Колонковый снаряд

 

Изобретение относится к горному делу, к средствам для бурения с отбором керна. Сущность изобретения: колонковый снаряд содержит переводник, корпус, керноприемную с радиальными отверстиями трубу и полую втулку в ней у верхнего торца с седлами под сбрасываемые клапаны. Втулка и труба закреплены срезными штифтами. Керноприемная труба содержит кернорватель с зубьями захвата по нижнему торцу, а к корпусу прикреплено колонковое долото с промывочными каналами и с кольцевым выступом для взаимодействия с кернорвателем. Колонковое долото выполнено разъемным и снабжено кольцевой муфтой, подвижной в осевом направлении и перекрывающей промывочные каналы, выполненные ступенчатыми. Полость колонкового долота перекрыта вставным с центральным промывочным отверстием буровым долотом, размещенным в полости муфты. Вставное буровое долото, муфта и колонковое долото связаны срезными штифтами. Вставное долото снабжено патрубком с гидромониторным насадком и седлом под сбрасываемый клапан. При бурении сплошным забоем до кровли продуктивного пласта выбуренный колонковым долотом керн разрушается вставным долотом. При необходимости отбора керна в полость снаряда сбрасывают клапан-шар, который перекрывает единственный канал перетока промывочной жидкости к забою, в результате чего в полости труб повышается давление и срезаются штифты, соединяющие вставное долото с колонковым долотом и кольцевой муфтой. Затем в полость труб сбрасывается клапан-шар, перекрывающий полость керноприемной трубы от потока промывочной жидкости. По окончании бурения с отбором керна третьим клапаном-шаром, имеющим наибольший диаметр, перекрывается центральный канал снаряда, вследствие чего давлением промывочной жидкости срезаются штифты, соединяющие керноприемную трубу с переводником и втулку с керноприемной трубой, и они сдвигаются в них. При этом зубья кернорвателя изгибаются внутрь трубы, захватывая поступивший в нее керн, а сдвигающаяся вниз втулка открывает радиальные отверстия для перетока промывочной жидкости из полости бурильных труб в скважину при подъеме заполненного керном снаряда из скважины. 4 ил.

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

Известны колонковые снаряды, содержащие переводник, корпус, керноприемную трубу с породоразрушающим сердечником для разрушения керна и механизмом его перемещения.

Недостатками известных снарядов являются: конструктивная сложность механизма для перемещения сердечника, низкая механическая скорость бурения сплошным забоем из-за неэффективности разрушения керна указанным сердечником.

Известны также комбинированные долота, содержащие колонковое долото режущего типа и размещенное в его полости шарошечное буровое долото, что при бурении обеспечивает повышение механической скорости бурения в два раза против достигнутой при использовании обычных долот.

Однако применение таких долот при бурении с отбором керна невозможно из-за жесткого неподвижного соединения составляющих комбинированное долото элементарных долот.

Известен также колонковый снаряд, содержащий соединенные между собой переводчик и корпус, керноприемную трубу, размещенную в корпусе, хвостовик с радиальными каналами и седлом под сбрасываемый клапан, связанный с керноприемной трубой и скрепленный срезными штифтами с переводником, полую втулку с седлом под сбрасываемый клапан большого размера, соединенную срезными штифтами с хвостовиком у его верхнего торца, кернователь в виде тонкостенного цилиндра с зубьями захвата по нижнему торцу, установленного на нижнем конце керноприемной трубы с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом колонкового долота, закрепленного на нижнем конце корпуса и выполненного с промывочными каналами, сообщенными с пространством между корпусом и керноприемной трубой.

Однако при использовании такого снаряда разрушение керна в процессе бурения без отбора керна неэффективно из-за отсутствия механического устройства, обеспечивающего такое разрушение, в полости керноприемной трубы. Вследствие этого снижается производительность бурения и возрастает износ колонковых долот.

Задачей, решаемой изобретением, является размещение в полости керноприемной трубы механического устройства (бурового долота), скрепленного с колонковым долотом для разрушения керна в случае бурения непродуктивной толщи, и открепление его от колонкового долота для бурения с отбором керна, благодаря чему достигается искомый технический результат повышение эффективности бурения, снижение износа колонковых долот.

Техническая сущность изобретения заключается в том, что известный колонковый снаряд, содержащий соединенные между собой переводник и корпус, керноприемную трубу, размещенную в корпусе, хвостовик с радиальными каналами и седлом под сбрасываемый клапан, связанный с керноприемной трубой и скрепленный срезными штифтами с переводником, полую втулку с седлом под сбрасываемый клапан большего размера, соединенную срезными штифтами с хвостовиком у его верхнего торца, кернорватель в виде тонкостенного цилиндра с зубьями захвата по нижнему торцу, установленного на нижнем конце керноприемной трубы с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом колонкового долота, закрепленного на нижнем конце корпуса и выполненного с промывочными каналами, сообщенными с пространством между корпусом и керноприемной трубой, снабжен кольцевой подвижной в осевом направлении муфтой с наружной конической поверхностью, вставным с центральным промывочным каналом буровым долотом, и патрубком с гидромониторным насадком и седлом под сбрасываемый клапан, меньшего, чем два других размера, при этом колонковое долото выполнено разъемным из верхней и нижней частей, образующих полость с верхней конической поверхностью, кольцевая подвижная муфта размещена в полости колонкового долота с возможностью перекрытия его промывных каналов в исходном положении, вставное буровое долото размещено в кольцевой подвижной муфте и соединено с ней и с верхней частью колонкового долота в исходном положении срезными штифтами, а патрубок с гидромониторным насадком и седлом под сбрасываемый клапан меньшего, чем два других размера размещен в центральном промывочном канале бурового долота.

Снабжение колонкового снаряда вставным с центральным промывочным каналом буровым долотом предпочтительно шарошечного типа обеспечивает возможность создания комбинированного долота, использование которого при бурении позволяет повысить механическую скорость бурения сплошным забоем и гарантированно разрушать керн при проходке скважин в непродуктивным толщах.

Снабжение снаряда кольцевой подвижной в осевом направлении муфтой с наружной конической поверхностью и выполнение колонкового долота разъемным из верхней и нижней частей, образующих полость с верхней конической поверхностью, позволяют создать механизм управления течением бурового раствора в призабойной зоне снаряда.

Снабжение снаряда патрубком с гидромониторным насадком и седлом под сбрасываемый клапан, меньшего, чем размеры клапанов в хвостовике и в полой втулке у верхнего торца керноприемной трубы, размера, размещенным в центральном промывочном канале вставного бурового долота, соединенного с верхней частью колонкового долота и с подвижной муфтой срезными штифтами, обеспечивает эффективную очистку забоя перед бурением и срезание штифтов при сбрасывании клапана, перемещение подвижной муфты вниз, вследствие чего раскрываются промывочные каналы в колонковом долоте, и буровое долото отделяется от колонкового.

На фиг. 1 изображен колонковый снаряд (вид сбоку, продольный разрез) в транспортном положении и при бурении сплошным забоем; на фиг. 2 то же в момент отделения вставного долота; на фиг. 3 то же при бурении с отбором керна; на фиг. 4 то же, положение при захвате керна.

Колонковый снаряд содержит переводник 1, соединенный резьбой с корпусом 2. Керноприемная труба 3 размещена в корпусе 2 и скреплена через хвостовик 4 с переводником 1 срезными штифтами 5. В хвостовике 4 выполнено седло 6 под сбрасываемый клапан-шар 7 и радиальные каналы 8, размещенные над седлом 6. Выше каналов 8 внутри хвостовика 4 установлена втулка 9 с седлом 10 под сбрасываемый клапан-шар 11 большего, чем клапан 7, диаметра. Втулка 9 удерживается в исходном положении срезными штифтами 12. На нижнем конце трубы 3 размещен кернорватель 13, выполненный в виде тонкостенного цилиндра с зубьями захвата 14 по нижнему торцу в зоне расположения кольцевого выступа 15 колонкового долота 16. Над зубчатым кернорвателем размещена обойма 17 рычажкового кернорвателя. Колонковое долото 16 выполнено разъемным из верхней, представляющей собственно долото 16, части и нижней заменяемой рабочей части 18, армированной резцами 19. Между частями 16 и 18 колонкового долота образована полость с верхней-конической поверхностью, в которой размещена кольцевая муфта 20, имеющая наружную коническую поверхность, подвижная относительно долота 16 и перекрывающая его промывочные каналы 21. В полости колонкового долота 16 размещено буровое шарошечное долото 22, соединенное срезными шпильками 23 с долотом 16 и срезными шпильками 24 с кольцевой муфтой 20. В центральном канале долота 22 размещен патрубок 25, оканчивающийся гидромониторным насадком 26, являющимся седлом под сбрасываемый клапан-шар 27 меньшего, чем у двух других клапанов 11 и 7, размера.

Колонковый снаряд работает следующим образом. Перед спуском на забой снаряд собирают в таком виде, как показано на фиг. 1, вставное долото 22 соединяют штифтами 24 и 23 с кольцевой муфтой 20 и с колонковым долотом 16 и вставляют в него патрубок 25; втулку 9 соединяют штифтом 12 с керноприемной трубой 3, а хвостовик 4 соединяют шпильками 5 с переводником 1. Затем снаряд опускают на забой скважины и осуществляют процесс бурения сплошным забоем до интервала отбора керна, определяемого либо по геолого-техническому наряду, либо по механическому каротажу.

Для обеспечения процесса бурения с отбором керна вставное долото 22 отделяют от колонкового долота 16 и от кольцевой муфты 20, сбрасывая в полость труб клапан-шар 27, который перекрывает центральное отверстие в патрубке 25. При этом под давлением потока промывочной жидкости вставное долото 22 смещается вниз до упора в резцы 19 колонкового долота 16. При этом срезаются штифты 23 и 24 и смещается вниз кольцевая муфта 20, вследствие чего открываются промывочные каналы 21 колонкового долота 16, как показано на фиг. 2. Затем в полость бурильных труб сбрасывают клапан-шар 7, который садится в седло 6 хвостовика 4 и перекрывает полость керноприемной трубы 3 от нисходящего потока промывочной жидкости, которая перетекает к забою по межтрубному пространству между корпусом 2 и трубой 3, попадая туда через отверстия 8, и далее через открытые каналы 21 колонкового долота 16. В дальнейшем процесс бурения осуществляется выбуриванием столбика (колонки) керна. При этом выбуренный керн проталкивает вставное долото 22, отделившееся от долота 16 и от муфты 20, в полость керноприемной трубы 3. Долото 22 при этом предохраняет торец керна от размыва вытесняемой из трубы 3 жидкостью (фиг. 3).

После окончания бурения с отбором керна, регламентируемым длиной полости керноприемной трубы 3, в полость бурильных труб опускают клапан-шар 11, по достижении которым седла 10 втулки 9 перекрывается канал перетока промывочной жидкости, давлением которой срезаются штифты 5, скрепляющие хвостовик 4 с переводником 1. Дальнейшее закачивание промывочной жидкости в полость снаряда приводит к перемещению керноприемной трубы 3 вниз. При этом зубья кернорвателя 13 изгибаются на кольцевом выступе 15 долота 16 и перекрывают полость керноприемной трубы 3, заклинивая вошедший в нее столбик керна. Рычажковый кернорватель 17 удерживает керн в керноприемной трубе при кратковременных подъемах снаряда над забоем для наращивания колонны бурильных труб до срабатывания кернорвателя 13.

Дальнейшее повышение давления в бурильной колонне приводит к срезанию штифтов 12, и втулка 9 опускается в нижнее положение, открывая радиальные отверстия 8 для перетока промывочной жидкости к забою скважины. При подъеме снаряда из скважины промывочная жидкость таким образом вытекает из полости бурильных труб, минуя полость керноприемной трубы 3.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить механическую скорость бурения без отбора керна, снизить износ колонковых долот, повысить производительность бурения за счет сокращения затрат времени на спуско-подъемные операции, повысить выход керна и результативность разведочного бурения.

Формула изобретения

Колонковый снаряд, содержащий соединенные между собой переводник и корпус, керноприемную трубу, размещенную в корпусе, хвостовик с радиальными каналами и седлом под сбрасываемый клапан, связанный с керноприемной трубой и скрепленный срезными штифтами с переводником, полую втулку с седлом под сбрасываемый клапан большего размера, соединенную срезными штифтами с хвостовиком у его верхнего торца, кернорватель в виде тонкостенного цилиндра с зубьями захвата по нижнему торцу, установленного на нижнем конце керноприемной трубы с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом колонкового долота, закрепленного на нижнем конце корпуса и выполненного с промывочными каналами, сообщенными с пространством между корпусом и керноприемной трубой, отличающийся тем, что он снабжен кольцевой подвижной в осевом направлении муфтой с наружной конической поверхностью, вставным с центральным промывочным каналом буровым долотом и патрубком с гидромониторным насадком и седлом под сбрасываемый клапан меньшего, чем два других размера, при этом колонковое долото выполнено разъемным из верхней и нижней частей, образующих полость с верхней конической поверхностью, кольцевая подвижная муфта размещена в полости колонкового долота с возможностью перекрытия его промывочных каналов в исходном положении, вставное буровое долото размещено в кольцевой подвижной муфте и соединено с ней и с верхней частью колонкового долота в исходном положении срезными штифтами, а патрубок с гидромониторным насадком и седлом под сбрасываемый клапан меньшего, чем два других размера, размещен в центральном промывочном канале бурового долота.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4