Керноотборный снаряд Советский патент 1989 года по МПК E21B25/00 

в виде закрепленной на трубе 5 втулки 8. Последняя имеет продольную выемку 10 на наружной поверхности. Дросселирующий элемент выполнен в виде группы отверстий Ц в стенке корпуса 1, расположенных в интервале осевого перемещения втулки 8, Последняя установлена с возможностью изменения при вращении открытого сечения отверстий k. За каждый поворот втулки 8 относительно корпуса t в напорной части циркуляционной системы будут отмечены три пары импульсов. При

13724

этом в каждой паре один импульс будет иметь меньшую, а другой большую амплитуду. Рост амплитуд импульсов по

г мере подъема трубы 5 с втулкой 8 будет происходить до момента нахождения входной части отверстий в пределах выемки во втулке 8. Периодически повторяющиеся импульсы давления

JO являются сигналом о наступлении заклинивания керна в трубе 5, о необходимости прекращения бурения в данный рейс и подъема бурильного инструмента. 8 ил.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для бурения скважин с отбором керна. Цель - повышение надежности отбора керна. Снаряд содержит корпус 1 с породоразрушающим инструментом 2 и дросселирующим элементом в нагнетательном канале 3. Внутри корпуса 1 размещена керноприемная труба 5 с возможностью осевого перемещения. С дросселирующим элементом корпуса при осевом перемещении трубы 5 взаимодействует сигнализатор заклинки керна в виде закрепленной на трубе 5 втулки 8. Последняя имеет продольную выемку 10 на наружной поверхности. Дросселирующий элемент выполнен в виде группы отверстий 4 в стенке корпуса 1, расположенных в интервале осевого перемещения втулки 8. Последняя установлена с возможностью изменения при вращении открытого сечения отверстий 4. За каждый поворот втулки 8 относительно корпуса 1 в напорной части циркуляционной системы будут отмечены три пары импульсов. При этом в каждой паре один импульс будет иметь меньшую, а другой большую амплитуду. Рост амплитуд импульсов по мере подъема трубы 5 со втулкой 8 будет происходить до момента полного нахождения входной части отверстий 4 в пределах выемки во втулке 8. Периодически повторяющиеся импульсы давления являются сигналом о наступлении заклинивания керна в трубе 5, о необходимости прекращения бурения в данный рейс и подъема бурильного инструмента. 8 ил.

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для бу- 20 рения скважин с отбором керна,. Целью изобретения является повы- шение надежности отбора керна.

На фиг. 1 представлен керноотбор- |ный снаряд в. состоянии, когда сигна- лизатор заклинки керна находится в исходном положении; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1, проходящее через отверстия в стенке корпуса.снаряда; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1, 0 проходящее через выемку во втулке; на фкг. А - втулка, общий вид; на фиг. 5 - варианты положения ребер втулки относительно вертикальной плоскости; на фиг. 6 - керноотборный 35 снаряд в момент заклинивания керна в керноприемной трубе и срабатывания сигнализатора заклинки керна, когда втулка перекрывает отверстия в стенке корпуса, общий вид; на фиг. 7 - 40 сечение В-В на фиг. 6, проходящее через отверстия в стенке корпуса, причем два отверстия находятся против выреза, а одно отверстие перекрыто; на фиг. 8 - сечение В-В на фиг. 645 проходящее через отверстия в стенке корпуса, причем одно отверстие находится против выемки, а два отверстия перекрыты.

Керноотборный снаряд содержит , корпус 1 с породоразрушающим инструментом 2 и дросселирующим элементом в нагнетательном канале 3 Дроссели- руйэщий элемент выполнен в виде группы отверстий в стенке. Внутри корпуса концентричнос ним размещена кернопри- емная труба 5 с кернорвателем 6. Керноприемная труба 5 размещена с упором а породоразрушающий инструмент

2 и с возможностью осевого перемещения снизу вверх. В нижней части керноприемной трубы 5 расположена и зафиксирована на ней от смещения в продольном направлении опорная шайба 7, причем между шайбой и внутренней поверхностью корпуса имеется небольшой зазор, достаточный для обеспечения свободного перемещения опорной шайбы внутри корпуса. На керноприемной трубе 5 закреплена втулка 8, установленная с возможностью взаимодействия с дросселирующим элементом (отверстиями k) при осевом перемещении керноприемной трубы. Крепление втулки 8 на трубе 5 выполнено подвижным в плоскости вращения за счет опоры на .шайбу 7 через осевой подшипник 9. Втулка 8 имеет продольную выемку 10 на наружной поверхности, размеры сечения которой обеспечивают при -вращении периодическое изменение открытого сечения отверстий , рас- положенных в интервале осевого перемещения втулки. Для увеличения разности частот относительного вращения втулки и корпуса втулка может быть конструктивно развита в сложную по форме поверхность, например, в виде дополнительных ребер 11 (фиг. 4), выступающих за пределы верхнего торца втулки 8,

При этом положение ребер 11 в пространстве может быть таким, что при взаимодействии их поверхности с потоком бурового агента возникающий на втулке 8 дополнительный вращающий момент может обеспечить втулке В как более высокую, так и более низкую частоту вращения, чем частота вращения корпуса 1 с отверстиями k.

Втулка В,представленная на фиг,.k, имеет ребра 11, создающие либо дополнительный тормозящий момент вращения (При выполнении с наклонным положением (фиг. 5, б), либо дополнительный активный вращающий момент (фиг. 5, в). И в том и в другом случаях достигается обеспечение разности частот вращения корпуса 1 и втулки 8. На верхней части керноприемной трубы 5 неподвижно закреплен центрирующий фланец 12, имеющий сквозные отверстия. На фланец 12 опирается упорная втулка

циркулирующего снизу вверх бурово агента и постепенно заполняют вну реннюю полость керноприемной труб 5, а буровой агент п роходит через полость 17 переводника 1 и через кйнал 1 6 поступает в пространство ме ду стенкой скважины и корпусом Т. При вращении корпуса 1 одновремен вращается и керноприемная труба 5 Втулка 8 вследствие контакта с ке ноприемной трубой 5 и трения в по шипнике 9 также начинает вращатьс Однако вследствие отсутствия жест

13, выполняющая функцию ограничителя 5. между втулкой 8 и трубой 5,

инерционности массы втулки 8, а т же тормозящего действия поверхнос выемки 10 и дополнительного дейст ребер 11 , втулка 8 вращается с ча тотой, несколько отличающейся от тоты вращения керноприемной трубы корпуса 2 керноотборного снаряда.

хода керноприемной трубы 5 снизу вверх. Упорная втулка 13 свободно вставлена внутрь корпуса 1. С корпусом 1 соединен верхний переводник k, имеющий канал 15, через который буровой агент поступает в нагнетательный канал 3 и далее в канал 1б, через который буровой агент выходит из керноприемной трубы 5 в затрубное пространство. Верхний конец керноприемной трубы 5 введен в полость 17 переводника k с возможностью осевого перемещения в полости 17, гидравлически сообщающейся с каналом 1б. В верхнем конце керноприемной трубь 4 закреплена втулка 18, являющаяся ограничителем продвижения керна в полости керноприемной трубы 5. Конец упорной втулки 13 находится в полости 19 переводника Ik.

Керноотборный снаряд работает следующим образом.

После пуска керноотборного снаряда на забой включают циркуляцию бурового агента, вращают керноотборный снаряд, создают нагрузку на инструмент 2 и приступают к бурению с отбором керна. При этом вовнутрь снаряда через канал 13 переводника поступает

20

25

30

35

40

инерционности массы втулки 8, а та же тормозящего действия поверхности выемки 10 и дополнительного действи ребер 11 , втулка 8 вращается с частотой, несколько отличающейся от ча тоты вращения керноприемной трубы 4 корпуса 2 керноотборного снаряда.

В описанной фазе работы керноотборного снаряда поверхность втулки которая при вращении, находясь в верхнем положении, может перекрыват отверстия k, находится ниже отверстий 4, и буровой агент свободно про ходит наружу через отверстия , соз давая при этом некоторый постоянный по величине перепад давления в зоне отверстий. При этом на поверхности фиксируется некоторая постоянная ве личина давления в напорной части ци куляционной системы (давление на стояке).

В какой-то момент бурения из-за трещиноватости, сколов и дробления породы керн, поступивший в кернопри емную трубу 5f может заклиниться в ней. Начиная с момента заклинивания керн в керноприемную трубу 5 поступить уже не может, так как осевого усилия, поступающего снизу столба керна, недостаточно для преодоления

буровой агент, который проходит через сил сопротивления осевому перемеще

отверстия во фланце 12 по каналу 3 и выходит через отверстия 4 в пространство между стенками скважины и корпусом 1. После выхода бурового агента из отверстий k происходит разделение потока агента в двух направлениях; вверх по затрубному пространству и вниз. Часть потока, поступающая вниз, омывает забой, подхватывает частицы выбуренной породы и выбури ваемый керн и поступает вовнутрь керноприемной трубы 5. Столбики и об- яомки керна подхватываются потоком

циркулирующего снизу вверх бурового агента и постепенно заполняют внутреннюю полость керноприемной трубы 5, а буровой агент п роходит через полость 17 переводника 1 и через кйнал 1 6 поступает в пространство между стенкой скважины и корпусом Т. При вращении корпуса 1 одновременно вращается и керноприемная труба 5. Втулка 8 вследствие контакта с керноприемной трубой 5 и трения в подшипнике 9 также начинает вращаться. Однако вследствие отсутствия жесткой

0

5

0

5

0

инерционности массы втулки 8, а также тормозящего действия поверхности выемки 10 и дополнительного действия ребер 11 , втулка 8 вращается с частотой, несколько отличающейся от частоты вращения керноприемной трубы 4 корпуса 2 керноотборного снаряда.

В описанной фазе работы керноотборного снаряда поверхность втулки 8, которая при вращении, находясь в верхнем положении, может перекрывать отверстия k, находится ниже отверстий 4, и буровой агент свободно проходит наружу через отверстия , создавая при этом некоторый постоянный по величине перепад давления в зоне отверстий. При этом на поверхности фиксируется некоторая постоянная величина давления в напорной части циркуляционной системы (давление на стояке).

В какой-то момент бурения из-за трещиноватости, сколов и дробления породы керн, поступивший в кернопри- емную трубу 5f может заклиниться в ней. Начиная с момента заклинивания, керн в керноприемную трубу 5 поступить уже не может, так как осевого усилия, поступающего снизу столба керна, недостаточно для преодоления

0

нию расклиненного в керноприемной трубе 5 керна. При подаче керноотборного снаряда под нагрузкой продолжается обуривание керна. Вновь образуемый столбик керна упирается по оси в вышерасположенный столб керна , находящийся в керноприемной трубе, нагрузка по оси снизу вверх передается до заклиненного керна и через него керноприемной трубе 5. Керноприемная труба 5, преодолевая усилие от собственного веса, перемещается снизу вверх (расположение конструктивных элементов кернооброрного снаряда в этот момент представлено на |фиг. 6), Вместе с керноприемной тру- |бой 5 перемещается вверх опорная шайба 7, подшипник 9, втулка 8 и упорная втулка 13.

После того, как выемка 10 во втулке 8 окажется против отверстий 4,

при вращении втулки 8 ее поверхность |будет последовательно и циклически перекрывать разное количество отверстий . Вследствие этого величина перепада давления на отверстиях i при прокачивании бурового агента через |снаряд будет циклически изменяться, соответственно будет изменяться и давление в напорной части циркуляционной системы. Так, в представленном |на фиг. 6 исполнении керноотборного снаряда при наличии трех отверстий Ik в корпусе 1 (через 120) в выемке jB 180° окружности втулки 8, при вращении втулки 8 относительно корпуса 1 , как показано на фиг, 7 и 8, выем- ка 10 во втулке последовательно будет совпадать с одним отверстием {фиг, 8), затем с двумя (фиг, 7), затем цикл будет повторяться и за каждый оборот втулки 8 на ЗбО° отно- сительно корпуса 1 в напорной части циркуляционной системы на поверхност будут отмечены на показывающих приборах (манометрах) и на диаграммах пишущих приборов три пары импульсов роста давления, причем в каждой паре один импульс будет иметь меньшую, а другой большую амплитуду. Рост амплитуд импульсов по мере подъема керноприемной трубы 5 с втулкой 8 будет происходит до момента полного нахождения входной части отверстий А в пределах выемки во втулке. Для предотвращения полного перекр-ытия отверстий 4 нижней частью корпуса втулки 8, где отсутствует выемка, и, как следствие, резкого значительного повышения давления в системе нагнетания предназначена упорная втулка 13 служащая ограничителем хода вверх всей внутренней керноприемной трубы 5. Длина хода определяется расстоянием от верхнего торца втулки 13 до поверхности переводника , после

5 0 5 0 „

5

5

упора в которую прекращается перемещение керноприемной трубы 5 вверх.

Периодически повторяющиеся импульсы давления и будут являться сигналом о наступлении заклинивания керна в керноприемной трубе 5, о необходимости прекращения бурения в данный рейс и подъема бурильного инструмента. Абсолютная величина импульсов зависит от производительности бурового насоса, площади сечения отверстий k, формы рабочей части втулки 8, взаимодействующей с отверстиями 4, При неизменной подаче бурового агента буровыми насосами, числе отверстий и форме втулки 8 величина амплитуды импульсов давления сигнала может быть регулирована изменением начальной площади отверстий 3 при изготовлении или сборке керноотборно- jro снаряда, В частном случае диаметр цилиндрических отверстий 3 может быть изменен применением сменных насадок различного диаметра, вставляемых в отверстия 4,

Формула изобретения

Керноотборный снаряд, содержащий корпус с породоразрушающим инструментом и дросселирующим элементом в нагнетательном канале, размещенную внутри корпуса керноприемную трубу, установленную с возможностью осевого перемещения, и сигнализатор заклинки керна в виде закрепленной на керноприемной трубе втулки, установленной с возможностью взаимодействия с дросселирующим элементом корпуса при осевом перемещении керноприемной трубы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности отбора керна, крепление втулки на керноприемной трубе выполнено подвижным в плоскости вращения, втулка имеет продольную выемку на наружной поверхности, а дросселирующий элемент выполнен в виде группы отверстий в стенке корпуса, расположенных в интервале осевого перемещения втулки, установленной с возможностью периодического изменения при вращении открытого сечения отверстий в стенке корпуса.

К- А

Фиг. 2

11 а

8

сриг.и

Б-5

Фиг.З

Г5

П

gjue.B

fpus.S

фиг 8

(риг 7