КЕРНОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО

Предложение относится к области бурения скважин с отбором керна, в частности, нефтяных и газовых.
Известен керноприемный снаряд, содержащий наружный корпус с верхним и нижним переводниками, установленную в наружном корпусе на узле подвески керноприемную трубу с керноудерживающим средством, вращающуюся часть узла подвески связанную с верхним переводником и невращающуюся часть узла подвески, между которыми расположен осевой подшипник качения, охваченный снаружи вращающейся частью узла подвески (RU 18419, 2001).
Известный керноприемный снаряд предназначен для бурения наклонных и горизонтальных участков скважины. Его недостатком является низкая надежность работы, поскольку отсутствует возможность проведения регулировок зазора между бурильной головкой и нижним торцем керноприемной трубы в собранном и расположенным вертикально на устье положении снаряда, а также не предусмотрена регулировка зазоров в осевом подшипнике качения.
Известна двойная колонковая труба, в сущности, керноприемное устройство, содержащее наружный корпус с верхним и нижним переводниками, установленную в наружном корпусе на регулируемом узле подвески керноприемную трубу с керноудерживающим средством, регулировочный полый винт, связанный с вращающейся частью регулируемого узла подвески и резьбовым соединением, имеющим фиксатор, - с верхним переводником, и подшипник качения, охваченный снаружи вращающейся частью регулируемого узла подвески (RU 2086749, 1997). Это известное устройство является наиболее близким к предложенному по совокупности существенных признаков и принимается в качестве ближайшего аналога.
Несмотря на имеющуюся возможность у известного устройства проведения регулировок зазора между бурильной головкой и нижним торцем керноприемной трубы в собранном и расположенным вертикально на устье положении снаряда, оно таже имеет недостатки. В частности, очень сложен в конструктивном отношении узел подшипника качения, фиксатор резьбового соединения, не предусмотрена регулировка зазоров (люфтов) в подшипнике качения. Проведение регулировок зазора между бурильной головкой и нижним торцем керноприемной трубы занимает много времени и трудоемко.
Предложение позволяет получить технический результат, выражающийся в упрощении конструктивного выполнения керноприемного устройства, повышении надежности его работы вследствие снижения продольных колебаний керноприемной трубы путем ликвидации излишних зазоров в осевом подшипнике качения и снижении трудозатрат при выполнении регулировочных работ.
Технический результат достигается тем, в керноприемном устройстве, содержащем наружный корпус с верхним и нижним переводниками, установленную в наружном корпусе на регулируемом узле подвески, включающем вращающуюся и невращающуюся части, керноприемную трубу с керноудерживающим средством, регулировочный полый винт, связанный с вращающейся частью регулируемого узла подвески и резьбовым соединением, имеющим фиксатор, - с верхним переводником, подшипник качения, охваченный снаружи вращающейся частью регулируемого узла подвески, и клапанный узел, согласно предложению невращающаяся часть регулируемого узла подвески выполнена в виде соединенных между собой резьбовым соединением ствола и переходника, подшипник качения выполнен осевым и расположен между стволом и переходником, вращающаяся часть регулируемого узла подвески, охватывающая снаружи осевой подшипник качения, выполнена в виде соединенных между собой резьбовым соединением корпуса регулируемого узла подвески и упора, имеющего фиксирующий элемент, при этом корпус и ствол выполнены с возможностью взаимодействия с верхним кольцом осевого подшипника качения, а переходник и упор - с нижним, соответственно.
Способствует достижению технического результата то, что регулировочный полый винт регулируемого узла подвески выполнен с возможностью взаимодействия со средством его принудительного вращения, способным войти с ним в зацепление на период вращения регулировочного полого винта и затем быть демонтированным без отвинчивания верхнего переводника.
В одном из частных случаев регулировочный полый винт в верхней части имеет продольные прорези, предназначенные для взаимодействия с фиксатором его резьбового соединения с верхним переводником, причем продольные прорези регулировочного полого винта в верхней части служат для взаимодействия со средством его принудительного вращения, а сам регулировочный полый винт взаимодействует со средством его принудительного вращения при расфиксированном его резьбовом соединении с верхним переводником. Фиксатор же резьбового соединения регулировочного полого винта с верхним переводником, в этом случае выполнен в виде резьбового элемента, установленного с уплотнением в верхнем переводнике.
В конкретном воплощении фиксирующий элемент упора регулируемого узла подвески выполнен в виде винта, установленного в корпусе регулируемого узла подвески с возможностью взаимодействия с продольными пазами, выполненными на наружной поверхности упора, который имеет отверстия для взаимодействия со средством его принудительного вращения.
Для обеспечения гарантированных зазоров между осевым подшипником качения, переходником и стволом в исходном и рабочем положениях переходник может иметь внутренний кольцевой выступ, с которым контактирует торец ствола.
Керноприемное устройство в представленном примере снабжено взаимозаменяемыми стабилизаторами, выполненными спирально-лопастными.
Керноприемное устройство в конкретном примере выполнения снабжено безопасным переводником, установленным между верхним переводником и наружным корпусом, либо верхним стабилизатором.
Целесообразно, чтобы керноприемная труба была выполнена из стекловолокна или стеклопластика или алюминиевого сплава в виде, по крайней мере, одной секции, имеющей по концам металлические окончания из стали, одно из которых выполнено с внутренней резьбой, а другое - с наружной резьбой, соответственно, для обеспечения возможности образования ниппельного резьбового соединения или из двух секций, имеющих аналогичные по концам металлические окончания, причем резьбы металлических окончаний - трапецеидальные.
В конкретном примере клапанный узел выполнен в виде седла, размещенного во вращающейся части регулируемого узла подвески и предназначенного для взаимодействия с бросовым шаровым обратным клапаном или бросовым клапаном-эжектором, и имеет каналы в ней выше седла для направления промывочной жидкости в пространство между керноприемной трубой и наружным корпусом.
Предложение поясняется графическими изображениями, на которых на фиг.1, 2 показаны нижняя и верхняя части керноприемного устройства (продольный разрез совмещен с видом спереди), соответственно; на фиг.3 показан укрупненно узел подшипника качения в исходном положении; на фиг.4 - то же в рабочем положении (керн поступает в керноприемную трубу).
Керноприемное устройство содержит наружный корпус 1 с верхним и нижним переводниками 2,3, соответственно. В наружном корпусе 1 установлена на регулируемом узле подвески, включающем вращающуюся и невращающуюся части, керноприемная труба 4 с керноудерживающим средством 5. Регулировочный полый винт 6 связан с вращающейся частью регулируемого узла подвески и резьбовым
соединением, имеющим фиксатор 7, - с верхним переводником 2. Вращающаяся часть регулируемого узла подвески охватывает снаружи осевой подшипник 8 качения, имеющий верхнее и нижнее кольца 9, 10, соответственно, и выполнена в виде соединенных между собой резьбовым соединением корпуса 11 регулируемого узла подвески и упора 12, имеющего фиксирующий элемент 13. Невращающаяся часть регулируемого узла подвески выполнена в виде соединенных между собой резьбовым соединением ствола 14 и переходника 15.
Подшипник 8 качения расположен между стволом 14 и переходником 15 таким образом, что корпус 11 и ствол 14 имеют возможность взаимодействия с верхним кольцом 9 осевого подшипника 8 качения, а переходник 15 и упор 12 - с нижним, соответственно.
Регулировочный полый винт 6 регулируемого узла подвески выполнен с возможностью взаимодействия со средством его принудительного вращения (не показано), способным войти с ним в зацепление на период вращения регулировочного полого винта 6 и затем быть демонтированным без отвинчивания верхнего переводника 2. Средство принудительного вращения регулировочного полого винта 6 может представлять собой, например, штроп с откидывающимися принудительно лапами.
Регулировочный полый винт 6 в верхней части имеет продольные прорези, предназначенные для взаимодействия с фиксатором 7 его резьбового соединения с верхним переводником 2. Продольные прорези регулировочного полого винта 6 в верхней часта служат для взаимодействия со средством его принудительного вращения, в частности, с лапами штропа, а сам регулировочный полый винт 6 взаимодействует со средством его принудительного вращения при расфиксированном его резьбовом соединении с верхним переводником 2. Фиксатор 7 резьбового соединения регулировочного полого винта 6 с верхним переводником 2, в этом случае, выполнен в виде резьбового элемента, установленного с уплотнением в верхнем переводнике 2.
В корпусе 11 регулируемого узла подвески фиксирующий элемент 13 упора 12 регулируемого узла подвески выполнен в виде винта, установленного с возможностью взаимодействия с продольными пазами 16, выполненными на наружной поверхности упора 12, который имеет отверстия 17, предназначенные для взаимодействия со средством его принудительного вращения (не показано). В качестве средства принудительного вращения упора 12 может быть использован специальный (серповидный накидной) ключ.
Переходник 15 имеет внутренний кольцевой выступ 18, с которым контактирует торец 19 ствола 14. В положении контакта обеспечиваются гарантированные зазоры А, Б между осевым подшипником 8 качения, переходником 15 и стволом 14 в исходном и рабочем положениях устройства.
Керноприемное устройство снабжено безопасным переводником 20 и взаимозаменяемыми стабилизаторами 21, выполненными спирально-лопастными. Безопасный переводник представляет собой двухмуфтовый резьбовой переводник со специальной резьбой для соединения с наружным корпусом 1, либо со стабилизатором 21 и стандартной резьбой для соединения с верхним переводником 2. В аварийной ситуации безопасный переводник 20 позволяет отсоединить от наружного корпуса 1 верхний переводник 2 вместе с керноприемной трубой и вынести ее на поверхность из скважины.
Керноприемная труба 4 выполнена из стекловолокна или стеклопластика или алюминиевого сплава и представляет собой, по крайней мере, одну секцию, имеющую по концам металлические окончания из стали, одно из которых выполнено с внутренней резьбой, а другое - с наружной резьбой, соответственно, для обеспечения возможности образования ниппельного резьбового соединения, причем резьбы металлических окончаний - трапецеидальные. В предпочтительном варианте керноприемная труба 4 имеет, по крайней мере, две секции, имеющие аналогичные по концам металлические окончания.
Клапанный узел выполнен в виде размещенных во вращающейся части регулируемого узла подвески седла 22, предназначенного для взаимодействия с бросовым шаровым обратным клапаном 23 или бросовым клапаном-эжектором (не показан), и выше седла - каналов 24 для направления промывочной жидкости в пространство между керноприемной трубой 4 и наружным корпусом 1.
Керноприемное устройство работает следующим образом. Перед спуском в скважину осуществляется сборка устройства. Для этого сначала соединяют секции керноприемной трубы 4, снабжают ее регулируемым узлом подвески, верхним переводником 2, керноудерживающим средством 5. Осуществляют регулировку гарантированных зазоров А, Б узла осевого подшипника 8 качения. После чего сборку переводят в вертикальное положение и опускают в предварительно оснащенный нижним и безопасным переводниками 3, 20, стабилизаторами 21, бурильной головкой (не показана), и размещенный по оси скважины на удерживающем средстве (например, на вилке) наружный корпус 1. Производят соединение верхнего переводника 2 с наружным корпусом 1 через безопасный переводник 20. После чего, если необходимо,
перехватом за верхний переводник 2 приспускают устройство в сборе, снова закрепляют на устье удерживающим средством, производят расфиксацию регулировочного полого винта 6. Водят штроп с откидывающимися принудительно лапами в зацепление с регулировочным полым винтом 6 и осуществляют его проворот на небходи-моую величину, устанавливая тем самым требуемую величину зазора между бурильной головкой и керноудерживающим средством 5. Затем демонтируют штроп и осуществляют фиксацию резьбового соединения регулировочного полого винта 6 с вращающейся частью регулируемого узла подвески, присоединяют бурильные трубы и осуществляют спуск устройства на забой скважины. Перекрывают седло 22 бросовым шаровым обратным клапаном 23 и осуществляют отбор керна. При последующих рейсах регулировка величины зазора между бурильной головкой и керноудерживающим средством 5 может быть осуществлена без отвинчивания верхнего переводника 2 описанным выше способом. По мере возникновения люфта в узле осевого подшипника 8 осуществляют регулировку гарантированных зазоров. Для этого вывинчивают фиксирующий элемент 13 из упора 12 регулируемого узла подвески, средством принудительного вращения - ключом проворачивают упор 12 на необходимую величину, вновь устанавливают фиксирующий элемент 13 и осуществляют как описано выше операции, выполняемые перед спуском устройства в скважину.
Предложение нашло воплощение в разработанном керноприемном устройстве UCS - 7×4" ART, предназначенном для эффективного отбора керна диаметром 4" (101,6 мм) согласно международным стандартам в скважинах диаметром 190,5-215,9 мм. Верхний переводник имеет резьбу 3-133 для соединения с бурильной колонной, наружный корпус переводники и стабилизаторы имеют резьбу 3-161 ГОСТ Р 50864-96.
3
Благодаря увеличенному проходному сечению между наружным корпусом и керноприемной трубой в разработанном керноприемном устройстве появилась возможность использования при отборе керна промывочные жидкости с плотностью до 2 г/см.
Наличие трапецеидальной резьбы у нижнего переводника позволяет использовать большую гамму типо конструкций бурильных головок, как отечественного, так и зарубежного производства, при этом переход на трапецеидальные резьбы существенно сокращает затраты времени на сборку-разборку керноприемного устройства.