Колонковый снаряд Советский патент 1993 года по МПК E21B25/00 

Изобретение относится к горному делу, в.частности к устройствам для бурения скважин с отбором керна.

Целью изобретения является повышение эффективности бурения с отбором керна, возникающие при этом пульсации потока раствора способствуют улучшению условий очистки забоя от шлама, повышению механической скорости бурения и выноса керна.

На фиг. 1 изображен колонковый снаряд; вид сбоку; продольный разрез; на фиг. 2,3- разрез А-А и Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - колонковый снаряд с перекрытыми выходными каналами. Стрелками показано направление движения бурового раствора.

Колонковый снаряд (фиг. 1) содержит забойный двигатель со статором 1 и размещенным снаружи его ротором 2 и центрато- ром 3 для создания с бурильными трубами 4. В головке 5 ротора 2, соединенного с корпусом 6, выполнены сквозные каналы 7 для перетока части бурового раствора из рабочего пространства забойного двигателя в затрубное пространство.

Полость статора 1 сообщена отверстиями 8 с рабочим пространством в нижней части забойного двигателя над перемычкой 9, отделяющей рабочее пространство от межтрубного между наружной 6 и керноприемной 10 трубами.

Керноприемная труба 10 жестко соединена со статором 1 через перемычку 9, вклю00

о о

Ю

ел

ICO

чающую подшипниковый узел 11, служащий для передачи осевой нагрузки от бурильных труб на вращающийся корпус 6 через короткий патрубок 12с отверстиями 13 и седлом 14 под шаровый клапан 15, размещаемый перед спуском снаряда на забой в регуляторе 16 с пружиной 17, запирающим рычаг 18 с гнездом 19, расположенным снаружи регулятора 16 под сбрасываемый шар 20. Снаружи и выше регулятора 16 размещены направляющие сетчатые крылья 21 для направления шара 20 в гнездо 19.

Полость регулятора 16 открыта в полость длинного патрубка 22, сообщающего через каналы 23 с клапанами 24 в перемычке 25 и отверстия 26 рабочее пространство в верхней части забойного двигателя с полостью керноприемной трубы .10 и расположенного в полости статора 1. Керноприемная труба 10 оснащена приливом 27 каналами 28 для вывода части промывочной жидкости из полости трубы в затрубное пространство через отверстия 29 в корпусе 6, соединенном с колонковым долотом 30. При этом количество промежутков между каналами 28 соответствует количеству каналов 7 в головке 5 забойного двигателя и количеству каналов 31 в центраторе 3. Керноприемная труба 10 заканчивается кернорвателем 32, а между ротором 2 и перемычкой 25, между перемычкой 9 и корпусом 6 размещены уплотнения 33, а между статором 1 и ротором 2- подшипники 34. Предлагаемое.устройство работает следующим образом.

Перед спуском на забой клапан 15 располагают в регуляторе 16, сжимая пружину 17 и удерживая рычагом 18. Затем снаряд свинчивают с бурильными трубами 4, на колонне которых его опускают в скважину, и полость которой является каналом для подачи к снаряду промывочной жидкости. Опускаемый на забой гидравлический двигатель защищен от зашламования перемычкой 9 и клапанами 24 в отверстиях 23 перемычки 25.

По достижении забоя в полость снаряда закачивают промывочную жидкость, создавая на роторе 2 крутящий момент. При этом она протекает по полости статора 1, и через отверстия 8 попадает в рабочее пространство забойного двигателя. Заторможенный бурильными трубами статор 1 и остается без вращения, а ротор 2 вращается вправо, передавая через корпус 6 вращение на колонковое долото 30.

Отработавшая в рабочем пространстве забойного двигателя промывочная жидкость протекает через отверстия 23, канал 26, полость длинного патрубка 22, через центральный канал в перемычке 9, полость

короткого патрубка 12, поступает в полость керноприемной трубы 10, очищая ее от шла: ма. Часть потока протекает через отверстия

13 патрубка 12 в межтрубное пространство.

Другая часть потока чеоез калиброванные сквозные каналы 7 головки 5и каналы 31 центратора 3 выходит в межтрубное пространство. При этом вращение ротора 2 приводит к тому, что каналы 7 периодически

0 одновременно перекрываются выступами центратора 3. Вследствие этого под головкой 5 возрастает давление и к забою направляется увеличенная порция промывочной жидкости.

5 После промывки полости керноприемной трубы 10 и забоя от шлама в полрсть бурильных труб Сбрасывается шар 20, который садится в гнездо 19, нажимая на рычаг 18, который поворачиваясь освобождает

0 шаровый клапан 15, опускающийся в гнезде

14 над торцом трубы 10 и изолирующий ее полость от нисходящего потока промывочной жидкости.

Керноприемная труба 10, соединенная

5 с невращающимся статором, надежно удерживается им от вращения. Осевая нагрузка на колонковое долото 30 передается через подшипниковый узел 11 от колонны бурильных труб. Струи бурового раствора, отрабо0 тайного в рабочем пространстве забойного двигателя, не попавшие в полость патрубка 22, истекают в затрубное пространство через каналы 7, создавая струйные потоки, параллельные оси снаряда и интенсифици5 рующие отток бурового раствора от забоя скважины, способствуя тем самым улучшению условий очистки забоя от шлама.

При прерывании выхода части потока в затрубное пространство весь поток промы0 вочной жидкости из рабочего пространства идет через межтрубное пространство к забою, откуда часть потока идет на поверхность по затрубному пространству, а часть поступает в полость керноприемной трубы,

5 способствуя продвижению в нее керна. Из полости трубы 10 жидкость выходит в затрубное пространство через каналы 28 в приливах 27 и отверстия 29 в корпусе 6 в момент, когда каналы 7 перекрыты выступа0 ми центратора 3.

Такое конструктивное выполнение колонкового снаряда обеспечивает только колебания потока жидкости в керноприемной трубе, сохраняя плавную без вибраций ра5 боту породоразрушающего наконечника на забое скважины. Устранение механических колебаний колонкового снаряда позволяет сохранить целостность столбика керна в момент выбуривания, повышая качество и процент выноса керна.

По окончании бурения сформированный керн удерживается в трубе 10 кернор- вателем 32. На поверхности корпус б удерживается в клиньях ротора, а забойный двигатель с перемычкой 9 и керноприемной трубой 10 и керном внутри нее отвинчиваются и извлекаются из корпуса 6. Далее отвинчивают кернорватель 32 и извлекают керн из трубы 10. Затем отвинчивают трубу 10 с патрубком 12 от перемычки 9, извлека- ют шаровой клапан 15 для помещения его в регулятор 16 и описанный цикл повторяют. Формула изобретения Колонковый снаряд, содержащий наружную трубу с колонковым долотом в ниж- ней части, гидравлический забойный двигатель со статором, ротором, соединенным с наружной трубой и выполненным в верхней части с калиброванными сквозными продольными каналами, сообщающими рабочее пространство в верхней части забойного двигателя с затрубным пространством, перемычку с размещенным на наружной трубе подшипниковым узлом, разделяющую рабочее пространство забой- ного двигателя и межтрубн ое пространство, патрубок, размещенный в полости статора, жестко с ним связанный и гидравлически сообщающий межтрубное пространство с рабочим пространством в верхней части за-

бойного двигателя, керноприемную трубу с седлом под шаровой клапан в верхней части и кернорвателем, размещенную в наружной трубе и связанную со статором забойного двигателя, и шаровой клапан, размещенный в верхней части патрубка с возможно стью посадки его на седло при прекращении циркуляции промывочной жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности бурения с отбором керна, он снабжен центратором, выполненным с ребрами на наружной поверхности и каналами между ними и размещенным над ротором, дополнительной перемычкой, выполненной с каналами, оснащенными обратными клапанами, и размещенной в верхней части забойного двигателя, и сбрасываемым шаровым клапаном, при этом керноприем- ная труба выполнена с радиальными каналами в верхней части, сообщающими ее внутреннюю полость с затрубным про- странством, шаровой клапан имеет упор, освобождающий рычаг которого выведен наружу из патрубка и выполнен с седлом под сбрасываемый шаровой клапан, причем количество и поперечные размеры каналов между ребрами центратора соответствуют количеству и поперечным размером радиальных каналов керноприемной трубы и промежутков между ними.

Использование: бурение скважин с отбором керна. Сущность изобретения: колонковый снаряд содержит корпус с переводником в виде гидравлического забойного двигателя с полым статором, соединяющим колонну бурильных труб с керноприемной трубой, и с расположенным снаружи статора ротором, соединенным с корпусом и породоразрушающим наконечником. Над переводником размещен цент- ратор, выступы которого перекрывают выходные каналы из забойного двигателя, полость которого открыта в межтрубное пространство. При бурении создается прерывистое движение потока промывочной жидкости, способствующее разрушению пород забоя, очистке его от шлака и повышению выноса керна. 4 ил. ел С