Контейнер - лоток для хранения, транспортировки и лабораторной переработки керна

Полезная модель предназначена для временного хранения, транспортировки и переработки образцов геологического керна в лабораторных условиях.
Анализ керна позволяет получить данные, необходимые для выполнения геологоразведочных работ, оценки месторождения и разработки залежей нефти и газа.
Исследуя образцы породы, извлеченные из скважин, лаборатории анализа керна получают большой объем информации о литологических характеристиках, пористости, проницаемости, флюидонасыщенности и иных свойствах, которые помогают лучше охарактеризовать сложную природу пласта-коллектора. Керн служит для получения прямых признаков присутствия и распределения углеводородов, оценки продуктивности скважин, изучения изменчивости характеристик пласта-коллектора, то есть для анализа тех свойств, которые невозможно оценить только путем каротажных измерений в скважине.
Керны горных пород длиной до 10 м различных диаметров бурения BQ, NQ, HQ, изолированные от воздействия фильтрата бурового раствора, отбирают из скважин с использованием керноприемных устройств. Для удобства транспортировки и хранения керн нарезается на отдельные части длиной 1 м, массой 15÷25 кг в зависимости от диаметра, на так называемые полноразмерные образцы керна. Объем информации, получаемой в результате анализа керна, частично зависит от его размера, количества, а также сохранности образцов, особенно для сильно неоднородных по составу и разделенных на отдельные фрагменты сколами и трещинами. Поэтому особое внимание уделяется сохранности полноразмерных образцов кернов, как на этапе их транспортировки от скважины до кернохранилища длительного хранения, так и последующего выкладывания образцов кернов в лотках для временного хранения, перемещения и переработки в лабораториях анализа керна с целью их исследования. Регламент транспортировки и хранения кернов определен в руководящих документах нефтяной и газовой промышленности РД 39-0147716-505-85 «Порядок отбора, привязки, хранения, движения и комплексного исследования керна и грунтов нефтегазовых скважин» и РД 51-60-82 «Породы горные. Инструкция по отбору, консервации и хранению керна» соответственно, а также «Инструкцией по отбору, документации, обработке, хранению, сокращению и ликвидации керна скважин колонного бурения», утвержденной Комитетом РФ по геологии и использованию недр от 22.08.1994 г.
Известен керновый ящик с отделениями, изготовленный из дерева (Ломтадзе В.Д. Физико-механические свойства горных пород. Методы лабораторных исследований. Учебное пособие для ВУЗов. 2-е изд. пер. и доп. - Л.: Недра, 1990.-328 с.). Ящик прост в изготовлении, имеет низкую себестоимостью и широко используется геологическими партиями в полевых условиях. Основным недостатком является большой удельный вес ящика из расчета на одно отделение, высокая гигроскопичность древесины, низкая огнестойкость. Известен ящик для геологического керна, заготовки деталей которого изготавливаются из термопластичного древесно-полимерного композита (RU 120079 U1, МПК6 B65D 6/00, приоритет от 10.04.2012), которые можно легко обрабатывать - пилить, строгать и собирать из них готовые изделия на три и более ячеек. Сверху ящик закрывается крышкой с безфарнитурным креплением. В основном ящик лишен недостатков деревянных изделий.
К основному недостатку ящика относится отсутствии фиксации цилиндрического керна в ячейке при транспортировке, что особенно необходимо при неравномерной плотности керна по его длине и его высокой трещиноватости.
Известен набор керновых ящиков с крышками для укладки, хранения бурового керна компании ADVANCE (сайт.керновыйящик.рф) и аналогичных компании «ГЕОМАЙН» (http://core-box.ru/). Керновый ящик состоит из следующих деталей: полипропиленового дна, крышки из влагостойкого гофрокартона и сепаратора, лотка - вкладыша, который образует ячейки для укладки керна и, в то же время, является каркасом для всего ящика. Изделие имеет малую массу, 0,84 кг/комплект, по сравнению с деревянными ящиками, устойчив к атмосферным осадкам, ровную и гладкую внутреннюю поверхность, легко собирается из деталей на месте проведения буровых работ с обеспечением достаточной жесткости и грузоподъемности для транспортировки до постоянного места хранения. Габариты и конструкция ящика предусматривает возможность обработки и хранения их в механизированных кернохранилищах.
В силу примененных материалов для изготовления этого изделия и его конструктивных особенностей ящик имеет небольшой ресурс работы и по существу является одноразовым по использованию, не подлежит ремонту.
Известен целый ряд пластиковых водонепроницаемых керновых ящиков для многократного применения (www.drillpoint.ru), близких по конструкции, изготовленных из легкого сверхпрочного морозостойкого пластика и предназначенных для хранения и перевозки керна, например, EMIRATES 101, Туре 101, Europa 131, а также линейка ящиков Aypas производства Италия. Керновый ящик Aypas, принятый за прототип, производится четырех типоразмеров из переработанного литого полипропилен-сополимера и представляет.собой цельнолитой многосекционный контейнер футлярного типа с ребрами жесткости и крышкой, форма которой, в каждой ячейке повторяет форму цилиндрического керна определенного диаметра бурения. При этом дно каждой ячейки имеет жесткую канавную конструкцию, что по совокупности с профильной крышкой контейнера исключает смещение оси керна во время транспортировки. Размеры канавок подходят для размещения керна из колонковых снарядов различных типоразмеров. Кроме того, участки керна разной плотности имеют пластиковые вкладыши-разделители керна.
К общим недостаткам аналогов и прототипа, а именно пластиковых контейнеров - футляров цилиндрической формы и/или сепараторов - лотков вкладышей прямоугольной формы для выкладки полноразмерных образцов керна является то, что они не предназначены для использования в качестве тары при проведении работ по обработке керна и не отвечают технологическим требованиям лабораторных исследований: так не осуществлялся изначальный контроль использованного при изготовлении контейнера полипропилен-сополимера на флюоресценцию в ультрафиолетовом свете; цельнолитая конструкция контейнера без съемных торцевых стенок не позволяет проводить ряд непрерывных динамических исследований всего образца керна из колонкового снаряда длиной до 10 м, например, на спектральный гамма-каротаж, без дополнительной выкладки полноразмерных образцов керна по 1 м в лабораторном лотке приборного отсека; образец керна, состоящий и выложенный из нескольких фрагментов по линиям трещин нельзя жестко зафиксировать защемлением на весь период проведения комплекса необходимых исследований.
Целью предлагаемого технического решения является создание унифицированной лабораторной тары для полноразмерного керна с набором согласно диаметрам бурения BQ, NQ, HQ, контейнер-лотков (далее по тексту лотков), конструкция и материал которых, позволяет жестко зафиксировать положение керна по всей длине образца с соблюдением оси керна и линий дробления и проводить ряд специальных лабораторных исследований без многоразовой ручной выкладки на рабочих столах лабораторного оборудования на разных этапах обработки.
Техническим результатом создания полезной модели является снижение трудозатрат при проведении лабораторных исследований образцов горных пород путем исключения ручной многократной выкладки кернов в процессе их обработки, расширение возможности и удобства в работе с керновым материалом на этапе рассмотрения керна в масштабе геологического разреза-спектрального гамма-каротажа в динамике, фотофиксации в белом и ультрафиолетовом свете, а также ряда других необходимых исследований без извлечения его из контейнера - лотка.
Указанный технический результат по заявляемому объекту - полезная модель достигается тем, что контейнер - лоток для транспортировки, хранения и лабораторной переработки цилиндрического керна определенного диаметра бурения, изготовленный из термопластичного полимерного материала в виде цельнолитого каркаса в форме футляра с ровными и гладкими внутренними стенками, усиленного ребрами жесткости, расположенными на его внешней поверхности, с соответствующими диаметру керна внутренними размерами, включающего боковые и торцевые стенки, а также дно с канавной конструкцией полуцилиндрической формы для укладки и фиксации керна при транспортировке, особенностью является то, что детали каркаса выполнены из термопластичного полимерного материала со специальными добавками, имеющего повышенную огнестойкость, прозрачность для естественного гамма-излучения образцов горных пород и не люминесцирующего в ультрафиолетовом свете, цельнолитым выполнена часть каркаса, включающая дно и боковые стенки, имеющие ребра жесткости, по углам каркаса расположены протяженные по его длине наружные нижняя и верхняя направляющие, выходящие за габариты ребер, дополнительно на торцах каркаса расположены наружные узлы крепления, при этом для фиксации керна за счет упругой деформации каркаса поперечное сечение каркаса имеет форму равнобедренной трапеции, в прилегающие углы нижнего основания которой, вписана окружность поперечного сечения керна, люфт в сочленяемых деталях узлов крепления подобран таким образом, чтобы обеспечить свободный ход боковых стенок каркаса до точек касания окружности сечения керна, а высота каркаса должны быть выше высоты точек касания этой окружности.
Полезная модель поясняется иллюстрационными материалами: на фиг. 1 представлен общий вид контейнер-лотка в сборе с вынесенными фрагментами в увеличенном масштабе узла крепления торцевых стенок (вид А) и вида снизу (вид Б); на фиг. 2 представлен профиль поперечного сечения каркаса трапецеидальной формы и цилиндрического образца керна в форме окружности, уложенного в лоток; на фиг. 3 представлена фотография участка выкладки полноразмерных образцов керна в контейнер-лотки; на фиг. 4 представлена фотография, иллюстрирующая порядок расположения и использования лотков при обработке керна на спектральный гамма-каротаж; на фиг. 5 представлена фотография, иллюстрирующая порядок расположения и использования лотков при групповой обработке срезанных образцов керна диаметром 80 мм на высоте 52 мм при проведении испытаний на пористость и измерении механических характеристик.
Контейнер-лоток (фиг. 1), выполненный из полипропилена-сополимера со специальными добавками, класс стойкости к горению ПВ-2, содержит цельнолитой каркас 1, состоящий из дна 2 и боковых стенок 3, имеющих плоские внутренние поверхности, которые вместе оборудованы с наружной стороны ребрами жесткости 4. Каркас 1 имеет по всей длине горизонтальные направляющие 5, расположенные в одной вертикальной плоскости с каждой стороны каркаса 1 и выходящие за габарит ребер жесткости 4 дна 2 и боковых стенок 3. На торцах каркаса 1 расположены внешние узлы крепления 6, имеющие П-образный профиль сопряжения деталей - вертикальных пазов боковых стенок 3 и вертикальных направляющих съемных торцевых стенок 7. В узлах крепления 6 размеры глубины пазов и ширины направляющих торцевых стенок 7 (фиг. 1, вид А) подобраны с люфтом таким образом, чтобы обеспечить свободный рабочий ход движения боковых стенок 3, связанных с изменением их угла наклона при фиксации образца керна 8 (фиг. 2) и одновременно свободный вертикальный ход торцевых стенок 7.
Поперечный профиль каркаса 1 со вложенным образцом керна 8 (на фиг. 2 показаны сплошными линиями) имеет форму равнобедренной трапеции, образованной дном 2 и боковыми стенками 3 каркаса 1, в прилегающие углы α основания которой, вписана окружность профиля поперечного сечения цилиндрического образца керна 8, жестко зафиксированного по линии точек касания А и Б за счет остаточной упругой деформации каркаса 1 по силовому треугольнику ААБ (на фиг. 2 показан тонкой линией). Прерывистыми линиями на фиг. 2 схематично показан ненапряженный исходный профиль каркаса 1 без вложенного образца 8 с прилегающими к основанию углами β<α. В зависимости от диаметра окружности обрабатываемого образца 8, для обеспечения его защемления, высота каркаса 1 должна быть выше высоты точек А линии касания, измеренных от основания трапеции, дна 2 (на фиг. 2 показана тонкой линией).
Контейнер-лоток работает следующим образом.
Керн, извлеченный из керноприемника с определенной скважины, длиной до 10 м и нарезанный на полноразмерные образцы керна 8, длиной 1 метр, диаметром 80 мм, подлежащие исследованию, механизированным способом подаются в многоячеистых керновых ящиках из кернохранилища постоянного хранения на участок выкладки керна в контейнеры-лотки и последовательно раскладываются на рабочие поверхности столов, имеющих канавную конструкцию цилиндрической формы (фиг. 3).
Затем устанавливается контейнер-лоток в сборе (фиг. 1), 1012×112×63 мм (внутренние размеры 1000×85×57), с трапецеидальным сечением каркаса 1 (фиг. 2), ширина которого у дна 2 составляет 85 мм, в верхней части - 78 мм; оператор сверху, с небольшим усилием, вставляет три распорки длиной 85 мм по краям и по середине лотка любым известным способом (на фиг. 1 не показаны), например, в виде узких крышек шириной 20 мм с верхним буртом и нижним выступом, имеющим радиус закругления так, что ширина верхней части лотка составляет 85 мм, а сечение лотка приобретает прямоугольную форму удобную для выкладки образца оператором. После чего оператор извлекает правую торцевую стенку 7 и, в той же последовательности, как керн уложен в керновом ящике постоянного хранения, слева-направо, плотно выкладывает образец керна 8 по всей длине лотка, соблюдая совпадения линий расколов. На снятой торцевой стенке 7 осуществляется маркировка образца, например, самоклеящимся карманом с необходимым описанием образца керна (фиг. 3). Далее снятая торцевая стенка 7 вертикально вставляется пазами в штатные направляющие узла крепления 6 каркаса 1. Распорки извлекаются, при этом за счет остаточной упругой деформации ребер жесткости 4 боковые стенки 3 плотно прижимаются к цилиндрическому образцу керна 8 по линии касания (т. А фиг. 2) на высоте выше радиуса керна 8, то есть выше 40 мм, по всей длине образца и частично изгибаются, охватывая цилиндрический профиль образца 8 за счет упругости боковых стенок 3 выше этой линии, которая является для них линией изгиба. Люфт, свободный ход сопрягаемых деталей в узлах крепления 7 каркаса 1 лотка, в горизонтальной плоскости составляет по 3,5 мм с каждой стороны, что позволяет оператору без тонкой настройки максимально распереть верхнюю часть лотка по ширине вплоть до 85 мм без выпадения торцевых стенок из пазов узла крепления и обеспечить свободный ход боковых стенок 3 вплоть до угла защемления керна α за счет их упругой деформации при снятии распорок.
Для фотографирования в белом и ультрафиолетовом свете, а также для проведения работ по измерению данных по спектральному гамма-каротажу (фиг. 4) торцевые стенки 8 снимаются и лотки последовательно, плотно и соосно выставляются торцами друг за другом на транспортерную ленту соответствующего лабораторного оборудования, при этом соосность образцов кернов задается регулируемыми ограничителями, закрепленными на транспортерной ленте. После чего лотки механизированным способом подаются в рабочую зону измерений и фотофиксации. При обработке информации на ПК зазоры между лотками размером 6 мм, возникающие за счет толщины снятых торцевых стенок 7, отстраиваются как систематическая ошибка с шагом 1 м в непрерывном теле обрабатываемого образца керна 8.
Обработанные образцы керна 8 в лотках, с расположением карманов в одинаковую сторону, параллельно друг другу плотно укладываются по направляющим боковых стенок лотка на полках передвижных стеллажей (фиг. 3) для дальнейшей транспортировки на следующий технологический участок обработки керна. Направляющие боковых стенок позволяют оператору легко, без зацепов о ребра жесткости, вставлять/извлекать нужный лоток из транспортного стеллажа.
При проведении испытаний на пористость и измерении механических характеристик образцов (фиг. 5) группа лотков с образцами 8 плотно укладывается по горизонтальным направляющим 5 боковых стенок 3 параллельно друг другу в рабочей зоне измерений. После чего соответствующие датчики автоматически сканируют поверхности образцов 8 по заданной программе ПК и обработанные данные добавляются в информационные карманы на, торцевых стенках.
В зависимости от диаметров кернов заявителем изготавливается весь унифицированный ряд контейнер-лотков из одной и той же марки термопластичного полипропилена, отвечающего требованиям технических условий лабораторной обработки образцов керна, что позволяет:
- исключить многократную выкладку образцов керна на рабочих столах испытательного оборудования на всех этапах технологической линейки обработки кернов и, тем самым, значительно уменьшить трудозатраты операторов;
- увеличить достоверность получаемой информации путем предложенной простой конструкции по фиксации образца на весь период обработки за счет уменьшения субъективного влияния оператора на структуру керна при его многократной выкладке на разных этапах обработки;
- обеспечить грузоподъемность лотка до 25 кг при собственной массе до 0,8 кг за счет наружного оребрения дна и боковых стенок;
-. за счет направляющих на боковых стенках улучшить возможности логистического манипулирования лотками при проведении необходимых операций в условиях временного хранения и обработки кернов в лабораторных помещениях;
- за счет съемных торцевых стенок лотка проводить в непрерывном режиме динамический спектральный гамма-каротаж полноразмерных образцов керна длиной 1 м в той же линейной последовательности, что и керн в целом, извлеченный из керноприемника определенной скважины. Опытная партия контейнеров-лотков прошла успешные испытания в лаборатории исследования керна одной из крупнейших нефтяных компаний Западно-Сибирского нефтегазового комплекса.