Двойной колонковый снаряд

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ ССОф р 1) Е 21 В 25/00, 21/00(54) ДВОЙНО КОЛОНКОВЫЙ СНАРЯД(57) Изобретение относится к техникебурения скважин и может быть использовано при бурении с обратной призабойной циркуляцией промывочной жидкости. Пель изобретения - повышениекачества опробования слабых несвязных легкоразмываемых грунтов. Снаряд содержит наружную 1 и установленную в ней с воэможностью осевого перемещения подпружиненную керноприемную 2 трубы, Они связаны между собой164719 подшипниковым узлом 3 подвески и патрубком 4 с осевым 5 и радиальными 6 отверстиями, сообщающими нагнетательную линию 7 с межтрубным про 5 странством.8. Труба 2 подпружинена пружиной 9 и имеет гидравлический канал 12 обратного потока из нее и кольцевой дросселирующий клапан 16, Отверстие 5.патрубка 4 сообщено с соп-О лом 10 эжекторного насоса 11, канал 12 сообщен с камерой смешения, межтрубное пространство 14 - с диффузором 15. Клапан 16 охватывает патрубок 4 и установлен с воэможностью 5 перекрытия отверстий 6 при верхнем по Изобретение относится к технике бурения скважин колонковым способом иможет быть использовано при бурениис обратной призабойной циркуляцией25промывочной жидкости.Цель изобретения - повышение качества опробывания слабых несвязныхлегкоразмываемых грунтов.чНа чертеже показан двоинои колонковый снаряд, разрез.Двойной колонковый снаряд содержит наружную 1 и установленную в нейс возможностью осевого перемещенияподпружиненную керноприемную 2 трубы, связанные между собой подшипниковым узлом 3 подвески и патрубком 4с осевым 5 и радиальными 6 отверстиями, сообщающими нагнетательную линию 7 с межтрубным пространством 8. Керноприемная труба 2 подпружинена пружиной 9 сжатия относительно наружной трубы 1 в направлении к забою. Осевое отверстие 5 патрубка 4 сообщено с соплом 10 эжекторного насоса 11, гидравлический канал 12 обратного потока из керноприемной трубы 2 - с камерой 13 смещения, межтрубноепространство 14 - с диффузором 15, а кольцевой дросселирующий клапан 1650 охватывает патрубок 4 и установлен с возможностью перекрытия его радиальных отверстий 6 при верхнем положении керноприемной трубы 2.Кольцевой. дросселирующий .клаоб пан 16, охватывающий патрубок 4, о разует с ним подвижную уплотнительную посадку. Керноприемная труба 2 оснащена башмаками 17, а наружная ложении трубы 2, В процессе автоматического регулирования интенсивности обратной промывки в скважине оптимизируется напряженное состояние кернового материала путем стабилизации его величины жесткостью пружины 9, Последняя воспринимает не только силу трения керна о трубу 2, но и лобовое сопротивление грунта внедрению башмака, т.е. практически стабилизируется величина полного сопротивления грунтового массива внедрению трубы 2, которая соответствует оптимальному значению напряженного состояния керна,ил.1 труба - коронкой 18. Кроме того, отверстия 5 патрубка 4 выполнены так, что гидравлические сопротивления перетеканию через них жидкости обеспечивают расход через сопло 1 О эжекторного насоса 11, достаточный для эжекции жидкости из полости керноприемной трубы 2, вытесняемой в процессе бурения поступающим керном.Двойной колонковый снаряд работает следующим образом.В исходном положении керноприемная труба 2 под действием пружины 9 находится в крайнем нижнем положении. При этом нагнетательная линия 7 сообщенарадиальными отверстиями 6.с межтрубным пространством 14. В процессе вращательного бурения снарядом керноприемная труба 2 благодаря подшипниковому узлу 3 подвески не вращается.При бурении в слабых легкоразмываемых, например илистых, грунтах, где силы трения колонки пробы о поверхность керноприемной трубы 2 и сопротивления по лобовой поверхности башмака 17 незначительны, керноприемная труба 2 под действием пружины 9 продолжает оставаться в крайнем нижнем положении. В этом положении основная часть потока жидкости из нагнетательной линии 7 поступает через отверстия 6 патрубка 4 в межтрубное простран-ство 14 для гидроразмыва грунта назабое скважины, а другая часть попадает через сопло 1 О эжекторного насоса 1 в диФФузор 5, вызывая эжекциюжидкости из полости керноприемной164711 трубы 2 в камеру 10 сл 1 ещения через гидравлический капал 12 обратного потока из керноприемной трубы 2, которая вытесняется колонкой пробы, посту 5 пающеи в процессе бурения в полость керноприемной трубы 2, т,е, в этом случае обратная промывка в скважине отсутствует, что предохраняет керн слабых грунтов от размыва. В то же время в керновом материале отсутствуют проявления свайного эффекта", так как силы трения керна о трубу 2 незначительны.По мере наполнения полости керноприемной трубы 2 пробой, а также при смене грунтов на более тяжелые нарастают силы .трения керна о поверхность керноприемной трубы 2 н сопротивления грунта по лобовой поверхнос ти башмака 17, которые, преодолевая жесткость пружины 9, поднимают керноприемную трубу 2 относительно наружной трубы 1 вверх, Это приводит к частичному перекрытию отверстий 6 пат рубка 4 кольцевым дросселирующим клапаном 16 и, следовательно, к увеличению гидравлических сопротивлений течению жидкости иэ нагнетательной линии 7 в межтрубное пространство 14 Зо через отверстия 6 патрубк 4. В результате увеличивается расход жидкости через сопло 10 эжекторного насоса 11 и, как следствие, возрастает расход эжектируемой жидкости иэ полости керноприемной трубы 2 сверх расхо 35 да жидкости, выдавливаемой поступающим в полость керноприемной трубы 2 керном.Давление жидкости в полости керноприемной трубы 2 падает, а в колонке пробы под действием возникшего перепада давления жидкости между окружающим массивом грунта и иад пробой возникает восходящий Фильтрационный поток, 45 который, Фильтруясь между минеральными зернами грунта, оказывает на них фильтрационное давление, частично или полностью нейтрализуя их вес. Поскольку величина силы трения керна несвязных и рыхлых грунтов о трубу пропорционально зависит от, веса грунта, слагающего керн, то наличие восходящего фильтрационного потока в колонке пробы снижает величину его напряженно-сжатого состояния и, следо-, вательно, величину силы трения.При этом результирующая удельная сила Г как сумма удельного веса грун 96та с учетом. в исшивания водой г ииг Фильтрапионцого давления потока жидкости в единице объема грунта Г " Ео ио ф где о - удельнь 1 й вес Фильтрующийся жидкости; 1 - градиент напора Фильтрационного потока, направленного против действия силы тяжести, определится выражениемф (1 -Е )УоГТаким образом, удельная сила Г и, следовательно, сила трения керна о трубу могут изменяться в широких пределах вплоть до нуля в зависимости от напряженности фильтрационного потока, определяемого градиентом напора Е.В то же время подъем керноприемной трубь: 2 вверх относительно наружной трубы 1 приводит к более интенсивному гидрораэмыву грунта по лобовой поверхности башмака 17, снижая сопротивление грунта проникновению.Если напряженности Фильтрационного потока в колонке пробы и гидроразмыва грунта по лобовой поверхности башмака 7 недостаточно для преодоления сил трения керна о трубу 2 и сопротивления грунта по лобовой поверхности башмака 17, то керноприемная труба 2 с башмаком 17 перемещается еще выше, в большей степени прикрывая посредством кольцевого дросселирующего клапана 16 отверстия 6 патрубка 4. При этом возрастает интенсивность гидрораэмыва грунта по лобовой поверхности башмака 17 и увеличивается мощность восходящего Фильтрационного потока в колонке керна, что приводит к снижению сопротивления грунтового массива внедрению в нее керноприемной трубы 2. При этом снижение напряженного состояния кернового материала позволяет исключить нарушения пробы проявлениями "свайного эффекта".Если силы трения керна о трубу 2 и сопротивления грунта по лобовой поверхности башмака 17 становятся меньше усилия сжатой пружины 9, то керноприемная труба 2 с башмаком 17 смещается вниз, дросселирующий клапан 16 в большей степени приоткрывает отверстия 5 патрубка 4 и мощность восходящего фильтрационного потока в колонке керна падает. Этим исключается размыв керна, нарушения его структуры, а также возникновение ре1 б 47119 промывки (т,е. снижается уплотнениегрунта по лобовой поверхности башмака 17) и снижения реакции грунтовогомассива под башмаком 17 из-за общегоснижения напряженного состояния грунтового массива, вызванного уменьшением величины напряжений в керне.Формула изобретения Составитель А.Меньшиков Техред П,олийнык Корректор Н. Ревская Редак тор А. Коз ориз Заказ 1383 Тираж 372 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г,Ужгород, ул. Гагарина,101 жима гидротранспортирования пробычрезмерно мощным фильтрадионным потоком жидкости,В процессе автоматического регу 5, лирования интенсивности обратной промывки в скважине оптимизируется напряженное состояние кернового материалапутем стабилизации его величины жесткостью пружины 9. Однако пружина 9 10воспринимает не только силу трения керна о керноприемную трубу 2,но и лобовое сопротивление грунтавнедрению башмака 17, т.е, практически стабилизируется величина полногосопротивления грунтового массивавнедрению керноприемной трубы 2, нокоторая соответствует оптимальномузначению напряженного состояния керна. Это объясняется тем, что характер 20изменения лобового сопротивления грунта в предлагаемом снаряде вполне однозначен от значения силы трения колонки пробы о трубу 2. Обуславливаетсяэто следующим. К примеру, увеличивается мощность восходящего фильтрационного потока в керне и силы трения колонки пробы о трубу 2 снижаются, значит, снижается и лобовое сопротивление внедрению башмака 17 из-за увеличивающейся интенсивности гидроразмыва грунта по лобовой поверхности башмака 17, снижения количества выдавливаемого кернового материала за торецбашмака 17 благодаря увеличению выхода керна при использовании обратной Двойной колонковый снаряд, содержащий наружную и установленную в ней с возможностью осевого перемещения подпружиненную керноприемную трубу, связанные между собой подшипниковым узлом подвески и патрубком с осевым и радиальными отверстиями, сообщающими нагнетательную линию с межтрубным пространством, гидравлический канал обратного потока из керноприемной трубы и кольцевой дросселирующий клапан, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества опробывания слабых несвязных легко- размываемых грунтов, он снабжен эжекторным насосом, при этом осевое отверстие патрубка сообщено с соплом эжекторного насоса, гидравлический канал обратного потока из керноприемиой трубы - с камерой смешения, межтрубное пространство - с диффузором, а кольцевой дросселирующий клапан охватывает патрубок и установлен с возможностью перекрытия его радиальньг. отверстий при верхнем положении керноприемной трубы.