Устройство для локализации заклинивания керна при колонковом бурении

СССР Класс 5 а, 37 И 63339 О БР ЕТЕ ВИДЕТЕЛЬСТ арегистрировано в Бюр чаев Устройств ока ко лизлонк ции заклинивановом бурениикомцветмет за44554 (30881 марта 1944 года ля Йр ия керна в Н Зая но 29 мая 1941 г. Опубликвано сдник и АВТОРСКОМУ В разведочных буровых работах колонковое (алмазное, суррогатное и особенно дробовое) бурение скважин имеет самое большое распространение. При условии проходки буровых скважин в горных породах большоц крепости и при необходимости иметь наклонную скважину, - этот вид бурения является незаменимым и самым эффективным.Однако в связи с тем, что нередко приходится проходить буровую скважину в сильно трещиноватых или даже катоклазирова нных породах, эффективность бурения сильно снижается. Это обусловливается тем, что при бурении трещиноватых пород получается керн, раздробленный на мелкие куски, что влечет образование так называемых заклинок керна в буровом колонковом снаряде. Образовавшаяся таким образом заклинка,керна не позволяет буровому снаряду продвигаться по ходу бурения, вследствие чего прекращается давление снаряда на забой скважины, а в связи с, этим прекращается и самый лроцесс бурения породы.Для ликвидации заклинки приходится извлекать ив скважины буровой снаряд. На это тратится Уизобретений Госплана при СНК СССР много времени, буровой бригадоц производится большая и тяжелая работа по подъему и спуску снаряда, а углубка скважины идет очень медленно. Иногда стоимость одного погонного метра проходки скважины в таких условиях обходится в несколько раз выше плановой, ц в несколько раз понижается скорость бурения.До сих пор техникой разведочного бурения не было создано радикального средства борьбы с заклннкой керна, а следовательно, и средства борьбы за ускорение бурения и его удепевление за счет устранения заклинок керна в буровом снаряде,Предметом настоящего изобретения является устройство для локализации заклинивания керна при колонковом бурении, отличительная особенность которого - применение двух коаксиальных труб разных длин, свободно помещенных в полости колонковой трубы и опирающихся торцом на торец буровой коронки. Эти трубы служат для создания подвижной опоры для заклинки с целью ее выноса.На прилагаемом чертеже фиг, 1 изображает разрушение керна пэлившиеся от керна, кусочки породы западают в зазор между керном и колонковой трубой и увеличивают трение керна и его частей о стенку колонковой трубы до такого предела, пока не произойдет полного заедания породы в трубе.Образовавшаяся заклинка не позволяет колонковой трубе свободно вращаться вокруг выбуренного керна. Прихваченный керн скручивается и моментально ломается, вследствие своей хрупкости.Накопившиеся обломки керна, увеличивая прочность заклинки, в конце концов не позволяют продвигаться буровому снаряду вперед на забой скважины. Снаряд оказывается севшим на керн, на раздробленную верхнюю часть которого уперлась заклинка,В этот момент вращающийся бугровой снаряд, опираясь на заклинкуа не на забой скважины, не производит бурения, Это ведет к необходимости поднимать буровой снаряд для ликвидации заклинки. Таким образом, при заклинках керна в буровом снаряде почти никогда не бывает полного рейса бурения.Помимо того, что при заклинках бесполезно амортизируется станок, двигатель, оборудование, тратятся горючие и смазочные материалы, заклинки иногда являются первопричинами аварий, Нарушенне режима в забое скважины приводят к прихвату бурового снаряда, Желание бурового мастера, не прибегая к извлечению из скважины снаряда, освободиться от очередной заклинки с помощью встряхивания снаряда приводило к разрывам штанг и к другим остановкам ра. боты буровой вышки по аварийным причинам, обусловленным заклин. кой керна.Современный колонковый буровой снаряд,не обеспечивает предотвращения заклинок. Применение двойной колонковой трубы для того, чтобы избавиться от заклинок, тоже не дает положительных результатов,так как двойная колонковая труба имеет иное назначение. Не избавляет от заклинок тщательная регулировка режима работ в плоскостям наслоения и трещиноватости пород, фиг. 2 - случай радрушения керна от частой перемежаемостд различных по составу и твердости пород, фиг. 3 - разрушение керна, вызванное характером залегания (падения) пород, фиг, 4 - буровой снаряд с устройством со. гласно изобретению, фиг, 5, 6 и 7 - три случая локализованных заклинок керна в буравом снаряде с прЕдлагаемым устройством.Обычно заклинки керна происходят в колонковой трубе и образуются в самом процессе бурения, вследствие трения кусочков разрушенного керна о стенку колонковой трубы, Заклинка возникает в одном или реже в двух местах колонковой трубы и опирается непосредственно на ее стенку, Заклинка керна образуется в любой части пространстви колонковой трубы вслед за тем, как столбик керна минует буровую коронку,Главнейшими причинами образования заклинок являются: трещино.ватость пород (фиг. 1), их разнохарактерность в смысле частой перемежаемости различных по составу и твердости пород (фиг, 2), характер залегания (падения) пород (фиг, 3), дробимость пород вследствие их хрупкости и некоторые дру.гие менее существенные причины геологического порядка. Из числа причин технического порядка на разрушение керна, а в связи с этим и на образование заклинки, главнейшее влияние оказывают возникающие в момент процесса бурения вибрации штанг и бурового снаряда.Наиболее частые случаи образования заклинок отмечаются при проходке тектонических зон, мощных кварцевых раздробленных жил, а также зон выветривания горных пород и катаклазированных горных пород вообще.Образование заклинки происходит следующим порядком. Выбуренный столбик горной породы - керн, находясь в колонковой трубе, подвергается сотрясению от вращающегося в скважине бурового снаряда и деформируется до состояния дробления на мелкие части. Отде М 63339забое буровой скважины. Единственным способом устранения заклинок сейчас является подъемснаряда и его освобождение от заклинкина поверхности, а это, как уже было установлено выше, невыгодно экономически и ведет к значительному удлинению срока разведок.Рассматривая причины, условия и процесс образования заклинки керна в колонковом буровом снаряде, устанавливается, что устранить заклинки керна при применяемой технике бурения нельзя. Однако это же раасмотрение причин образования заклинок позволяет установить два важных момента, на основе которых можно локализовать заклинку керна так, чтобы она не препятствовала продвижению бурового снаряда на забои скважины, т. е. чтобы и при наличии неизбежных заклинок не прекращать бурения, а успешно продолжать его в течение полного или почти полного рейса бурения. Этими моментами являются: опора заклинки на внутреннюю стенку колонковой трубы и опора заклинки:на нижележащий столбик выбурен ного керна, На этом принципе и сконструировано предлагаемое устройство,Способ локализации заклинок керна - механический, локализация заклинки происходит в буровом колонковом снаряде; принцип образования заклинки тот же, что был охарактеризован выше.Отличием предлагаемого устройства является то, что опора заклинки перенесена со стенки колонковой трубы на стенки двух специальных коаксиальных труб, помещаемых внутри колонковой трубы и не имеющих с ней скрепления.Образовавшаяся в этой трубе заклинка керна не останавливает поступательного движения бурового снаряда, а сама труба, подхваченная заклинкой, оказывается повисшей на столбике керна и, будучи не скрепленной с колонковой трубой, не мешает ее вращению и подвиганию на забой скважины. Так локализована первая заклинка керна.Аналогично этому автоматически локализуются и последующие заклинки керна, о чем будет сказано ниже.Перенесение опоры заклинки со стенки колонковой грубы на стенку особой трубы привело к необходи. мости сконструировать новый снаряд, отличающийся от современного.Снаряд (фиг. 4) состоит из буровой коронки 8 (в необходимых случаях кернорвателя), малой 7 и большой 6 труб колонковой трубы 5, шламовой трубы 4, переходника 3 и ниппеля 2 для прикрепления снаряда к штангам 1.Перед тем, как начать привертывать к колонковой трубе 5 буровую коронку 8 (или кернорватель), требуется вставить в колонковую трубу большую трубу 6 с вложенной в нее коаксиальной малой трубой 7, Трубы 6 и 7 разной длины и не имеют никакого крепления с деталями снаряда; они свободно вращаются в колонковой трубе и во вре мя процесса бурения своими нижними торцами опираются на торец буровой коронки 8 (илн кернорвателя).Следует отметить, что трубы 6 и 7 не будут претерпевать каких-либо усилий на скручивание, растяжение или сжатие, так как они свободно покоятся на торце буровой коронки 8 (или кернорвателя), а в момент заклинки керна они находятся в висячем положении на столбике керна, создавая для него подвижную опору, с целью его выноса, Напряжения на разрыв патрубков в тех местах, в которых образовались заклинки, совершенно незначительны; они всего лишь равны силе трения, достаточной для удержания груза самой трубы на столбикекерна.Новый буровой колонковый снаояд применим и для проходки горных пород в обычных условиях, т. е, при отсутствии случаев образования заклинок керна.Можно предполагать, что буровой колонковый снаряд предлагаемой системы будет работать ровно и спокойно, без ударов в момент образования заклинок, как это наблюдается в современных буровых колонковых снарядах.Организация работы и процесс бурения при применении новогоснаряда остаются такими же, как и прежде,Исходя иэ того, что заклинки,керна образуются произвольно влюбой части пространства колонковой трубы, можно представить возможные случаи заклинок и схему главнейших возмоиных комбинаций локализации заклинок керна, учитывая при этом- то, что завалинка остается там, где она и образовалась, Два таких случая заклинок и комбинации их локализации изображены на фигурах 5 и 6.На фиг, 5 показан момент заклинки керзона приблизительно в средней части рейса и в том месте, где образовавшаяся заклинка оказалась локализованной одновременно обеищи трубами 6 и 7. Фиг. 6 также характеризует локализацию заклинки керна одновременно двумя трубами, но образование заклинки совершилось в начале рейса бурения и в нижней части труб.Фиг. 7 показывает две локализованные заклинки первоначально малой трубой 7 и затем одну локализованную заклинку керна большой трубой 6. Можно предполагать, что в отдельных случаях в трубе 6 или 7заклинка будет образовываться неочень крепко, а поэтому возможныслучаи ее саморасклинки и возвращения трубы в первоначальноеположение - на торец буровой коронки (или кернорвателя),Можно также предполагать, что,опершлсь о переходник 3, труба 6или 7 может оказаться освобожденной от заклинки и тоже возвратится на прежнее место. Благодарясвободному положению в колонковой трубе, трубы 6 и 7 будут способствовать уменьшению принуди.тельного трения керна о внутреннюю стенку снаряда, значит будетменьше дробление керна, а это будет способствовать предотвращению заклинок керна,Предмет изобретенияУстройство для локализации заклинивания керна при колонковомбурении, о т л и ч а ю щ е е с я применением свободно помещенных вполости колонковой трубы двухкоаксиальных разных длин труб,опирающихся торцами на торец буровой коронки и служащих длясоздания подвижной опоры для заклинки с целью выноса ее.