Телескопическая система отбора керна

Авторы патента:

E21B25/00 - 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 2754105:

Козлов Алексей Владимирович (RU)

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к устройствам для бурения с отбором керна. Телескопическая система отбора керна включает башмачную сборку, состоящую из нижней половины башмака, верхней телескопической половины башмака и кернорвателя, по меньшей мере один телескопический рукав, соединенный с верхней половиной башмака посредством срезаемых штифтов, керноприемную трубу. Телескопический рукав выполнен в форме усеченного конуса, устанавливаемого в верхнюю телескопическую половину башмака меньшим диаметром вниз. Керноприемная труба в верхней части соединена с устройством для резания телескопического рукава, выполненным в виде переводника с резьбами на его концах, имеющим минимум один режущий элемент в виде заостренной металлической пластины с радиальным расположением внутри устройства для резания. Проходной диаметр по минимум одному режущему элементу больше диаметра отбираемого керна и меньше внутреннего диаметра наименьшего телескопического рукава, а в верхней части устройства на внутренней поверхности расположен упорный уступ для взаимодействия с разрезанными частями телескопического рукава. Технический результат заключается в увеличении выхода керна. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к устройствам для бурения с отбором керна, и может быть использовано для предотвращения заклинки керна и увеличения выхода керна.

Известен керноприемный снаряд для наклонных и горизонтальных скважин (патент RU181351, МПК E21B 25/00, опубл. 11.07.2018 г.). Снаряд содержит корпус с верхним и нижним переводниками и с центрирующими элементами, керноприемник, установленный в корпусе на узле подвески, компоновку кернорвателей с переводником, установленную на нижнем конце керноприемника, при этом центрирующие элементы установлены на нижней и верхней частях корпуса с возможностью вращения вокруг продольной оси, а керноприемник связан с узлом подвески посредством подшипника с возможностью вращения вокруг продольной оси. Снаряд содержит автоматический клапан изолирующего состава, а также клапан сброса давления, причем клапан изолирующего состава расположен в нижней части керноприемника, установлен на переводник компоновки кернорвателей двумя срезными винтами и включает корпус с расположенным вдоль его оси штоком с уплотнителями, два перепускных автоматических клапана, поперечно равно расположенных к оси корпуса клапана изолирующего состава в его верхней части напротив друг друга и регулирующих перепускной канал, соединенный с центральным каналом, при этом перепускной канал выполнен с возможностью перекрытия шариком, поджатым торцом перепускной пружины к винту запорному, причем между штоком и стенкой корпуса в верхней части образован карман, а в нижней части корпуса расположены по периферии с углом к оси корпуса направляющие каналы керна, при этом клапан сброса давления расположен в верхней части керноприемного снаряда и включает корпус, на котором расположены два автоматических клапана сброса избыточного давления и два клапана ручного сброса остаточного давления, поперечно равно расположенных к оси корпуса, при этом автоматический и ручной клапан расположены в одной плоскости и граничат между полостью забора керна и затрубным пространством бурового раствора, а в корпусе клапана сброса давления расположены также винт спускной, винт запорный, пружина и шарик, при этом клапан сброса давления соединен резьбой с керноприемной трубой и муфтой, установленной с автоматическим механизмом к шаровой подвеске, причем снаряд содержит систему предотвращения заклинки керна, включающую сигнализатор заклинки керна и гильзу, при этом переводник компоновки кернорвателей имеет сквозные резьбовые отверстия, расположенные в двух поперечных плоскостях на равном расстоянии, по четыре в первой плоскости и по четыре во второй плоскости, поперечно по отношению к оси переводника, который соединен с компоновкой кернорвателей нижним концом, а верхним - с керноприемной трубой, соединенной резьбой с клапаном сброса давления, при этом к переводнику компоновки кернорвателей установлена гильза системы предотвращения заклинки керна срезными винтами с возможностью их среза в случае заклинки керна в полости гильзы.

Недостатком устройства является то, что система предотвращения заклинки керна данного керноотборного снаряда способна устранить только одну заклинку керна. При повторной заклинке керна отбор керна прекращается.

Известен керноотборный снаряд, который содержит корпус с верхним переводником, коронку с расточкой, керноприемник в виде трубы, снабженный в верхней части опорой вращения и регулируемой подвеской. Подвеска включает стопорное кольцо, регулировочный винт, соединенный с осью опоры вращения, и гайку, взаимодействующую с регулировочным винтом. В гайке выполнены циркуляционные отверстия. В керноприемник установлена с возможностью продольного перемещения дополнительная труба с перемычкой, взаимодействующей с поступающим в трубу керном. Узел отделения керна содержит башмак, соединенный с керноприемником, и рычажный кернорватель, установленный в башмаке и содержащий корпус и подпружиненные короткие и длинные рычажки, установленные в диаметральной плоскости корпуса с возможностью поворота. Узел отделения керна снабжен установленной в корпусе кернорвателя с возможностью продольного перемещения гильзой. Нижняя часть гильзы выполнена в виде упруго-деформируемой разрезной цанги с уступами на ее внешней поверхности, которые взаимодействуют с нижним торцом корпуса кернорвателя. Верхняя часть гильзы выполнена с уступом на ее внешней поверхности, соединена с нижней частью дополнительной трубы и взаимодействует уступом с верхним торцом корпуса кернорвателя. Рычажки кернорвателя расположены в разных диаметральных плоскостях, короткие рычажки расположены над длинными рычажками. Верхний переводник снабжен клапаном регистрации заклинки керна, содержащим неподвижную втулку с боковыми и центральным циркуляционными отверстиями. Подвижная втулка установлена в расточке верхнего переводника с возможностью продольного перемещения. Керноприемник снабжен механизмом антизаклинивания керна в виде одного или нескольких выступов клинообразной формы, расположенных по окружности на нижнем торце гайки подвески керноприемника и взаимодействующих с ними аналогичных ответных одного или нескольких выступов клинообразной формы по окружности на верхнем торце корпуса опоры вращения. Ось опоры вращения выполнена в виде ступенчатой втулки, установленной на регулировочном винте с возможностью продольного перемещения, и снабжена пружиной сжатия, жесткость которой меньше жесткости пружины сжатия клапана регистрации заклинки керна. Расстояние между нижним торцом гайки подвески керноприемника и верхним торцом опоры вращения больше удвоенной высоты уступов выступов клиновидной формы (патент RU2297513, МПК E21B 25/02, опубл. 20.04.2007 г.).

Недостатком устройства является низкая эффективность работы выступов клиновидной формы, в результате чего устройство способно устранить только одну заклинку керна путем активации дополнительной трубы. При повторной заклинке отбор керна прекращается.

Известна телескопическая система отбора керна, включающая башмачную сборку, состоящую из нижней половины башмака, верхней телескопической половины башмака и кернорвателя, по меньшей мере, один телескопический рукав, соединенный с верхней половиной башмака посредством срезаемых штифтов, керноприемную трубу и крышку, причем телескопический рукав выполнен из стеклопластика в форме усеченного конуса, устанавливаемого в верхнюю телескопическую половину башмака меньшим диаметром вниз, а керноприемная труба выполнена из стеклопластика с металлической законцовкой (патент RU168250, МПК E21B 25/00, опубл. 25.01.2017 г.). Принято за прототип.

Недостатком прототипа является неполный вынос керна в случае, когда активация системы прошла при неполном заполнении телескопического рукава. Незаполненный рукав поднимается вместе с керном вверх, упирается крышкой в верхнюю часть керноотборного снаряда и отбор керна прекращается. Таким образом, уменьшается выход керна.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение эффективности отбора керна.

Техническим результатом при использовании изобретения является увеличение выхода керна.

Проблема решается, а технический результат достигается телескопической системой отбора керна, включающей башмачную сборку, состоящую из нижней половины башмака, верхней телескопической половины башмака и кернорвателя, по меньшей мере, один телескопический рукав, соединенный с верхней половиной башмака посредством срезаемых штифтов, керноприемную трубу, причем телескопический рукав выполнен в форме усеченного конуса, устанавливаемого в верхнюю телескопическую половину башмака меньшим диаметром вниз. В отличие от прототипа керноприемная труба в верхней части соединена с устройством для резания телескопического рукава, выполненным в виде переводника с резьбами на его концах, имеющим минимум один режущий элемент в виде заостренной металлической пластины с радиальным расположением внутри устройства для резания, при этом проходной диаметр по минимум одному режущему элементу больше диаметра отбираемого керна и меньше внутреннего диаметра наименьшего телескопического рукава, а в верхней части устройства на внутренней поверхности расположен упорный уступ для взаимодействия с разрезанными частями телескопического рукава.

В частных случаях осуществления изобретения:

- в случае наличия режущих элементов в количестве более одного они расположены в разных диаметральных плоскостях;

- в верхней части устройства расположен центратор для центрирования телескопического рукава, причем центратор расположен внутри устройства для резания ниже минимум одного режущего элемента;

- телескопический рукав выполнен из стеклопластика.

Технический результат достигается представленной совокупностью существенных признаков.

В предлагаемом устройстве керноприемная труба в верхней части соединена с устройством для резания телескопического рукава, имеющим режущие элементы, которые продольно разрезают незаполненную керном часть телескопического рукава. Часть телескопического рукава может остаться незаполненной керном, когда первая активация системы прошла раньше, чем рукав заполнился. При дальнейшем отборе керна незаполненный рукав поднимается вместе с керном вверх, достигнув устройства для резания, разрезается продольно оси рукава. Разрезанная часть телескопического рукава продолжает подниматься вверх, затем упирается в упорный уступ верхней части устройства для резания, деформируется и ломается. Процесс продолжается до тех пор, пока отобранный керн не достигнет устройства для резания или незаполненное пространство телескопического рукава заполнится разломанными кусками телескопического рукава. Таким образом, увеличивается выход керна.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где показана заявляемая телескопическая система отбора керна в частном случае выполнения:

фиг. 1 - продольный разрез;

фиг. 2 - телескопическая система отбора керна в действии (показано, что произошла заклинка керна и активировался телескопический рукав путем срезания срезных штифтов);

фиг. 3 а), б) - устройство для резания телескопического рукава в действии;

а) показано разрезание телескопического рукава;

б) показано разрушение разрезанных частей телескопического рукава;

фиг. 4 - режущие элементы устройства для резания телескопического рукава, расположенные в разных диаметральных плоскостях.

На фигурах обозначено:

1 - нижняя половина башмака;

2 - верхняя телескопическая половина башмака;

3 - керноприемная труба;

4 - кернорватель;

5 - телескопический рукав;

6 - отверстие телескопического рукава;

7 - срезаемый штифт;

8 - устройство для резания телескопического рукава;

9 - режущий элемент устройства 8;

10 - центратор устройства 8;

11 - керн;

12 - упорный уступ устройства 8;

13 - разломанные куски телескопического рукава.

Предлагаемая телескопическая система работает следующим образом.

Система содержит (фиг. 1) нижнюю половину 1 башмака и верхнюю телескопическую половину 2 башмака, которые крепятся между собой обычно с помощью резьбы. Верхняя телескопическая половина 2 башмака крепится к керноприемной трубе 3 (обычно с помощью резьбы). Кернорватели 4 установлены в нижней половине 1 башмака. В верхнюю телескопическую половину 2 башмака устанавливаются телескопические рукава 5, выполненные в виде усеченного конуса, установленного в верхнюю половину 2 башмака меньшим диаметром вниз, и в телескопическом рукаве выполнены отверстия 6 для срезаемых штифтов 7. Телескопический рукав 5 может быть выполнен из стеклопластика. Керноприемная труба 3 в верхней части соединена с устройством 8 для резания телескопического рукава, имеющим режущие элементы 9 (минимум один). В верхней части устройства может быть расположен центратор 10, установленный внутри устройства 8 для резания ниже режущих элементов 9. Режущие элементы 9 могут быть расположены в разных диаметральных плоскостях (фиг. 4).

При сборке телескопической системы обычно с помощью резьбы скрепляют между собой нижнюю половину 1 башмака и верхнюю телескопическую половину 2 башмака с проточкой под размер телескопического рукава 5 и предварительно выполненными в телескопическом рукаве отверстиями 6 для срезаемых штифтов 7. Затем верхнюю телескопическую половину 2 башмака крепят к керноприемной трубе 3. Кернорватель 4 размещен в нижней половине 1 башмака. При сборке телескопической системы отверстия 6 в телескопическом рукаве выполняют так, чтобы они совпадали с имеющимися отверстиями в верхней телескопической половине башмака, затем устанавливают срезаемые штифты 7. После этого соединенные между собой нижнюю половину 1 башмака с установленным в ней кернорвателем 4 и верхнюю телескопическую половину 2 башмака вместе с закрепленным телескопическим рукавом 5 скрепляют с керноприемной трубой 3. После этого башмачную сборку вместе с керноприемными трубами и телескопическими рукавами помещают в керноотборное устройство и спускают на необходимую глубину для бурения и отбора керна.

Фиг. 2 иллюстрирует работу предлагаемой телескопической системы. При бурении в нормальном режиме керн 11 проходит сквозь башмачную сборку, в частности через верхнюю телескопическую половину 2 башмака внутри телескопических рукавов 5. Если керн 11 не разваливается, то нет воздействия на телескопический рукав 5, штифты 7 не срезаются и, как следствие, телескопический рукав остается на месте.

Если же во время бурения происходит разрушение керна 11, но оно незначительно, то керн продвигается дальше без активации телескопической системы (это происходит за счет меньшего коэффициента трения скольжения и конусной формы телескопического рукава 5). Если же разрушения керна значительны, то часть керна 11 (фиг. 2), упираясь в стенки телескопического рукава 5, активирует телескопическую систему - происходит срезание штифтов 7, и разрушенный керн поднимается вверх вместе с телескопическим рукавом по керноприемной трубе 3, как в тубусе. В зависимости от того, сколько телескопических рукавов 5 предполагается использовать, варьируется внутренняя конфигурация верхней телескопической половины 2 башмака, изменяется также размер керноприемной трубы 3 и, соответственно, размеры телескопических рукавов 5. Каждый следующий телескопический рукав 5 имеет несколько больший диаметр, необходимый для беспрепятственного прохождения сквозь него меньшего рукава. Выбор количества рукавов в системе ограничивается размерами пробуриваемой скважины.

Часть телескопического рукава может остаться незаполненной керном, когда первая активация системы прошла раньше, чем рукав заполнился. При дальнейшем отборе керна незаполненный телескопический рукав 5 поднимается вместе с керном 11 вверх и, достигнув устройства 8 для резания, разрезается продольно оси рукава. Разрезанная часть телескопического рукава продолжает подниматься вверх, затем упирается в упорный уступ 12 верхней части устройства 8 для резания, деформируется и ломается (фиг. 3 б). Разломанные куски 13 падают внутрь телескопического рукава. Процесс продолжается до тех пор, пока оставшееся незаполненное пространство телескопического рукава заполнится разломанными кусками телескопического рукава. Таким образом, увеличивается выход керна.

Центратор 10 может быть установлен внутри устройства 8 для резания, центрирует телескопический рукав 5 перед его разрезанием. Может быть выполнен в виде конуса, рычажковым, пружинным и т.д.

Режущие элементы 9 (фиг. 4), расположенные в разных диаметральных плоскостях, позволяют уменьшить силы сопротивления при резании телескопического рукава, особенно при большом количестве режущих элементов.

Выполнение системы согласно изобретению позволяет увеличить выход керна.

1. Телескопическая система отбора керна, включающая башмачную сборку, состоящую из нижней половины башмака, верхней телескопической половины башмака и кернорвателя, по меньшей мере один телескопический рукав, соединенный с верхней половиной башмака посредством срезаемых штифтов, керноприемную трубу, причем телескопический рукав выполнен в форме усеченного конуса, устанавливаемого в верхнюю телескопическую половину башмака меньшим диаметром вниз, отличающаяся тем, что керноприемная труба в верхней части соединена с устройством для резания телескопического рукава, выполненным в виде переводника с резьбами на его концах, имеющим минимум один режущий элемент в виде заостренной металлической пластины с радиальным расположением внутри устройства для резания, при этом проходной диаметр по минимум одному режущему элементу больше диаметра отбираемого керна и меньше внутреннего диаметра наименьшего телескопического рукава, а в верхней части устройства на внутренней поверхности расположен упорный уступ для взаимодействия с разрезанными частями телескопического рукава.

2. Телескопическая система по п. 1, отличающаяся тем, что в случае наличия режущих элементов в количестве более одного они расположены в разных диаметральных плоскостях.

3. Телескопическая система по п. 1, отличающаяся тем, что в верхней части устройства расположен центратор для центрирования телескопического рукава, причем центратор расположен внутри устройства для резания ниже минимум одного режущего элемента.

4. Телескопическая система по п. 1, отличающаяся тем, что телескопический рукав выполнен из стеклопластика.

Похожие патенты:

Компоновка кернорвателей // 2745351

Изобретение относится к горному делу, в частности к устpойствам для отрыва и удержания керна. Компоновка кернорвателей содержит рычажковый кернорватель, включающий обойму с поворотными рычажками, снабженными режущими кромками, и установленный в конусном седле с возможностью ограниченного осевого перемещения цанговый кернорватель в виде конусного кольца с внутренним заходным конусом.

Кернорватель рычажковый // 2745350

Изобретение относится к устройствам, применяемым при геологоразведочном бурении, и может быть использовано для отрыва и удержания керна. Кернорватель содержит обойму с окнами, рычажок с поворотными валиками, выполненный с режущей кромкой на одном конце и хвостовиком на другом конце, и кольцо, запирающее рычажок в окнах обоймы и контактирующее с хвостовиком рычажка, при этом рычажок установлен с контактом его хвостовика с кольцом по образующей внутренней поверхности кольца.

Способы и устройство для отбора и сохранения образцов керна из коллектора // 2721034

Группа изобретений относится к способам отбора одного или более образцов керна и к инструменту отбора образцов горной породы и текучей среды. Технический результат заключается в сохранении исходных свойств поровых текучих сред и горной породы в отобранных образцах керна.

Отклонитель для направленного бурения скважин с отбором керна на интервалах искусственного искривления // 2718666

Изобретение относится к устройству для направленного бурения с отбором керна на твердые полезные ископаемые. Отклонитель для направленного бурения скважин с отбором керна на интервалах искусственного искривления содержит невращаемый корпус, приводной вал, керноприемник, узел отклонения, узел раскрепления, узел блокировки.

Устройство для направленного бурения скважин // 2714998

Изобретение относится к области направленного бурения скважин и предназначено для отклонения и корректировки направления ствола скважины при использовании снаряда со съемным керноприемником. Устройство для направленного бурения скважин включает отклонитель с ориентирующим устройством и корпус с механизмом блокирования отклонителя внутри колонны бурильных труб с коронкой.

Зажимающее и отвинчивающее устройство керновой буровой установки и керновая буровая установка // 2706145

Группа изобретений относится к области бурения нефтегазодобывающих скважин, в частности к технике, касающейся нагрузки и разгрузки буровой штанги. Зажимающее и отвинчивающее устройство керновой буровой установки используется для зажимания и отвинчивания буровой штанги и содержит верхнюю зажимающую часть, отвинчивающую часть, монтажное посадочное место и нижнюю зажимающую часть.

Генератор механической силы // 2691184

Группа изобретений относится к области бурения. Генератор механической силы для применения в бурильной колонне содержит вращающийся кулачковый диск, соединенный для осциллирования некоторой массы для непрямого обеспечения колебаний бурильной трубе и/или кожуху бурильной трубы.

Кернодержатель // 2685466

Изобретение относится к устройствам для исследования физических свойств образцов керна горных пород в лабораторных условиях и может найти применение в геологии, горной и нефтегазодобывающей промышленности. Кернодержатель содержит вертикально установленную металлическую трубу с помещенным в ней образцом керна, верхний и нижний плунжеры, расположенные по торцам трубы с механизмами уплотнения и поджатая к образцу керна, при этом в верхнем плунжере выполнен сквозной осевой канал для подачи газообразного рабочего агента, а в нижнем плунжере выполнен сквозной осевой канал для подвода или отвода жидкого или газообразного рабочего агента, кроме того, верхняя часть трубы снабжена по крайней мере тремя нагнетательными штуцерами для подачи экранирующей жидкости, горизонтальные оси которых лежат в плоскости, параллельной торцам трубы, а углы между осями соседних нагнетательных штуцеров равны между собой, средняя часть трубы снабжена по крайней мере тремя штуцерами для отбора экранирующей жидкости или рабочего агента, горизонтальные оси которых лежат в плоскости, параллельной торцам трубы, а углы между осями соседних штуцеров для отбора экранирующей жидкости или рабочего агента равны между собой, нижняя часть трубы снабжена одним дополнительным горизонтальным штуцером, предназначенным для отвода или подвода жидкого или газообразного рабочего агента, при этом на всех линиях подачи и отвода как рабочего агента, так и экранирующей жидкости установлены запорные вентили.

Хрупкий внутренний керноприемник // 2664564

Группа изобретений относится к компоновке для бурения с отбором керна, узлу внутренней керноприемной трубы и способу бурения с отбором керна. Технический результат заключается в минимизации отрицательных последствий заклинивания керна и обеспечении продолжения бурения с отбором керна после одного или нескольких заклиниваний керна.

Сопровождающая кабель защитная конструкция электрического редуктора // 2661892

Изобретение относится к области технологии добычи нефти. Сопровождающая кабель защитная конструкция электрического редуктора в керноотборнике содержит механизм деформации с переменной длиной и пластинами скольжения, расположенными симметрично по обе стороны от механизма деформации.

Способ проникновения в подледниковый водоём с отбором стерильных проб и устройство для его осуществления // 2758051

Группа изобретений относится к способу проникновения в подледниковый водоём с отбором стерильных керновых проб и к устройству для отбора стерильных проб. Способ проникновения в подледниковый водоём с отбором стерильных керновых проб включает бурение скважины и заливку в неё экологически безопасной жидкости, уравновешивающей горное давление, с последующим откачиванием части объема заливочной жидкости для поступления воды из подледникового водоёма в скважину на высоту от 10 до 15 метров, спуск в скважину герметичного доставочного модуля с нагревательными элементами и его остановку на расстоянии от 1 до 2 метров до поверхности подледникового водоёма, спуск из герметичного доставочного модуля бурового снаряда с керноотборником и отбор проб донных отложений. Дополнительно производят стерильную обработку внутренней поверхности доставочного модуля и размещенного в нем оборудования, сначала ультрафиолетовым излучением кварцевой или бактерицидной лампы, а затем микробицидными газами, в качестве которого используют пары формальдегида. В нижнем герметичном отсеке доставочного модуля по командам электронной системы управления открывают сначала нижний дроссель-клапан высокого давления, а затем верхний клапан высокого давления и выравнивают давление с окружающей водой подледникового водоёма, после этого клапаны закрывают и открывают в донной части герметичную крышку, а после поднятия бурового снаряда с пробами герметичную крышку закрывают, при этом в нижнем герметичном отсеке сохраняют температуру и давление природных условий в месте отбора проб. Контроль температурных условий проводит электронная система управления, которая при отклонении от заданных параметров передает соответствующие команды терморегулятору, который проводит корректировку температуры, а давление поддерживают за счет герметичности нижнего отсека. Технический результат заключается в повышении эффективности и качества отбора керновых проб, обеспечении их стерильности и сохранении условий природной среды при подъеме на поверхность. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.