ТЕЛЕСКОПИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОТБОРА КЕРНА
TELESCOPIC CORE SAMPLING SYSTEM

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к устройствам для бурения с отбором керна, и может быть использовано для предотвращения заклинки керна и увеличения выхода керна.
Известен керноприемный снаряд для наклонных и горизонтальных скважин (патент RU181351, МПК E21B 25/00, опубл. 11.07.2018 г.). Снаряд содержит 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.
Недостатком устройства является то, что система предотвращения заклинки керна данного керноотборного снаряда способна устранить только одну заклинку керна. При повторной заклинке керна отбор керна прекращается.
Известен керноотборный снаряд, который содержит корпус с верхним переводником, коронку с расточкой, керноприемник в виде трубы, снабженный в верхней части опорой вращения и регулируемой подвеской. Подвеска включает стопорное кольцо, регулировочный винт, соединенный с осью опоры вращения, и гайку, взаимодействующую с регулировочным винтом. В гайке выполнены циркуляционные отверстия. В керноприемник установлена с возможностью продольного перемещения дополнительная труба с перемычкой, взаимодействующей с поступающим в трубу керном. Узел отделения керна содержит башмак, соединенный с керноприемником, и рычажный кернорватель, установленный в башмаке и содержащий корпус и подпружиненные короткие и длинные рычажки, установленные в диаметральной плоскости корпуса с возможностью поворота. Узел отделения керна снабжен установленной в корпусе кернорвателя с возможностью продольного перемещения гильзой. Нижняя часть гильзы выполнена в виде упруго-деформируемой разрезной цанги с уступами на ее внешней поверхности, которые взаимодействуют с нижним торцом корпуса кернорвателя. Верхняя часть гильзы выполнена с уступом на ее внешней поверхности, соединена с нижней частью дополнительной трубы и взаимодействует уступом с верхним торцом корпуса кернорвателя. Рычажки кернорвателя расположены в разных диаметральных плоскостях, короткие рычажки расположены над длинными рычажками. Верхний переводник снабжен клапаном регистрации заклинки керна, содержащим неподвижную втулку с боковыми и центральным циркуляционными отверстиями. Подвижная втулка установлена в расточке верхнего переводника с возможностью продольного перемещения. Керноприемник снабжен механизмом антизаклинивания керна в виде одного или нескольких выступов клинообразной формы, расположенных по окружности на нижнем торце гайки подвески керноприемника и взаимодействующих с ними аналогичных ответных одного или нескольких выступов клинообразной формы по окружности на верхнем торце корпуса опоры вращения. Ось опоры вращения выполнена в виде ступенчатой втулки, установленной на регулировочном винте с возможностью продольного перемещения, и снабжена пружиной сжатия, жесткость которой меньше жесткости пружины сжатия клапана регистрации заклинки керна. Расстояние между нижним торцом гайки подвески керноприемника и верхним торцом опоры вращения больше удвоенной высоты уступов выступов клиновидной формы (патент RU2297513, МПК E21B 25/02, опубл. 20.04.2007 г.).
Недостатком устройства является низкая эффективность работы выступов клиновидной формы, в результате чего устройство способно устранить только одну заклинку керна путем активации дополнительной трубы. При повторной заклинке отбор керна прекращается.
Известна телескопическая система отбора керна, включающая башмачную сборку, состоящую из нижней половины башмака, верхней телескопической половины башмака и кернорвателя, по меньшей мере, один телескопический рукав, соединенный с верхней половиной башмака посредством срезаемых штифтов, керноприемную трубу и крышку, причем телескопический рукав выполнен из стеклопластика в форме усеченного конуса, устанавливаемого в верхнюю телескопическую половину башмака меньшим диаметром вниз, а керноприемная труба выполнена из стеклопластика с металлической законцовкой (патент RU168250, МПК E21B 25/00, опубл. 25.01.2017 г.). Принято за прототип.
Недостатком прототипа является неполный вынос керна в случае, когда активация системы прошла при неполном заполнении телескопического рукава. Незаполненный рукав поднимается вместе с керном вверх, упирается крышкой в верхнюю часть керноотборного снаряда и отбор керна прекращается. Таким образом, уменьшается выход керна.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение эффективности отбора керна.
Техническим результатом при использовании изобретения является увеличение выхода керна.
В отличие от прототипа
Проблема решается, а технический результат достигается телескопической системой отбора керна, включающей башмачную сборку, состоящую из нижней половины башмака, верхней телескопической половины башмака и кернорвателя, по меньшей мере, один телескопический рукав, соединенный с верхней половиной башмака посредством срезаемых штифтов, керноприемную трубу, причем телескопический рукав выполнен в форме усеченного конуса, устанавливаемого в верхнюю телескопическую половину башмака меньшим диаметром вниз.  керноприемная труба в верхней части соединена с устройством для резания телескопического рукава, выполненным в виде переводника с резьбами на его концах, имеющим минимум один режущий элемент в виде заостренной металлической пластины с радиальным расположением внутри устройства для резания, при этом проходной диаметр по минимум одному режущему элементу больше диаметра отбираемого керна и меньше внутреннего диаметра наименьшего телескопического рукава, а в верхней части устройства на внутренней поверхности расположен упорный уступ для взаимодействия с разрезанными частями телескопического рукава.
В частных случаях осуществления изобретения:
- в случае наличия режущих элементов в количестве более одного они расположены в разных диаметральных плоскостях;
- в верхней части устройства расположен центратор для центрирования телескопического рукава, причем центратор расположен внутри устройства для резания ниже минимум одного режущего элемента;
- телескопический рукав выполнен из стеклопластика.
Технический результат достигается представленной совокупностью существенных признаков.
В предлагаемом устройстве керноприемная труба в верхней части соединена с устройством для резания телескопического рукава, имеющим режущие элементы, которые продольно разрезают незаполненную керном часть телескопического рукава. Часть телескопического рукава может остаться незаполненной керном, когда первая активация системы прошла раньше, чем рукав заполнился. При дальнейшем отборе керна незаполненный рукав поднимается вместе с керном вверх, достигнув устройства для резания, разрезается продольно оси рукава. Разрезанная часть телескопического рукава продолжает подниматься вверх, затем упирается в упорный уступ верхней части устройства для резания, деформируется и ломается. Процесс продолжается до тех пор, пока отобранный керн не достигнет устройства для резания или незаполненное пространство телескопического рукава заполнится разломанными кусками телескопического рукава. Таким образом, увеличивается выход керна.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где показана заявляемая телескопическая система отбора керна в частном случае выполнения:
фиг. 1 - продольный разрез;
фиг. 2 - телескопическая система отбора керна в действии (показано, что произошла заклинка керна и активировался телескопический рукав путем срезания срезных штифтов);
фиг. 3 а), б) - устройство для резания телескопического рукава в действии;
а) показано разрезание телескопического рукава;
б) показано разрушение разрезанных частей телескопического рукава;
фиг. 4 - режущие элементы устройства для резания телескопического рукава, расположенные в разных диаметральных плоскостях.
На фигурах обозначено:
1 - нижняя половина башмака;
2 - верхняя телескопическая половина башмака;
3 - керноприемная труба;
4 - кернорватель;
5 - телескопический рукав;
6 - отверстие телескопического рукава;
7 - срезаемый штифт;
8 - устройство для резания телескопического рукава;
9 - режущий элемент устройства 8;
10 - центратор устройства 8;
11 - керн;
12 - упорный уступ устройства 8;
13 - разломанные куски телескопического рукава.
Предлагаемая телескопическая система работает следующим образом.
Система содержит (фиг. 1) нижнюю половину 1 башмака и верхнюю телескопическую половину 2 башмака, которые крепятся между собой обычно с помощью резьбы. Верхняя телескопическая половина 2 башмака крепится к керноприемной трубе 3 (обычно с помощью резьбы). Кернорватели 4 установлены в нижней половине 1 башмака. В верхнюю телескопическую половину 2 башмака устанавливаются телескопические рукава 5, выполненные в виде усеченного конуса, установленного в верхнюю половину 2 башмака меньшим диаметром вниз, и в телескопическом рукаве выполнены отверстия 6 для срезаемых штифтов 7. Телескопический рукав 5 может быть выполнен из стеклопластика. Керноприемная труба 3 в верхней части соединена с устройством 8 для резания телескопического рукава, имеющим режущие элементы 9 (минимум один). В верхней части устройства может быть расположен центратор 10, установленный внутри устройства 8 для резания ниже режущих элементов 9. Режущие элементы 9 могут быть расположены в разных диаметральных плоскостях (фиг. 4).
При сборке телескопической системы обычно с помощью резьбы скрепляют между собой нижнюю половину 1 башмака и верхнюю телескопическую половину 2 башмака с проточкой под размер телескопического рукава 5 и предварительно выполненными в телескопическом рукаве отверстиями 6 для срезаемых штифтов 7. Затем верхнюю телескопическую половину 2 башмака крепят к керноприемной трубе 3. Кернорватель 4 размещен в нижней половине 1 башмака. При сборке телескопической системы отверстия 6 в телескопическом рукаве выполняют так, чтобы они совпадали с имеющимися отверстиями в верхней телескопической половине башмака, затем устанавливают срезаемые штифты 7. После этого соединенные между собой нижнюю половину 1 башмака с установленным в ней кернорвателем 4 и верхнюю телескопическую половину 2 башмака вместе с закрепленным телескопическим рукавом 5 скрепляют с керноприемной трубой 3. После этого башмачную сборку вместе с керноприемными трубами и телескопическими рукавами помещают в керноотборное устройство и спускают на необходимую глубину для бурения и отбора керна.
Фиг. 2 иллюстрирует работу предлагаемой телескопической системы. При бурении в нормальном режиме керн 11 проходит сквозь башмачную сборку, в частности через верхнюю телескопическую половину 2 башмака внутри телескопических рукавов 5. Если керн 11 не разваливается, то нет воздействия на телескопический рукав 5, штифты 7 не срезаются и, как следствие, телескопический рукав остается на месте.
Если же во время бурения происходит разрушение керна 11, но оно незначительно, то керн продвигается дальше без активации телескопической системы (это происходит за счет меньшего коэффициента трения скольжения и конусной формы телескопического рукава 5). Если же разрушения керна значительны, то часть керна 11 (фиг. 2), упираясь в стенки телескопического рукава 5, активирует телескопическую систему - происходит срезание штифтов 7, и разрушенный керн поднимается вверх вместе с телескопическим рукавом по керноприемной трубе 3, как в тубусе. В зависимости от того, сколько телескопических рукавов 5 предполагается использовать, варьируется внутренняя конфигурация верхней телескопической половины 2 башмака, изменяется также размер керноприемной трубы 3 и, соответственно, размеры телескопических рукавов 5. Каждый следующий телескопический рукав 5 имеет несколько больший диаметр, необходимый для беспрепятственного прохождения сквозь него меньшего рукава. Выбор количества рукавов в системе ограничивается размерами пробуриваемой скважины.
Часть телескопического рукава может остаться незаполненной керном, когда первая активация системы прошла раньше, чем рукав заполнился. При дальнейшем отборе керна незаполненный телескопический рукав 5 поднимается вместе с керном 11 вверх и, достигнув устройства 8 для резания, разрезается продольно оси рукава. Разрезанная часть телескопического рукава продолжает подниматься вверх, затем упирается в упорный уступ 12 верхней части устройства 8 для резания, деформируется и ломается (фиг. 3 б). Разломанные куски 13 падают внутрь телескопического рукава. Процесс продолжается до тех пор, пока оставшееся незаполненное пространство телескопического рукава заполнится разломанными кусками телескопического рукава. Таким образом, увеличивается выход керна.
Центратор 10 может быть установлен внутри устройства 8 для резания, центрирует телескопический рукав 5 перед его разрезанием. Может быть выполнен в виде конуса, рычажковым, пружинным и т.д.
Режущие элементы 9 (фиг. 4), расположенные в разных диаметральных плоскостях, позволяют уменьшить силы сопротивления при резании телескопического рукава, особенно при большом количестве режущих элементов.
Выполнение системы согласно изобретению позволяет увеличить выход керна.