола кернорвателя, создавая трение, помогающее сохранять ствол 18 кернорвателя не вращающимся. Грязесъемные манжеты 50 создаются на верхнем удлинителе для предотвращения попадания грязи (например, бурового раствора и т. п.) на опоры. Внутренняя аксиальная полость 51 во внутренней магнитной группе 15, внутренний элемент 43 и верхние удлинители 45 создают путь прохода бурового раствора 75, описано подробнее ниже. Внутренние шлицы 14a, создаются на магнитном челноке 60, внутренние шлицы стыкуются с внешним корпусом 61 ударного устройства для предотвращения вращения наружной магнитной группы 14, при этом, обеспечивая аксиальное перемещение.

Данный вертлюг 17 обеспечивает вытягивание ствола 18 кернорвателя и образца 19 из бурильного устройства (вращающегося корпуса 1) после удаления керноотборной компоновки с использованием системы 3 овершота, также не допуская вращения ствола 18 кернорвателя (сохраняя отсоединение от ротора, исключающее вращение керна в стволе под действием вращающих сил). Сохранение ствола 18 кернорвателя невращающимся помогает предотвратить повреждения образца керна. Изоляцию образца 19 керна/ствола 18 кернорвателя от действия сил, вращающих компоновку (необходимы для продвижения бурового долота 2) получают, применяя механический вертлюг 17. Вертлюг исключает вращение внутренней магнитной группой 15 (которая сама вращается выходным валом 11 гидравлического забойного двигателя/входным валом 54 ударного устройства) ствола 18 кернорвателя. Также можно видеть, что ударное действие передающей удар трубы 16 производится вокруг ствола 18 кернорвателя (имеется зазор между стволом 18 кернорвателя и передающей удар трубой 16) при этом не повреждается образец керна.

Керновое бурильное устройство 40 работает в следующем режиме. Керноотборная компоновка, содержащая систему 3 овершота, гидравлический забойный двигатель 8, пружину 13, магнитное ударное устройство 100, вертлюг 17, ствол 18 кернорвателя и передающую удар трубу 16, вставляется во вращающийся корпус 1 и устанавливается (если необходимо, с использованием бурового раствора) в нужное место, при этом передающая удар труба 16 становится в упор к задней части бурового долота 2/наковальне 72. Выдвигающиеся фиксирующие рычаги 5 входят в зацепление с заплечиком 6 для удержания устройства на месте в бурильном корпусе 1. Буровая установка создает осевую нагрузку на долото и вращает бурильный корпус, который вращает снабженное шлицами буровое долото 2 для бурения с проходкой в пласт. Буровой раствор 75 подается насосом (см. фиг. 1D) в компоновку вокруг наружной поверхности системы 3 овершота и через окна 7 текучей среды на гидравлический забойный двигатель. Текучая среда вращает гидравлический забойный двигатель 8, обеспечивая вращение выходного вала 11 гидравлического забойного двигателя, который с помощью входного вала 54 ударного устройства вращает ротор 15 внутренней магнитной группы. Магнитное взаимодействие между внутренней магнитной группой 15 и наружной магнитной группой 14 вызывает продольное перемещение наружной магнитной группы 14/челнока 61, таким образом создавая колебания/перемещение/удары передающей удар трубы 16, которая соединена резьбовым замком 74 с наружной магнитной группой 14. Колебания/сила удара на передающей удар трубе 16, создают ударное воздействие на буровое долото 2 в зоне 71/72 столкновения/удара. Благодаря осевой нагрузке на долото, вращению и ударам бурового долота 2 выполняется отбор материала в ствол 18 кернорвателя и продвижение бурового долота 2. Для продвижения бурового долота в твердых породах, имеется:

- осевая нагрузка на долото - продавливание в пласт буровым станком,

- вращение - обеспечивает разрушение/резание/истирание зубьями долота (алмазными/карбидными и т. п.) горной породы,

- устройство/средство очистки воздухом/текучей средой и т. п. для удаления шлама, охлаждения долота и минимизации трения.

Как показано на фиг. 1D, буровой раствор 75 проходит через гидравлический забойный двигатель, центральную часть ударного устройства 100, через вертлюг и затем отводится так, что выходит/выпускается, в долото 2 и на выход из него между передающей удар трубой 16 и стволом 18 кернорвателя. Таким образом, буровой раствор направляется в сторону от образца 19 керна так, что буровой раствор (или воздух, если применяется пневматическое ударное устройство) обходит образец 19 керна и не повреждает его. Текучая среда 75, когда выходит из долота 2 удаляет буровой шлам с поверхности забоя и перемещает его вверх на выход из ствола скважины в кольцевом пространстве между буровым долотом 2 и наружной бурильной трубой 1, также охлаждая долото, придавая устойчивость пласту и обеспечивая смазку, содействующую уменьшению крутящего момента вращения. В общем перенаправлением бурового раствора 75 достигается следующее: подача требуемой гидравлической силы для вращения гидравлического забойного двигателя 8 и приведение в действие ударного устройства 100; очистка от бурового шлама ствола и вынос некоторой его части из ствола скважины; охлаждение бурового долота; и обеспечение смазки компоновки в целом. Буровой раствор 75 не входит в контакт с образцом 19 керна, раствор перемещается к буровому долоту 2 между передающей удар трубой 16 и стволом 18 кернорвателя.

После захвата образца 19 керна система 3 овершота включается в работу (известным специалисту в данной области техники способом) для удаления керноотборной компоновки из вращающегося корпуса 1 для подъема на поверхность ствола 18 кернорвателя и образца 19 керна. Для выполнения указанного, когда бурение останавливается, верхний конец овершота спускается на проволочном канате внутри корпуса до фиксирования на верхнем конце овершота 3 (фиг. 1a). Овершот 3 убирает подпружиненные рычаги, которые вводились в зацепление с упором 6, обеспечивая вытягивание проволочным канатом в целом компоновки на поверхность (на забое скважины остаются корпус и буровое долото).

В варианте осуществления, описанном выше, ударная зона показана в области 71/72. Понятно, что данная ударная зона может располагаться в любой точке между магнитным ударным устройством 100 и буровым долотом 2. Например, как показано на фиг. 2 и описано ниже, может вообще не требоваться соединение ударного устройства 100 с передающей удар трубой 16, но здесь имеется удар и соответствующая ударная зона между ударным устройством 100 и передающей удар трубой 16 для уменьшения общей массы ударного устройства 100. Указанное обеспечивает повышенную частоту производства ударов. В данном случае отсутствует резьбовое соединение между ударным устройством 100 и передающей удар трубой 16, так что передающая удар труба является простой плавающей компоновкой, которая не совершает колебания вместе с ударным устройством 100. Вместо этого производится удар по расположенному ближе к устью концу трубы ударным устройством 100, труба перемещается вперед и ударяет по буровому долоту 2, передавая силу удара.

Как упомянуто выше, в альтернативных вариантах осуществления в керноотборном устройстве могут применяться ударные устройства других типов, например, пневматические или гидравлические ударные устройства, применение текучей среды под давлением или сжатого воздуха для приведения в действие ударной компоновки может заменить магнитную ударную секцию 100 для обеспечения успешного отбора керна. Выбор самого ударного устройства не является важным, поскольку различные ударные механизмы применяются много лет и подробного описания здесь не заслуживают.

Вне зависимости от типа применяемого ударного устройства предпочтительным является керноотборное устройство/компоновка согласно изобретению, которая имеет характерные признаки 1-6, перечисленные ниже.

1. Образец керна защищен от механического повреждения (как ударом, так и вращением), керн размещается в компоновке кернорвателя, изолированной от передающей удар трубы.

2. Буровой раствор (если используется) приводит в действие ударное устройство и затем выпускается между керноотборником или кернорвателем и передающей удар трубой и выходит на долоте, при этом некоторой части текучей среды обеспечивается выход из ударного устройства в ударной зоне для содействия уменьшению гидравлического демпфирования силы удара.

3. Ударное устройство удерживается на месте во время удара фиксирующим узлом, пружина позволяет фиксирующему узлу и заплечику (упор малого сечения) сохранять работоспособность во время удара и уменьшает напряжение на наружном корпусе.

4. Буровое долото имеет шлицевое соединение с внешним корпусом, обеспечивая передачу силы удара с ударного устройства на пласт без повреждения наружного корпуса.

5. Вращающаяся вертлюжная компоновка позволяет предохранять забранный керн от вращения.

6. Ударная компоновка и керн поднимаются на поверхность с помощью фиксирующего механизма на проволочном канате, который прикрепляется к овершоту. После удаления керна на поверхности компоновка ударного устройства и кернорвателя вновь спускается на забой скважины.

На фиг. 2 и 3 показан альтернативный вариант осуществления керноотборного устройства/компоновки, в которой применяется ударное устройство 38 отличающегося типа, в данном случае гидравлическое ударное устройство. Керноотборная компоновка включена в состав бурильного корпуса 1, например, как описано выше и показано на фиг. 1, хотя детали должны быть кратко описаны вновь. Керноотборная компоновка содержит систему 33 овершота, которая соединяется с фиксирующим узлом 27, и фиксирующий узел имеет выдвигающиеся рычаги, которые соединяются с заплечиком 29 в корпусе 1. Оборудована пружина 28, которая опирается на фиксирующий узел 27 и гидравлическое ударное устройство 38. Ударное устройство 38 имеет заплечики 38a, которые соответствуют кольцевой поверхности 23a со стороны устья скважины пустотелой передающей удар трубы 23. Ствол 22 кернорвателя устанавливается внутри передающей удар трубы 23 для работы в режиме без зависимости/изолированным/отсоединенным от вращения и скольжения. Конец со ствола 22 кернорвателя стороны забоя скважины устанавливается за буровым долотом 24 для забора кернового материала, вынимаемого буровым долотом 24. Буровое долото 24 соединяется с бурильным корпусом 1 и снабжено шлицами для вращения в режиме, описанном выше варианте осуществления, показанном на фиг. 1. Кольцевая поверхность 23b со стороны забоя передающей удар трубы опирается/упирается/сталкивается с внутренней частью бурового долота 24.

При работе керноотборная компоновка, содержащая систему 33 овершота, ударное устройство 38, ствол 22 кернорвателя и передающую удар трубу 23, вставляется во вращающийся корпус 1 и устанавливается так, что передающая удар труба 23 встает на заднюю часть бурового долота 24. Выдвигающиеся фиксирующие рычаги входят в зацепление с заплечиком 29 для удержания устройства на месте в корпусе 1. Буровая установка прикладывает осевую нагрузку на долото и вращает корпус 1, который вращает снабженное шлицами буровое долото 2 для бурения с проходкой в пласт на поверхности забоя. Буровой раствор 75 приводит в действие ударное устройство 38 с массой ударного устройства, сообщая массе ударного устройства движение в направлении передающей удар трубы 23. Заплечики на ударном устройстве 38a ударяют по кольцевой поверхности 23a с передающей удар трубы 23 со стороны устья скважины в ударной зоне. Данное обуславливает удар передающей удар трубы 23 по буровому долоту 24. Осевая нагрузка на долото, вращение бурового долота 24 и ударная нагрузка на буровое долото 2 обеспечивают выемку материала, проходящего в ствол 22 кернорвателя и продвижение бурового долота 2.

Во время работы буровой раствор 75 выпускается между кернорвателем 22 и передающей удар трубой 23 и выходит на позиции 25 из долота 24. Некоторой части текучей среды также обеспечивается выход на позиции 26 в ударной зоне для содействия уменьшению гидравлического демпфирования силы удара.

Ударное устройство удерживается на месте во время удара фиксирующим узлом 27. Пружина 28 позволяет узлу 27 фиксатора и заплечику 29 (упор малого сечения) сохранять работоспособность во время удара и уменьшает напряжение на бурильной трубе 30 выше фиксирующего узла.

Показанный на фиг. 2 образец керна 21 защищен от механического повреждения (как от удара, так и от вращения). Керн 21 размещается в компоновке 22 кернорвателя, которая изолирована от передающей удар трубы 23.

Буровое долото 24 снабжено шлицами 31 на бурильном корпусе 30, обеспечивающими передачу силы удара с помощью передающей удар трубы 23 с массы ударного устройства через долото 24 на пласт без повреждения бурильного корпуса 30. Вращающийся вертлюжный узел 32 обеспечивает предотвращение вращения забранного керна 21.

После забора образца керна система 3 овершота приводится в действие для удаления керноотборной компоновки из бурильного корпуса 1, поднимая из скважины ствол кернорвателя и образец керна. Как показано на фиг. 3, ударная компоновка и керн 21 (удерживаемый в кернорвателе, т. e. стволе 22 удерживающими элементами 34) поднимаются на поверхность с помощью фиксирующего механизма на проволочном тросе, который прикрепляется к овершоту 33. После удаления керна на поверхности компоновка ударного устройства и кернорвателя вновь спускается на забой скважины.

Группа изобретений относится к керноотборному устройству для забора и извлечения керна из подземного пласта и к способу получения образца керна с помощью такого устройства. Технический результат заключается в ускоренном отборе качественных образцов керна. Керноотборное устройство содержит вращающийся трубный корпус, керновое долото, закрепленное для вращения с корпусом и выполненное с возможностью аксиального перемещения относительно вращающегося трубного корпуса, извлекаемую керноотборную компоновку, выполненную с возможностью фиксирования на вращающемся трубном корпусе или относительно него. Извлекаемая керноотборная компоновка содержит ствол кернорвателя для керна, выполненный отделенным от трубного корпуса для исключения вращения с ним и работающим совместно с керноотборным долотом для удержания керна, и ударное устройство для обеспечения удара по керновому долоту по схеме продольной передачи удара, разобщенное или по существу разобщенное со стволом кернорвателя. Трубный корпус выполнен с функциональной возможностью вращения долота. Ударное устройство выполнено с функциональной возможностью нанесения ударов по долоту для забора и подачи кернового материала из пласта в ствол кернорвателя в режиме изоляции керна в стволе кернорвателя от вращательных и ударных усилий. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Керноотборное устройство для забора и извлечения керна из подземного пласта, содержащее:

вращающийся трубный корпус,

керновое долото, закрепленное для вращения с корпусом и выполненное с возможностью аксиального перемещения относительно вращающегося трубного корпуса,

извлекаемую керноотборную компоновку, выполненную с возможностью фиксирования на вращающемся трубном корпусе или относительно него, содержащую:

ствол кернорвателя для керна, причем ствол выполнен отделенным от трубного корпуса для исключения вращения с ним и работающим совместно с керноотборным долотом для удержания керна,

и ударное устройство для обеспечения удара по керновому долоту по схеме продольной передачи удара, разобщенное или по существу разобщенное со стволом кернорвателя, при этом трубный корпус выполнен с функциональной возможностью вращения долота, причем ударное устройство выполнено с функциональной возможностью нанесения ударов по долоту для забора и подачи кернового материала из пласта в ствол кернорвателя в режиме изоляции керна в стволе кернорвателя от вращательных и ударных усилий.

2. Керноотборное устройство по п. 1, в котором схема продольной передачи удара содержит ударную трубу или конструкцию, окружающую ствол кернорвателя, которая принимает удар от ударного устройства на первом конце и упирается в керновое долото на другом конце для передачи удара.

3. Керноотборное устройство по пп. 1 или 2, в котором керновое долото имеет шлицевое соединение с вращающимся трубным корпусом для закрепления кернового долота с возможностью вращения, при этом обеспечивая его аксиальное перемещение, при этом после получения удара керновое долото перемещается аксиально относительно вращающегося трубного корпуса.

4. Керноотборное устройство по п.1, в котором извлекаемая керноотборная компоновка выполнена с возможностью фиксирования на вращающемся трубном корпусе или относительно него с использованием фиксирующего узла, который фиксирует компоновку на вращающемся трубном корпусе или относительно него.

5. Керноотборное устройство по п. 4, дополнительно содержащее деформируемый элемент между фиксирующей компоновкой и ударным устройством, удерживающий ударное устройство напрямую или не напрямую на долоте, который во время работы ударного устройства ограничивает напряжение на фиксирующей компоновке для удержания фиксирования компоновки к вращающемуся трубному корпусу или относительно него.

6. Керноотборное устройство по п.1, в котором ударное устройство приводится в действие буровым раствором, при этом буровой раствор выпускается между стволом кернорвателя и ударной трубой или конструкцией, окружающей ствол кернорвателя, и через керновое долото с центральным отверстием под кернорватель, таким образом обходя керн в стволе кернорвателя.

7. Керноотборное устройство по п.1, в котором ударное устройство содержит ротор, который при вращении генерирует продольное перемещение в ударном элементе, с помощью которого производится удар по керновому долоту, при этом ротор соединен с помощью вертлюжного звена со стволом кернорвателя так, что ствол может убираться, при этом являясь вращательно разобщенным с ротором для изоляции керна в стволе кернорвателя от вращающих усилий.

8. Керноотборное устройство по п. 7, в котором ударное устройство является магнитным ударным устройством, и ротор является внутренней магнитной группой, которая вращается относительно наружной магнитной группы, то есть ударного элемента, при этом внутренняя магнитная группа соединена с помощью вертлюжного звена со стволом кернорвателя так, что ствол может убираться, при этом являясь вращательно разобщенным с ротором для изоляции керна в стволе кернорвателя от вращающих усилий.

9. Керноотборное устройство по п.1, в котором фиксирующий узел, деформируемый элемент, ударное устройство и ствол кернорвателя керноотборной компоновки соединены так, что могут вставляться во вращающийся трубный корпус и фиксироваться к вращающемуся трубному корпусу или относительно него и извлекаться из вращающегося трубного корпуса с помощью раскрепления фиксирующего узла и удаления керноотборной компоновки с использованием фиксатора на проволочном канате.

10. Способ получения образца керна, содержащий применение устройства по любому из предыдущих пунктов и работу устройства для вращения и ударного воздействия на долото в режиме с изоляцией керна от вращения и ударных усилий.