Керноотборный снаряд

(54) КЕРНО ЫЙ СНАРЯ нг,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР 1(71) Всесоюзный научно-исследователь ский, проектно-конструкторский и технологический институт геологических, геоФизических и геохимических инФормационных систем(56) Авторское свидетельство СССР М 636372, кл, Е 21 В 25/00, 1972,Авторское свидетельство СССР 1 Г 742576, кл. Е 21 В 25/02, 1986,801511372(57) Изобретение относится к горномуделу и предназначено для буренияскважин с отбором керна. Цель изобретения - повышение надежности отборакерна. Снаряд содержит корпус 1 спородоразрушающим инструментом 2 идросселирующим элементом в нагнетательном канале 3, Внутри корпуса 1размещена керноприемная труба 5 свозможностью осевого перемещения. Сдросселирующим элементом корпуса приосевом перемещении трубы 5 взаимодействует сигнализатор заклинки кернав виде закрепленной на трубе 5 втулки 8. Последняя имеет продольнуювыемку 10 на наружной поверхности.Дросселирующий элемент выполнен ввиде группы отверстий 4 в стенке корпуса 1, расположенных в интервалеосевого перемещения втулки 8. Последняя установлена с возможностью изме"нения при вращении открытого сеченияотверстий 4, За каждый поворот втулки8 относительно корпуса 1 в напорнойчасти циркуляционной системы будутотмечены три пары импульсов, При1372 10 4этом в каждой паре один импульс будет иметь меньшую, а другой большую амплитуду, Рост амплитуд импульсов по мере подъема трубы 5 с втулкой 8 будет происходить до момента нахождения входной части отверстий 4 в пределах выемки во втулке 8, Периодически повторяющиеся импульсы давления являются сигналом о наступлении заклинивания керна в трубе 5, о необходимости прекращения бурения в данный рейс и подъема бурильного инструмента. 8 ил, Изобретение относится к горномуделу, а именно к устройствам для бурения скважин с отбором кернаЦелью изобретения является повышение надежности отбора керна,На фиг. 1 представлен керноотборный снаряд в состоянии, когда сигнализатор заклинки керна находится висходном положении; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1, проходящее черезотверстия в стенке корпуса. снаряда;на фиг, 3 - сечение Б-Б на фиг, 1, З 0проходящее через выемку во втулке;на фиг, 4 - втулка, общий вид; нафиг. 5. - варианты положения ребервтулки относительно вертикальнойплоскости; на фиг, 6 - керноотборныйснаряд в момент заклинивания кернав керноприемной трубе и срабатываниясигнализатора заклинки керна, когдавтулка перекрывает отверстия в стенке корпуса, общий вид; на фиг, 7 - 40сечение В"В на фиг, 6, проходящеечерез отверстия в стенке корпуса,причем два отверстия находятся против выреза, а одно отверстие перекрыто; на фиг, 8 - сечение В-В на фиг. 64проходящее церез отверстия в стенкекорпуса, причем одно отверстие находится против выемки, а два отверстияперекрыты,Керноотборный снаряд содержиткорпус 1 с породоразрушающим инструментом 2 и дросселирующим элементомв нагнетательном канале 3, Дросселирующий элемент выполнен в виде группыотверстий 4 в стенке. Внутри корпусаконцентрично с ним размещена керноприемная труба 5 с кернорвателем 6.Керноприемная труба 5 размещена супором в породоразрушающий инструмент 2 и с возможностью осевого перемещения снизу вверх, В нижней части керноприемной трубы 5 расположена и зафиксирована на ней от смещения в продольном направлении опорная шайба 7, причем между шайбой и внутренней поверхностью корпуса имеется небольшой зазор, доста 1 очный для обеспечения свободного перемещения опорной шайбы внутри корпуса, На керноприемной трубе 5 закреплена втулка 8, установленная с возможностью взаимодействия с дросселирующим элементом (отверстиями 4) при осевом перемещении керноприемной трубы. Крепление втулки 8 на трубе 5 выполнено подвижным в плоскости вращения за счет опоры на шайбу 7 через осевой подшипник 9, Втулка 8 имеет продольную выемку 10 на наружной поверхности, размеры сечения которой обеспечивают при вращении периодическое изменение открытого сечения отверстий 4, расположенных в интервале осевого пере" мещения втулки, Для увеличения разности частот относительного вращения втулки и корпуса втулка может быть конструктивно развита в сложную по форме поверхность, например, в виде дополнительных ребер 11 (фиг, 4), выступающих за пределы верхнего торца втулки 8.При этом положение ребер 11 в пространстве может быть таким, цто при взаимодействии их поверхности с потоком бурового агента возникающий на втулке 8 дополнительный вращающий момент может обеспечить втулке 8 как более высокую, так и более низкую частоту вращения цем частота вращения корпуса 1 с отверстиями1511Втулка Й,представленная на фиг, .4,имеет ребра 11, создающие либо дополнительный тормозящий момент вращенияпри выполнении с наклонным положением(Фиг, 5, б), либо дополнительный ак 5тивный вращающий момент (фиг, 5, в),И в том и в другом случаях достигается обеспечение разности частот вращения корпуса 1 и втулки 8, На верхней части керноприемной трубы 5 неподвижно закреплен центрирующий фланец 12, имеющий сквозные отверстия,На фланец 12 опирается упорная втулка13, выполняющая функцию ограничителяхода керноприемной трубы 5 снизувверх. Упорная втулка 13 свободновставлена внутрь корпуса 1, С корпусом 1 соединен верхний переводник11, имеющий канал 15, через которыйбуровой агент поступает в нагнетательный канал 3 и далее в канал 16,через который буровой агент выходитиз керноприемной трубы 5 в затрубноепространство, Верхний конец керноприемной трубы 5 введен в полость 17переводника 14 с возможностью осевогоперемещения в полости 17, гидравлически сообщающейся с каналом 16, Вверхнем конце керноприемной трубы Чзакреплена втулка 18, являющаяся ограничителем продвижения керна в полости керноприемной трубы 5. Конецупорной втулки 13 находится в полости19 переводника 11,35Керноотборный снаряд работает следующим образом,После пуска керноотборного снаряда на забой включают циркуляцию бурового агента, вращают керноотборный40 снаряд, создают нагрузку на инструмент 2 и приступают к бурению с отбором керна, При этом вовнутрь снаряда через канал 15 переводника поступает буровой агент, который проходит через 45 отверстия во фланце 12 по каналу 3 и выходит через отверстия 4 в пространство между стенками скважины и корпусом 1. После выхода бурового агента из отверстийпроисходит разделение потока агента в двух направлениях; вверх по затрубному пространству и вниз, Часть потока, поступающая вниз, омывает забой, подхватывает частицы выбуренной породы и выбуриваемый керн и поступает вовнутрь керноприемной трубы 5, Столбики и обломки керна подхватываются потоком 3726циркулирующего снизу вверх буровогоагента и постепенно заполняют внутреннюю полость керноприемной трубы5, а буровой агент проходит черезполость 17 переводника 11 и черезканал 16 поступает в пространство между стенкой скважины и корпусом 1,При вращении корпуса 1 одновременновращается и керноприемная труба 5,Втулка 8 вследствие контакта с керноприемной трубой 5 и трения в подшипнике 9 также начинает вращаться,Однако вследствие отсутствия жесткойсвязи между втулкой 8 и трубой 5,инерционности массы втулки 8, а также тормозящего действия поверхностивыемки 1 О и дополнительного действияребер 11, втулка 8 вращается с частотой, несколько отличающейся от частоты вращения керноприемной трубыкорпуса 2 керноотборного снаряда.В описанной фазе работы керноотборного снаряда поверхность втулки 8,которая при вращении, находясь вверхнем положении, может перекрыватьотверстия ч, находится ниже отверстий , и буровой агент свободно проходит наружу через отверстия 1, создавая при этом некоторый постоянныйпо величине перепад давления в зонеотверстий При этом на поверхностификсируется некоторая постоянная величина давления в напорной части циркуляционной системы (давление настояке),В какой-то момент бурения из-затрещиноватости, сколов и дробленияпороды керн, поступивший в керноприемную трубу 5, может заклиниться вней. Начиная с момента заклинивания,керн в керноприемную трубу 5 поступить уже не может, так как осевогоусилия, поступающего снизу столбакерна, недостаточно для преодолениясил сопротивления осевому перемещению расклиненного в керноприемнойтрубе 5 керна, При подаче керноотборного снаряда под нагрузкой продолжается обуривание керна, Вновьобразуемый столбик керна упираетсяпо оси в вышерасположенный столб керна, находящийся в керноприемной трубе, нагрузка по оси снизу вверх передается до заклиненного керна и черезнего керноприемной трубе 5, Керноприемная труба 5, преодолевая усилиеот собственного веса, перемещаетсяснизу вверх (расположение конструк 15113725 10 5 20 30 35 40 45 50 тивных элементов кернооброрного снаряда в этот момент представлено на ,фиг, 6), Вместе с керноприемной тру,бой 5 перемещается вверх опорная шайба 7, подшипник 9, втулка 8 и упорная втулка 13.После того, как выемка 10 во втулке 8 окажется против отверстий 4,при вращении втулки 8 ее поверхность будет последовательно и циклически перекрывать разное количество отверстий 4, Вследствие этого величина перепада давления на отверстиях 4 при ,прокачивании бурового агента через ,снаряд будет циклически изменяться, соответственно будет изменяться и давление в напорной части циркуляци" онной системы. Так, в представленном на фиг, 6 исполнении керноотборного ,снаряда при наличии трех отверстийв корпусе 1 (через 120 ) в выемке в 180 окружности втулки 8, при вращении втулки 8 относительно корпуса 1, как показано на фиг, 7 и 8, выемка 10 во втулке последовательно будет совпадать с одним отверстием (фиг, 8), затем с двумя (Фиг. 7), затем цикл будет повторяться и за каждый оборот втулки 8 на 360 относительно корпуса 1 в напорной части циркуляционной системы на поверхности будут отмечены на показывающих приборах (манометрах) и на диаграммах пишущих приборов три пары импульсов роста давления, причем в каждой паре один импульс будет иметь меньшую, а другой большую амплитуду, Рост амплитуд импульсов по мере подъема керноприемной трубы 5 с втулкой 8 будет происходит до момента полного нахождения входной части отверстий 4 в пределах выемки во втулке, Для предотвращения полного перекрытия отверстий 4 нижней частью корпуса втулки 8, где отсутствует выемка, и, как следствие, резкого значительного повышения давления в системе нагнетания предназначена упорная втулка 13, служащая ограничителем хода вверх всей внутренней керноприемной трубы 5. Ллина хода определяется расстоянием от верхнего торца втулки 13 до поверхности переводника 14, после упора в которую прекращается перемещение керноприемной трубы 5 вверх.Периодически повторяющиеся импульсы давления и будут являться сигналом о наступлении заклинивания керна в керноприемной трубе 5, о необходимости прекращения бурения в данный рейс и подъема бурильного инструмента, Абсолютная величина импульсов зависит от производительности бурового насоса, площади сечения отверстийформы рабочей части втулки 8, взаимодействующей с отверстиями 4, При неизменной подаче бурового агента буровыми насосами, числе отверстий и Форме втулки 8 величина амплитуды импульсов давления сигнала может быть регулирована изменением начальной площади отверстий 3 при изготовлении или сборке керноотборно 1 го снаряда, В частном случае диаметр цилиндрических отверстий 3 может быть изменен применением сменных насадок различного диаметра, вставляемых в отверстия Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Керноотборный снаряд, содержащий корпус с породоразрушающим инструментом и дросселирующим элементом в нагнетательном канале, размещенную внутри корпуса керноприемную трубу, установленную с возможностью осевого перемещения, и сигнализатор за клинки керна в виде закрепленной на кернориемной трубе втулки, установленной с возможностью взаимодействия с дросселирующим элементом корпуса при осевом перемещении керноприемной трубы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности отбора керна, крепление втулки на керноприемной трубе выполнено подвижным в плоскости вращения, втулка имеет про-. дольную выемку на наружной поверхности, а дросселирующий элемент выполнен в виде группы отверстий в стенке корпуса, расположенных в интервале осевого перемещения втулки, установленной с возможностью периодического изменения при вращении открытого сечения отверстий в стенке корпуса.1511372 В.В Составитель В,АкслерРедактор А.Лежнина .Техред М,Дидык Корректор М, Самборска Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул: Гагарина, 101 Заказ 5873/3 ВНИИПИ Госуд Тираж 514 Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, И, Раушская наб., д, 4/5