КЕРНООТБОРНЫЙ СНАРЯД

Изобретение относится к устройствам для отбора керна при бурении нефтяных скважин.

Известен снаряд для отбора керна, включающий корпус с присоединительным переводником, бурильную головку, узел отделения керна от забоя, заглушенную сверху керноприемную трубу, подвешенную с возможностью осевого вращения на подшипнике качения и заполненную изолирующим материалом, при этом внутри керноприемной трубы, центрированной в корпусе шариковыми центраторами, размещен пластиковый вкладыш, заполненный термопластичным изолирующим материалом, подшипник качения накрыт кожухом, образующим колокол, заполненный консистентной смазкой, а узел отделения керна от забоя состоит из корпуса кернорвателей с наружными кольцевыми канавками, образующими с полостью бурильной головки лабиринтное уплотнение, и цангового и рычажкового кернорвателей (RU 2280753 С1, 27.07.2006).

Недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения надежности освобождения от прихвата бурильной головки, корпуса и (или) центраторов при использовании гидравлического яса в составе бурильной колонны для отбора керна, что объясняется неполной возможностью повышения прочности резьбовой части корпуса, по существу, отсутствием совместного восприятия высоких растягивающих нагрузок, действующих при натяжении бурильной колонны для срабатывания гидравлического яса, в резьбовом соединении корпуса и присоединительного переводника.

Другим недостатком известной конструкции является неполная возможность извлечения керноприемника из корпуса и из скважины в случае прихвата бурильной головки, корпуса и центраторов (с подъемом бурильной колонны), отсоединяемого левым вращением бурильной колонны при приложении момента, составляющего 30÷50% от исходного момента затяжки.

Известен снаряд для отбора керна с регулируемым подшипником в секции керноприемника, содержащий трубчатый корпус, верхний и нижний переводники, буровую коронку, соединенную с нижним переводником, через трубчатый корпус прокачивается текучая среда-буровой раствор, а также содержащий керноприемник, расположенный внутри трубчатого корпуса, выполненный в виде труб, соединенных между собой, керноприемник содержит опору вращения и регулируемую подвеску, устройство отделения керна от забоя, выполненное в виде цангового кернорвателя, размещенного в гильзе, соединенной с нижней частью трубы керноприемника, а также седло клапана и шар, регулируемая подвеска выполнена в виде резьбового трубчатого элемента, соединенного наружной резьбой с верхним переводником, входная часть резьбового трубчатого элемента выполнена в форме внутреннего конуса, имеет внутреннюю резьбу и прорези на входной части резьбового трубчатого элемента, а также содержит резьбовую коническую втулку для закрепления во внутренней резьбе трубчатого элемента (US 4580643, Apr. 8, 1986).

Недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения надежности и ресурса вследствие высокой вероятности гидроабразивного размыва потоком текучей среды - бурового раствора, который имеет плотность 1,1÷1,5 г/см³, содержит до 1% песка и до 10% нефтепродуктов, прорезей и внутренней резьбы на входной части резьбового трубчатого элемента, в котором закреплена резьбовая коническая втулка, открытая для потока текучей среды - бурового раствора, вследствие этого высокая вероятность разрушения указанных выше деталей и появления осевого люфта в подшипниках от воздействия знакопеременных осевых нагрузок при бурении и отрыве колонны керна от забоя, при этом происходит разрушение подшипников, преимущественно, вследствие "наклепа", а также снижается вынос керна.

Другим недостатком известной конструкции является неполная возможность извлечения керноприемника из корпуса и из скважины в случае прихвата бурильной головки, корпуса и центраторов (с подъемом бурильной колонны), отсоединяемого левым вращением бурильной колонны при приложении момента, составляющего 30÷50% от исходного момента затяжки.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является керноотборный снаряд, содержащий трубчатый корпус, верхний переводник, соединенный с верхней частью трубчатого корпуса, нижний переводник, соединенный с нижней частью трубчатого корпуса, через трубчатый корпус прокачивается буровой раствор под давлением, а также содержащий буровую коронку, соединенную с нижним переводником, расположенный внутри трубчатого корпуса керноприемник, выполненный в виде одной или нескольких труб, соединенных между собой, при этом керноприемник содержит в верхней части опору вращения и регулируемую подвеску, в нижней части содержит устройство отделения керна от забоя, выполненное в виде цангового и рычажного кернорвателей, размещенных в гильзе, соединенной с нижней частью трубы керноприемника, а также содержит нижний узел герметизации, выполненный в виде диафрагмы, перекрывающей полость керноприемника от забоя, в опоре вращения керноприемника установлена резьбовая пробка, перекрывающая полость керноприемника от полости трубчатого корпуса, при этом полость керноприемника между диафрагмой и резьбовой пробкой в опоре вращения заполнена изолирующей жидкостью, а регулируемая подвеска выполнена в виде резьбового трубчатого элемента, герметично изолированного от верхней части трубчатого корпуса, в резьбовом трубчатом элементе выполнены сквозные каналы, предназначенные для прокачки бурового раствора через полость между трубчатым корпусом и керноприемником, ограниченную в нижней части буровой коронкой, при этом опора вращения в верхней части керноприемника герметично изолирована от полости керноприемника, заполненной изолирующей жидкостью, снабжена осевым демпферным устройством и выполнена со сквозными каналами, предназначенными для прокачки через нее части бурового раствора в полость между трубчатым корпусом и керноприемником, ограниченную в нижней части буровой коронкой, а диафрагма, перекрывающая полость керноприемника от забоя, закреплена выше устройства отделения керна от забоя (RU 2509867 С1, 20.03.2014).

Недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения надежности освобождения от прихвата бурильной головки, корпуса и центраторов при использовании гидравлического яса в составе бурильной колонны для отбора керна, что объясняется неполной возможностью повышения прочности резьбовой части корпуса, по существу, отсутствием совместного восприятия высоких растягивающих нагрузок, действующих при натяжении бурильной колонны для срабатывания гидравлического яса, в резьбовом соединении корпуса и присоединительного переводника.

Другим недостатком известной конструкции является неполная возможность извлечения керноприемника из корпуса и из скважины в случае прихвата бурильной головки, корпуса и центраторов (с подъемом бурильной колонны), отсоединяемого левым вращением бурильной колонны при приложении момента, составляющего 30÷50% от исходного момента затяжки.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, - упрощение конструкции, снижение стоимости обслуживания, повышение надежности освобождения от прихвата бурильной головки, корпуса и центраторов керноотборного снаряда при использовании гидравлического яса в составе бурильной колонны для отбора керна за счет повышения прочности резьбовой части корпуса керноотборного снаряда, по существу, за счет совместного восприятия высоких растягивающих напряжений в резьбовых соединениях ниппеля, резьбового трубчатого элемента регулируемой подвески и резьбовой втулки с упорным буртом при натяжении бурильной колонны.

Другая техническая задача, на решение которой направлено изобретение, - повышение надежности разъединения бурильной колонны в месте установки разъединителя керноприемника, отсоединяемого левым вращением бурильной колонны при приложении момента, составляющего 30÷50% от исходного момента затяжки.

Сущность технического решения заключается в том, что в керноотборном снаряде, содержащем трубчатый корпус, верхний переводник, соединенный с верхней частью трубчатого корпуса, нижний переводник, соединенный с нижней частью трубчатого корпуса, бурильную головку, соединенную с нижним переводником, расположенный внутри трубчатого корпуса керноприемник, выполненный в виде одной или нескольких труб, соединенных между собой, и содержащем в верхней части опору вращения и регулируемую подвеску, а в нижней части - устройство отделения керна от забоя, выполненное в виде цангового и рычажного кернорвателей, размещенных в гильзе, соединенной с керноприемными трубами, при этом регулируемая подвеска выполнена в виде резьбового трубчатого элемента, имеющего сквозные каналы для прокачки бурового раствора через полость между трубчатым корпусом и керноприемником, ограниченную в нижней части бурильной головкой, согласно изобретению содержит разъединитель керноприемника, состоящий из ниппеля, предохранительной муфты, резьбовой втулки с упорным буртом и упорной шайбы, размещенных между верхним переводником и верхней частью трубчатого корпуса, при этом резьбовой трубчатый элемент регулируемой подвески выполнен двухрезьбовым, с дополнительной внутренней резьбой, упорная шайба размещена во внутренней расточке ниппеля, расположенной со стороны верхнего переводника, резьбовая втулка снабжена устройством для затяжки резьбы, выполненным на упорном бурте, а резьбовой трубчатый элемент регулируемой подвески дополнительно скреплен с ниппелем при помощи дополнительной внутренней резьбы с резьбовой втулкой, имеющей упорный бурт, и упорной шайбы, установленной во внутренней расточке указанного ниппеля, при этом шаг S резьбы предохранительной муфты в соединении с ниппелем, шаг Т резьбы предохранительной муфты в соединении с верхней частью трубчатого корпуса и шаг Т резьбы ниппеля в соединении с верхним переводником связаны соотношением: S=(3,5÷4,5)T, а шаг N резьбы ниппеля в соединении с резьбовым трубчатым элементом регулируемой подвески и шаг М дополнительной внутренней резьбы резьбового трубчатого элемента регулируемой подвески в соединении с резьбовой втулкой, имеющей упорный бурт, связаны соотношением: N=(1,4÷1,7)M.

Выполнение керноотборного снаряда таким образом, что содержит разъединитель керноприемника, состоящий из ниппеля, предохранительной муфты, резьбовой втулки с упорным буртом и упорной шайбы, размещенных между верхним переводником и верхней частью трубчатого корпуса, при этом резьбовой трубчатый элемент регулируемой подвески выполнен двухрезьбовым, с дополнительной внутренней резьбой, упорная шайба размещена во внутренней расточке ниппеля, расположенной со стороны верхнего переводника, резьбовая втулка снабжена устройством для затяжки резьбы, выполненным на упорном бурте, а резьбовой трубчатый элемент регулируемой подвески дополнительно скреплен с ниппелем при помощи дополнительной внутренней резьбы с резьбовой втулкой, имеющей упорный бурт, и упорной шайбы, установленной во внутренней расточке указанного ниппеля, при этом шаг S резьбы предохранительной муфты в соединении с ниппелем, шаг Т резьбы предохранительной муфты в соединении с верхней частью трубчатого корпуса и шаг Т резьбы ниппеля в соединении с верхним переводником связаны соотношением: S=(3,5÷4,5)T, а шаг N резьбы ниппеля в соединении с резьбовым трубчатым элементом регулируемой подвески и шаг М дополнительной внутренней резьбы резьбового трубчатого элемента регулируемой подвески в соединении с резьбовой втулкой, имеющей упорный бурт, связаны соотношением: N=(1,4÷1,7)M, упрощает конструкцию, снижает стоимость обслуживания, повышает надежность освобождения от прихвата бурильной головки, корпуса и центраторов керноотборного снаряда при использовании гидравлического яса в составе бурильной колонны для отбора керна за счет повышения прочности резьбовой части корпуса керноотборного снаряда, по существу, за счет совместного восприятия высоких растягивающих напряжений в резьбовых соединениях ниппеля, резьбового трубчатого элемента регулируемой подвески и резьбовой втулки с упорным буртом при натяжении бурильной колонны.

Такое выполнение керноотборного снаряда повышает также надежность разъединения бурильной колонны в месте установки разъединителя керноприемника, отсоединяемого левым вращением бурильной колонны при приложении момента, составляющего 30÷50% от исходного момента затяжки.

Ниже представлен лучший вариант керноотборного снаряда СК-172.100.800, используемого для отбора изолированного керна при бурении нефтяной скважины героторным винтовым гидравлическим двигателем.

На фиг. 1 изображен керноотборный снаряд с керноприемником, устройством отрыва керна от забоя, опорой вращения, регулируемой подвеской, а также с диафрагмой, переводниками, бурильной головкой и центраторами.

На фиг. 2 изображен элемент I разъединителя керноприемника, состоящий из ниппеля, предохранительной муфты, резьбовой втулки с упорным буртом и упорной шайбы, размещенных между верхним переводником и верхней частью трубчатого корпуса.

На фиг. 3 изображен разрез А-А на фиг. 1 поперек ниппеля и упорного бурта с пазами под ключ резьбовой втулки.

На фиг. 4 изображен ключ для регулировки зазора "К" между торцом керноприемника и торцом бурильной головки.

На фиг. 5 изображен тот же ключ, установленный противоположным краем для свинчивания и затяжки резьбовой втулки с упорным буртом и резьбового трубчатого элемента регулируемой подвески.

Керноотборный снаряд содержит трубчатый корпус 1 (показана одна секция), центраторы 2 и 3, соединенные с трубчатым корпусом 1 резьбами 4, верхний переводник 5, соединенный с верхней частью 6 трубчатого корпуса 1, предназначенный для соединения со шпинделем винтового героторного гидравлического двигателя в компоновке низа бурильной колонны, нижний переводник 7, выполненный за одно целое с центратором 3 и соединенный резьбой 4 с нижней частью 8 трубчатого корпуса 1, бурильную головку 9, соединенную с нижним переводником 7 при помощи резьбы 10, расположенный внутри трубчатого корпуса 1 керноприемник 11, выполненный в виде труб 12, 13, соединенных между собой резьбой 14, изображено на фиг. 1.

Керноотборный снаряд содержит в верхней части 6 трубчатого корпуса 1 подшипниковую опору вращения 15 и регулируемую подвеску 16, а в нижней части 8 трубчатого корпуса 1 - устройство 17 отделения керна 18 от забоя 19 скважины, выполненное в виде цангового кернорвателя 20 и рычажного кернорвателя 21, размещенных в гильзе 22, соединенной резьбой 23 с керноприемной муфтой 24, при этом керноприемная муфта 24 соединена резьбой 14 с трубой 13, изображено на фиг. 1, 2.

Регулируемая подвеска 16 состоит из резьбового трубчатого элемента 25, соединенного резьбой 26 с регулировочной втулкой 27, содержит направляющую втулку 28, соединенную резьбой 29 с центратором 30, имеющим сквозные каналы 31 для прокачки бурового раствора 32 через полость 33 между трубчатым корпусом 1 и керноприемником 11, ограниченную в нижней части 34 бурильной головкой 9, и далее через промывочные отверстия 35 бурильной головки 9, через кольцевую полость - зазор К, 36 между торцом 37 керноприемника 11 и торцом 38 бурильной головки 9 в забой 19 скважины, изображено на фиг. 1, 2.

При этом резьбовой трубчатый элемент 25 имеет собственные сквозные каналы 39 для прокачки бурового раствора 32 через полость 33 между трубчатым корпусом 1 и керноприемником 11, ограниченную в нижней части 34 бурильной головкой 9, изображено на фиг. 1, 2.

Керноотборный снаряд содержит разъединитель 40 керноприемника 11, состоящий из ниппеля 41, предохранительной муфты 42, резьбовой втулки 43 с упорным буртом 44 и упорной шайбы 45, размещенных между верхним переводником 5 и верхней частью 6 трубчатого корпуса 1, при этом резьбовой трубчатый элемент 25 регулируемой подвески 16 выполнен двухрезьбовым, с дополнительной внутренней резьбой 46, упорная шайба 45 размещена во внутренней расточке 47 ниппеля 41, расположенной со стороны верхнего переводника 5, резьбовая втулка 43 снабжена устройством 48 (пазами под ключ) для затяжки собственной наружной резьбы 49, выполненном на упорном бурте 44, а резьбовой трубчатый элемент 25 регулируемой подвески 16 дополнительно скреплен с ниппелем 41 при помощи дополнительной внутренней резьбы 46 с резьбовой втулкой 43, имеющей упорный бурт 44, и упорной шайбы 45, установленной во внутренней расточке 47 указанного ниппеля 41, изображено на фиг. 2, 3.

Шаг 50, S резьбы предохранительной муфты 42 в соединении с ниппелем 41, шаг 51, Т резьбы предохранительной муфты 42 в соединении с верхней частью 6 трубчатого корпуса 1, по существу, в соединении с центратором 2, и шаг 52, Т резьбы ниппеля 41 в соединении с верхним переводником 5 связаны соотношением: S=(3,5÷4,5)T, изображено на фиг. 2.

Шаг 53, N резьбы ниппеля 41 в соединении с резьбовым трубчатым элементом 25 регулируемой подвески 16 и шаг М дополнительной внутренней резьбы 46 резьбового трубчатого элемента 25 регулируемой подвески 16 в соединении с резьбовой втулкой 43, имеющей упорный бурт 44, связаны соотношением: N=(1,4÷1,7)M, изображено на фиг. 2.

В полости 54 керноприемных труб 12, 13 керноприемника 11 установлен керноотметчик 55 полноты извлечения керна 18, выполненный в виде крестообразной в поперечном сечении заглушки, изображено на фиг. 1.

Кроме того, на фиг. 4 изображен ключ 56 для регулировки зазора К, 36 между торцом 37 керноприемника 11 и торцом 38 бурильной головки 9.

На фиг. 5 изображен тот же ключ 56, установленный противоположным краем 57 для свинчивания и затяжки дополнительной внутренней резьбы 46 с шагом М резьбовой втулки 43 и резьбового трубчатого элемента 25 регулируемой подвески 15.

На фиг. 3 изображены два паза 58 в упорной шайбе 45, сквозь которые производится установка края 57 ключа 56 при свинчивании и затяжке дополнительной внутренней резьбы 46 с шагом М резьбовой втулки 43 и резьбового трубчатого элемента 25 регулируемой подвески 15.

Снаряд керноотборный СК-172.100.800 поставляют на буровую в виде сборочных модулей, содержащих: опору вращения 15, регулируемую подвеску 16, устройство 17 отделения керна от забоя, центраторы 2 и 3, соединенные с трубчатым корпусом 1 резьбами 4, верхний переводник 5, разъединитель 40 керноприемника 11, состоящий из ниппеля 41, предохранительной муфты 42, резьбовой втулки 43 с упорным буртом 44 и упорной шайбы 45, размещенных между верхним переводником 5 и верхней частью 6 трубчатого корпуса 1, нижний переводник 7, выполненный за одно целое с центратором 3 и соединенный резьбой 4 с нижней частью 8 трубчатого корпуса 1, бурильную головку 9, соединенную с нижним переводником 7 при помощи резьбы 10, расположенный внутри трубчатого корпуса 1 керноприемник 11, выполненный в виде труб 12, 13, соединенных между собой резьбой 14.

Производят сборку и подготовку модуля керноприемника 11: устанавливают на стол ротора устройство 17 отделения керна от забоя, выполненное в виде цангового кернорвателя 20 и рычажного кернорвателя 21, размещенного в гильзе 22, на торец гильзы 22 устанавливают диафрагму, устанавливают керноотметчик 55 полноты извлечения керна, затем с помощью хомутов (слайдеров) и элеватора на буровой свинчивают керноприемную муфту 24 с трубами 13, 12, затем свинчивают трубу 12 с центратором 30.

Полость 54 керноприемных труб 13, 12 керноприемника 11 заполняют на 85÷90% объема изолирующей жидкостью, например, отработанным моторным маслом SAE 10W-40, при этом в опоре вращения 15 керноприемника 11 устанавливают резьбовую пробку.

При помощи ключа 56 производят регулировку зазора К, 36 между торцом 37 керноприемника 11 и торцом 38 бурильной головки 9.

При помощи ключа 56, установленного противоположным краем 57 для свинчивания и затяжки дополнительной внутренней резьбы 46 с шагом М резьбовой втулки 43 и резьбового трубчатого элемента 25 регулируемой подвески 15, через два паза 58 в упорной шайбе 45 производят свинчивание с заданным моментом дополнительной внутренней резьбы 46 с шагом М резьбовой втулки 43 и резьбового трубчатого элемента 25 регулируемой подвески 15.

С помощью хомута и элеватора свинчивают керноотборный снаряд по резьбе верхнего переводника 5 со шпинделем винтового героторного гидравлического двигателя.

Керноотборный снаряд работает следующим образом.

Бурение с отбором изолированного керна (с изоляцией от влияния свойств бурового раствора) производят, включив вращение винтового героторного гидравлического двигателя и скрепленного с ним керноотборного снаряда, с промывкой скважины буровым раствором 18, подаваемым под давлением 35 МПа, с поверхности на забой 19 скважины по колонне буровых труб.

По мере выбуривания керна через керноприемное отверстие цангового кернорвателя 20 керн поступает в рычажный кернорватель 21, отжимает подпружиненные рычаги рычажного кернорвателя и разрывает диафрагму.

Бурение производят до проходки не более длины керноприемной полости 54 трубчатых секций 13, 12 керноприемника 11, прекращают вращение керноотборного снаряда и подачу бурового раствора 32 на забой 19 скважины, после чего отрывом керноотборного снаряда от забоя 19 производят отделение керна от забоя 19 устройством 17 отделения керна от забоя при помощи цангового кернорвателя 20 и рычажного кернорвателя 36.

Выполнение керноотборного снаряда таким образом, что содержит разъединитель 40 керноприемника 11, состоящий из ниппеля 41, предохранительной муфты 42, резьбовой втулки 43 с упорным буртом 44 и упорной шайбы 45, размещенных между верхним переводником 5 и верхней частью 6 трубчатого корпуса 1, при этом резьбовой трубчатый элемент 25 регулируемой подвески 16 выполнен двухрезьбовым, с дополнительной внутренней резьбой 46, упорная шайба 45 размещена во внутренней расточке 47 ниппеля 41, расположенной со стороны верхнего переводника 5, резьбовая втулка 43 снабжена устройством 48 (позами под ключ) для затяжки собственной наружной резьбы 49, выполненным на упорном бурте 44, а резьбовой трубчатый элемент 25 регулируемой подвески 16 дополнительно скреплен с ниппелем 41 при помощи дополнительной внутренней резьбы 46 с резьбовой втулкой 43, имеющей упорный бурт 44, и упорной шайбы 45, установленной во внутренней расточке 47 указанного ниппеля 41, упрощает конструкцию, снижает стоимость обслуживания, повышает надежность освобождения от прихвата бурильной головки, корпуса и центраторов керноотборного снаряда при использовании гидравлического яса в составе бурильной колонны для отбора керна за счет повышения прочности резьбовой части корпуса керноотборного снаряда, по существу, за счет совместного восприятия высоких растягивающих напряжений в резьбовых соединениях ниппеля, резьбового трубчатого элемента регулируемой подвески и резьбовой втулки с упорным буртом при натяжении бурильной колонны.

В критической ситуации, когда не удается ликвидировать прихват бурильной головки, корпуса и центраторов керноотборного снаряда за счет использования гидравлического яса в составе бурильной колонны, разъединение бурильной колонны в месте установки разъединителя керноприемника, производят левым вращением бурильной колонны.

Выполнение керноотборного снаряда таким образом, что шаг 50, S резьбы предохранительной муфты 42 в соединении с ниппелем 41, шаг 51, Т резьбы предохранительной муфты 42 в соединении с верхней частью 6 трубчатого корпуса 1, по существу, в соединении с центратором 2, и шаг 52, Т резьбы ниппеля 41 в соединении с верхним переводником 5 связаны соотношением: S=(3,5÷4,5)T, при этом шаг 53, N резьбы ниппеля 41 в соединении с резьбовым трубчатым элементом 25 регулируемой подвески 16 и шаг М дополнительной внутренней резьбы 46 резьбового трубчатого элемента 25 регулируемой подвески 16 в соединении с резьбовой втулкой 43, имеющей упорный бурт 44, связаны соотношением: N=(1,4÷1,7)M, обеспечивает разъединение бурильной колонны в месте резьбового соединения 50, S предохранительной муфты 42 с ниппелем 41 при приложении момента, составляющего 30÷50% от исходного момента затяжки.

Затем колонну бурильных труб вместе с верхним переводником 5, ниппелем 41, резьбовой втулкой 43 с упорным буртом 44, упорной шайбой 45, резьбовым трубчатым элементом 25, керноприемником 11, включающим регулируемую подвеску 16, подшипниковую опору вращения 15, керноприемные трубы 12, 13 вместе с отобранным керном извлекают на поверхность.

После этого спускают в скважину скважинный ловитель для подъема на поверхность оставшегося корпуса керноотборного снаряда с бурильной головкой.

Керноотборный снаряд снижает стоимость обслуживания, повышает надежность освобождения от прихвата бурильной головки, корпуса и центраторов при использовании гидравлического яса в составе бурильной колонны, повышает надежность разъединения бурильной колонны в месте установки разъединителя керноприемника, отсоединяемого левым вращением бурильной колонны при приложении момента, составляющего 30÷50% от исходного момента затяжки.