Устройство для получения керна из гидратосодержащих пород

Авторы патента:

Вишневский Николай Александрович (RU)

Чистяков Валерий Константинович (RU)

E21B25 - Устройства для получения и извлечения ненарушенного керна, например колонковые трубы, кернорватели (колонковые буровые долота E21B 10/02; использование взрывчатых веществ или снарядов в скважине E21B 49/04; взятие керна или проб грунта со стенок скважины E21B 49/06)

Владельцы патента RU 2425952:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" (RU)

Изобретение относится к области бурения, а именно к техническим средствам отбора керновых проб из скважины при поисках и разведке месторождений природных газогидратов. Устройство содержит двойной колонковый снаряд, включающий породоразрушающий инструмент, наружную колонковую трубу, соединительный переходник, невращающуюся внутреннюю трубу с узлом подвески и фиксации и с системой охлаждения, содержащей секцию с баллоном сжиженного газа и дросселем, верхний соединительный переходник, нижний соединительный переходник, в котором расположены циркуляционные каналы и обратный клапан, съемный керноприемник с керноудерживающим устройством. Система охлаждения снабжена секцией газового эжектора, сопло которого закреплено в верхнем соединительном переходнике, а диффузор закреплен в нижнем соединительном переходнике, в котором дополнительно выполнен выходной канал. Обеспечивает повышение качества отбора керновых проб с сохранением их естественного состава, строения и свойств. 1 ил.

Изобретение относится к техническим средствам отбора керновых проб из скважин при поисках и разведке месторождений природных газогидратов.

Известен керногазоотборный снаряд конструкции «ДонбассНИЛ» (Справочник по бурению скважин на уголь / Г.П.Новиков, О.К.Белкин, Л.К.Клюев и др. - М.: Недра, 1988. - стр. 184-189), предназначенный для перебуревания угольных пластов разного строения и различной степени метаморфизма. Керногазоотборный снаряд состоит из переходника, наружной колонковой трубы, невращающейся внутренней трубы с узлом подвески, упорного подшипника, пакета тарельчатых пружин, шарового клапана, керноприемной кассеты, породоразрушающего инструмента. Снаряд может работать в разных режимах - без вращения и с вращением внутренней трубы за счет включения в конструкцию пружинно-фрикционного механизма.

Недостатком данного устройства является недостаточная герметичность невращающейся внутренней керноприемной трубы, что не позволяет сохранить стабильные термобарические условия.

Известен съемный керногазонаборник СГН-48 (КГНС), применяемый в составе комплекса КССК-76 (Справочник по бурению геологоразведочных скважин / Глав. редактор издания проф. Е.А.Козловский. - СПб.: ООО «Недра», 2000. - Стр.374-386). Снаряд предназначен для отбора газа из угольных пластов, включает породоразрушающий инструмент, расширитель-стабилизатор, наружную колонковую трубу, соединительный переходник, невращающуюся внутреннюю трубу с узлом подвески и фиксации, керноприемником с керноудерживающим устройством.

Недостатком данного устройства является невозможность сохранения естественных термобарических условий газогидратных включений при подъеме керна из-за недостаточной герметизации керноприемника.

Известен «Способ получения керна из гидратосодержащих пород и устройство для его осуществления» (патент RU №2369719, опубл. 10.10.2009), принятый за прототип. Устройство для получения керна из гидратосодержащих пород содержит двойной колонковый снаряд, который включает породоразрушающий инструмент, расширитель-стабилизатор, наружную колонковую трубу, соединительный переходник, невращающуюся внутреннюю трубу с узлом подвески и фиксации и кожухотрубным съемным керноприемником с керноудерживающим устройством. При этом невращающаяся внутренняя труба снабжена системой охлаждения, которая включает секцию с баллоном сжиженного газа и дросселирующим устройством и секцию с охлаждающей жидкостью и со спирально-трубчатым теплообменником, соединенные с помощью соединительных переходников, в одном из которых расположены циркуляционные каналы и обратный клапан, в другом - герметичный канал с соединительными элементами крепления и обратный клапан.

Недостатком прототипа является низкая эффективность работы системы охлаждения керна в керноприемнике, обусловленная использованием промежуточного холодоносителя и ламинарным режимом его циркуляции в кожухотрубном устройстве керноприемника. Это определяет техническую сложность изготовления устройства.

В основу изобретения положена задача создания устройства для отбора керновых проб из гидратосодержащих пород, конструкция которого обеспечивала бы достаточное охлаждение пробы, что позволит повысить качество отбираемых керновых проб, а также упрощение конструкции устройства.

Техническим результатом является повышение качества отбора керновых проб из гидратосодержащих пород с сохранением естественного состава, строения и свойств содержащихся в них газогидратных включений.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для получения керна из гидратосодержащих пород, содержащем двойной колонковый снаряд, включающий породоразрушающий инструмент, наружную колонковую трубу, соединительный переходник, невращающуюся внутреннюю трубу с узлом подвески и фиксации и с системой охлаждения, содержащей секцию с баллоном сжиженного газа и дросселем, верхний соединительный переходник, нижний соединительный переходник, в котором расположены циркуляционные каналы и обратный клапан, съемный керноприемник с керноудерживающим устройством, система охлаждения снабжена секцией газового эжектора, сопло которого закреплено в верхнем соединительном переходнике, а диффузор закреплен в нижнем соединительном переходнике, в котором дополнительно выполнен выходной канал.

Сущность технического решения поясняется чертежом. На чертеже изображена схема устройства для получения керна из гидратосодержащих пород, где обозначены следующие позиции:

1 - Переходник на бурильную колонну

2 - Узел фиксации и подвески съемной части снаряда

3 - Соединительный переходник

4 - Корпус секции с баллоном сжиженного газа и дросселем

5 - Баллон со сжиженным газом

6 - Дроссель

7 - Верхний соединительный переходник

8 - Сопло

9 - Диффузор

10 - Нижний соединительный переходник

11 - Циркуляционные каналы

12 - Поток через обратный клапан

13 - Обратный клапан

14 - Керноприемник

15 - Керн

16 - Зазор между керном и внутренней стенкой керноприемника

17 - Породоразрушающий инструмент

18 - Промывочные каналы

19 - Кольцевой зазор между буровым снарядом и стенкой скважины

20 - Стенка скважины

21 - Наружная труба колонкового снаряда

22 - Выходной канал

23 - Суммарный поток

24 - Корпус секции газовой эжекции

25 - Камера смещения

26 - Первичный поток.

Устройство для получения керна из гидратосодержащих пород работает следующим образом. После заполнения керноприемника 14 керном 15 в конце рейса открывается дроссель 6 баллона со сжиженным газом 5 и образуется низкотемпературный газожидкостной первичный поток 26, который, проходя через сопло 8, расположенное в верхнем соединительном переходнике 7, приобретает скорость, равную скорости звука, и дополнительно понижает свою температуру за счет полного перехода его жидкой фазы в газообразную. Поступая в диффузор 9, низкотемпературный газовый первичный поток 26 создает разрежение в камере смешения 25 и, как результат, возможность обратной циркуляции газового первичного потока 26 в керноприемнике 14. Низкотемпературный газовый первичный поток 26 через выходной канал 22 проходит в кольцевой циркуляционный канал (не показан) между корпусом керноприемника 14 и наружной трубой 21 колонкового снаряда и направляется к породоразрушающему инструменту 17, охлаждая при этом керноприемник 14. В промывочных каналах 18 породоразрущающего инструмента 17 охлаждающий первичный поток 26 разделяется на две части: основная его часть через промывочные каналы 18 породоразрушающего инструмента 17 поступает в кольцевой зазор 19 между буровым снарядом и стенками скважины 20 и поднимается вверх по кольцевому зазору 19, контактируя со стенками скважины 20, сложенными гидратосодержащими породами, охлаждая при этом наружную трубу 21. Другая (меньшая) часть (12) первичного потока 26 поступает в керноприемник 14 и, поднимаясь по зазору 16 между керном 15 и внутренней стенкой керноприемника 14, дополнительно охлаждает керн. Затем поток 12 поступает через обратный клапан 13 и циркуляционный канал 11 нижнего соединительного переходника 10 в камеру смешения 25 секции газовой эжекции 24, и образуется суммарный поток 23. Далее циркулирует суммарный поток 23, образующийся из первичного потока 26 и потока через обратный клапан 12. Этим достигается постоянно низкая температура суммарного потока 23. Таким образом, в результате эффективного теплообмена низкотемпературных циркуляционных потоков 26 и 12 газовой среды с наружной стенкой керноприемника 14 и непосредственно с керном 15 гидратосодержащих пород происходит интенсивное охлаждение заполняющего керноприемник 14 керна 15 до отрицательных температур, обеспечивающих проявление эффектов консервации газогидратных включений при последующей транспортировке съемного керноприемника 14 на поверхность. Тем самым повышается качество отбора керновых проб из гидратосодержащих пород за счет сохранения естественного состава, строения и свойств содержащихся в них газогидратных включений.

Устройство для получения керна из гидратосодержащих пород, содержащее двойной колонковый снаряд, включающий породоразрушающий инструмент, наружную колонковую трубу, соединительный переходник, невращающуюся внутреннюю трубу с узлом подвески и фиксации и с системой охлаждения, содержащей секцию с баллоном сжиженного газа и дросселем, верхний соединительный переходник, нижний соединительный переходник, в котором расположены циркуляционные каналы и обратный клапан, съемный керноприемник с керноудерживающим устройством, отличающееся тем, что система охлаждения снабжена секцией газового эжектора, сопло которого закреплено в верхнем соединительном переходнике, а диффузор закреплен в нижнем соединительном переходнике, в котором дополнительно выполнен выходной канал.

Изобретение относится к области бурения скважин с отбором керна, в частности к устройствам для извлечения керна из керноприемной трубы. .

Колонковый снаряд для вращательного бурения с внутренней призабойной циркуляцией жидкости // 2377387

Изобретение относится к области вращательного бурения скважин, а именно к устройствам, создающим в колонковой трубе снаряда и скважине обратную внутреннюю призабойную циркуляцию промывочной жидкости.

Способ получения керна из гидратосодержащих пород и устройство для его осуществления // 2369719

Изобретение относится к способам опробования скважин при поисках и разведке месторождений природных газогидратов. .

Керноотборное устройство // 2366796

Изобретение относится к буровому инструменту, а именно к средствам для бурения с отбором керна. .

Керноотборный снаряд // 2362002

Изобретение относится к буровому инструменту, в частности к устройствам для бурения с отбором керна. .

Двойной колонковый снаряд // 2351744

Изобретение относится к буровому инструменту, в частности к средствам для бурения скважин с отбором керна. .

Колонковый бур // 2348788

Электромеханический колонковый буровой снаряд // 2337225

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к колонковым буровым снарядам на грузонесущем кабеле. .

Керноотборный снаряд // 2318981

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для бурения с отбором керна. .

Керноотборный снаряд // 2315851

Изобретение относится к устройствам для отбора и доставки на поверхность керна при бурении нефтяных и газовых скважин. .

Устройство для отбора ориентированного керна // 2448235

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к средствам отбора ориентированного керна при бурении скважин

Устройство выбуривания кернов из стенок скважин или каналов // 2454536

Изобретение относится к бурению грунта или горных пород, в частности к устройствам для выбуривания кернов из стенок скважин или каналов для исследования, и может быть использовано в области атомной энергетики для выбуривания кернов графита из кладок уран-графитовых реакторов канального типа

Фиксирующее устройство для земляного бура и система земляного бура с указанным фиксирующим устройством // 2487986

Изобретение относится к фиксирующему устройству для фиксации вставного устройства в заданном положении относительно наружной трубы земляного бура

Грунтозаборное устройство // 2501952

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройствам для забора проб грунта, например замерзших кусков льда и т.п., и может быть использовано при изучении планет, комет и других небесных тел. Грунтозаборное устройство содержит буровую установку с системой управления и пенетратором, закрепленную на космическом посадочном модуле. На пенетраторе закреплены термоизолированные контейнеры для забора образцов грунта. Буровая установка оснащена датчиком температуры наконечника пенетратора, соединенным с системой управления буровой установкой. Изобретение позволяет повысить качество полученных образцов грунта. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Ультразвуковое грунтозаборное устройство // 2503815

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройствам для забора проб грунта, например замерзших кусков льда и т.п., и может быть использовано при изучении планет, комет и других небесных тел. Ультразвуковое грунтозаборное устройство предназначено для сверления грунта на глубины до 2-х метров со скоростью до 20 мм/мин с целью забора образцов без изменения состава за один проход. Грунтозаборное устройство состоит из ультразвуковой колебательной системы с рабочим инструментом, ультразвукового генератора и системы управления. Ультразвуковой генератор и система управления закреплены на космическом посадочном модуле. На волноводе ультразвуковой колебательной системы установлен каркас, на котором закреплены термоизолированные контейнеры для забора образцов грунта с поворотным механизмом открытия/закрытия, термоаккумуляторы и пассивная система термостабилизации. Ультразвуковая колебательная система оснащена датчиком температуры грунтозаборных контейнеров, соединенным с системой управления грунтозаборного устройства. Выбор размеров каждого последующего элемента ультразвуковой колебательной системы осуществляется из условия обеспечения соответствия с резонансной частотой пьезоэлектрического преобразователя. Изобретение способно обеспечить забор образцов грунта без термического разрушения и испарения летучих компонентов. 6 ил.

Керноотборный снаряд // 2509867

Изобретение относится к устройствам для отбора керна. Керноотборный снаряд содержит трубчатый корпус, верхний переводник, соединенный с верхней частью трубчатого корпуса, предназначенный для соединения со шпинделем гидравлического забойного двигателя или с колонной буровых труб, нижний переводник, соединенный с нижней частью трубчатого корпуса. Внутри трубчатого корпуса расположен керноприемник, выполненный в виде одной или нескольких труб, соединенных между собой. При этом керноприемник содержит в верхней части опору вращения и регулируемую подвеску. В нижней части содержит устройство отделения керна от забоя, выполненное в виде цангового и рычажного кернорвателей, размещенных в гильзе. Гильза соединена с нижней частью трубы керноприемника. Также содержит нижний узел герметизации, выполненный в виде диафрагмы, перекрывающей полость керноприемника от забоя. Диафрагма, перекрывающая полость керноприемника от забоя, закреплена между нижней частью трубы керноприемника и верхней частью рычажного кернорвателя. В опоре вращения керноприемника установлена резьбовая пробка, перекрывающая полость керноприемника от полости трубчатого корпуса. При этом полость керноприемника между диафрагмой и резьбовой пробкой в опоре вращения заполнена изолирующей жидкостью. Регулируемая подвеска выполнена в виде резьбового трубчатого элемента, герметично изолированного от верхней части трубчатого корпуса. В резьбовом трубчатом элементе выполнены сквозные каналы, предназначенные для прокачки бурового раствора через полость между трубчатым корпусом и керноприемником, ограниченную в нижней части буровой коронкой. При этом опора вращения в верхней части керноприемника герметично изолирована от полости керноприемника, заполненной изолирующей жидкостью. Также снабжена осевым демпферным устройством. Выполнена со сквозными каналами, предназначенными для прокачки через нее части бурового раствора в полость между трубчатым корпусом и керноприемником, ограниченную в нижней части буровой коронкой. Технический результат заключается в повышении надежности сохранения пластовых параметров керна с использованием изолирующей жидкости для предотвращения контакта керна с буровым раствором. Снижаются динамические нагрузки на подвесную опору вращения при бурении и отрыве колонны керна. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство для бурения // 2513970

Изобретение относится к области бурения скважин в сложных геологических условиях, в том числе в неустойчивых осадочных породах. Устройство для бурения включает обсадную колонну, установленный в обсадной колонне с возможностью вращения породоразрушающий инструмент для разрушения периферийной части забоя, колонну бурильных труб, соединенное с колонной бурильных труб пневмоударное устройство, керноприемное устройство, включающее колонковую трубу с кернозахватным устройством, и две взаимодействующие между собой полумуфты, одна из которых скреплена с породоразрушающим инструментом, а вторая полумуфта скреплена с наружной поверхностью колонковой трубы. Обеспечивает максимальный выход кернового материала в сложных геологических условиях, в том числе в неустойчивых осадочных породах с включением галечника. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Электромеханический буровой снаряд // 2515159

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для бурения глубоких скважин с отбором керна в ледовых массивах Арктики и Антарктики. Электромеханический буровой снаряд включает колонковый набор, кабельный замок, электроотсек, насосный узел, приводной узел, шламосборник, включающий сетчатый фильтр с центральной перфорированной трубой. Центральная перфорированная труба установлена, как минимум, на всю длину фильтра и выполнена с дополнительной сеткой по всей ее поверхности и с возможностью перекрытия ее перфорационных отверстий. При этом на верхнем торце труба выполнена открытой, а полость фильтра по кольцевому зазору между наружной и внутренней сетками выполнена закрытой, а на нижнем торце фильтра, наоборот, труба выполнена закрытой, а указанная полость выполнена открытой за счет выполнения съемного корпуса сквозным. Изобретение обеспечивает расширение возможностей устройства и увеличение рейсовой проходки при бурении льда при температуре, близкой к точке фазового перехода. 4 ил.

Устройство для разделения и фиксации керна при разборке керноотборного снаряда // 2516311

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин с отбором керна, а именно к устройствам для отрыва и удержания керна при разборке керноотборного снаряда. Устройство для разделения и фиксации керна при разборке керноотборного снаряда включает верхний обжимной хомут с рукоятками и нижнюю часть. Причем верхний обжимной хомут состоит из звеньев, соединенных между собой шарнирно. Обжимной хомут закрепляется на керноприемной трубе с помощью верхнего винта-стяжки и гайки. Нижняя часть устройства выполнена в виде стягивающегося на поверхности керна нижним винтом-стяжкой и гайкой нижнего обжимного хомута. Нижний обжимной хомут состоит из имеющих спрофилированную внутреннюю поверхность звеньев, соединенных между собой шарнирно. На боковой поверхности звеньев выполнены отверстия с установленными в них винтами-керноломателями. Нижний обжимной хомут соединен с верхним. При разборке многосекционного снаряда и разъединении керноприемной трубы керн разделяется при помощи стягивания винтов-керноломателей. После разделения керна винты докручивают до упора, и они выполняют функцию удержания керна в верхней трубе. Затем докручивают нижнюю стяжную гайку, и керн окончательно фиксируется во внутренней спрофилированной поверхности звеньев нижнего обжимного хомута. Применение данного устройства позволяет значительно упростить процесс разборки керноотборного снаряда. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Секционный керноприемник и устройство для разрезания и удерживания керна при разборке секционного керноприемника // 2570690

Группа изобретений относится к горному делу, а именно к устройствам для получения и извлечения керна. Технический результат заключается в повышении надежности, безопасности работы и снижении трудоемкости использования. Секционный керноприемник содержит узел подвески в верхней части, узел отделения керна в нижней части и трубные секции. Узел отделения керна содержит корпус и гильзу, соединенную с верхней частью корпуса. В корпусе размещен комплект кернорвателей. Трубные секции оснащены гильзами в верхней части и соединены между собой и узлом отделения керна байонетными соединениями. Каждое байонетное соединение содержит стопор, две бобышки и два фигурных паза, взаимодействующих с бобышками. Стопор фиксирует байонетное соединение в закрытом положении. Обе бобышки выполнены в виде прямоугольных выступов на проточке в нижней части секции. Фигурные пазы выполнены в стенке гильзы от ее верхнего торца. Каждый фигурный паз включает сквозной горизонтальный элемент, к которому под прямым углом с одной стороны примыкает вертикальный элемент, а с другой стороны - дополнительный сквозной вертикальный элемент. Вертикальный элемент выполнен в виде углубления на внутренней поверхности стенки гильзы. В рабочем положении байонетного соединения каждая из двух бобышек взаимодействует с одним из двух дополнительных сквозных вертикальных пазов. От верхнего торца гильзы выполнена вниз расточка, а на верхнем торце - две канавки. Стопор выполнен в виде разрезного кольца из упругодеформируемого материала. Стопор установлен между уступом проточки в нижней части секции и верхним торцом гильзы. На нижнем торце стопора выполнены три выступа, взаимодействующие с расточкой гильзы. Устройство содержит захват секции в виде патрубка. В нижней части захвата выполнена проточка с двумя бобышками для соединения с гильзой секции. Верхняя часть захвата содержит элементы соединения с грузоподъемным механизмом. Устройство для разрезания и удерживания керна при разборке секционного керноприемника содержит верхний и нижний хомуты и узел разрезания и удерживания керна, расположенный между хомутами. Хомуты состоят из шарнирно соединенных между собой корпусов и створок, фиксируемых в закрытом положении съемными пальцами. Верхний хомут взаимодействует с нижней частью отделяемой секции керноприемника. Нижний хомут взаимодействует с верхней частью нижерасположенной неподвижной секции керноприемника. В корпусе верхнего хомута выполнены два паза, взаимодействующие с бобышками, расположенными на проточке в нижней части отделяемой секции. Узел разрезания и удерживания керна состоит из шарнирно соединенных корпуса и створки. Корпус жестко соединен с корпусами хомутов. В створке закреплен пластинчатый нож, в одной плоскости с которым в корпусе закреплен дугообразный нож. В закрытом положении узла разрезания и удерживания керна обеспечивается смыкание ножей и перекрытие проходного отверстия. Корпус и створка в закрытом положении зафиксированы съемным винтовым соединением. При перемещении из открытого в закрытое положение корпус и створка узла разрезания и удерживания керна взаимодействуют со съемным приводным механизмом. Приводной механизм выполнен в виде шпильки с гайками и штурвалами. На концах шпильки выполнена левая и правая резьба. 2 н.п. ф-лы, 12 ил.