Способ колонкового бурения Советский патент 1990 года по МПК E21B25/00 

Изобретение относится к горному делу, к средствам для бурения с отбором керна.

Цель изобретения - повышение выхода керна в,условиях деления его по плоскостям трещиноватости на куски цилиндрической формы.

На фиг. 1 показана схема расположения кусков керна цилиндрической формы в колонковом снаряде в состоянии устойчивого равновесия невращающийся на фиг. 2 - то же, в состоянии равновесия вращающийся на фиг. 3 - то же, в состоянии равновесия плавающий на фиг. 4 - схема расположения кусков керна клиновой формы в колонковом снаряде в состоянии устойчивого равновесия невращающийся на фиг. 5 - то же, в состоянии равновесия плавающий на фиг. 6 - номограмма состояний керна из кусков цилиндрической формы в функции частоты вращения п и подачи промывочной жидкости Q.

Способ колонкового бурения осуществляют следующим образом.

Колонковый снаряд спускают в скважину на бурильных трубах (не показаны). Колонковый снаряд состоит из колонковой трубы 1,породо- разрушающего наконечника 2 и переходника 3. На колонковый набор через бурильные трубы передают вращение, осуществляют подачу с осевой нагрузкой и нагнетают промывочную жидкость. В процессе бурения скважины с трещиноватых породах образуется керн, который по- ступает по мере углубки скважины

в колонковую трубу. При бурении скважин по трещиноватым породам образующийся керн делится на отдельные куски. В зависимости от трещино- ватости пород куски керна имеют различную форму: цилиндрическую 4 или клиновую 5.

По извлеченному керну на поверхности определяют геометрические формы керна: цилиндрическая форма 4 керна или клиновая форма 5, а также различные размеры фракций кусочков керна 6. Затем в зависимости от формы, размеров керна и параметров режи ма бурения определяют состояние устойчивого равновесия керна в бурящейся скважине. Исследования, проведенные с помощью скоростной киносъемки, показывают что существуют три вида состояния устойчивого равновесия керна в колонковой трубе. Например, для цилиндрической формы кусков керна состояния устойчивого равновесия: .невращающийся керн (фиг. 1), вращающийся керн (фиг. 2) и плавающий керн (фиг. 3), а ,для клиновой формы керна различают два

невида устойчивого равновесия: вращающийся керн (фиг. 4) и плаваю щий керн.(фиг. 5). Эти состояния могут быть благоприятными для сохранения целостности керна и ликвидации его самозаклинки и неблагоприятными, при которых происходит разрушение керна и его самозаклинка. Для керна с кусками цшшндричес - кой формы неблагоприятными состояниями являются состояния устойчивого равновесия невращающийся керн и вращающийся керн. Невращающийся отцентрированный промывочным агентом керн цилиндрической формы (фиг. 1) не разрушается и не самозаклиниваётс только при отсутствии мелких фракций кусочков керна 6 в колонковой трубе Такое состояние возможно только при отсутствии вилрации и при низких частотах вращения колонкового набора по экспериментальным данным (до

450 мин1). Но при таких частотах вращения существенно снижается производительность бурения скважин, особенно при алмазном бурении. При наличии мелких фракций керна 6 невращающийся керн (фиг. 1) самозаклинивается в колонковой трубе 1.

При увеличении частоты вращения бурового снаряда по эксперименталь

to

15

эд ,

624234

ным данным (свыше 500 ) керн под действием центростремительных сил прижимается к стенкам колонковой трубы и вращается вместе с колонковой трубой (фиг. 2). Как показывает скоростная киносъемка, куски цилиндрического керна вращаются с частотой вращения колонкового набора. В связи с тем, что не оторвавшийся от забоя кусок керна 7 (пенек) неподвижен, а куски 4 или 5 оторвавшегося керна над ним вращаются, то происходит износ кусков керна 4 или 5 по контактирующим поверхностям. Это приводит к снижению сохранности кер« на и достоверности опробывания, особенно при бурении по рудным зонам. Самое благоприятное состояние ус20 тойчивого равновесия плавающий керн (фиг. 4). При этом состоянии куски керна вращаются с частотой вращения колонкового набора и не контактируют друг с другом.

25 Между кусками керна обязательно существует зазор. Такое состояние с учетом экспериментальных данных отмечено при частотах вращения свыше 800-1000 для цилиндрического керна (фиг. 3). При таких частотах вращения колонкового набора под действием высокочастотной вибрации, образующейся за счет крутильных колебаний, и вибрации,. передаваемой от работы породоразрушающего инструмента 2, куски керна 4 перемещаются вдоль стенок колонковой трубы к переходнику. Для кусков керна клиновой формы неблагоприятным состоянием устоячивого равновесия является невращающийся керн (см. фиг. 4), особенно при наличии мелких фракций керна 7, так как это приводит к самозаклинке керна. Состояние устойчивого равновесия плавающий керн (фиг. 5) зависит от углов d. скола кусков клиновой формы и частоты вращения колонкового снаряда. При часто35

40

45

тах вращения свыше 1500 (по экспериментальным данным) переход керна в состояние плавающий керн (фиг. 5) происходит при углах скола керна d 0 - 90°.

По данным экспериментальных исследований установлены электрические зависимости состояния устойчивого равновесия кусков керна в функции количества промывочной жидкости, нагнетаемой в колонковый снаряд,

частоты циклов вращения и угла скола керна и, в частности, для повышения выхода керна в условиях деления керна по плоскостям трещинова- тостй на куски цилиндрической формы, вращение колонкового снаряда следует вести с частотой, определяемой из условия (фиг. 6):

12,5Q 4- 500 п , 5,50 + 340.

Формула изобретения

Способ колонкового бурения посредством вращения и подачи колонкового снаряда с одновременным удалением

продуктов разрушения породы потоком нагнетаемой через колонковый снаряд промывочной жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода керна в условиях деления его по плоскостям трещиноватости на куски цилиндрической формы, вращение осуществляют с частотой, определяемой из условия 12,50 + 500 п Ј 5,5Q+ 340, где Q - количество литров промывочной жидкости, нагнетаемой через колонковый снаряд в 1 мин;

п - частота циклов вращения колонкового снаряда в 1 мин.

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение выхода керна в условиях деления его по плоскостям трещиноватости на куски цилиндрической формы. Осуществляют бурение посредством вращения и подачи колонкового снаряда с одновременным удалением продуктов разрушения породы потоком нагнетаемой промывочной жидкости. Колонковый снаряд вращают с частотой, определяемой из условия 12,5Q + 500≥N≥5,5Q + 340, где Q - кол-во промывочной жидкости, нагнетаемой через колонковый снаряд в 1 мин

N - число циклов вращения колонкового снаряда в 1 мин. При увеличении частоты вращения снаряда керн прижимается к стенкам колонковой трубы и вращается вместе с ней. 6 ил.

Фиг.1

ФигМ

Фа г. 2

Фиг.з

Фиг. 5

ntMUH

-t

2000

1800 - I

ЛлаВающии керн

I

20 40 60 80 100

Фиг.в

Редактор 0.Головач

Составитель В.Акслер

Техред Л.Олийнык Корректор Т.Палий

Заказ 1041

Тираж 467

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Небращающийся керн

QflfWH

120

Подписное