Устройство для локализации заклинивания керна при колонковом бурении Советский патент 1944 года по МПК E21B25/00 

В разведочных буровых работах колонковое (алмазное, суррогатное и особенно дробовое) бурение скважин имеет самое большое распространение. При условии проходки буровых скважин в го-рвых породах большой крепости к при; необходимости иметь наклонную скважину,- этот вид бурения является незаменимым и самым эффективным.

Однако в связи с тем, что нередко приходится 1проходи.ть буровую скважину в сильно треш иноватых или даже катоклазированных породах, эффективность бурения сильно снижается. Это обусловливается тем, что при бурении трещиноватых пород получается керн, раздробленный на мелкие куски, что влечёт образование так называемых «заклиt{OK керна в буровом колонковом снаряде. Образовавшаяся так-им образом заклинка керна не позволяет буровому снаряду продвигаться по ходу бурения, вследствие чего прек;раш,ается давление снаряда на забой окважины, а в связи с, этим прекращается и самый рроцесс бурения породы.

Для ликвидации заклинки приходится извлекать из скважины буровой снаряд. На это тратится

много времени, буровой бригадой производится больщая и тяжёлая работа по подъёму и спуску снаряда, а углубка скважины идёт очень медленно. Иногда стоимость одного погонного метра проходки скважины в таких условиях обходится в несколько раз выще плановой, и в несколько раз понижается скорость бурения.

До сих пор техникой, разведочного бурения не было создано радикального средства борьбы с заклинкой керна, а следовательно, и средства борьбы за ускорение бурения и его удешевление за счёт устранения заклинок керна в буровом снаряде.

Предметом настоящего изобретения является устройство для локализации заклинивания керна прн колонково-м бурении, отличительная особенность которого - применение двух коаксиальных труб разных длин, свободно помещённых в полости колонковой трубы и опирающихся торцом на торец буровой коронки. Эти трубы служат для создания подвнжной опоры для заклинки с целью её выноса.

На прилагаемом чертеже фиг. I изображает разрушение керна по

ллоскостям наслоения и трещйноватостй пород, фиг. 2 - случай разрушения керна от частой перемежаемости различных по составу и твёрдости пород, фиг. 3- разрушение керна, вызванное характером залегания (падения) пород, фиг. 4- буровой снаряд с устройством согласно изобретению, фиг. 5, 6 и 7- три случая локализованных заклинок керна в 6yipOBOiM снаряде с предлагаемым устройством.

Обычно заклинки керна происходя11 в колонковой пру бе и образуются в самом процессе бурения, вследствие трения кусочков разрушенного керна о стенку колонковой трубы. Заклинка возникает в одном или реже в двух местах колонковой трубы и опирается непосредственно на её стенку. Заклинка ке,рна образуется в любой части пространстви колонковой трубы вслед за тем, как столбик керна минует буровую коронку.

Главнейшими причинами образования заклинок ЯВЛЯЮТСЯ: трешиноватость пород (фиг. 1), их разнохарактерность в смысле частой перемежаемости различных по составу и твёрдости пород (фиг. 2), характер залегания (падения) пород (фиг. 3), дробимость пород вследствие их хрупкости и некоторые другие менее сушественные причины геологического порядка. Из числа причин технического порядка на разрушение керна, а в связи с зтим и на образование заклинки, главнейшее влияние оказываЕОТ возникаюшие в момент процесса бурения вибрации штанг и бурового снаряда.

Наиболее частые случаи образования заклинок отмечаются при проходке тектонических зон, мош;ных кварцевых раздробленных жил, а также зон вы(ветривания горных пород и катоклазировавных горных пород вообше.

Образование заклинки происходит следуюшим порядком. Выбуренный столбик горной породы - керн, находясь в колонковой трубе, подвергается сот1ря)сению от вращачошегося в скважнне бурового снаряда и деформируется до состояния дробления на мелкие части. Отделившиеся от керна кусочки породы западают в зазор между керном и колонковой трубой и увеличивают трение керна и1 его частей о стенку колонковой трубы до такогО предела, пока не произойдёт полного «заедания породы в трубе.

Образовавшаяся заклинка не позволяет колонковой трубе свободно врашаться вокруг выбуренного керна. «Прихваченный керн скручивается и моментально ломается, вследствие своей хрупкости.

Накопившиеся обломки керна, увеличивая прочность заклинки, в конце концов не позволяют продвигаться буровому снаряду вперёд на забой скважины. Снаряд оказывается «севшим на керн, на раздроблённую верхнюю часть которого упёрлась заклинка.

В этот момент в рашающийся буровой снаряд, опираясь на заклинку, а не на забой скважины, не производит бурения. Это ведёт к необходимости поднимать буровой снаряд для ликвидации заклинки. Таким образом, при заклинках керна в буровом снаряде почти никогда не бывает полного рейса бурения. Помимо того, что при заклинках бесполезно амортизируется станок, двигатель, оборудование, тратятся горючие и смазочные материалы, заклинки иногда являются первопричинами аварий. Нарушение режима в забое 1окважины приводят к прихвату бурового снаряда. Желание бурового мастера, не прибегая к извлечению из скважины снаряда, «освободиться от очередной заклинки с помошью «встряхивания- снаряда приводило к разрывам штанг и к другим остановкам работы буровой вышки по аварийным причинам, обусловленным заклинкой керна.

Сов1ременный колонковый буровой снаряд не обеспечивает предотвраш ения заклинок. Применение двойной колонковой трубы для того, чтобы избавиться от заклинок, тоже не даёт положительных результатов, так как двойная колонковая труба имеет иное назначение. Не избавляет от заклинок тщательная регулировка режима работ в

забое буровой скважины. Единственным способом устранения заклинок сейчас 5галяется подъём снаряда и его освобождение от заклинки на поверхности, а это, как уже было установлено выше, невыгодно экономически и ведёт к значи-Гельному удлинению срока разведок.

Рассматривая причины, условия и процесс образования заклинки керна в колонковом буровом снаряде, устанавливается, что устранить заклинки керна при применяемой технике бурения нельзя. Однако это же рассмотрение причин образования заклинок позволяет установить два важных момента, на основе которых можно локализовать заклинку керна так, чтобы она не препятствовала продвижению бурового снаряда на забои скважины, т. е. чтобы и при наличии неизбежных заклинок не прекращать бурения, а успешно продолжать его в течение полного или почти полного рейса бурения. Этими момента-ми являются: опора заклинки на внутренню-ю стенку колонковой трубы и опора заклинки яа нижележаидий столбик выбуренного керна. На этом принципе и сконструировано предлагаемое устройство.

Способ локализации заклинок керна - механический, локализация заклинки происходит в буровом колонковом снаряде; принцип образования заклинки тот же, что был охарактеризован выше.

Отличием предлагаемого устройства является то, что опора заклинки перенесена со стенки колонковой трубы на стенки двух специальных коаксиальных труб, помещаемых внутри колонковой трубы и не имеющих с ней скрепления.

Образовавшаяся в этой трубе заклинка керна не останавливает поступательного движения бурового снаряда, а сама труба, подхваченная заклинкой, оказывается повисшей на столбике керна и, будучи не скреплённой с колонковой трубой, не мешает её вращению и подвиганию на забой скважины. Так локализована первая заклинка керна. Аналогично этому автоматически локализуются и последующие заклинки «ерна, о чём будет сказано ниже.

Перенесение опоры заклинки со стенки колонковой трубы на стенку особой трубы привело к необходимости сконструировать новый снаряд, отличающийся от современного.

Снаряд (фиг. 4) состоит из буровой коронки 8 (в необходимых случаях кернорвателя), малой 7 и больщой 6 труб колонковой трубы 5, шламовой трубы 4, пе реходника 3 и ниппеля 2 для прикрепления снаряда к штанга.м 1.

Перед тем, как начать привёртывать к колонковой трубе 5 буровую коронку 8 (или кернорватель), требуется вставить в колонковую трубу большую трубу 6 с вложенно в неё коаксиальной малой трубой 7. Трубы 6 и 7 разной длины и не имеют никакого крепления с деталями снаряда; они свободно вращаются в колонковой трубе и во время процесса бурения своими нижними торцами опираются на торец буровой коронки 8 (или кернорвателя).

Следует отметить, что трубы 6 и

7не будут претерпевать каких-либо усилий на скручивание, растяжение или сжатие, так как они свободно покоятся на торце буровой коронки

8(или кернорвателя), а в момент заклинки керна они находятся в висячем положении на столбике керна, создавая для него подвижную опору, с целью его выноса. Напряжения на :разрыв патрубков в тех местах, в которых образовались заклинки, совершенно незначительны; они всего лишь равны силе трения, достаточной для удержания груза самой трубы на столбике керна.

Новый буровой колонковый снаряд применим и для проходки горных 1пород в обычных условиях, т. е. при отсутствии случаев образования заклинок керна.

Можно предполагать, что буровой колонковый снаряд предлагаемой системы будет работать рювно и (СПОКОЙНО, без ударов в момент образования заклинок, как это наблюдается в современных буровых колонковых снарядах.

Организ-ация работы и процесс бурения при применении нового снаряда остаются такими же, как и прежде.

Исходя из того, что заклинки «ерна образуются произвольно в любой части пространства колонковой трубы, можно представить возможные случаи заклинок и схему гла1внейших возмож1НЫх комбинаций локализации заклииок керна, учитывая при этом то,- что заклинка остаётся там, где- она и образовалась. Два таких случая заклинок и комбинации их локализации изображены на фигурах 5 и 6.

На фиг. 5 показан М01мент заклинки квр«а приблизительно в средней части рейса и js TOIM месте, где образовавшаяся заклинка оказалась лоКализованной одновременно обеими трубами 6 и 7. Фиг. 6 также характеризует локализацию заклинки керна одновременно двумя трубами, но образование заклинки совершилось в начале рейса бурения и в нижней части труб.

Фиг. 7 показывает две локализованные заклинки , первоначально малой трубой 7 и затем одну локализованную заклинку керна большой трубой 6.

Можно предполагать, /что в отдельных случаях в трубе 6 или 7 заклинка будет образовываться не очень крепко, а поэто1му возможны случаи её «саморасклинки и возврашения трубы в первоначальное положение - на торец буровой коронки (или кернорвателя).

Можно также предполагать, что, опер1ши)сь о переходник 3, труба 6 или 7 может оказаться освобождённой от заклинки и тоже возвратится иа прежнее место. Благодаря свободному положению в колонковой трубе, трубы 6 и 7 будут способствовать уменьшению «принудительного трения керна о внутреннюю стенку снаряда, значит будет меньше, дробление керка, а это будет способствовать п.редотвраш.ению заклинок керна.

Предмет изобретения Устройство для локализации заклинивания керна при колонковом бурении, о т л Ич а ю Щ е eic я применением свободно помеш ённых в полости колонковой трубы двух коаксиальных разных длин труб, опира ош,ихся торцами на торец буровой коронки и служаших для создания подвижной опоры для заклинки с целью выноса её.

фиг. 1

фиг. 2

fCfftyf t lf

.AW

фиг. 3

Cj70f f fff 0 t4

Pfgf c