RU2052095C1

RU2052095C1 - Core-sampling tool

Info

Publication number: RU2052095C1
Authority: RU
Inventors: Г.К. Ешимов
Priority date: 1992-04-29
Filing date: 1992-04-29
Publication date: 1996-01-10

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: core-sampling tool has body with side window, drive with transmission gear, core receiver with core breaker, core catcher and drill bit as well as housing which diameter exceeds that of body inside it. Side window is aligned with side window of body. Drive is manufactured in the form of face screw motor and transmission gear - in the form of flexible hollow shaft reinforced with wire and fitted with drill bit. After finish of rotary drilling of interval of borehole controlling ball is lowered into space of tool which shuts central duct of controlling bushing, displaces it and opens access to face motor of drilling fluid. Rotor of motor sets in rotation core receiver which cuts into wall of borehole and samples a core. EFFECT: increased operational efficiency of core-sampling tool by its use in combination with drive on the form of face screw motor. 9 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, к техническим средствам для бурения и отбора образцов горных пород из стенок буровых скважин. The invention relates to the mining industry, to technical means for drilling and sampling of rocks from the walls of boreholes.

Известны керноотборные снаряды, содержащие корпус, привод с передаточным механизмом, и керноприемник с коронкой [1] Недостатком известных устройств является невозможность отбора за один рейс нескольких образцов горных пород. Кроме того, эти устройства имеют низкую надежность работы из-за сложности электромеханической системы. Known coring shells containing a housing, a drive with a transmission mechanism, and a core receiver with a crown [1] A disadvantage of the known devices is the inability to select several rock samples in one run. In addition, these devices have low reliability due to the complexity of the electromechanical system.

Известен также керноотборный снаряд, содержащий корпус с боковым окном, размещенный в соединенном с бурильными трубами и оснащенном буровым долотом полом кожухе с боковым окном, совмещенным с окном корпуса, и с отверстиями вокруг окна, сообщающими полость корпуса с затрубным пространством, керноприемник с керноломом и буровой коронкой, размещенной в совмещенных окнах корпуса и кожуха, и с приводом забойного двигателя с передаточным механизмом в виде полого гибкого вала, связанного с приводом шлицевым соединением, и распределительный гидравлический механизм с управляющим сбрасываемым шаром [2] Недостатком известного устройства является невозможность бурения скважины и отбора керна из стенок пробуренной скважины в процессе одного рейса. A core sampling projectile is also known, comprising a body with a side window, housed in a casing connected to the drill pipe and equipped with a drill bit, with a side window combined with the body window, and with openings around the window communicating the body cavity with the annular space, a core receiver with a core breaker and a drill a crown located in the combined windows of the housing and the casing, and with the drive of the downhole motor with a transmission mechanism in the form of a hollow flexible shaft connected to the drive by a spline connection, and a distribution gy hydraulic mechanism with a control dropping ball [2] A disadvantage of the known device is the impossibility of drilling a well and coring from the walls of a drilled well during one trip.

Задачей является повышение эффективности работы устройства путем использования в качестве привода забойных буровых двигателей. The objective is to increase the efficiency of the device by using downhole drilling motors as a drive.

Сущность изобретения заключается в том, что в керноотборном снаряде, содержащем корпус с боковым окном, размещенный в соединенном с бурильными трубами и оснащенном буровым долотом полом кожухе с боковым окном, совмещенным с окном корпуса, и с отверстиями вокруг окна, сообщающими полость корпуса с затрубным пространством, керноприемник с кеpноломом и буровой коронкой, размещенной в совмещенных окнах корпуса и кожуха, и с приводом в виде забойного двигателя с передаточным механизмом в виде полого гибкого вала, связанного с приводом шлицевым соединением, и распределительный гидравлический механизм с управляющим сбрасываемым шаром, забойный двигатель выполнен в виде бурового гидравлического винтового двигателя, сообщенного через распределительный гидравлический механизм с полостью бурильных труб, верхний конец гибкого вала имеет жестко соединенный с ним подпружиненный снизу поршень с обратным клапаном, отверстиями и калиброванными сквозными каналами и размещенную между пружиной и поршнем муфту с выступами и впадинами, нижний торец поршня имеет ответные им выступы и впадины, полость керноприемника сообщена через обратный клапан и отверстия с подпоршневой полостью в месте выхода калиброванных сквозных каналов в поршне, причем последние выполнены расширяющимися. The essence of the invention lies in the fact that in a coring shell containing a housing with a side window, housed in a casing connected to the drill pipe and equipped with a drill bit, a casing with a side window aligned with the case window and with openings around the window communicating the body cavity with the annulus , core receiver with a core breaker and a drill bit, located in the combined windows of the casing and the casing, and with a drive in the form of a downhole motor with a transmission mechanism in the form of a hollow flexible shaft associated with a splined drive m connection, and a hydraulic distribution mechanism with a control ball being discharged, the downhole motor is made in the form of a hydraulic hydraulic screw motor communicated through a hydraulic distribution mechanism with a drill pipe cavity, the upper end of the flexible shaft has a piston with a spring-loaded bottom-mounted piston with a check valve, holes and calibrated through channels and located between the spring and the piston clutch with protrusions and depressions, the lower end of the piston has protrusions that respond to them and in Adina core receiver cavity is connected through a check valve and opening the subpiston with a cavity in place of calibrated exit through passages in the piston, the latter being made expandable.

Выполнение забойного двигателя в виде бурового гидравлического винтового двигателя, сообщенного через распределитель- ный гидравлический механизм с полостью бурильных труб, обеспечивает его автономность в режиме керноотбора, а также возможность попеременного бурения скважины и выбуривания керна из стенок скважины. The implementation of the downhole motor in the form of a hydraulic drilling screw motor, communicated through a hydraulic distributor with a cavity of the drill pipe, ensures its autonomy in the mode of core sampling, as well as the possibility of alternate drilling of the well and core drilling from the walls of the well.

Снабжение верхнего конца гибкого вала жестко соединенным с ним подпружиненным снизу поршнем с обратным клапаном, отверстиями и калиброванными сквозными каналами и размещенной между пружиной и поршнем муфтой с выступами и впадинами и то, что нижний торец поршня имеет ответные им выступы и впадины, а полость керноприемника сообщена через обратный клапан и отверстия с подпоршневой полостью в месте выхода калиброванных сквозных каналов в поршне, причем последние выполнены расширяющимися, обеспечивает создание на керноприемнике, оснащенном коронкой, крутящего момента и осевой нагрузки, являющихся необходимыми технологическими параметрами процесса бурения. Крутящий момент создается ротором забойного двигателя при прокачивании через него бурового раствора, а передача производится через поршень, взаимодействующий посредством шлицевого соединения с ротором бурового забойного двигателя. Осевая нагрузка на керноприемник создается давлением бурового раствора на поршень, а калиброванные отверстия служат для регулирования величины давления. Supply of the upper end of the flexible shaft with a piston rigidly connected from below with a check valve, openings and calibrated through channels and a coupling with protrusions and depressions located between the spring and the piston, and that the lower end of the piston has protrusions and depressions corresponding to them, and the core receiver cavity is communicated through a check valve and openings with a piston cavity at the exit point of the calibrated through channels in the piston, the latter being made expandable, ensures the creation on the core receiver equipped with m crown, torque and axial load, are necessary technological parameters of the drilling process. Torque is created by the rotor of the downhole motor when pumping mud through it, and transmission is through a piston interacting by means of a spline connection with the rotor of the downhole motor. The axial load on the core receiver is created by the pressure of the drilling fluid on the piston, and the calibrated holes serve to control the pressure.

Проволочная спираль при вращении керноприемника способствует поступлению керна в полость керноприемника и обеспечивает передачу крутящего момента от поршня к коронке. Сообщение полости керноприемника наклонными каналами с подпоршневым пространством в корпусе обеспечивает создание восходящего потока бурового раствора в керноприемнике, что способствует перемещению керна в его полость, чем ускоряется процесс керноотбора. The wire spiral during the rotation of the core receiver facilitates the entry of the core into the cavity of the core receiver and ensures the transmission of torque from the piston to the crown. The communication of the core receiver cavity with inclined channels with a sub-piston space in the body ensures the creation of an upward flow of drilling fluid in the core receiver, which contributes to the core moving into its cavity, thereby accelerating the core sampling process.

Муфта с выступами и впадинами, взаимодействующая с нижним торцом поршня, имеющим ответные им выступы и впадины, обеспечивает создание вибраций на верхнем торце керноприемника для успешного перемещения керна в его полости. A clutch with protrusions and depressions, interacting with the lower end of the piston having reciprocal protrusions and depressions, provides vibrations at the upper end of the core receiver for successful core movement in its cavity.

На фиг.1, 2 изображен керноотборный снаряд в режиме бурения, вид сбоку; на фиг. 3 фрагмент продольного разреза храпового механизма; на фиг.4 вид по стрелке А на фиг.2; на фиг.5, 6 керноотборный снаряд в режиме керноотбора; на фиг. 7 разрез керноприемника с керном; на фиг.8 вид по Б-Б на фиг.2; на фиг.9 вид по В-В на фиг.3. In figure 1, 2 shows a core sample in drilling mode, side view; in FIG. 3 fragment of a longitudinal section of the ratchet mechanism; figure 4 is a view along arrow A in figure 2; 5, 6 core sampling in the mode of core sampling; in FIG. 7 section of core receiver with core; Fig.8 is a view along BB in Fig.2; Fig.9 view along BB in Fig.3.

Керноотборный снаряд содержит корпус 1 в виде трубы, нижний торец которой перекрыт днищем 2. Корпус 1 имеет боковое отверстие 3 с патрубком 4 по диаметру буровой коронки 5, вокруг которого выполнены отверстия 6 меньшего диаметра. Корпус 1 эксцентрично размещен в кожухе 7 большего, чем у корпуса 1, диаметра, оснащенном буровым долотом 8, и жестко присоединен к его внутренней стенке сваркой или винтами таким образом, что центр бокового отверстия 3 корпуса 1 совпадает с центром бокового отверстия 9 кожуха 7. Коронка 5 соединена с концевым патрубком 10 керноприемника 11, выполненного из упруго-эластичного материала и армированного стальной проволокой 12, соединенного с перекрывающим полость корпуса 1 поршнем 13, в котором выполнены сквозные калиброванные отверстия 14. Поршень 13 посредством втулки 15 с внутренним шлицевым соединением контактирует со штоком 16, который при помощи резьбовой муфты с каналами 17 соединен со шпинделем 18 забойного двигателя, например винтового. При этом корпус 1 соединен со статором 19 двигателя. Поршень 13 снабжен уплотнительным кольцом 20 и подшипниками качения 21. Под поршнем 13 расположен вибровращательный механизм в виде муфты 22 с выступами в виде подшипников качения 23, а в торце поршня 13 имеются выемки 24 (см. фиг.2). Муфта 22 жестко соединена с цилиндрической пружиной сжатия 25, нижний конец которой соединен с корпусом 1. Нижняя часть керноприемника 11 размещена в изогнутой направляющей трубке 26, соединенной с корпусом 1 и с патрубком 4, установленным соосно с боковым отверстием 3 в корпусе 1. У наружного торца патрубка 4 размещен постоянный магнит 27, взаимодействующий с коронкой 5, армированной твердосплавными резцами 28 (фиг.7). The coring shell includes a housing 1 in the form of a pipe, the lower end of which is overlapped by the bottom 2. Housing 1 has a lateral hole 3 with a nozzle 4 along the diameter of the drill bit 5, around which holes 6 of smaller diameter are made. The housing 1 is eccentrically placed in the housing 7 of a larger diameter than the housing 1, equipped with a drill bit 8, and is rigidly connected to its inner wall by welding or screws so that the center of the side opening 3 of the housing 1 coincides with the center of the side opening 9 of the housing 7. The crown 5 is connected to the end pipe 10 of the core receiver 11, made of an elastic material and reinforced with a steel wire 12, connected to a piston 13 that covers the cavity of the housing 1, in which through calibrated holes 14 are made. Piston 13 by means of a sleeve 15 with an internal spline connection, contacts the rod 16, which is connected to the spindle 18 of a downhole motor, for example, a screw, using a threaded sleeve with channels 17. In this case, the housing 1 is connected to the stator 19 of the engine. The piston 13 is equipped with a sealing ring 20 and rolling bearings 21. Under the piston 13 is a vibrational mechanism in the form of a coupling 22 with protrusions in the form of rolling bearings 23, and at the end of the piston 13 there are recesses 24 (see figure 2). The clutch 22 is rigidly connected to a cylindrical compression spring 25, the lower end of which is connected to the housing 1. The lower part of the core receiver 11 is placed in a curved guide tube 26 connected to the housing 1 and to the pipe 4 mounted coaxially with the side hole 3 in the housing 1. At the outer the end of the pipe 4 is a permanent magnet 27, interacting with the crown 5, reinforced with carbide cutters 28 (Fig.7).

В поршне 13 выполнено центральное отверстие 29, сообщенное с полостью керноприемника 11 и посредством наклонных отверстий 30 с расширяющимися под поршень 13 отверстиями 14. Отверстие 29 снабжено шаровым обратным клапаном 31. A central bore 29 is made in the piston 13, communicated with the cavity of the core receiver 11 and through inclined holes 30 with holes 14 expanding under the piston 13. The bore 29 is provided with a ball check valve 31.

В конической расточке полости коронки 5 размещен цанговый кернорватель 32, а в полости концевого патрубка 10 кернолом 33 (фиг.7). В верхней части корпуса 1 над забойным двигателем размещен распределительный гидравлический механизм в виде перекрывающего полость кожуха поршня 34 с уплотнительным кольцом 35, каналами 36 и 37 и подвижной втулкой 38, закрепленной в центральном канале поршня 34 срезным штифтом 39. Причем в верхнем положении втулка перекрывает каналы 37, открытые в полость забойного двигателя, а в нижнем каналы 36, открытые в полость кожуха 7. Втулка 38 снабжена гнездом под сбрасываемый управляющий шар 40 (фиг.5). In the conical bore of the cavity of the crown 5, a collet core-raiser 32 is placed, and in the cavity of the end pipe 10, a core-breaker 33 (Fig. 7). In the upper part of the housing 1 above the downhole motor there is a hydraulic distribution mechanism in the form of a piston 34 covering the cavity of the casing with a sealing ring 35, channels 36 and 37 and a movable sleeve 38 fixed in the central channel of the piston 34 with a shear pin 39. Moreover, in the upper position, the sleeve overlaps the channels 37, open into the cavity of the downhole motor, and in the lower channel 36, open into the cavity of the casing 7. The sleeve 38 is provided with a socket for a resettable control ball 40 (Fig. 5).

Боковое выходное отверстие 9 в кожухе 7 закрыто легкоразрушаемой, например пластмассовой, крышкой 41, соединенной с кожухом винтами или вставляемой в подготовленные пазы (не показаны). The lateral outlet 9 in the casing 7 is closed by an easily disintegrable, for example, plastic, cover 41 connected to the casing with screws or inserted into prepared grooves (not shown).

Принцип работы керноотборного снаряда заключается в следующем. The principle of operation of a coring shell is as follows.

Собранное, как показано на фиг.1, 2, устройство опускается на трубах на забой. Затем в полость труб подается буровой раствор и производится вращение снаряда ротором. Буровой раствор через каналы 36 в распределительном гидравлическом механизме и полость кожуха 7 подается к буровому долоту 8, охлаждая его и вынося шлам по затрубному пространству на поверхность. На этой стадии снаряд работает в режиме бурения, производя углубку скважины до достижения интервала опробования продуктивного пласта. Assembled, as shown in figures 1, 2, the device is lowered on the pipes to the bottom. Then, drilling fluid is supplied into the pipe cavity and the projectile is rotated by the rotor. The drilling fluid through the channels 36 in the hydraulic distribution mechanism and the cavity of the casing 7 is fed to the drill bit 8, cooling it and carrying the sludge through the annulus to the surface. At this stage, the projectile operates in drilling mode, producing a well bore until the testing interval of the reservoir is reached.

Затем производят очистку ствола скважины от выбуренного шлама длительным прокачиванием бурового раствора через снаряд. Then, the wellbore is cleaned of drill cuttings by prolonged pumping of the drilling fluid through the projectile.

После этого в полость бурильных труб опускают управляющий шар 40, который садится в гнездо на втулке 38. Давлением бурового раствора втулка 38 смещается вниз, срезая штифт 39, перекрывая каналы 36 и открывая каналы 37. After that, the control ball 40 is lowered into the cavity of the drill pipe, which sits in the socket on the sleeve 38. The pressure of the drilling sleeve 38 is shifted downward, cutting off the pin 39, blocking the channels 36 and opening the channels 37.

Буровой раствор поступает в полость забойного двигателя. Вращающий момент на шпинделе передается штоком 16 через шлицевое соединение на втулку 15 и поршень 13 и далее на керноприемник 11, патрубок 10 и коронку 5. Давлением бурового раствора и вращением коронки 5 разрушается крышка 41 и коронка 5 врезается в стенку скважины, выбуривая столбик керна. The drilling fluid enters the cavity of the downhole motor. The torque on the spindle is transmitted by the rod 16 through a spline connection to the sleeve 15 and the piston 13 and then to the core receiver 11, the nozzle 10 and the crown 5. The cover 41 is destroyed by the pressure of the drilling fluid and rotation of the crown 5 and the crown 5 cuts into the borehole, drilling the core column.

Поток бурового раствора из шпинделя протекает через каналы 17 в надпоршневое пространство корпуса 1, создавая давление на поршень 13, обеспечивающее осевую нагрузку на коронку 5. При этом вращающийся поршень 13 смещается вниз, сжимая пружину 25, на которой закреплена муфта 22 с выступами в виде шариков 23 подшипника качения. Благодаря наличию на нижнем торце поршня 13, взаимодействующего с муфтой 22, выемок 24, муфта 22 колеблется относительно поршня 13, нанося по нему удары. Так как поршень 13 соединен с керноприемником 11, то указанные удары способствуют продвижению керна в полости керноприемника 11. Поток бурового раствора, истекающий от отверстий 14, создает в полости керноприемника 11 восходящий поток благодаря созданию разрежения в расширяющихся книзу каналах отверстий 14, куда подведены каналы 30, сообщенные с полостью керноприемника 11. Обратному течению раствора препятствует шаровой клапан 31, чем обеспечивается сохранность керна. The flow of drilling fluid from the spindle flows through the channels 17 into the over-piston space of the housing 1, creating pressure on the piston 13, providing an axial load on the crown 5. In this case, the rotating piston 13 is shifted downward, compressing the spring 25, on which the coupling 22 with protrusions in the form of balls is fixed 23 rolling bearings. Due to the presence on the lower end of the piston 13 interacting with the clutch 22, recesses 24, the clutch 22 oscillates relative to the piston 13, striking it. Since the piston 13 is connected to the core receiver 11, these impacts contribute to the advancement of the core in the cavity of the core receiver 11. The flow of drilling fluid flowing from the holes 14 creates an upward flow in the cavity of the core receiver 11 by creating a vacuum in the expanding channels 14 of the holes 14 where channels 30 are connected communicated with the cavity of the core receiver 11. The backflow of the solution is prevented by the ball valve 31, thereby ensuring the safety of the core.

Передачу вращающего момента на коронку 5 через упругоэластичный керноприемник 11 обеспечивает армирующая его проволока 12. При этом она же способствует перемещению керна вглубь керноприемника 11, так как создает в его полости винтовые выступы, посредством которых на поверхности керна создаются при вращении керноприемника 11 продольные усилия. The torque is transmitted to the crown 5 through the elastic-elastic core receiver 11 by the wire reinforcing it 12. At the same time, it contributes to the core moving deeper into the core receiver 11, since it creates helical protrusions in its cavity by means of which longitudinal forces are created on the core surface during rotation of the core receiver 11.

Поток бурового раствора из подпоршневого пространства истекает через отверстия 6, размывая стенку скважины, способствуя выбуриванию керна, охлаждению коронки 5, и далее, частично поступая в полость керноприемника 11, перемещает керн вглубь нее. The flow of drilling fluid from the piston space expires through the openings 6, eroding the borehole wall, contributing to core drilling, cooling the crown 5, and then, partially entering the cavity of the core receiver 11, moves the core deep into it.

Поступающий в керноприемник 11 керн сламывается на столбики определенной длины керноломом 33, а последний столбик отрывается и удерживается кернорвателем 32. The core arriving at the core receiver 11 is broken into columns of a certain length with a core breaker 33, and the last column is torn off and held by a core breaker 32.

После прекращения подачи бурового раствора пружина 25 возвращает керноприемник 11 с поршнем 13 в исходное положение. При этом коронка 5 фиксируется в корпусе 1 магнитом 27. After stopping the flow of the drilling fluid, the spring 25 returns the core receiver 11 with the piston 13 to its original position. In this case, the crown 5 is fixed in the housing 1 by a magnet 27.

Повторное бурение в другом интервале происходит перемещением устройства в необходимом направлении и повторной подачей бурового раствора в полость бурильных труб. При этом поступающий в коронку 5 керн проталкивает ранее выбуренный керн в полость керноприемника 11, а кернорватель 32 смещается в расширенную часть конической расточки, пропуская керн в полость керноприемника 11. Re-drilling in another interval occurs by moving the device in the required direction and re-supplying the drilling fluid to the cavity of the drill pipe. At the same time, the core entering the crown 5 pushes the previously drilled core into the cavity of the core receiver 11, and core core 32 is shifted to the expanded part of the conical bore, passing the core into the cavity of the core receiver 11.

Многократность отбора керна обеспечивается длиной керноприемника 11, а глубина подачи керноприемника за одну забурку керноотбора регламентируется длиной шлицевого штока 16. Multiple core sampling is provided by the length of the core receiver 11, and the depth of supply of the core receiver for one core sampling is regulated by the length of the spline rod 16.

Claims

A CORE SIZE APPARATUS comprising a housing with a side window, housed in a housing connected to the drill pipe and equipped with a drill bit, with a side window aligned with the body window, and with openings around the window communicating the body cavity with the annular space, a core receiver with a core breaker and a drill bit, located in the combined windows of the casing and the casing, and with a drive in the form of a downhole motor with a transmission mechanism in the form of a hollow flexible shaft connected to the drive by a splined connection, and a distributive hydraulic mechanism with a resettable ball control, characterized in that the downhole motor is made in the form of a hydraulic drilling screw motor communicated through a hydraulic distribution mechanism with a drill pipe cavity, the upper end of the flexible shaft has a piston rigidly connected to it with a spring-loaded bottom piston with check valve, holes and calibrated through channels and a clutch with protrusions and depressions located between the spring and the piston, the lower end of the piston has protrusions and depressions corresponding to them, the core cavity ISRC communicated through a check valve and opening the subpiston with a cavity in place of calibrated exit through passages in the piston, the latter being made expandable.