СНАРЯД ДЛЯ ОТБОРА КЕРНА

Изобретение относится к горному делу, а именно к бурению скважин с отбором керна и сохранением пластовой среды.

Известен снаряд для отбора изолированного керна [Пат. РФ №2188299, МПК⁷ Е 21 В 25/08, 2002], состоящий из корпуса, внутри которого на подшипниках качения, герметизированных резиновыми уплотнениями, установлена керноприемная труба, заполненная изолирующим составом, например моторным маслом. Внизу керноприемной трубы расположен плунжер-вытеснитель, который вытесняет масло под воздействием поступающего в керноприемную трубу керна. Керн защищается от воздействия промывочной жидкости сальниковым уплотнением.

Снаряду данной конструкции присущ ряд недостатков: а) чрезвычайная сложность конструкции снаряда, а следовательно, высокая стоимость изготовления, трудоемкость сборки и обслуживания; б) предложенная конструкция уплотнения между керноприемной трубой и бурильной головкой вследствие трения приведет в некоторых случаях к вращению керноприемной трубы вместе с корпусом снаряда, что снижает вынос керна; в) резиновые уплотнения, которыми герметизированы подшипники, в условиях высоких давлений и агрессивной среды, как показывает практика, без компенсаторов давления своей функции не выполняют; г) плунжер, предназначенный для вытеснения масла при поступлении керна и для предотвращения излива масла на поверхности, может оказать разрушающее воздействие на слабосцементированный керн; д) моторное масло, предложенное в качестве изолирующей жидкости, является углеводородом, что затрудняет оценку истинной нефтегазонасыщенности керна, а, кроме того, не препятствует истечению из керна пластовых флюидов после подъема его на поверхность.

Наиболее близким (прототипом) к предлагаемой конструкции снаряда является снаряд для отбора изолированного керна [Пат. РФ №2049220, МПК⁷ Е 21 В 25/08, 1995], состоящий из корпуса, маслонаполненного кожуха с диафрагмой в нижней части, внутри которого на подшипнике подвешена керноприемная труба, полость которой заполнена герметизирующей жидкостью - углеводородным или таловым маслом, керноприемной трубы, кернорвателя. Недостатками известного устройства является невысокий вынос керна из слабосцементированных пород, а также затруднение оценки истинной нефтегазонасыщенности керна.

Таким образом, стоит задача получения изолированного керна, незагрязненного привнесенными углеводородами, из любых, в том числе из слабосцементированных пород, повышение надежности работы при упрощении конструкции снаряда.

Поставленная задача решается тем, что в снаряде для отбора керна, включающем 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, согласно изобретению внутри керноприемной трубы, центрированной в корпусе шариковыми центраторами, размещен пластиковый вкладыш, заполненный термопластичным изолирующим материалом, подвесной 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. Кроме того, пластиковый вкладыш в качестве термопластичного изолирующего материала заполнен парафином.

При проведении поиска в патентной и научно-технической литературе снарядов для отбора керна, имеющих совокупность существенных признаков, идентичную указанной, не обнаружено, что позволяет судить о соответствии заявляемого устройства критерию изобретения "новизна". Именно указанная совокупность существенных признаков позволяет добиться решения поставленной задачи получения керна, изолированного в условиях скважины, не загрязненного привнесенными флюидами, максимально сохраняющего свои физические и химические свойства при подъеме керноотборного снаряда на поверхность из любых, в том числе из слабосцементированных пород, при одновременном повышении надежности работы устройства, упрощении конструкции и снижении стоимости и трудоемкости обслуживания, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 показана конструкция снаряда в целом, на фиг.2 - лабиринтное уплотнение между корпусом кернорвателей и внутренней полостью бурильной головки.

Снаряд состоит из корпуса 1 с центраторами, на котором сверху крепится присоединительный переводник 2, снизу - бурильная головка 3, и керноприемной трубы 4, подвешенной в корпусе через глухой переводник 5, ось 6 и гайку 7 на осевом подшипнике качения 8. Подшипник 8 сверху прикрыт кожухом 9 и опирается на регулировочный винт 10, который при помощи регулировочной гайки 11 и стопорной шайбы 12 зафиксирован относительно проточки между корпусом 1 и переводником 2. Вращением регулировочной гайки 11 по регулировочному винту 10 устанавливается необходимый зазор между корпусом кернорвателей 13 и внутренней полостью бурильной головки 3. Детали 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 образуют подвеску керноприемной трубы, которая обеспечивает свободное вращение корпуса керноотборного снаряда 1 относительно керноприемной трубы 4, а также позволяет установить необходимый зазор в 1...1,5 мм между корпусом кернорвателей 13 и внутренней полостью бурильной головки 3. Узел отделения керна от забоя образуют корпус кернорвателей 13 и установленные в нем цанговый 14 и рычажковый 15 кернорватели. Корпус кернорвателей 13 имеет ряд канавок, которые образуют с внутренней поверхностью бурильной головки 3 лабиринтное уплотнение, и соединяется с керноприемной трубой 4 посредством переводника 16. Лабиринтное уплотнение служит для защиты керна от воздействия промывочной жидкости при бурении. Внутри керноприемной трубы 4 установлен пластиковый вкладыш 17, заполненный термопластичным изолирующим материалом, плотность которого меньше плотности бурового раствора, например парафином 18. Для предупреждения поперечных колебаний керноприемной трубы 4 на ней установлены шариковые центраторы 19 и 20.

Предлагаемый снаряд для отбора изолированного керна работает следующим образом. Перед спуском снаряда в скважину отвинчивают и снимают присоединительный переводник 2. С подвески отвинчивают и снимают кожух 9, гайку 7 и подшипник 8. Регулировочный винт 10 подвески приподнимают вверх и в образовавшуюся кольцевую полость между осью 6 и винтом 10 заливают жидкое масло. Ось 6 с вращением опускают на место. Подшипник 8 и кожух 9 набивают консистентной смазкой и также устанавливают на место. При нахождении на поверхности смазка в зазорах (на фиг.1 зазоры показаны черной линией) удерживается за счет капиллярных сил, а при нахождении в скважине - за счет выталкивающих сил. При этом детали подвески 9 и 10 образуют над подшипником 8 маслонаполненный колокол, под которым и удерживается смазка. Далее керноприемную трубу 4 в сборе с подвеской извлекают из корпуса. От керноприемной трубы 4 отвинчивают переводник 5 с подвеской, после чего внутрь трубы 4 вставляют пластиковый вкладыш 17, заполненный парафином 18. Поскольку температура воздуха не превышает температуры плавления парафина 52...56°С, парафин находится в твердом состоянии и нет необходимости в применении диафрагмы, предупреждающей излив изолирующей жидкости. Снаряд собирают в соответствии с фиг.1 и спускают в скважину. В процессе спуска снаряда в скважину растет температура окружающей среды и на определенной глубине, где температура превысит 56°С парафин перейдет в жидкое состояние. По литературным данным [Белорусов В.О., Скрынник В.И. Спутник буровика. Киев, 1973, с.55-57] в большинстве нефтегазоносных районов эта глубина не превышает 1500 м. Поскольку глубина скважин на сегодня, как правило, составляет около двух тысяч метров или более, и в перспективе будет только увеличиваться, использование парафина в качестве термопластичной изолирующей жидкости возможно. Бурение с отбором керна производят в обычном порядке. При поступлении керна в керноприемную трубу происходит вытеснение парафина через нижний конец керноприемной трубы и далее через кольцевой зазор между керном и корпусом кернорвателей. По окончании бурения производят подъем снаряда, в процессе которого происходит снижение температуры окружающей среды, и на определенной глубине парафин перейдет в твердое состояние. После подъема снаряда из скважины керноприемную трубу 4 в сборе с подвеской извлекают из корпуса снаряда, отвинчивают переводник 16 в сборе с кернорвателями, пластиковый вкладыш 17 с керном в парафине извлекают из керноприемной трубы 4 и режут на метровые отрезки, которые с торцов закрывают крышками.

Лабиринтное уплотнение и центраторы керноприемной трубы 19 и 20 обеспечивают свободное вращение корпуса 1 относительно керноприемной трубы 4. Работа подвесного подшипника 8 в маслонаполненном колоколе увеличивает ресурс его работы без необходимости использования каких-либо уплотнений. Кроме того, остаток парафина в керноприемной трубе 4 работает, как сигнализатор захода керна: при низком выносе керна по его остатку можно судить о том, утерян ли керн при отрыве или в процессе подъема - в этом случае часть объема вкладыша 17 будет занята раствором, или же керн в керноприемную трубу 4 по какой-то причине и не поступал - во вкладыше 17 присутствует только керн и парафин.

Таким образом, применение снаряда для отбора керна описанной конструкции позволяет получить представительный керн, практически не контактировавший с промывочной жидкостью, не загрязненный привнесенными углеводородами, сохраняющий в себе большую часть пластовых флюидов вплоть до момента извлечения керна из вкладыша и очистки его от парафина. При этом затраты ручного труда невысоки, а устройство снаряда достаточно простое.