Керноориентатор Советский патент 1982 года по МПК E21B47/02 

Изобретение относится к бурению геологоразведочных скважин и может быть использовано для получения ориентированного керна в наклонных, искривленных скважинах при геологической съемке, поисках и разведке месторождений полезных .ископаемых.

Известны устройства для получения ориентированного керна, содержащие в своем составе узел маркировки керна и регистратор апсидального направления, фиксирующий положение метки, наносимой на поверхность керна в процессе бурения относительно апсидальной плоскости скважины 1).

Недостатком указанных устройств является их низкая надежность и тру-доемкость отбора ориентированного керна.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для нанесения .ориентированной метки на керн, спускаемое с колонной бурильных труб и состоящее из верхнего переходника, зубчатой муфты, срезаемого штифта, корпуса, долота, отбурочного снаряда, постоянного магнита, магнитоуправляемого контакта, автономного источника тока, регистратора апсидального напряжения, выполненного в виде ориентирующего стержня из металла с Положительным собственным электродным потенциалом, погруженного в раствор электролита, зерксшо поверхности которого является чувствительным элементом регистратора апсидального направления, причем раствор электролита залит в специальную полость долота С2 J,

10

Известное устройство имеет недостаток, заключакяцийся в том, что ориентация керна может осуществляться только один раз перед началом рейса бурения, поскольку ориентация

15 керна производится по большей оси эллипса мениска осадка меди, образующегося один раз в результате выдержки устройства на забое. Между тем при разведке месторождений,

20 сложенных сильно трещинноватыми породами, зачастую отсутствует возможность нанесения метки на забой скважины из-за отсутствия монолитных пород на забое. Кроме того, нанесенная

25 на забое метка разрушается в процессе бурения трещиноватых пород. При разведке месторождений, сложенных сильно трещиноватыми горными породами, наличие одной ориентированной

30 .1етки является недостаточным, так как не позволяет проследить изменчивость пространственной ориентации элементов строения горных пород в рейсе бурения длиной 3-10 м. В связи с этим применение прототипа в трещиноватых горных породах и на месторождениях с сильно изменчивым строением исключено. Цель изобретения - обеспечение непрерывного ориентирования керна. Указанная цель достигается тем, что известное устройство для нанесения ориентированной метки на керн снабжено диэлектрическим штоком с храповыми рейками, расположенным на ориентирующем стержне, причем диэлектрический шток установлен с возможностью осевого перемещения и вза имодействия с колонной бурильных труб. На фиг.1 изображен керноориентат продольный разрез; на фиг.2 - шлице вое соединение, поперечное сечение Керноориентатор состоит из верхнего переходника 1, выполненной зао но с ним цилиндрической тяги 2с сим1летрично закрепленными на ее внутренней поверхности собачками 3 Цилиндрическая тяга 2 размещена наружном корпусе 4 и зафиксирована центратором 5. В нижней части корпу са 4 размещено шлицевое соединение шлицевой Вал б которого соединен с корпусом 4, а шлицевая втулка 7 с наружной колонковой трубой 8, оснащенной коронкой 9 и кернорвателем 10. Внутри наружной колонковой труб 8 размещена внутренняя невраЩающаяся керноприемная труба 11 в нижней части которой на резьбе закреплено сменное кольцо 12 с твердосплавным маркирующим резцом 13. Керноприемная труба 11 имеет шарикоподшипнико вую опору 14 и соединена посредством трубы 15 с капсулой 16, размещенной внутри корпуса 4. Центрация капсулы 16 внутри корпуса 4 обеспечивается втулкой 1 выполненной из антифракционного материала (например, бронза). В полость а капсулы 16 помещён перфорированный пакет с медным купоросом и помещен ориентирующий стержень 19, выполненный из металла, имеющего положительный собственный электродный потенциал (например, хромированная нержавеющая сталь). Стержень 19 изолирован от корпуса 4 и капсулы 16 диэлектрической втулкой 20 и диэлектричес ким штоком 21, выполненными из прочного диэлектрика (например, из текстолита) и сориентирован относительно маркирующего резца 13 (например, шток 21 и втулка 20 имеют направляющую грань (не показана) , препятствующую их повороту друг относительно друга). Внутри втулки 20 установлен пружинный фиксатор 22, а внутри диэлектрического штока 21 расположены автономный источник 23 электрического тока (например, батерея из 2-х элементов Сириус) и контактный стержень 24 таким образом, то отрицательный контакт источника 23 тока через контактный стержень 24 соединен с ориентирующим стержнем 19. В стенку капсулы 16 вмонтирован клапан 25, предназначенный для устранения перепада давления между полостью а капсулы 16 и внутренней полостью 4. Полость а,капсулы16 имеет в верхней части форму конуса, позволяющую сохранить в рабочем диапазоне на некотором расстоянии от втулки 20 границу между воздухом и жидкостью, которая играет роль чувствительного элемента ориентатора, при сжатии воздуха под действием гидростатического давления столба промывочной жидкости..Поскольку перепад давления между полостью а капсулы 16 и внутренней полостью корпуса 4 компенсируется клапаном 25 для удержания воздуха внутри капсулы 16 достаточно обычной самоуплотняющейся резиновой манхсеты 26. В верхней части диэлектрического штока 21 симметрично расположены несколько (две-четыре) храповые рейки 27, установленные с возможностью взаимодействия с собачками 3 через отверстия в металлическом корпусе-тоКосъемнике 28, установленном с помощью резьбы на диэлектрической втулке 20. В верхней части корпуса-токосъемника 28 установлена диэлектрическая капсула 29, в которой помещен магнитоуправляемый контакт 30 (например, геркон МК В-1), соединенный гибким изолированным проводом 31 с положительным полюсом источниК|а 23 тока, а другим концом Б с корпусомтокосъемником 28. На внутренней поверхности тяги 2 размещен кольцевой магнит 32 таким образом, что в верхнем положении он устанавливается против магнитоуправляемого контакта 30 и замыкает электрическую цепь: + источника 23 тока, привод 31,. магнитоуправляемый контакт 30, корпус-токосъемник 28, тяга 2, корпус 4, капсула 16, электролит + (раствор ) в полости а , ориентирующий стержень 19, контактный стержень 24 - источника 23 тока. Керноориентатор работает следующим образом. Перед спуском снаряда в скважину в капсулу 16 помещают перфорированный пакет 18 с порошкообразным медным купоросом . Если глубина скважины незначительна (до 100 м), , то в полость d заливается некоторое

количество воды. При больших глубинах более 100 м вода не заливается из того расчета, что под действием гидростатического давления столба промывочной жидкости воздуха в полости а сожмется и образуется воздушная камера, размеры которой обеспечат погружение рабочей части стержня 19 в образующийся в процесс бурения в полости а электролит водный раствор.

Размеры воздушной камеры полости а регулируются набором стержней 18 различной длины и диаметра для различных глубин бурения, а также формой полости а капсулы 16.

Во время спуска снаряда в скважину по мере возрастания гидростатического давления полость а постепенно заполняют водой, которая, под действием ударов и вибрации интенсивно переменивается и начинает постепенно растворять медный Kynopdc в пакете 18, образуя раствор электролита. Поскольку в процессе спуска магнит 32 располагается вблизи магнитоуправляемого контакта 30 и цепь источника 23 тока является замкнутой происходит постепенное равномерное, омеднение стержня 19, являющееся условием получения качественного ориентирующего мениска. При постановке снаряда на забой скважины тяга 2 вместе с корпусом 4 и шлицевым валом 6 перемещается вниз. Собачки 3 ограждены в нижнем положении от храповых реек 27, корпусом-токосъемником 28, а магнит 32 перемещается вниз относительно магнитоуправляемого контакта 30. При этом цепь источника тока является разомкнутой.

В процессе бурения, осуществляемом по обычной технологии, резец 13наносит на поверхность керна спиральную борозду, что обусловлено медленным вращением внутренней керноприемной трубы 11 под действием момента трения в подшипниковых опорах

14и 17. Во время бурения происходит растворение медного купороса в пакете 18 и образование раствора электролита. В определенный момент времени после выбуривания столбика керна необходимой длины (например, ,5 м) прекращается вращение снаряда и подача промлвочной жидкости. Снаряд приподнимают над забоем на 5-10 см (до захвата керна кернорвателем 10), в результате чего шлицевой вал 6, корпус 4 с тягой 2 перемещаются вверх. При этом собачка

3 через отверстия в корпусе-токосъемника 28 входят во взаимодействие с.храповыми рейками 27 и выдвигают шток 21 вместе со стержнем 19 вверх на величину хода шлицевого соединения (дет. 6 и 7). В новом положении шток 21 фиксируется прухсинным фиксатором 22. В полость а через клапан 25 поступает некоторое количество промывочной жидкости, равное объему выдвинутого стержня. Поддержание необходимой концентрации электролита обеспечивается постепенным растворением купороса в пакете 18. ЬШицевой вал 6, воздействуя на капсулу 16, перемещает вверх наружную колонковую 8 и внутренн{ою керноприемную трубу 11. При этом резец 13 оставляет на поверхности керна вертикальную борозду. Постоянный магнит 32 устанавливают вблизи капсулы 29 напротив магнитоуправляемого контакта 30. Под действием магнитного поля магнита 32 магнитоуправляемый контакт 30 за№1кает электрическую цепь: + источника 23 тока, провод 31, магнитоуправляеьмй контакт 30, корпус-токосъемни 28, тяга 2, корпус 4, капсула 16, электролит в полости а,ориентирующий стержень 19, контактный стержень 24. - источника 23 тока. В результат электролиза на поверхности ориентирующего стержня 19 отлагаетря медь. Мениск горизонтальной поверхности жидкого электролита на поверхности стержня 19 имеет вид эллипса, отличающегося по цвету и толщине от осадка меди внутри электролита, большая ось которого расположена в апсидгшьной плоскости, чем и достигается ориентация вертикальной борозды, оставляемой резцом 13. Положение резца 13 фиксировано относительно стержня 19 и имеется возможность на поверхности измерить угол между большей осью эллипса мениска осадка меди и следом резца 13 на поверхности керна. По окончании выдержки 10-15 мин, во время которых формируется яркий, четко выделяемый мениск, снаряд опускается на забой, магнит 32 опускается вниз, магнитоуправляемый контакт 30 раз1иыкает электрическую цепь и отложение меди прекращается. После этого бурение продолжается. В опрвделенные моменты цикл ориентации керна повторяется, при этом на ориентирующем стержне 19 последовательно откладываются новые четкие мениски осадка меди через интервалы, равные ходу шлицевого соединения (дет.6 и 7). Количество циклов ориентации керна в одном р.ейсе определяется конструктивными параметрами стержня 19 диэлектрического штока 21 и шлицевого разъема (дет.6 и 7). После подъема керна на поверхность от нулевой образукиией ориентирующего стрея:ня 19 замеряют углы отклонения точек минимумов эллипсов осадка меди и соотносятся с вертикальными бороздками на последовательно извлекаемых из внутренней керноприемной трубы 11 образцах керна. Таким образом, в процессе бурения получается сплошное ориентированное пересечение.

Внедрение керноориентатора позволит значительно расширить область кернометрических исследований, повысить их точность, надежность и производительность, повысить качество, полноту и достоверность геологической информации.

Формула изобретения

Керноориентатор, опускаемый с колонной бурильных труб, содержащий верхний переходник, корпус, магнитоуправляемой контакт и постоянный магнит, регистратор апсидального направления, состоящий из капсулы с раствором электролита и ориентирующего стрежня, отличающийся тем, что, с целью обеспечения непрерывного ориентирования керна, он снабжен диэлектрическим штоком с храповыми рейками, расположенным на ориентирующем стержне, причем диэлектрический шток установлен с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с колонной бурильных труб.

Ис очники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Казанцев М.Н. Кернометрия. Алма-Ата,о Казахстан, 1966, с. 80-120.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2894584/03, 25.09.80.