УСТРОЙСТВО КЕРНОПРИЕМНОЕ UCS-D/D ART

Предложение относится к области бурения скважин с отбором керна и предназначено для отбора и подъема керна из пород 1…3 категорий по трудности его отбора.
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 скважины 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).
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 также имеет недостатки. В частности, очень сложен в конструктивном отношении его 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.
Известен керноотборный снаряд содержащий корпус из, по меньшей мере, двух трубчатых модулей, каждый из которых соединен резьбами с центраторами, а число центраторов на единицу больше числа трубчатых модулей, верхний переводник, нижний переводник для соединения с бурильной головкой, расположенный внутри корпуса керноприемник, выполненный, по меньшей мере, из двух трубчатых секций, каждая из которых соединена резьбами с керноприемными муфтами. Керноприемник содержит в верхней части регулируемую подвеску, выполненную в виде полого резьбового трубчатого элемента, седло клапана и шар, а в нижней части - устройство отделения керна от забоя, включающее цанговый и рычажковый кернорватели, размещенные в гильзе, соединенной с нижней частью керноприемника. Устройство снабжено опорой вращения в верхней части керноприемника, герметично изолированной от полостей трубчатых секций керноприемника и корпуса и выполненной с упругим осевым демпфером. Верхний переводник выполнен с возможностью соединения с колонной бурильных труб или со шпинделем многозаходного винтового героторного двигателя. Седло клапана и шар размещены между регулируемой подвеской и опорой вращения. Регулируемая подвеска, опора вращения и устройство отделения керна от забоя выполнены в виде соединенных между собой сборочных модулей (RU 2315851, 2008).
Несмотря на повышение технологичности, надежности и ресурса, коэффициента отбора керна с сохранением его свойств известный снаряд имеет недостатки, заключающиеся в его конструктивной сложности и ограниченности условий применения.
Известно устройство керноприемное, содержащее корпус, выполненный из отдельных трубчатых модулей, каждый из которых соединен с центраторами, керноприемник, расположенный внутри корпуса, выполненный в виде трубы и содержащий в верхней части опору вращения, регулируемую подвеску и седло клапана, а в нижней части - устройство отделения керна от забоя, включающее цанговый и (или) рычажковый кернорватели, при этом в опоре вращения размещены манжетные уплотнения, в устройстве отделения керна от забоя установлен разделитель, проходной канал седла клапана перекрыт винтом-заглушкой, керноприемник заполнен изолирующей жидкостью с антифрикционными свойствами (RU 108092, 2011).
Недостатком известного устройства является сложность его конструктивного выполнения, в частности, регулируемой подвески, опоры вращения и наличия изолирующей жидкости.
Известно керноотборное устройство, содержащее верхний переводник для соединения с колонной бурильных труб, нижний переводник для соединения с бурильной головкой, корпусную часть, состоящую из отдельных модулей и центраторов, соединенных между собой посредством резьбовых соединений, керноприемник, расположенный внутри корпуса, выполненный в виде трубы и содержащий в верхней части опору вращения и регулируемую подвеску, а в нижней части - устройство отделения керна от забоя, включающее цанговый и(или) рычажковый кернорватели, при этом верхний переводник выполнен сборным из корпуса переводника и ниппеля, корпус переводника соединен в нижней части с корпусной частью устройства, а в верхней части с ниппелем, ниппель соединен в нижней части с керноприемником, а в верхней части с колонной бурильных труб, причем корпус переводника и ниппель соединены между собой резьбовым соединением, которое имеет равный с резьбовыми соединениями корпусной части устройства момент свинчивания, но меньший момент развинчивания (RU 2366796, 2009).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, обусловленная большим количеством резьбовых соединений.
Техническим результатом предложенного устройства является упрощение конструкции, повышение надежности и расширение технических возможностей.
Технический результат достигается тем, что в соответствии с предложением устройство керноприемное содержит наружную часть, включающую присоединительный переводник, верхний стабилизатор, связанный с присоединительным переводником через верхний переходник, корпус, связанный с верхним стабилизатором, и нижний стабилизатор, внутреннюю часть, включающую керноприемную трубу, установленную на подвеске с возможностью вращения, регулировки и фиксации своего осевого положения относительно бурильной головки, и узел захвата и удержания керна, при этом корпус и керноприемная труба выполнены с возможностью увеличения своей длины за счет встраивания дополнительных секций, а стабилизаторы имеют ниппельную резьбу на обоих концах.
Способствует достижению технического результата то, что внутренняя часть устройства снабжена датчиком подклинки керна и продольных колебаний, установленным в верхней части керноприемной трубы, а также то, что устройство снабжено извлекаемым стопором, выполненным в виде патрубка, установленного внутри присоединительного переводника с возможностью взаимодействия с ним и подвеской.
При этом взаимодействие извлекаемого стопора с присоединительным переводником обеспечивается за счет выполнения на внутренней поверхности присоединительного переводника продольных пазов, а на наружной поверхности патрубка - ответных выступов. Взаимодействие же с подвеской достигается выполнением впадин на ее верхнем торце, а на нижнем торце патрубка - ответных выступов.
Извлечение стопора обеспечивается выполнением в верхней части патрубка внутренней резьбы для взаимодействия с ответной резьбой средства его извлечения.
В другом случае извлечение стопора обеспечивается выполнением в патрубке радиальных отверстий, предназначенных для введения в них захватных элементов средства его извлечения.
Подвеска имеет радиальные отверстия для введения в них захватных элементов средства извлечения внутренней части.
В конкретных вариантах может содержаться по одной или по две дополнительных секции корпуса и керноприемной трубы (общее количество секций - две, три), при этом дополнительные секции корпуса имеют стабилизатор. Керноприемная труба и ее дополнительная секция или дополнительные секции могут быть выполнены из алюминия или из пластика.
В необходимых случаях керноприемная труба бывает заполнена смазывающим материалом, например, полиакриламидом и перекрыта в нижней части легкоразрушаемой пробкой.
Предпочтительно, чтобы внутренняя часть была установлена на подвеске с фиксированным своим осевым положением относительно бурильной головки с образованием зазора 6÷8 мм между узлом захвата и удержания керна и посадочным гнездом в бурильной головке.
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
5
6
6
В различных типоразмерах устройства при наружном диаметре D корпуса, керноприемная труба выполнена с возможностью отбора керна диаметром d, причем при D=105 мм, d=60 мм, при D=120 мм, d=67 мм, при D=127 мм, d=80 мм, при D=146 мм, d=89 мм, при D=172 мм, d=101,6 мм или d=100 мм, при D=195 мм, d=120 мм.
Чаще узел захвата и удержания керна бывает выполнен в виде компоновки кернорвателей.
На фиг.1 показан вид, совмещенный с продольным разрезом устройства в двухсекционном исполнении, верхняя часть; на фиг.2 - то же, нижняя часть.
Устройство, содержит, наружную часть, включающую присоединительный переводник 1 верхний стабилизатор 2, связанный с переводником 1 через верхний переводник (соединительный элемент) 3, корпус 4, связанный с верхним стабилизатором 2, и нижний стабилизатор 5. Внутренняя часть устройства включает керноприемную трубу 6, установленную на подвеске 7 с возможностью вращения, регулировки и фиксации своего осевого положения относительно бурильной головки (не показана), и узел 8 захвата и удержания керна. Корпус 4 и керноприемная труба 6 выполнены с возможностью увеличения своей длины за счет встраивания дополнительных секций.
В качестве верхнего переводника (соединительного элемента) 3 может быть использован переводник муфтовый.
Устройство снабжено извлекаемым стопором 9, выполненным в виде патрубка, установленного внутри переводника 1 с возможностью взаимодействия с ним и подвеской 7.
Взаимодействие извлекаемого стопора 9 с переводником 1 обеспечивается за счет выполнения на внутренней поверхности переводника 1 продольных пазов (не показаны), а на наружной поверхности патрубка - ответных продольных выступов (не показаны). Взаимодействие же с подвеской 7 достигается выполнением впадин (не показаны) на ее верхнем торце, а на нижнем торце патрубка - ответных выступов (не показаны). Впадины и ответные выступы имеют прямоугольную форму.
Извлечение стопора 9 обеспечивается выполнением в верхней части патрубка внутренней резьбы для взаимодействия с ответной резьбой средства его извлечения (не показано).
В другом случае извлечение стопора 9 обеспечивается выполнением радиальных отверстий 10 в патрубке, предназначенных для введения в них захватных элементов средства его извлечения (не показано).
Подвеска 7 имеет радиальные отверстия 11 для введения в них захватных элементов средства извлечения внутренней части (не показано).
В конкретном варианте устройство содержит по одной дополнительной секции корпуса 4а и керноприемной трубы 6а, при этом дополнительная секция корпуса 4а имеет стабилизатор 5а и на фиг.2 показана ее длина Т. Керноприемная туба 6 и ее дополнительная секция 6а соединены муфтой 12.
Внутренняя часть устройства установлена на подвеске 7 с фиксированным своим осевым положением относительно бурильной головки (не показана) с образованием зазора 6÷8 мм между узлом захвата и удержания керна 8 и посадочным гнездом в бурильной головке.
Узел 8 захвата и удержания керна выполнен в виде компоновки кернорвателей.
Датчик подклинки керна и продольных колебаний (не показан), устанавливается на внутренней части устройства в верхней части керноприемной трубы 6, служит для получения и передачи информации на поверхность о подклинке керна в керноприемной трубе 6. Информация передается по гидравлической системе бурового инструмента вследствие повышения или понижения давления промывочной жидкости в гидравлической системе, из-за продольного перемещения керноприемной трубы 6 и частичного перекрытия или приоткрытия гидравлического канала (проходного сечения между корпусом 4 и керноприемной трубой 6).
Основные технические характеристики типоразмеров устройства керноприемного UCS-D/d ART представлены в таблице.
№ п/п
Наименование параметра
Типоразмер устройства керноприемного
UCS-105/60 ART
UCS-120/67 ART
UCS-127/80 ART
UCS-146/89 ART
UCS-172/101,6 ART (UCS-172/100 ART)
UCS-195/120ART
1
Диаметр отбираемого керна (d), мм
60
67
80
89
101,6 (100)
120
2
Наружный диаметр корпуса(D), мм
105
120
127
146
172
195
3
Количество секций, шт
1 (2)
2
2
2 (3)
3
3
4
Длина секции керноприемной трубы (I), мм
6000 (4100)
6500
6800
6800
6800
6800
5
Общая длина устройства в односекционном исполнении (L), мм
6500 (4500)
7200
7500
7600
7600
7600
Устройство керноприемное UCS-D/d ART поставляется в разобранном виде. Перед сборкой устройства для последующего спуска в скважину из секций корпуса 4, 4а необходимо извлечь секции керноприемной трубы 6, 6а.
Для этого в вертикальном положении из корпуса 4 извлекают внутреннюю часть (подвеску 7, керноприемную трубу 6). При этом в целях безопасности, резьба стабилизатора 5 должна быть защищена колпаком. Все корпуса и керноприемные трубы всех секций укладываются на приемном мосту.
Проверяется наличие стопора 9 в верхней секции. В случае если стопор 9 находится в устройстве, его необходимо извлечь. Для этого в верхней части патрубка (стопора 9) во внутреннюю его резьбу вворачивают средство его извлечения, оснащенного ответной резьбой.
В качестве такого средства используется обычно специальный ключ. Ключом, ввернутым в стопор 9, последний извлекается (выдергивается) из переводника 1.
По «максимуму» поднимается подвеска 7 с керноприемной трубой вверх по резьбе переводника 1 «ниппель-подвеска». В качестве такого средства используют специальный ключ, левым вращением которого уменьшается вылет компоновки кернорвателей. Для этого используется средство извлечения внутренней части, имеющее, например, захватные выдвижные элементы, которые вводят в радиальные отверстия 11, например, штроп с откидывающимися принудительно лапами.
Сборка наружной части устройства производится следующим образом. Поднимают корпус 4а нижней секции со стабилизатором 5а над ротором. Навинчивают на стабилизатор 5а нижней секции корпуса 4а бурильную головку. Соединяют с нижней секцией корпуса среднюю (если таковая имеется) и верхнюю части (секции) корпуса 4 со стабилизатором 5. В собранную наружную часть опускают на переводнике 1 внутреннюю часть (соответствующее количество секций керноприемной трубы) с узлом 8 захвата и удержания керна (компоновкой кернорвателей).
Соединяют по резьбе переводник 1 с корпусом 4. Производят регулировку зазора между узлом 8 захвата и удержания керна и посадочным гнездом в бурильной головке, который должен быть в пределах 6÷8 мм. Для этого используют замеры расстояния от упорного торца нижнего стабилизатора до торца компоновки кернорвателей. Регулировку осуществляют крестовым ключом, опущенным внутрь переводника 1. При его правом вращении опускается внутренняя (керноприемная) часть устройства до упора компоновки кернорвателей в посадочное гнездо бурильной головки.
Левым вращением ключа достигается необходимый зазор между компоновкой кернорвателей и посадочным гнездом в бурильной головке. Количество оборотов подвески 7 при левом вращении определяется по формуле: n=(a+b)/S,
где: a - необходимый зазор (6÷8 мм);
b - осевой люфт в подшипнике подвески;
S - шаг резьбы.
Рукоятка крестового ключа в плане (вид сверху) совпадает с одной из крестовин головки ключа. Поворотом ключа необходимо совместить ее с пазами внутренней части переводника 1. Это совмещение будет свидетельствовать о том, что пазы внутренней части переводника 1 и пазы подвески (верхней ее детали) 7 совпали.
Для исключения проворота внутренней части относительно наружной части устройства во внутреннюю часть переводника 1 устанавливается стопор 9.
Стопор 9 по резьбе наворачивается на ключ и опускается во внутреннюю часть переводника 1. При этом продольные выступы стопора 9 попадут в продольные пазы внутренней части переводника 1, а выступы на нижнем торце - в выемки подвески (верхней ее детали) 7. Ключ извлекается при левом его вращении.
Устройство работает следующим образом.
Перед спуском в скважину осуществляется сборка устройства. Для этого выполняют описанные выше операции, присоединяют бурильные трубы и осуществляют спуск устройства на забой скважины. Перекрывают седло бросовым органом и осуществляют отбор керна в процессе бурения. Датчик подклинки керна и продольных колебаний сигнализирует в случае появления отклонений от нормального процесса отбора керна.
В случае отбора керна керноприемной трубой изначально заполненной смазывающим материалом, например, полиакриламидом, керн, поступая в керноприемную трубу, разрушает перекрывающую ее в нижней части легкоразрушаемую пробку (не показана). Смазывающий материал (полиакриламид, гель) по кольцевому зазору между керном и внутренней стенкой керноприемной трубы вытесняется наружу и уносится промывочной жидкостью.
Предложение нашло воплощение в разработанных типоразмерах устройства керноприемного: UCS-105/60 ART; UCS-120/67 ART; UCS-127/80 ART; UCS-146/89 ART; UCS-172/101,6 ART; UCS-172/100 ART; UCS-195/120 ART.