ДВОЙНОЙ КОЛОНКОВЫЙ СНАРЯД

Предлагаемая полезная модель «Двойной колонковый снаряд» относится к горному делу, в частности к средствам для бурения скважин с отбором керна.
Известно, что при бурении скважин в сложных по получению керна геологических условиях надежный срыв и удержание керна разрушенных, несвязных горных пород могут обеспечить лишь двойные колонковые снаряды с принудительным захватом керна, оснащенные эффективными кернозахватными элементами и надежными механизмами для их принудительного срабатывания и фиксирования в состоянии захвата.
Под кернозахватным элементом (КЗЭ) понимается «рабочий орган кернозахватного устройства (КЗУ), непосредственно взаимодействующий с керном с целью его отделения
(отрыва) от забоя, захвата и удержания при подъеме бурового снаряда из скважины» (см. Н.Г.Егоров Бурение скважин в сложных геологических условиях. - Тула: ИПП «Гриф и К», 2006, с.206; Н.Г.Егоров. Колонковые снаряды с кернозахватными устройствами. М., 1997, Обзор «Техн., технол. и организация геол. - развед. работ», АОЗТ «Геоинформмарк», с.9, 10).
Под кернозахватным устройством (КЗУ) понимается «механизм, состоящий из кернозахватного элемента (элементов) и приспособления для привода их в действие с целью отрыва от забоя, захвата и удержания керна» (см. там же).
Известен двойной колонковый снаряд по а.с. 1411431, МКИ Е21В 25/00, содержащий наружную колонковую трубу с породоразрушающим инструментом, внутреннюю керноприемную трубу с кернозахватным элементом в виде деформируемого шлипса, гидравлический затвор, корпус которого закреплен в наружной трубе, а золотник снизу соединен с внутренней керноприемной трубой, сверху посредством штока - с приводным поршнем, имеющим гнездо под сбрасываемый клапан.
Известный двойной колонковый снаряд и его модификация (полезная модель №10770) хорошо зарекомендовал и себя за многие годы использования в разных условиях при бурении скважин с применением в качестве очистного агента промывочной жидкости. В этом снаряде принудительный захват керна производится при подаче на приводной поршень усилия от повышенного давления промывочной жидкости, возникающего после перекрытия сбрасываемым клапаном проходного отверстия в поршне.
В известном двойном колонковом снаряде внутреннее подвижное устройство, включающее внутреннюю керноприемную трубу со скрепленным с ним кернозахватным элементом и связанные с ней золотник, шток и поршень, в исходном подвешенном состоянии при спуске снаряда в скважину и в процессе бурения до осуществления операции принудительного захвата керна опирается на пружину, установленную на штоке между корпусом гидрозатвора и поршнем.
Недостатком этого двойного колонкового снаряда является возможность возврата вверх, в исходное положение внутреннего подвижного устройства вместе с жестко связанным с ним кернозахватным элементом после проведения операции принудительного захвата керна за счет возвратной реакции пружины. Во избежание этого явления в известном двойном колонковом снаряде по а.с. 1411431 и в его модификациях по полезным моделям №10770 и по положительному решению ФИПС от 29.04.2008 г. по заявке
№2008108463/22(009154) от 04.03.2008 г. применены разного типа фиксирующие устройства для закрепления кернозахватного элемента в состоянии захвата керна, что ведет к усложнению конструкции.
Известен двойной колонковый снаряд с принудительным захватом керна ДКСА-1 (Б.И.Воздвиженский, Е.А.Козловский, М.И.Конычев, Н.И.Корнилов - Техника геологоразведочных работ. 1967. Технология алмазного бурения разведочных скважин. Серия «Итоги науки и техники» ВИНИТИ, М:, 1968, с.88-89, рис.31; Н.Г.Егоров. Колонковые снаряды с кернозахватными устройствами. М., 1997, с.40, рис.33), содержащий наружную колонковую трубу с породоразрушающим инструментом, внутреннюю керноприемную трубу, посредством штока связанную с подпружиненным в наружной трубе приводным поршнем, имеющим гнездо под сбрасываемый клапан, и автономный кернозахватный элемент в виде деформируемого шлипса, не соединенный с внутренней керноприемной трубой. Достоинством этого снаряда является возможность оставления деформируемого шлипса в состоянии захвата керна в нижнем положении и после снятия гидравлического усилия на поршень, когда под действием реакции сжатой пружины подвижный узел ДКС выйдет из нижнего положения, в связи с чем можно обойтись без фиксирующего устройства. Недостатком рассматриваемого двойного колонкового снаряда является высокая вероятность размыва керна боковыми струями потока промывочной жидкости, поступающими в зазор между кернозахватным элементом и керноприемной трубой, что снижает его эффективность.
Двойной колонковый снаряд ДКСА-1 имеет и ряд других недостатков:
1. Во внутренней керноприемной трубе отсутствует принудительный восходящий поток, способствующий лучшему сохранению керна (дренажные каналы и клапаны служат лишь для выпуска промывочной жидкости из внутренней керноприемной трубы по мере заполнения ее керном);
2. Применен довольно сложный подшипниковый узел для создания возможности внутренней трубе оставаться невращающейся в процессе бурения;
3. Использована нерациональная схема циркуляции промывочной жидкости, в том числе и через витки рабочей пружины.
Перечисленных недостатков лишен двойной колонковый снаряд по а.с. №1411431 и полезной модели №10770, в связи с чем он взят за основу предлагаемого технического решения, в котором применено свободное соединение кернозахватного элемента с
керноприемной трубой, исключающее размывание керна боковыми струями промывочной жидкости.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности и надежности двойного колонкового снаряда с принудительным захватом керна.
Для решения поставленной задачи в двойном колонковом снаряде, содержащем наружную колонковую трубу с породоразрушающим инструментом, внутреннюю керноприемную трубу, кернозахватный элемент в виде деформируемого шлипса, гидравлический затвор, корпус которого закреплен в наружной трубе, а золотник снизу соединен с внутренней керноприемной трубой, сверху посредством штока - с приводным поршнем, имеющим гнездо под сбрасываемый клапан, для предотвращения поднятия кернозахватного элемента после осуществления операции захвата керна кернозахватный элемент с внутренней керноприемной трубой соединен свободно путем проточки «труба в трубу», причем длина соединения превышает длину хода подвижного устройства снаряда при операции принудительного захвата керна.
Благодаря тому, что кернозахватный элемент с керноприемной трубой соединен свободно путем проточки «труба в трубу», он остается в нижнем положении, в состоянии захвата керна в то время как все подвижное устройство снаряда, включая керноприемную трубу, после снятия гидравлического усилия на поршень под воздействием реакции сжатой пружины поднимется вверх, в исходное положение.
Благодаря тому, что длина соединения «труба в трубу» превышает длину хода подвижного устройства снаряда при операции принудительного захвата керна, кернозахватный элемент и в исходном положении и в состоянии захвата керна из соединения с керноприемной трубой не выходит, следовательно, предотвращается размывание керна боковыми струями промывочной жидкости.
Предлагаемый двойной колонковый снаряд состоит (фиг.1) из наружной колонковой трубы 1 с породоразрушающим инструментом, например, в виде наружной (2) и внутренней (3) коронок, установленных на подкороннике 4, внутренней керноприемной трубы 5, кернозахватного элемента 6, соединенного с керноприемной трубой свободно путем проточки «труба в трубу» (фиг.2), гидравлического затвора, корпус 7 которого закреплен в наружной трубе 1, а золотник 8 снизу соединен с керноприемной трубой 5, сверху посредством штока 9 - с приводным поршнем 10, имеющим гнездо под сбрасываемый клапан 11. Приводной поршень 10 размещен во внутренней полости переводника 12, который в
верхней части имеет резьбу для соединения с бурильными трубами 13. Шток 9 снизу соединен с золотником 8 гидрозатвора посредством оригинального шарнирного соединения со сферической головкой, а сверху - с приводным поршнем с помощью оси 14. Подвижное устройство двойного колонкового снаряда подвешено на пружине 15, установленной на штоке 9 между подвижным поршнем 10 и неподвижным корпусом 7 гидрозатвора. В нижней части золотника 8 гидрозатвора на пути восходящего потока промывочной жидкости установлен фильтр 16, предотвращающий вынос керно-шламового материала из внутренней керноприемной трубы.
Двойной колонковый снаряд работает следующим образом.
В процессе бурения промывочная жидкость, подаваемая от поверхностного бурового насоса (не показан), по колонне бурильных труб 13 поступает через каналы в поршне 10 и корпусе 7 гидрозатвора в кольцевой зазор между наружной трубой 1 и внутренней керноприемной трубой 5 и далее через каналы в подкороннике 4 в зазор между коронками 2 и 3. В призабойной части поток раздваивается: часть жидкости поднимается по кольцевому зазору между наружной трубой 1 и стенками скважины, где дальнейшее ее продвижение частично ограничивается утолщением на нижней части корпуса гидрозатвора, в связи с чем большая часть промывочной жидкости направляется внутрь керноприемной трубы 5, создавая внутренний восходящий поток, выходящий в затрубное пространство через радиальные каналы в золотнике 8 и корпусе 7 гидрозатвора выше кольцевого утолщения.
По окончании бурения внутрь бурильных труб сбрасывается клапан, например, в виде шарика 11, который садится в гнездо поршня 10, перекрывая канал в нем для прохождения промывочной жидкости к забою. Включается буровой насос, над приводным поршнем создается повышенное давление, подвижное устройство снаряда, сжимая пружину, перемещается вниз, принудительно внедряя кернозахватный элемент в зазор между керном и внутренней конусной проточкой подкоронника, плотно захватывая керн любого агрегатного состояния. После отключения бурового насоса и снятия давления в магистрали подвижное устройство снаряда, включая керноприемную трубу, под действием реакции сжатой пружины полностью или частично поднимается вверх, а кернозахватный элемент остается в нижнем положении в состоянии захвата керна (на фиг.2 показано это положение).