Способ бурения с отбором керна Советский патент 1990 года по МПК E21B25/00 

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

Цель изобретения - повьшение производительности бурения.

На чертеже показана схема устройства для бурения с отбором керна данным способом.

Способ бурения с отбором керна включает разрушение горной породы посредством вращения с осевой нагрузкой колонкового снаряда, связанного с бурильными трубами 1, являющимися . средством для передачи нагрузки и вращения от наземного привода, а также нагнетания промывочной жидкости для удаления шлама.

Колонковый снаряд состоит из наруж ной 2 и керноприемной 3 труб Q клапаном 4, соединенных подшипниковым узлом 5.

В колонковом снаряде имеется забойный гидравлический вибратор 6, совершающий колебания с ударами о бурильные трубы под действием потока промьшочной жидкости, соедствием чего имеет место возбуждение поперечных колебаний в бурильных трубах.

В бурильных трубах 1 размещен контейнер 7 с датчиками упругих колебаний, опущенный до колонкового снаряда на кабеле 8, присоединенном к опорной втулке 9 и к регистратору 10 колебаний и далее через фильтр

О5

о

со

со 4

СО

11, усилитель 12, преобразователь 13 к измерительному прибору 14, дающему информацию о частоте и амплитуде колебаний.5

Втулка 9 снабжена подшипниковым узлом 15 для предотвращения скручивания кабеля.

В процессе бурения выбуриваемый столбик керна поступает в кернопри- ю емную трубу 3 и посредством частиц шпама на его поверхности контактиру- ет со стенками. При прокачивании . промывочной жидкости через каналы вибратор 6 совершает колебания, нано-15 ся удары по наружной трубе 2 колон- нового снаряда. Упругие колебания бурильных труб 1 воспринимаются дат- чиками на контейнере 7. Электрические сигналы с этих датчиков по кабелю 8 20 поступают через втулку 9 -в регистратор 10 упругих колебаний, а затем через фильтр 11, усилитель 12 и пре- образоват ель 13 - в измерительный прибор 14.. 25

Сигнал в свободной керноприемной трубе испытывает незначительные и плавкие изменения своих характеристик. В частности амплитуда и энергия сигнала изменяются по зкспоненциаль- зо ному закону, без всплесков и срывов. Основная частота спектра - также плавно. Это объясняется тем, что сигнал распространяется в однородном материале. Для уменьшения или пре- дотвращения контакта колонкового снаряда со стенками скважины бурильные трубы 1 периодически разгружают, натягивая, например j при помосци лебедки 16, не отрывая от забоя, и

40

в момент разгрузки измеряют амплитуду и частоту поперечных колебаний на приборе 14.

При постепенном заполлении керно- приемной трубы керном на границе контакта верхнего торца керна с трубой резко изменяются условия прохождения сигнала, так как изменяется коэффициент его отражения и возрас- тает боковая отдача энергии, вследствие чего возрастает коэффициент поглощения упругих волн. Это приводит к изменению амплитудно-частотных характеристик сигнала в месте контакта. Вследствие этого отраженны колебания меняют характеристики колебаний вибратора и колебания бурильных труб. При увеличении заполнения

5 0 5

о

0

5 Q

5

.трубы 3 керном амплитуда колебаний и частота уменьшаются.

Теоретические расчеты и практические опыты показывают, что условия прохождения сигнала в свободной и заполненной керноприемных трубах различны и резко из{« еняются в зависимости от величины заполнения трубы керном за счет существенных отличий коэффициентов отражения сигналов.

Так, например, в свободной части бурильных труб коэффициент отражения вибраций k, составляет 0,92: .

ь ,Vz p,v, + p,v,

при плотности материала стальной бурильной трубы р 7,8 г/см, плотности бурового раствора /5j 1,2 - 1,3 г/см , при скорости упругих волн в трубе V 5,2 км/с и скорости упругих волн в растворе 1,4 км/с (-.),

Коэффициент отражения в колонковом снаряде, керноприемная труба которого заполняется керном, снижается от 0,92 до 0,,64 при р, 7,8 г/см2, V 5,2 км/с и при плотности горной породы 2,5 г/см и скорости упругих волн в ней 3,5 км/с.

Таким образом, коэффициент отражения вибраций снижается почти в 2 раза.

Снижение частотных характеристик колебаний вибратора происходит также вследствие изменения амплитудных колебаний керноприемной трубы, являющейся опорой вибратора.

Измерения колебаний в производственных условиях показали, что при длине керноприемной трубы 15 м и 100%-ном заполнении ее керном амплиту- - да колебаний бурильной колонны снижается более чем в 5 раз, а частота сни жается более, чем на 10 Гц. Особенно ярко это проявляется при использовании долот истирающе-режущего типа, собственные колебания которых незначительны и легко фильтруются, Устране |ние помех при бурении шарошечными до- лотами более трудоемко, но также осуществимо и позволяет повысить чувст-г витальность приемной аппаратуры.

Формула изобретения

Способ бурения с отбором керна, включающий разрушение горной породы посредством вращения с осевой нагрузкой колонкового снаряда с керноприЩ-Щ.

/ / / //

Изобретение относится к горному делу, к средствам для бурения с отбором керна. Целью изобретения является повышение производительности бурения. Для осуществления способа применяют колонковый снаряд с керноприемной трубой и забойным гидравлическим вибратором (ЗГВ). ОСЕВАЯ НАГРУЗКА И ВРАЩЕНИЕ НА КОЛОНКОВЫЙ СНАРЯД ПЕРЕДАЮТСЯ БУРИЛЬНЫМИ ТРУБАМИ. УДАЛЕНИЕ ШЛАМА ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТЬЮ, НАГНЕТАЕМОЙ ПО БУРИЛЬНЫМ ТРУБАМ, ЗГВ под действием потока промывочной жидкости возбуждает в бурильных трубах поперечные колебания, частота и амплитуда которых зависят от наполнения керноприемной трубы. В процессе бурения колонковый снаряд периодически разгружают с одновременным измерением амплитуды и частоты поперечных колебаний бурильных труб. Измерение указанных параметров колебаний позволяет контролировать процесс кернообразования. 1 ил.