керноотборный снаряд

Формула изобретения

КЕРНООТБОРНЫЙ СНАРЯД, содержащий корпус с боковым окном, размещенный в соединенном с бурильными трубами и оснащенном буровым долотом полом кожухе с боковым окном, совмещенным с окном корпуса, и с отверстиями вокруг окна, сообщающими полость корпуса с затрубным пространством, керноприемник с керноломом и буровой коронкой, размещенной в совмещенных окнах корпуса и кожуха, и с приводом в виде забойного двигателя с передаточным механизмом в виде полого гибкого вала, связанного с приводом шлицевым соединением, и распределительный гидравлический механизм с управляющим сбрасываемым шаром, отличающийся тем, что забойный двигатель выполнен в виде бурового гидравлического винтового двигателя, сообщенного через распределительный гидравлический механизм с полостью бурильных труб, верхний конец гибкого вала имеет жестко соединенный с ним подпружиненный внизу поршень с обратным клапаном, отверстиями и калиброванными сквозными каналами и размещенную между пружиной и поршнем муфту с выступами и впадинами, нижний торец поршня имееь ответные им выступы и впадины, полость керноприемника сообщена через обратный клапан и отверстия с подпоршневой полостью в месте выхода калиброванных сквозных каналов в поршне, причем последние выполнены расширяющимися.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, к техническим средствам для бурения и отбора образцов горных пород из стенок буровых скважин.

Известны керноотборные снаряды, содержащие корпус, привод с передаточным механизмом, и керноприемник с коронкой [1] Недостатком известных устройств является невозможность отбора за один рейс нескольких образцов горных пород. Кроме того, эти устройства имеют низкую надежность работы из-за сложности электромеханической системы.

Известен также керноотборный снаряд, содержащий корпус с боковым окном, размещенный в соединенном с бурильными трубами и оснащенном буровым долотом полом кожухе с боковым окном, совмещенным с окном корпуса, и с отверстиями вокруг окна, сообщающими полость корпуса с затрубным пространством, керноприемник с керноломом и буровой коронкой, размещенной в совмещенных окнах корпуса и кожуха, и с приводом забойного двигателя с передаточным механизмом в виде полого гибкого вала, связанного с приводом шлицевым соединением, и распределительный гидравлический механизм с управляющим сбрасываемым шаром [2] Недостатком известного устройства является невозможность бурения скважины и отбора керна из стенок пробуренной скважины в процессе одного рейса.

Задачей является повышение эффективности работы устройства путем использования в качестве привода забойных буровых двигателей.

Сущность изобретения заключается в том, что в керноотборном снаряде, содержащем корпус с боковым окном, размещенный в соединенном с бурильными трубами и оснащенном буровым долотом полом кожухе с боковым окном, совмещенным с окном корпуса, и с отверстиями вокруг окна, сообщающими полость корпуса с затрубным пространством, керноприемник с кеpноломом и буровой коронкой, размещенной в совмещенных окнах корпуса и кожуха, и с приводом в виде забойного двигателя с передаточным механизмом в виде полого гибкого вала, связанного с приводом шлицевым соединением, и распределительный гидравлический механизм с управляющим сбрасываемым шаром, забойный двигатель выполнен в виде бурового гидравлического винтового двигателя, сообщенного через распределительный гидравлический механизм с полостью бурильных труб, верхний конец гибкого вала имеет жестко соединенный с ним подпружиненный снизу поршень с обратным клапаном, отверстиями и калиброванными сквозными каналами и размещенную между пружиной и поршнем муфту с выступами и впадинами, нижний торец поршня имеет ответные им выступы и впадины, полость керноприемника сообщена через обратный клапан и отверстия с подпоршневой полостью в месте выхода калиброванных сквозных каналов в поршне, причем последние выполнены расширяющимися.

Выполнение забойного двигателя в виде бурового гидравлического винтового двигателя, сообщенного через распределитель- ный гидравлический механизм с полостью бурильных труб, обеспечивает его автономность в режиме керноотбора, а также возможность попеременного бурения скважины и выбуривания керна из стенок скважины.

Снабжение верхнего конца гибкого вала жестко соединенным с ним подпружиненным снизу поршнем с обратным клапаном, отверстиями и калиброванными сквозными каналами и размещенной между пружиной и поршнем муфтой с выступами и впадинами и то, что нижний торец поршня имеет ответные им выступы и впадины, а полость керноприемника сообщена через обратный клапан и отверстия с подпоршневой полостью в месте выхода калиброванных сквозных каналов в поршне, причем последние выполнены расширяющимися, обеспечивает создание на керноприемнике, оснащенном коронкой, крутящего момента и осевой нагрузки, являющихся необходимыми технологическими параметрами процесса бурения. Крутящий момент создается ротором забойного двигателя при прокачивании через него бурового раствора, а передача производится через поршень, взаимодействующий посредством шлицевого соединения с ротором бурового забойного двигателя. Осевая нагрузка на керноприемник создается давлением бурового раствора на поршень, а калиброванные отверстия служат для регулирования величины давления.

Проволочная спираль при вращении керноприемника способствует поступлению керна в полость керноприемника и обеспечивает передачу крутящего момента от поршня к коронке. Сообщение полости керноприемника наклонными каналами с подпоршневым пространством в корпусе обеспечивает создание восходящего потока бурового раствора в керноприемнике, что способствует перемещению керна в его полость, чем ускоряется процесс керноотбора.

Муфта с выступами и впадинами, взаимодействующая с нижним торцом поршня, имеющим ответные им выступы и впадины, обеспечивает создание вибраций на верхнем торце керноприемника для успешного перемещения керна в его полости.

На фиг.1, 2 изображен керноотборный снаряд в режиме бурения, вид сбоку; на фиг. 3 фрагмент продольного разреза храпового механизма; на фиг.4 вид по стрелке А на фиг.2; на фиг.5, 6 керноотборный снаряд в режиме керноотбора; на фиг. 7 разрез керноприемника с керном; на фиг.8 вид по Б-Б на фиг.2; на фиг.9 вид по В-В на фиг.3.

Керноотборный снаряд содержит корпус 1 в виде трубы, нижний торец которой перекрыт днищем 2. Корпус 1 имеет боковое отверстие 3 с патрубком 4 по диаметру буровой коронки 5, вокруг которого выполнены отверстия 6 меньшего диаметра. Корпус 1 эксцентрично размещен в кожухе 7 большего, чем у корпуса 1, диаметра, оснащенном буровым долотом 8, и жестко присоединен к его внутренней стенке сваркой или винтами таким образом, что центр бокового отверстия 3 корпуса 1 совпадает с центром бокового отверстия 9 кожуха 7. Коронка 5 соединена с концевым патрубком 10 керноприемника 11, выполненного из упруго-эластичного материала и армированного стальной проволокой 12, соединенного с перекрывающим полость корпуса 1 поршнем 13, в котором выполнены сквозные калиброванные отверстия 14. Поршень 13 посредством втулки 15 с внутренним шлицевым соединением контактирует со штоком 16, который при помощи резьбовой муфты с каналами 17 соединен со шпинделем 18 забойного двигателя, например винтового. При этом корпус 1 соединен со статором 19 двигателя. Поршень 13 снабжен уплотнительным кольцом 20 и подшипниками качения 21. Под поршнем 13 расположен вибровращательный механизм в виде муфты 22 с выступами в виде подшипников качения 23, а в торце поршня 13 имеются выемки 24 (см. фиг.2). Муфта 22 жестко соединена с цилиндрической пружиной сжатия 25, нижний конец которой соединен с корпусом 1. Нижняя часть керноприемника 11 размещена в изогнутой направляющей трубке 26, соединенной с корпусом 1 и с патрубком 4, установленным соосно с боковым отверстием 3 в корпусе 1. У наружного торца патрубка 4 размещен постоянный магнит 27, взаимодействующий с коронкой 5, армированной твердосплавными резцами 28 (фиг.7).

В поршне 13 выполнено центральное отверстие 29, сообщенное с полостью керноприемника 11 и посредством наклонных отверстий 30 с расширяющимися под поршень 13 отверстиями 14. Отверстие 29 снабжено шаровым обратным клапаном 31.

В конической расточке полости коронки 5 размещен цанговый кернорватель 32, а в полости концевого патрубка 10 кернолом 33 (фиг.7). В верхней части корпуса 1 над забойным двигателем размещен распределительный гидравлический механизм в виде перекрывающего полость кожуха поршня 34 с уплотнительным кольцом 35, каналами 36 и 37 и подвижной втулкой 38, закрепленной в центральном канале поршня 34 срезным штифтом 39. Причем в верхнем положении втулка перекрывает каналы 37, открытые в полость забойного двигателя, а в нижнем каналы 36, открытые в полость кожуха 7. Втулка 38 снабжена гнездом под сбрасываемый управляющий шар 40 (фиг.5).

Боковое выходное отверстие 9 в кожухе 7 закрыто легкоразрушаемой, например пластмассовой, крышкой 41, соединенной с кожухом винтами или вставляемой в подготовленные пазы (не показаны).

Принцип работы керноотборного снаряда заключается в следующем.

Собранное, как показано на фиг.1, 2, устройство опускается на трубах на забой. Затем в полость труб подается буровой раствор и производится вращение снаряда ротором. Буровой раствор через каналы 36 в распределительном гидравлическом механизме и полость кожуха 7 подается к буровому долоту 8, охлаждая его и вынося шлам по затрубному пространству на поверхность. На этой стадии снаряд работает в режиме бурения, производя углубку скважины до достижения интервала опробования продуктивного пласта.

Затем производят очистку ствола скважины от выбуренного шлама длительным прокачиванием бурового раствора через снаряд.

После этого в полость бурильных труб опускают управляющий шар 40, который садится в гнездо на втулке 38. Давлением бурового раствора втулка 38 смещается вниз, срезая штифт 39, перекрывая каналы 36 и открывая каналы 37.

Буровой раствор поступает в полость забойного двигателя. Вращающий момент на шпинделе передается штоком 16 через шлицевое соединение на втулку 15 и поршень 13 и далее на керноприемник 11, патрубок 10 и коронку 5. Давлением бурового раствора и вращением коронки 5 разрушается крышка 41 и коронка 5 врезается в стенку скважины, выбуривая столбик керна.

Поток бурового раствора из шпинделя протекает через каналы 17 в надпоршневое пространство корпуса 1, создавая давление на поршень 13, обеспечивающее осевую нагрузку на коронку 5. При этом вращающийся поршень 13 смещается вниз, сжимая пружину 25, на которой закреплена муфта 22 с выступами в виде шариков 23 подшипника качения. Благодаря наличию на нижнем торце поршня 13, взаимодействующего с муфтой 22, выемок 24, муфта 22 колеблется относительно поршня 13, нанося по нему удары. Так как поршень 13 соединен с керноприемником 11, то указанные удары способствуют продвижению керна в полости керноприемника 11. Поток бурового раствора, истекающий от отверстий 14, создает в полости керноприемника 11 восходящий поток благодаря созданию разрежения в расширяющихся книзу каналах отверстий 14, куда подведены каналы 30, сообщенные с полостью керноприемника 11. Обратному течению раствора препятствует шаровой клапан 31, чем обеспечивается сохранность керна.

Передачу вращающего момента на коронку 5 через упругоэластичный керноприемник 11 обеспечивает армирующая его проволока 12. При этом она же способствует перемещению керна вглубь керноприемника 11, так как создает в его полости винтовые выступы, посредством которых на поверхности керна создаются при вращении керноприемника 11 продольные усилия.

Поток бурового раствора из подпоршневого пространства истекает через отверстия 6, размывая стенку скважины, способствуя выбуриванию керна, охлаждению коронки 5, и далее, частично поступая в полость керноприемника 11, перемещает керн вглубь нее.

Поступающий в керноприемник 11 керн сламывается на столбики определенной длины керноломом 33, а последний столбик отрывается и удерживается кернорвателем 32.

После прекращения подачи бурового раствора пружина 25 возвращает керноприемник 11 с поршнем 13 в исходное положение. При этом коронка 5 фиксируется в корпусе 1 магнитом 27.

Повторное бурение в другом интервале происходит перемещением устройства в необходимом направлении и повторной подачей бурового раствора в полость бурильных труб. При этом поступающий в коронку 5 керн проталкивает ранее выбуренный керн в полость керноприемника 11, а кернорватель 32 смещается в расширенную часть конической расточки, пропуская керн в полость керноприемника 11.

Многократность отбора керна обеспечивается длиной керноприемника 11, а глубина подачи керноприемника за одну забурку керноотбора регламентируется длиной шлицевого штока 16.