СПОСОБ ПРОТАЛКИВАНИЯ И ВЫТЯГИВАНИЯ ВНУТРЕННЕЙ КЕРНОВОЙ ТРУБЫ В ПРОЦЕССЕ ОТБОРА КЕРНА Российский патент 2020 года по МПК E21B25/02 

Область техники

Данное изобретение относится к сфере буровой разведки, а именно к применению скрученного многожильного стального провода при быстром отборе керна 360° в процессе бурения разведочных скважин, использование высокой прочности и хорошей пластичности скрученного многожильного стального провода решает проблему низкой эффективности метода отбора керна двойной трубой и отбора керна съемным керноприемником, применяемых на сегодняшний день при бурении разведочных скважин под разными углами.

Уровень техники

На сегодняшний день при использовании китайского и иностранного бурового оборудования наиболее соответствующим требованиям, самым простым и чрезвычайно эффективным способом отбора керна является отбор керна съемным керноприемником, который требует применения стального троса. Технология бурения разведочных скважин для отбора керна съемным керноприемником была изобретена в 1947 году американской компанией «Чаннянь», и сформировалась в течение последующих 50 лет. В 1972 году Министерство геологии и минеральных ресурсов КНР начало исследования технологии бурения разведочных скважин для отбора керна съемным керноприемником, распространение ее использования в Китае началось в начале 80-х годов. Вплоть до сегодняшнего дня технология бурения разведочных скважин для отбора керна съемным керноприемником применялась непосредственно при бурении вертикальных скважин с понижающим углом, необходимость опускания внутренней керновой трубы под действием собственного веса вертикально до дна скважины обуславливает невозможность преодоления ограничения угла расположения разведочной скважины. Одновременно с этим, при горизонтальном бурении разведочной скважины скважина под землей имеет мелкое расположение, располагается под разными углами. При подземной буровой разведке имеется ограничение используемого пространства, которое в большинстве случаев представляет собой выработку 2х2 м и не позволяет производить отбор керна съемным керноприемником и использовать несущие рамы для опоры троса. Таким образом, применение технологии отбора керна съемным керноприемником подразумевает необходимость наличия обширного подземного пространства, требует больших временных и трудовых затрат. В целом данная технология не применяется.

Другой способ отбора керна при буровой разведке использует технологию отбора керна с применением двойной трубы, данная технология была заимствована из-за рубежа в 50-х годах, для извлечения керна требуется полностью извлечь бурильную трубу, после вывода керна бурильная труба заново наращивается и возвращается в скважину. Данная технология отличается большой трудоемкостью извлечения и проталкивания бурильной трубы и требует больших временных затрат, при этом извлечение бурильной трубы устраняет ее функцию поддержки скважины, это может привести к обрушению скважины, падению фрагментов стенок скважины и другим аварийным ситуациям внутри скважины. При подаче керна внутренняя керновая труба проходит сквозь обрушенную породу скважины и обвалившиеся фрагменты, это приводит к засорению керна, самоизмельчению керна, вследствие чего коэффициент отбора керна не достигает требований государственного стандарта. При наземной буровой разведке с конца 80-х годов в целом прекращено использование технологии отбора керна с применением двойной трубы, на сегодняшний день распространено использование горизонтальной, подземной буровой разведки и других технологий бурения разведочных скважин под разными углами.

Предварительно напряженный скрученный многожильный стальной провод является строительным материалом, который был изобретен в 1928 году французским инженером Эженом Фрейсине, производство данного материала в Китае началось с 60 -х годов, он получил широкое распространение в строительстве, при возведении железных дорог, автомобильных дорог, гидротехнических сооружений, энергетических объектов, а также при анкеровке горных пород. Он может подвергаться изгибу без растрескивания, вздутия и расслаивания, обладает хорошими характеристиками сопротивления ударным нагрузкам, хорошей пластичностью, может укладываться в бухту, занимает мало места, при использовании в отборе керна при бурении разведочных скважин не требует применения громоздких несущих рам для троса и высокопроизводительных водяных насосов, при использовании под землей повышает рабочую производительность без расширения пространства, отличается большим удобством и оперативностью при транспортировке и использовании на рабочей площадке.

Предмет изобретения

Цель данного изобретения заключается в представлении применения предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода в процессе отбора керна при бурении разведочных скважин под разными углами.

Техническое решение данного изобретения заключается в следующем:

Применение скрученного многожильного стального провода в процессе отбора керна при бурении разведочных скважин под разными углами.

Технические недостатки, которые устраняет данное изобретение, заключаются в том, что использование таких характерных особенностей предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода как высокая прочность и хорошая пластичность позволяют исключить его деформацию и повреждение при проталкивании внутренней керновой трубы внутри бурильной трубы (использование обычных стальных канатов, стального троса при горизонтальном проталкивании приводит к их сгибанию вследствие недостаточной жесткости), извлечение керна производится посредством быстрого перемещения предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода по специально спроектированным прокатным прижимным роликам без извлечения и проталкивания самой бурильной трубы. При условии использования одинаковой конструкции буровой установки применение технологии буровой разведки и отбора керна 360° позволяет полностью устранить проблему необходимости выполнения сложных, утомительных операций и низкой эффективности при бурении разведочных скважин под разными углами, а также позволяет сохранить внутреннюю конструкцию скважины и обеспечить соответствие керна требованиям государственных стандартов.

Преимущества данного изобретения заключаются в следующем:

1. Высокая жесткость предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода, которая позволяет производить прямое проталкивание керноприемной трубы, при каждом извлечении керна не требуется извлекать и проталкивать бурильную трубу, что в сравнении с предшествующим уровнем техники позволяет уменьшить дополнительное время перемещения бурильной трубы, чем больше глубина скважины, тем более очевиден экономический эффект изобретения.

2. Снижение интенсивности труда рабочих.

3. Немедленный захват крена при его заклинивании, что приводит к повышению коэффициента отбора керна.

4. Уменьшение износа резьбы бурильной трубы при затяжке и демонтаже, увеличение срока службы бурильной трубы и снижение расхода трубного материала.

5. Снижение износа бурового наконечника при чистке скважины, уменьшение частоты затяжки, демонтажа и вероятности удара в стенку скважины, увеличение срока службы бурового наконечника.

6. Снижение вероятности потери баланса вследствие аспирации моющего раствора и давления стенок, что уменьшает риск возникновения аварии внутри скважины.

7. Снижение механического износа вследствие извлечения и проталкивания бурильной трубы, увеличение срока службы буровой установки.

8. Уменьшение кривизны скважины, повышение качества бурения скважины.

9. Удобство в прохождении неоднородных пластов, предотвращение обрушения и скалывания фрагментов стенок скважины.

10. Возможность использования предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода для расположения инклинометра внутри бурильной трубы для замера кривизны.

11. Экономия электрической энергии, возможность выполнения операции по отбору керна с использованием очень малой тяги без необходимости дополнительной работы основного механизма буровой установки.

В целом, применение предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода для бурения разведочных скважин под разными углами очевидно повышает производительность бурения, обеспечивает качество керна, отбираемого из породы, снижает себестоимость буровой разведки, значительно снижает интенсивность труда и увеличивает доход персонала, осуществляющего бурение разведочных скважин и повышает экономическую эффективность.

Пояснения к чертежам:

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение конструкции, используемой на оборудовании буровой разведки;

Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение конструкции, используемой на оборудовании буровой разведки (с буровой установкой).

Конкретный пример реализации

Представленный ниже сопроводительный чертеж дополнительно поясняет применение данного изобретения.

На Фиг .1-2: 1. Бурильная труба; 2. Внутренняя керновая труба; 3. Предварительно напряженный скрученный многожильный стальной провод; 4. Прокатный прижимной ролик; 5. Намоточный аппарат; 6. Силовая головка.

Пример реализации:

Условия проведения работ и техническое оснащение

Подземная горизонтальная буровая разведка, пространство для проведения работ высотой 2 м и шириной 2 м, используется станок для бурения из подземных выработок с силовой головкой, ход гидроцилиндра 0,75 м; задача: пробурить скважину глубиной 300 м, технология отбора керна с применением двойной трубы по стандарту Министерства металлургии, бурильная труба 1,5 м, внутренняя керновая труба 1,5 м.

Проведение работ с использованием существующей технологии отбора керна с применением двойной трубы:

1. Буровую установку закрепляют на вышеуказанной площадке бурения разведочных скважин, после проверки соблюдения правил техники безопасности производят запуск оборудования, установку внутренней керновой трубы и бурение скважины.

2. После заглубления внутренней керновой трубы (на первом цикле бурения достаточно произвести зажатие внутренней керновой трубы буровой установкой) посредством рабочего хода буровой установки выполняют два цикла подачи и вытягивания внутренней керновой трубы, снимают буровой наконечник, выводят керн из расширителя скважины, заново устанавливают буровой наконечник и расширитель, после чего с помощью гидроцилиндра буровой установки последовательно выполняют 2 цикла подачи и вытягивания внутренней керновой трубы, наращивают бурильную трубу и продолжают бурение.

3. При второй загрузке внутренней керновой трубы с помощью гидроцилиндра буровой установки выполняют 4 цикла подачи и вытягивания бурильной трубы и внутренней керновой трубы, снимают буровой наконечник, выводят керн из расширителя скважины, заново устанавливают буровой наконечник и расширитель, после чего посредством 4 циклов операций подачи и вытягивания вводят оборудование в скважину, наращивают вторую бурильную трубу и продолжают бурение.

4. При третьей загрузке внутренней керновой трубы с помощью гидроцилиндра буровой установки выполняют 6 циклов подачи и вытягивания бурильной трубы и внутренней керновой трубы, снимают буровой наконечник, выводят керн из расширителя скважины, заново устанавливают буровой наконечник и расширитель, после чего посредством 6 циклов операций подачи и вытягивания вводят оборудование в скважину, наращивают третью бурильную трубу и продолжают бурение.

5. Бурение продолжают согласно вышеописанному циклу. Для отбора керна при выполнении одного цикла операции необходимо полностью извлечь бурильную трубу. Например, для извлечения 200 введенных бурильных труб необходимо выполнить 800 операций перемещения, 400 операций демонтажа бурильной трубы, временные затраты на выполнение одного цикла работ составят примерно 110 минут.

Проведение работ с использованием технологии отбора керна с применением скрученного многожильного стального провода:

1. При аналогичных условиях используется технология отбора керна с применением скрученного многожильного стального провода: Буровую установку закрепляют на площадке бурения разведочных скважин, после проверки соблюдения правил техники безопасности производят запуск оборудования, установку внутренней керновой трубы 2 и бурение скважины. (на рабочей площадке приготовлено две внутренних керновых трубы)

2. После заглубления внутренней керновой трубы 2 с помощью прокатных прижимных роликов 4 производят подачу шлипса для отбора керна с применением предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода, производится ввод его в переднюю часть бурильной трубы и захват, после чего внутреннюю керновую трубу 2 быстро вытягивают и отпускают, затем берут пустую внутреннюю керновую трубу и с помощью прокатных прижимных роликов приводят в движение проталкиватель предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода, вталкивая внутреннюю керновую трубу, после чего фиксируют внутреннюю керновую трубу и извлекают предварительно напряженный скрученный многожильный стальной провод 3, наращивают бурильную трубу 1, запускают силовую головку (6) и продолжают бурение.

3. При бурении буровой установкой производится вывод керна, это увеличивает чистое время бурения.

4. При второй загрузке внутренней керновой трубы без извлечения бурильной трубы с помощью прокатных прижимных роликов 4 производят подачу шлипса для отбора керна с применением предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода, производится ввод и захват, после чего внутреннюю керновую трубу быстро вытягивают и отпускают, затем берут пустую внутреннюю керновую трубу и с помощью прокатных прижимных роликов приводят в движение проталкиватель предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода, вталкивая внутреннюю керновую трубу, после чего фиксируют внутреннюю керновую трубу и извлекают предварительно напряженный скрученный многожильный стальной провод, наращивают бурильную трубу и продолжают бурение.

5. При бурении буровой установкой производится вывод керна.

6. При третьей загрузке внутренней керновой трубы без извлечения бурильной трубы с помощью прокатных прижимных роликов производят подачу шлипса для отбора керна с применением предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода, производится ввод и захват, после чего внутреннюю керновую трубу быстро вытягивают и отпускают, затем берут пустую внутреннюю керновую трубу и с помощью прокатных прижимных роликов приводят в движение проталкиватель предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода, вталкивая внутреннюю керновую трубу, после чего фиксируют внутреннюю керновую трубу и извлекают предварительно напряженный скрученный многожильный стальной провод, наращивают бурильную трубу и продолжают бурение.

7. При бурении буровой установкой производится вывод керна.

8. Продолжают выполнять вышеописанный цикл операций, отбор керна производится без извлечения бурильной трубы.

При использовании технологии отбора керна с применением предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода в одинаковых условиях не требуется извлекать и проталкивать 200 бурильных труб, при перемещении внутренней керновой трубы с применением скрученного многожильного стального провода на выполнение одного цикла работ требует лишь около 20 минут, данная технологий в 5,5 раз эффективней технологии отбора керна с применением двойной трубы.

При выполнении задачи по бурению горизонтальной разведочной скважины с глубиной проходки 300 м в одинаковых условиях при использовании существующей технологии отбора керна с применением двойной трубы оператору для отбора керна необходимо выполнить 80400 операций вытягивания и проталкивания, 40200 операций монтажа и демонтажа бурильных труб, ослабления и затяжки бурильных труб, наворачивания и скручивания бурового наконечника. При отборе керна с применением предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода в одинаковых условиях не требуется извлекать и проталкивать в скважине бурильную трубу, для отбора керна необходимо лишь выполнить 400 операций вытягивания и проталкивания внутренней керновой трубы (для замены бурового наконечника в процессе бурения необходимо полностью извлечь бурильную трубу, при замене 3 буровых наконечников количество операций составит 1200), таким образом для полного выполнения задачи необходимо совершить 1600 операций вытягивания и проталкивания. Это позволяет снизить интенсивность труда операторов и в 50 раз снизить затраты физического труда.

Данное изобретение в 2015 году в течение длительного времени применялось в полевых условиях при бурении разведочных скважин под разными углами, его эффективность ежедневно доказывалась экспериментальным путем при проведении работ в течение более 10 часов, при отборе керна с применением предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода не отмечалось каких-либо отклонений, не наблюдалось заклинивания бурового наконечника, сбоев при достижении дна скважины, складывания или повреждения предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода, отмечалась хорошая стабильность, удовлетворение требований эксплуатации на рабочей площадке и достижение оптимального состояния керна, получаемого при применении предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода; бурение разведочных скважин под разными углами может осуществляться с привлечением очень малого объема инвестиций без изменения изначальной конструкции бурильной установки.

Изобретение относится к способу отбора керна при бурении под разными углами с применением предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода. Технический результат заключается в повышении эффективности и производительности работ по бурению разведочных скважин, обеспечении качественного керна и снижении интенсивности труда. Способ отбора керна состоит из следующих шагов. Буровую установку закрепляют на площадке бурения разведочных скважин, после проверки соблюдения правил техники безопасности производят запуск оборудования, установку первой внутренней керновой трубы и бурение скважины. Затем после заполнения первой внутренней керновой трубы керном с помощью прокатных прижимных роликов применяют предварительно напряженный скрученный многожильный стальной провод, который вводят в переднюю часть бурильной трубы, происходит захват внутренней керновой трубы, первую внутреннюю керновую трубу вытягивают без извлечения бурильной трубы, после чего первую внутреннюю керновую трубу отпускают. Далее вторую внутреннюю керновую трубу помещают внутрь бурильной трубы, с помощью прокатных прижимных роликов приводят в движение проталкиватель предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода для проталкивания второй внутренней керновой трубы, его проталкивают в передний конец бурильной трубы, после чего извлекают предварительно напряженный скрученный многожильный стальной провод, который наматывают на намоточный аппарат, наращивают бурильную трубу, запускают силовую головку и продолжают бурение, при этом вторая внутренняя керновая труба остается пустой до начала бурения. При бурении буровой установкой с применением второй внутренней керновой трубы производится вывод керна из первой внутренней керновой трубы; при бурении буровой установкой с применением первой внутренней керновой трубы производится вывод керна из второй внутренней керновой трубы. Повторяют указанные шаги вплоть до достижения установленной глубины разведочной скважины. 2 ил.

Способ отбора керна при бурении под разными углами с применением предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода, характеризующийся тем, что состоит из следующих шагов:

A. Буровую установку закрепляют на площадке бурения разведочных скважин, после проверки соблюдения правил техники безопасности производят запуск оборудования, установку первой внутренней керновой трубы (2) и бурение скважины;

B. После заполнения первой внутренней керновой трубы (2) керном с помощью прокатных прижимных роликов (4) применяют предварительно напряженный скрученный многожильный стальной провод, который вводят в переднюю часть бурильной трубы, происходит захват внутренней керновой трубы (2), первую внутреннюю керновую трубу (2) вытягивают без извлечения бурильной трубы, после чего первую внутреннюю керновую трубу (2) отпускают;

C. Вторую внутреннюю керновую трубу (2) помещают внутрь бурильной трубы, с помощью прокатных прижимных роликов (4) приводят в движение проталкиватель предварительно напряженного скрученного многожильного стального провода для проталкивания второй внутренней керновой трубы (2), его проталкивают в передний конец бурильной трубы, после чего извлекают предварительно напряженный скрученный многожильный стальной провод (3), который наматывают на намоточный аппарат (5), наращивают бурильную трубу (1), запускают силовую головку (6) и продолжают бурение, при этом вторая внутренняя керновая труба (2) остается пустой до начала бурения;

D. При бурении буровой установкой с применением второй внутренней керновой трубы (2) производится вывод керна из первой внутренней керновой трубы (2); при бурении буровой установкой с применением первой внутренней керновой трубы (2) производится вывод керна из второй внутренней керновой трубы (2);

E. Повторяют шаги В, С и D вплоть до достижения установленной глубины разведочной скважины.