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

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

Целью изобретения является повышение выхода керна в условиях деления его по плоскостям трещиноватос- ти на куски клиновой 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 кус- , ков керна клиновой формы в колонко- вом 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; на фиг. 7 - номограмма состояний керна из кусков клиновой формы в функции частоты вращения п и угла at скола кусков керна.

Способ колонкового бурения осуществляют следующим образом.

Колонковый снаряд опускают в скважину на бурильных трубах (не показаны). Колонковый снаряд состоит из колонковой трубы 1, породоразру- шающего 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

сд

ю

45

в трещиноватых породах образуется керн, которьй поступает по мере углубки скважины в колонковую трубу. При бурении скважин по трещиноватым породам образующийся керн делится на отдельные куски. В зависимости от трещиноватости пород куски керна имеют различную форму: цилиндрическую 4 или клиновую 5.

По извлеченному керну на поверхности определяют геометрические формы керна: цилиндрическая форма керна 4 или клиновая форма 5, а также различные размеры фракций кусочков керна 6. Затем в зависимости от формы, размеров керна и параметров режима бурения определяют- состояния устройчивого равновесия керна в бурящейся скважине „Исследования, проведенные с помощью скоростной киносъемки, показывают, что существуют три вида состояния устойчивого рав- ,новесия керна в колонковой трубе. I Например, для цилиндрической формы кусков керна состояния устойчивого равновесия: невращающийся керн (фиг. 1), вращающийся керн (фиг. и плавающий керн (фиг. 3), а для клиновой формы керна различают два вида устойчивого равновесия: невращающийся керн (фиг. 4) и плавающий керн (фиг. 5). Эти состояния могут быть благоприятными для сохранения целостности керна и ликви дации его самозаклинки и неблагоприятными, при которых происходит разрушение керна и его самозаклинка.

Для керна с кусками цилиндрической формы неблагоприятными состояниями являются состояния устойчи вого равновесия невращающийся керн и вращающийся керн. Невращающийся отцентрированный промывочным агентом Керн цилиндрической формы (фиг. не разрушается и не самозаклинивается только при отсутствии мелких фракций кусочков керна 6 в колонковой трубе 1. Такое состояние возможно только при отсутствии вибраци и при низких частотах вращения колонкового набора по экспериментальным данным (до 450 мин ). Но при таких частотах вращения существенно снижается производительность бурени скважин, особенно при алмазном бурении. При наличии же мелких фракций керна 6 вращающийся керн (фиг. 1) самозаклинивается в колонковой трубе 1.

5

0

5

0

5

0

5

При увеличении частоты вращения бурового снаряда по экспериментальным 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 неоторвавшийся от забоя кусок керна 7 (пенек) неподвижен, а куски 4 или 5 оторвавшегося керна над ним вращаются, происходит износ кусков керна 4 и 5 по контактирующим поверхностям. Это приводит к снижению сохранности керна и достоверности опробования, особенно при бурении по рудным зонам.

Самое благоприятное состояние устойчивого равновесия плавающий керн (фиг. 4). При этом состоянии куски керна вращаются с частотой вращения колонкового набора и не контактируют друг с другом.

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 устойчивого равновесия является невращающийся керн (фиг. 4), особенно при наличии мелких фракций керна 7, так как это приводит к самозаклинке керна. Состояние устойчивого равновесия плавающий керн (фиг. 5) за- висит от углов о скола кусков клиновой , формы и частоты вращения колонкового снаряда. При частотах вращения свыше 1500 (по экспериментальным данным) переход керна в состояние плавающий керн (фиг, 5) происходит при углах скола керна 0-90°.

По данным экспериментальных исследований установлены эмпирические зависимости состояния устойчивого равновесия кусков керна в функции количества промывочной жидкости, нагнетаемой в колонковый снаряд, час- тоты циклов вращения и угла скола керна и, в частности, для повышения выхода керна в условиях деления керна по плоскостям трещиноватости на куски цилиндрической формы. Вращение колонкового снаряда следует вести с частотой, определяемой из условия (фиг. 7): ;п 2000 - 20 с где п - частота циклов вращения колонкового снаряда, в 1 мин; of- угол скола кусков керна клиновой формы, град. Формула и-зобретения

Способ колонкового бурения посредством вращения и подачи колон0

кового 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 клиновой формы, вращение осуществляют с частотой, определяемой из условия , где о/- угол скола кусков керна клиновой формы,град.j n - частота циклов вращения колонкового снаряда в 1 мин.

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение выхода керна в условиях деления его по плоскости трещиноватости на куски клиновой формы. Колонковое бурение осуществляют путем вращения и подачи колонкового снаряда с одновременным удалением продуктов разрушения породы потоком нагнетаемой через колонковый снаряд промывочной жидкости. Вращение осуществляют с частотой, определяемой из условия N*982000 - 20α, где α - угол скола кусков керна клиновой формы, град.

N - частота циклов вращения колонкового снаряда, мин. В зависимости от трещиноватости пород куски керна имеют различную форму. По извлеченному на поверхность керну определяют геометрические формы керна. 7 ил.

Фиг.1

Фиг. г

Фиг.з

fФиг.5

Я) 40 60 80 ЮО КО Состояния устойчивого aawooecv неона цилиндрической формы Фигб

200

JO

«5

Состояния ucatof)w8ow peitfatccv воя керна клиновой грорны

SQ «

Фиг

QflHUN

ccv

SQ «Ьфад

atof)w8 новой г

Фиг