ХРУПКИЙ ВНУТРЕННИЙ КЕРНОПРИЕМНИК
FRAGILE INNER CORE-RECEIVER

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Нет.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится в общем к способам и устройству для получения кернового материала из подземных пластов. Конкретнее, данное изобретение относится к способам и устройству для минимизации отрицательных последствий заклинивания керна с помощью применения хрупкого керноприемника.
Бурение с отбором керна пласта является хорошо известным способом получения образца подземного пласта для анализа. В операциях бурения с отбором керна применяется специализированная бурильная компоновка для получения цилиндрического образца материала, или "керна" из пласта таким образом, что керн может быть доставлен на поверхность. Доставленный на поверхность керн можно подвергать анализу для выявления данных пласта, таких как проницаемость, пористость и других свойств пласта, что обеспечивает информацию, в отношении типа пласта, который бурят и/или типов текучих сред, содержащихся в пласте. Операции бурения с отбором керна включают в себя бурение на забое с отбором керна, где образец отбирается на забое ствола скважины, и бурение боковой стенки с отбором керна, где образец отбирается из стенки ствола скважины. Операции бурения с отбором керна можно также выполнять, применяя обычный скважинный трубный инструмент, такой как бурильная колонна, или применяя спускаемые на тросовом канате инструменты.
В бурении на забое с отбором керна по мере выбуривания керн принимается в удлиненное трубчатое приемное устройство, известное как керноприемник. Когда керн перемещается в керноприемник, он может прихватываться или "заклиниваться" в керноприемнике и препятствовать дальнейшему перемещению керна в керноприемник. Когда возникает заклинивание, выбуренный керн подвергается увеличенным сжимающим нагрузкам до остановки операции бурения с отбором керна. Часто увеличенные сжимающие нагрузки могут повреждать керн до остановки операции бурения с отбором керна. Таким образом, во многих случаях, заклинивание керна может приводить к получению керна недостаточной длины и/или повреждению керна, что может отрицательно влиять на требуемые исследования. Поэтому, в операциях бурения с отбором керна на забое, когда обнаруживают заклинивание керна, операцию бурения с отбором керна останавливают и инструменты поднимают на поверхность. Данное может являться особенно дорогостоящим в глубоких скважинах, где может требоваться несколько часов на подъем инструментов бурения с отбором керна с забоя скважины.
Таким образом, имеется постоянная потребность создания в технике способов и устройств для получения кернового материала, которые преодолевают данные и другие ограничения существующей техники.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Компоновка для бурения с отбором керна содержит наружную керноприемную трубу, соединенную с керновым буровым долотом. Внутренняя керноприемная труба установлена в наружной керноприемной трубе. Внутренняя гильза установлена во внутренней керноприемной трубе и включает в себя по меньшей мере одну хрупкую зону, которая обеспечивает отрыв внутренней керноприемной трубы таким образом, что операции бурения с отбором керна могут продолжаться после возникновения заклинивания керна.
В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере одна хрупкая зона содержит множество отверстий, выполненных проходящими через стенку внутренней гильзы, множество щелей, проходящих через стенку внутренней гильзы, которые образуют множество аксиальных перемычек между ними, или канавку, выполненную проходящей часть стенки внутренней гильзы. В некоторых вариантах осуществления канавка является непрерывной по окружности внутренней гильзы. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере одна хрупкая зона является множеством хрупких зон. В некоторых вариантах осуществления прочность первой из множества хрупких зон отличается от прочности второй из множества хрупких зон. В некоторых вариантах осуществления, прочность первой из множества хрупких зон ниже прочности второй из множества хрупких зон, и вторая из множества хрупких зон расположена ближе к керновому буровому долоту, чем первая из множества хрупких зон.
В некоторых вариантах осуществления узел внутренней керноприемной трубы содержит трубчатый корпус, соединенный с башмаком. Внутренняя гильза установлена в трубчатом корпусе и соединена с башмаком. Внутренняя гильза включает в себя по меньшей мере одну хрупкую зону. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере одна хрупкая зона содержит множество отверстий, выполненных проходящими через стенку внутренней гильзы, множество щелей, проходящих через стенку внутренней гильзы, которые образуют множество аксиальных перемычек между ними, или канавку, выполненную проходящей часть стенки внутренней гильзы. В некоторых вариантах осуществления, канавка является непрерывной по окружности внутренней гильзы. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одна хрупкая зона является множеством хрупких зон. В некоторых вариантах осуществления прочность первой из множества хрупких зон отличается от прочности второй из множества хрупких зон. В некоторых вариантах осуществления прочность первой из множества хрупких зон ниже прочности второй из множества хрупких зон, и вторая из множества хрупких зон расположена ближе к башмаку, чем первая из множества хрупких зон.
В некоторых вариантах осуществления способ бурения с отбором керна содержит установку компоновки для бурения с отбором керна в пласте, при этом компоновка для бурения с отбором керна включает в себя внутреннюю гильзу, имеющую по меньшей мере одну хрупкую зону. Компоновка для бурения с отбором керна работает так, что образец керна частично располагается во внутренней гильзе и продолжает работать до возникновения заклинивания керна. Внутренняя гильза разрывается в одной из по меньшей мере одной хрупкой зоны, и компоновка для бурения с отбором керна работает таким образом, что получаемый далее образец керна располагается во внутренней гильзе. В некоторых вариантах осуществления компоновка для бурения с отбором керна работает до возникновения второго заклинивания керна, внутренняя гильза разрывается в другой одной из по меньшей мере одной хрупкой зоны, и получаемый далее образец керна располагается во внутренней гильзе. В некоторых вариантах осуществления компоновка для бурения с отбором керна работает до возникновения третьего заклинивания керна, внутренняя гильза разрывается в другой одной из по меньшей мере одной хрупкой зоны, и получаемый далее образец керна располагается во внутренней гильзе. Работа компоновки для бурения с отбором керна может продолжаться при дальнейших заклиниваниях керна до завершения или до момента, когда больше не остается неразорванных хрупких зон между местом заклинивания и керновым буровым долотом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для более подробного описания вариантов осуществления настоящего изобретения ниже даны ссылки на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.
На фиг. 1 показана частично в виде сечения компоновка для бурения с отбором керна.
На фиг. 1А показан частично в виде сечения фрагмент компоновки для бурения с отбором керна фиг. 1.
На фиг. 1В показан частично в виде сечения фрагмент компоновки для бурения с отбором керна фиг. 1.
На фиг. 2 показана хрупкая внутренняя гильза.
На фиг. 3 показана частично в виде сечения хрупкая внутренняя гильза, имеющая перфорации.
На фиг. 4 показана частично в виде сечения хрупкая внутренняя гильза, имеющая щели.
На фиг. 5 показана частично в виде сечения хрупкая внутренняя гильза, имеющая участок стенки уменьшенной толщины.
На фиг. 6A-6D показана последовательность чертежей, иллюстрирующих работу компоновки для бурения с отбором керна.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следует понимать, что следующее раскрытие описывает несколько являющихся примером вариантов осуществления для реализации отличающихся признаков, структур или функций изобретения. Являющиеся примером варианты осуществления компонентов, устройств и конфигураций описаны ниже для упрощения настоящего раскрытия; вместе с тем, данные, являющиеся примером варианты осуществления приведены только как примеры и не направлены на ограничение объема изобретения. Дополнительно, настоящее раскрытие может повторять ссылочные позиции и/или буквы в различных являющихся примером вариантах осуществления и на фигурах, представленных в данном документе. Данное повторение служит для упрощения и объяснения и не диктует само по себе взаимосвязи между различными являющимися примером вариантами осуществления и/или конфигурациями, рассмотренными в различных фигурах. Кроме того, образование первого признака поверх или на втором признаке в приведенном ниже описании может включать в себя варианты осуществления, в которых первый и второй признаки выполнены в прямом контакте, и могут также включать в себя варианты осуществления, в которых дополнительные признаки могут быть выполнены помещенными между первым и вторым признаками, так, что первый и второй признаки могут не иметь прямого контакта. Наконец, являющиеся примерами варианты осуществления, представленные ниже, можно объединять в любой комбинации способов, т.е., любой элемент из одного являющегося примером варианта осуществления может применяться в любом другом являющемся примером варианте осуществления, без отхода от объема изобретения.
Дополнительно, некоторые термины применяются по всему следующему описанию и формуле изобретения для ссылки на частные компоненты. Как понятно специалисту в данной области техники, различные категории могут относиться к одинаковому компоненту с помощью отличающихся названий, и поэтому, соглашение по присвоению названий для элементов, описанных в данном документе, не направлено на ограничение объема изобретения, если иное конкретно не указано в данном документе. Дополнительно, соглашение по присвоению названий, примененное в данном документе, не направлено на указание различий между компонентами, которые различаются названием, но не функцией. Дополнительно, в следующем рассмотрении и в формуле изобретения термины "включающий в себя" и "содержащий" применяются с открытым концом и, таким образом, должны интерпретироваться означающими "включающий в себя, но без ограничения этим". Все численные величины в данном изобретении могут являться точными или приблизительными величинами, если иное конкретно не указано. Соответственно, различные варианты осуществления изобретения могут отклоняться от чисел, величин и диапазонов, раскрытых в данном документе без отхода от предложенного объема. Кроме того, при использовании в формуле изобретения или подробном описании, термин "или" предлагается заключающим в себя оба, эксклюзивный и инклюзивный случаи, т.е., "А или В" является синонимом "по меньшей мере один из А и В," если иное однозначно не указано в данном документе.
Вначале со ссылками на фиг. 1, 1А и 1В, компоновка 10 для бурения с отбором керна включает в себя узел 12 внутренней керноприемной трубы, которая установлена в наружной керноприемной трубе 14, и керновое буровое долото 16, которое соединено с наружной керноприемной трубой 14. В работе наружная керноприемная труба 14 и керновое буровое долото устанавливаются в стволе скважины и вращаются так, что керновое буровое долото 16 вырезает керн материала из пласта. По мере того, как керновый материал вырезается, он перемещается через керновое буровое долото 16 и в узел 12 внутренней керноприемной трубы. Узел 12 внутренней керноприемной трубы соединен без возможности вращения с наружной керноприемной трубой 14 или керновым буровым долотом 16 так, что узел 12 внутренней керноприемной трубы может оставаться вращательно стационарным, когда вырезается керн.
Узел 12 внутренней керноприемной трубы включает в себя башмак 18, трубчатый корпус 20 и внутреннюю гильзу 22. Внутренняя гильза 22 соединяется с узлом 18 башмака штифтом 24, который может являться заклепкой, срезным штифтом, винтом или другим соединительным средством. Внутренняя гильза 22 проходит от башмака 18 в трубчатый корпус 20. В некоторых вариантах осуществления внутренняя гильза 22 проходит в нижнюю треть трубчатого корпуса 20. В других вариантах осуществления внутренняя гильза 22 проходит в нижнюю половину трубчатого корпуса 20. Внутренняя гильза может дополнительно включать в себя по меньшей мере одну хрупкую зону 26. В вариантах осуществления, где имеется больше одной хрупкой зоны 26, хрупкие зоны 26 аксиально разнесены вдоль внутренней гильзы 22 и могут быть или могут не быть разнесены на равные расстояния вдоль внутренней гильзы 22. Внутренняя гильза 22 может быть изготовлена из металла, пластика или композитного материала и может являться непрерывной гильзой или может быть выполнена из множества частей гильзы, соединенных последовательно.
Внутренняя гильза 22 сцепляется с башмаком 18 штифтом 24. Узел 18 башмака включает в себя нижний башмак 27, в котором размещен керноловитель 28, и верхний башмак 30, который соединяется с трубчатым корпусом 20 резьбой 21. Когда керновое буровое долото 16 и наружная керноприемная труба 14 вращаются, керн пластового материала входит в узел 18 башмака и проходит во внутреннюю гильзу 22. С продолжением бурения с отбором керна дополнительный керновой материал должен продолжать продольно перемещаться через внутреннюю гильзу 22. Когда узел 12 внутренней керноприемной трубы заполняется, бурение с отбором керна останавливается и компоновка 10 для бурения с отбором керна с керном, размещенным в ней, извлекается на поверхность. Операции бурения с отбором керна могут выполняться с применением обычных скважинных трубных изделий, например бурильной трубы, или с применением спускаемых на тросовом канате инструментов.
В некоторых случаях образец керна может заклиниваться во внутренней гильзе 22 во время бурения с отбором керна вследствие трещины в керне или других причин. При заклинивании образца керна перемещение керна во внутреннюю гильзу 22 задерживается. Продолжающееся перемещение компоновки 10 для бурения с отбором керна через ствол скважины с заклиненным керном во внутренней гильзе 22 должно создавать продольную силу, которая должна разрывать внутреннюю гильзу 22 в одной из хрупких зон 26, расположенных между местом заклинивания керна и узлом 18 башмака. После разрыва внутренней гильзы 22, участок внутренней гильзы 22, содержащий заклинивание керна, должен перемещаться продольно, и бурение с отбором керна может продолжаться с дополнительным керном, перемещающимся продольно через участок внутренней гильзы 22, который остается соединенным с узлом 18 башмака.
Ссылаемся теперь на фиг. 2, внутренняя гильза 22 может включать в себя множество хрупких зон 26, при этом с многочисленными заклиниваниями керна можно справляться в процессе бурения с отбором керна. В некоторых вариантах осуществления хрупкие зоны 26 выполнены для разрыва при отличающихся нагрузках на растяжение. Например, внутреннюю гильзу 22 можно сконструировать такой что прочность, или величина нагрузки на растяжение, требуемая для разрыва, каждой хрупкой зоны 26 уменьшается с увеличением расстояния 32 от хрупкой зоны 26 до нижнего конца 34. В других вариантах осуществления внутренняя гильза 22 может иметь две или больше хрупких зон 26, которые выполнены с возможностью разрыва при одинаковой нагрузке на растяжение. Хрупкие зоны 26 могут располагаться в группах, где каждая хрупкая зона выбранной группы выполнена с возможностью разрыва при одинаковой нагрузке на растяжение, но отличающиеся группы хрупких зон, или индивидуальные хрупкие зоны, выполнены с возможностью разрыва при отличающихся нагрузках на растяжение. В общем, чем ближе хрупкая зона 26 или группа хрупких зон расположена к нижнему концу 34 внутренней гильзы, тем больше растягивающая сила, требуемая для разрыва хрупкой зоны 26. С помощью увеличения прочности хрупких зон 26 с уменьшением расстояния до нижнего конца 34 внутренней гильзы 22, внутренняя гильза 22 должна отрываться в хрупкой зоне 26 между нижним концом 34 и местом заклинивания керна, что должно поддерживать максимальную длину внутренней гильзы 22, остающейся соединенной с узлом 18 башмака. Максимизация длины внутренней гильзы 22, остающейся соединенной с узлом 18 башмака, обеспечивает максимальное число неразорванных хрупких зон 26, которые могут быть использованы для работы при последующих заклиниваниях керна.
Хрупкие зоны 26 могут принимать любую форму и включают в себя любые признаки, которые уменьшают прочность на растяжение внутренней гильзы 22. Например, хрупкие зоны 26 могут включать в себя, без ограничения этим, такие признаки, как отверстия, щели, пазы, заглубления, перфорации, зоны уменьшенной толщины стенки, и зоны уменьшенной прочности материала.
В качестве примера на фиг. 3 показана внутренняя гильза 40, имеющая хрупкую зону 42, которая включает в себя множество отверстий или перфораций 44, проходящих через стенку 46 внутренней гильзы 40. Диаметр, глубина, число, форма и разнос множества отверстий 44 может варьироваться для определения прочности хрупкой зоны 42 и нагрузки на растяжение, при которой внутренняя гильза 40 должна разрываться в хрупкой зоне 42.
На фиг. 4 показана в качестве примера альтернативная внутренняя гильза 50, имеющая хрупкую зону 52, которая включает в себя множество щелей 54, проходящих через стенку 56 внутренней гильзы 50. Множество щелей 54 образуют множество аксиальных перемычек 58. Диаметр, глубина, число и разнос множества щелей 54 может варьироваться для определения расположения и конфигурации аксиальных перемычек 58, что в свою очередь определяет прочность хрупкой зоны 52 и нагрузку на растяжение, при которой аксиальная перемычка 58 должна разрываться, обеспечивая разрыв внутренней гильзы 50 в хрупкой зоне 52.
На фиг. 5 показана в качестве примера внутренняя гильза 60, имеющая хрупкую зону 62, которая включает в себя область уменьшенной толщины 64 в стенке 66 внутренней гильзы 60. Область уменьшенной толщины 64 может являться проходящей по окружности канавкой 68, выполненной на наружной поверхности 69 внутренней гильзы 60. Проходящая по окружности канавка 68 может являться квадратной, круглой или треугольной канавкой и может проходить непрерывно или прерывисто по окружности внутренней гильзы 60. Глубина, количество, форма, и разнос области уменьшенной толщины 64 стенки может варьироваться для определения прочности хрупкой зоны 62 и нагрузки на растяжение, при которой внутренняя гильза 60 должна разрываться в хрупкой зоне 62.
Хрупкие внутренние гильзы, описанные в данном документе, могут применяться с обычными компоновками для бурения с отбором керна или могут также применяться с компоновками, использующими телескопические керноприемники, как описано в публикации патентной заявки U.S. Patent Application Publication No. 2014/0027182, которая включена посредством ссылки в данном документе для всех целей.
На фиг. 6A-6D показан упрощенный узел внутренней керноприемной трубы 70, включающий в себя внутреннюю гильзу 80, соединенную с узлом 82 направляющего башмака штифтами 84. Внутренняя керноприемная труба 80 включает в себя первую хрупкую зону 86, вторую хрупкую зону 88, третью хрупкую зону 90 и четвертую хрупкую зону 92. Хотя внутренняя керноприемная труба 80 показана для примера имеющей четыре хрупкие зоны, понятно, что внутренние керноприемные трубы могут быть сконструированы с любым требуемым числом хрупких зон, и что чем больше число хрупких зон, тем больше число заклиниваний керна, последствия которых могут быть минимизированы во время операции бурения с отбором керна. Узел внутренней керноприемной трубы 70 монтируется в компоновку для бурения с отбором керна (не показано), которая может устанавливаться в стволе скважины и вращаться для вырезания образца 94 керна, который перемещается продольно во внутреннюю гильзу 80 в процессе работы компоновки для бурения с отбором керна.
Когда образец 94 керна перемещается во внутреннюю гильзу 80, как показано на фиг. 6А, образец 94 керна заклинивается во внутренней гильзе 80 на первом заклинивании 96 керна. Первое заклинивание 96 керна препятствует любому дополнительному продольному перемещению образца 94 керна относительно внутренней гильзы 80. Продолжающаяся работа компоновки для бурения с отбором керна создает нагрузку на растяжение во внутренней гильзе 80 между первым заклиниванием 96 керна и штифтом 84, который соединяет внутреннюю гильзу 80 с направляющим узлом 82 башмака. Нагрузка на растяжение, приложенная к внутренней гильзе 80, обуславливает разрыв внутренней гильзы 80 во второй хрупкой зоне 88, показано на фиг. 6В.
После разрыва второй хрупкой зоны 88, отсоединенный верхний участок 98 внутренней гильзы 80 может переместиться от направляющего узла 82 башмака, как показано на фиг. 6В. Данное перемещение обеспечивает продолжение процесса бурения с отбором керна, поскольку дополнительный образец 94 керна перемещается через внутреннюю гильзу 80. Если второе заклинивание керна 97 происходит во внутренней гильзе 80, продолжающаяся работа компоновки для бурения с отбором керна должна создавать нагрузку на растяжение, которая должна разрывать внутреннюю гильзу 80 в третьей хрупкой зоне 90, как показано на фиг. 6С. В некоторых вариантах осуществления штифты 84 могут также действовать в качестве хрупкого соединения, которое должно обеспечивать продолжение бурение с отбором керна после другого заклинивания керна, как показано на фиг. 6D. По завершении процесса бурения с отбором керна, или когда не остается больше хрупких зон или соединений, компоновка для бурения с отбором керна, включающая в себя керн, извлекается из ствола скважины.
В зависимости от продвижения процесса бурения с отбором керна, некоторые или все узлы внутренней керноприемной трубы 70 и образец 94 керна могут быть извлечены на поверхность. Как может быть понятно специалисту в данной области техники, внутренняя гильза 80, сконструированная с одной или несколькими хрупкими зонами, обеспечивает систему, которая минимизирует отрицательные последствия заклинивания керна и обеспечивает продолжение процесса бурения с отбором керна после одного или нескольких заклиниваний керна.
Хотя изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, его конкретные варианты осуществления показаны в качестве примера на чертежах и в описании. Должно быть понятно, вместе с тем, что чертежи и подробное описание не предназначены для ограничения изобретения частной раскрытой формой, но напротив, его предназначением является охват всех модификаций, эквивалентов и альтернатив, входящих в объем настоящего изобретения.