Керноприемный снаряд

МПКE21B 25/00
Полезная модель относится к буровой технике и предназначена для отбора керна роторным способом или забойным двигателем при бурении нефтяных и газовых скважин.
Известно устройство керноприемное UCS-D/D ART, содержащее 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 (патент RU117 964, МПК E21B 25/00, опубл. 10.07.2012 г.).
Известен керноприемный снаряд для наклонных и горизонтальных скважин, содержащий корпус с верхним и нижним переводниками и с центрирующими элементами, керноприемник, установленный в корпусе на узле подвески, компоновку кернорвателей, установленную на нижнем конце керноприемника. Центрирующие элементы выполнены упругими и установлены на нижней и верхней частях корпуса с возможностью вращения вокруг продольной оси (патент RU18419, МПК E21B 25/00, опубл. 20.06.2001 г.). Принято за прототип.
Недостатки известного устройства следующие: низкая износостойкость упругих лопастей центратора; сложность в изготовлении и сборке; необходимость сварного соединения, создающего зону термического влияния; нулевая упругость при забивании центратора шламом (поломка центрирующих элементов одного из упругих центраторов осложнит процесс бурения).
Задачей полезной модели является обеспечение непрерывного отбора изолированного керна в сложных трещиноватых участках породы с возможностью  визуального слежения.
Технический результат – повышение проходимости керна за счет исключения поршневания керна в керноприемнике.
В отличие от прототипа
Задача решается, а технический результат достигается керноприемным  снарядом для наклонных и горизонтальных скважин, содержащим корпус с верхним и нижним переводниками и с центрирующими элементами, керноприемник, установленный в корпусе на узле подвески, компоновку кернорвателей с переводником, установленную на нижнем конце керноприемника, при этом центрирующие элементы установлены на нижней и верхней частях корпуса с возможностью вращения вокруг продольной оси, а керноприемник связан с узлом подвески посредством подшипника с возможностью вращения вокруг продольной оси.  снаряд содержит автоматический клапан изолирующего состава, а также  клапан сброса давления, причем  клапан изолирующего состава расположен в нижней части керноприемника, установлен на переводник компоновки кернорвателей двумя срезными винтами и включает корпус с расположенным вдоль его оси штоком с уплотнителями, два перепускных автоматических клапана, поперечно равно расположенных к оси корпуса клапана изолирующего состава в его верхней части  напротив друг друга и регулирующих перепускной канал, соединенный с центральным каналом, при этом перепускной канал выполнен с возможностью перекрытия шариком, поджатым торцом перепускной пружины  к винту запорному, причем между штоком и стенкой корпуса в верхней части образован карман, а в нижней части корпуса расположены по периферии с углом к оси корпуса направляющие каналы керна, при этом клапан сброса давления расположен в верхней части керноприемного снаряда и включает корпус, на котором расположены два автоматических  клапана сброса избыточного давления и два клапана ручного сброса остаточного давления, поперечно равно расположенных к оси корпуса, при этом автоматический и ручной клапан расположены в одной плоскости и граничат между полостью забора керна и затрубным пространством бурового раствора, а в корпусе клапана сброса давления расположены также винт спускной, винт запорный, пружина и шарик, при этом клапан сброса давления соединен резьбой с керноприемной трубой и муфтой, установленной с автоматическим механизмом к шаровой подвеске, причем снаряд содержит систему предотвращения заклинки керна, включающую сигнализатор заклинки керна и гильзу, при этом переводник компоновки кернорвателей имеет сквозные резьбовые отверстия, расположенные в двух поперечных плоскостях на равном расстоянии, по четыре в первой плоскости и по четыре во второй плоскости, поперечно по отношению к оси переводника, который соединен с компоновкой кернорвателей нижним концом, а верхним - с керноприемной трубой, соединенной резьбой с клапаном сброса давления, при этом к переводнику компоновки кернорвателей установлена гильза системы предотвращения заклинки керна срезными винтами с возможностью их  среза в случае заклинки керна в полости гильзы.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где показано:
На фиг.1 – общий вид керноприемного снаряда в разрезе;
На фиг.2 – клапан изолирующего состава (КИС) в разрезе;
На фиг.3 - клапан сброса давления  (КСД) в разрезе.
Устройство включает (фиг.1):
1. Шаровая подвеска (соединенная с муфтой, соединенной с КСД)
2. Компоновка кернорвателей
3. Клапан изолирующего состава
4. Гильза системы предотвращения заклинки керна
5. Переводник верхний
6. Сигнализатор заклинки керна
7. Клапан сброса давления
8. Центрирующий элемент
9. Корпус устройства
10. Переводник нижний
11. Переводник компоновки кернорвателей
На фиг.2 показано:
12. Корпус КИС
13. Шток КИС
14. Гайка штока
15. Гайка пружины штока
16. Упор штока
17. Пружина штока КИС
18. Винт запорный  КИС
19. Пружина перепускная КИС
20. Винт контрящий КИС
21. Винт срезной КИС
22. Уплотнитель центрального канала
23. Уплотнитель для полости керноприемной трубы
24. Шарик  КИС
25. Входной канал
26. Перепускной канал
27. Карман
28. Центральный канал
29. Направляющий канал
На фиг.3:
30.  Корпус КСД
31. Винт спускной КСД
32. Винт запорный КСД
33. Пружина КСД
34. Шарик КСД
Керноприемный снаряд работает следующим образом.
Перед спуском в скважину осуществляется сборка устройства, после чего присоединяют бурильные трубы и осуществляют спуск устройства на забой скважины.
Клапан изолирующего состава (КИС) 3 (фиг.1),  касаясь забоя раньше бурголовки (не показано), активируется и жидкая изолирующая среда обволакивает керн, обеспечивая минимальный контакт с буровым раствором. Далее винты 21 КИС  (фиг. 2) штатно срезаются и КИС проходит вверх по керноприемной трубе. Система предотвращения заклинки керна (СПЗК) срабатывает при однократной заклинке, керн заклинивает в гильзе 4 (фиг 1), винты срезаются, и гильза 4 с керноном продвигаются вверх по керноприемной трубе. Сигнализатор заклинки керна 6 сигнализирует работу срез винтов  КИС 3, срез винтов СПЗК, далее повторную заклинку.
Активация КИС (фиг.2) происходит касанием упора  16 на забой и по мере нарастания осевой нагрузки начинается перемещение штока 13. Шток 13, перемещаясь, открывает каналы и жидкость изолирующего состава из  кармана 27 корпуса переливается по каналам 29 к  распределяющим  отверстиям (преимущественно в количестве 8), которые равномерно распределяют по контуру для обволакивания керна. КИС активирован и изолирует керн жидкостью изолирующего состава. Конструкция штока 13  имеет соосные между собой четыре цилиндрические направляющие для прямолинейного перемещения внутри корпуса 12 . На двух цилиндрических направляющих штока 13 заложены каналы для прохождения жидкости изолирующего состава.  С левого торца штока в оси заложено глухое отверстие для выхода к карману 27 четырьмя сквозными отверстиями. Корпус 12  представляет собой тело вращения с двумя цилиндрическими выступами - верхний и нижний,  на верхнем есть канавки под уплотнитель, нижний - гладкий для центрирования и предотвращения перекоса внутри керноприемной полости. Автоматические клапаны, установленные на корпусе КИС, открывают перепускной канал 26 при избыточном давлении.  При возникновении избыточного давления изолирующая жидкость,  сообщаясь через входной канал 25, карман 27, центральный канал 28, перепускной канал 26, давит на шарик 24, передавая усилие давления на пружину перепускную 19, которая открывает канал для перепуска изолирующей жидкости. При снижении давлении пружина 19 и шарик 24 возвращаются в исходное положение.
При избыточном давлении срабатывает клапан КСД (фиг.3). Давление оказывает упор на шарик 34, передающий усилие давления на пружину  33, пружина  33 и шарик  34 сдвигаются, а при снижении давления шарик  и пружина  возвращаются в исходное положение.
Использование клапана ручного действия КСД (фиг.3). На поверхности буровой, прежде чем приступить к демонтажу по извлечению керна,   необходимо провести процедуру по безопасности проведения работ по керну следующим образом. Ключом под винт спускной 31 вывернуть на оборот для сброса остаточного давления, убедиться, что давление полностью стравлено,  вывернуть винт спускной 31 полностью. После сброса давления приступить к демонтажу керноприемных деталей по извлечению керна.
СЗК 6 работает за счет движения штока и пружины КИС. Керн заклинивает в керноприемнике, керноотборный снаряд, продвигаясь в режиме бурения, сжимает пружину и шток КИС, далее, продвигаясь,  перекрывает отверстия буровой жидкости, вследствие этого растет давление, а манометры буровых насосов указывают нарастающее давление, тем самым происходит визуализация заклинки.
Активация переводника верхнего 5 (фиг.1). В случае аварийной ситуации, например, прихвата корпусных деталей керноотборного снаряда,  переводник верхний 5 с определенным моментом выкручивается левым вращением, отсоединяется от керноотбрного снаряда и выносится вместе с керноприемником на поверхность буровой.
Активация гильзы 4 (фиг.1) происходит следующим образом. При заклинивании трещиноватого керна в расклин полости гильзы снаряд продолжает движение в режиме бурения, создавая осевую нагрузку, и при определенной нагрузке винты, удерживающие гильзу 4, срезаются, гильза продвигается вверх с керном в режиме бурения, а СЗК 6 (фиг.1) в этот момент покажет изменение давления во время бурения за счет перекрывания отверстий штока СЗК.
Технический результат достигается путем срабатывания автоматических клапанов сброса избыточного давления КСД. Поршневание керна в керноприемнике происходит при плотном прилегании рыхлого керна с последующим его осыпанием в керноприемнике – создается поршневой эффект, т.е. пробка. Образуется замкнутое пространство с определенным давлением, керн стопорится и, как следствие, керноотборный снаряд не продвигается при бурении. Необходимо сбросить давление, не создавая замкнутого пространства в керноприемной полости, т.е. открыть пробку в керноприемнике, сбросив давление в затрубную полость бурового раствора. Этим достигается разрыв цепи замкнутого пространства, освобождается проход керну, и керн гарантированно проходит дальше, заполняя полость керноприемника.