Породоразрушающий инструмент для бурения с отбором керна




Классификациягорныхпородпо сложностиотборакерна

  Кате-гория пород     Характеристикасостояния горной породы Условный диаметр кернопри-емника     Керноприемное устройство     Бурильные головки   Кер-норва- тель
  I Монолитные,слаботрещинова- тые,неразмываемыебуровым раствороми ненабухающие,не разрушаемыевибрациямикер-ноотборногоинструмента   Малый     Турбодолота,сосъемнымкерно- приемником,длявысокооборот- ногобурения     Шарошечные,режущего действия,(ИСМ)алмазные   Цанго-выйи рычаж- ковый
  II Трещиноватыеперемежаю-щиеся,слаборазмываемыебу- ровымраствором,малоразру- шаемыевибрациями     Средний   Снесъемнымкерноприемникомдлянизкооборотногобурения «Недра»,«Силур»   Шарошечные,режущего действия(шарошечные,ло-пастные,ИСМалмазные Цанго-выйи рычаж- ковый
  III Весьматрещиноватыепереме- жающиеся,размываемыебуро-вымраствором,разрушаемые вибрациямикерноотборного инструмента   Большой   Снесъемнымкерноприемнком, длянизкооборотногобурения серии«Кембрий»   Режущегодействия(лопа-стные,шарошечные,алмаз- ные,ИСМ)     Рычаж- ковый
  IV   Рыхлые,перемятыеи плыву-чие,высокопористые,раство- ряющиесяв буровомрастворе     Средний Специальноесэластичнойкер- ноприемнойкамеройдлянизко- оборотногобурениятипа«Плу- тон» Режущегодействия(лопа- стные,алмазные,шарошеч-ные,соперажающимкер- ноприемом) Безкер- кер-норва- теля

Техническиефакторы

Основнойтехническойхарактеристикой отборакернаслужитвынос кернаВк,тоестьколичественныйпоказателькачестваотборав(%).

 

Bk=Hk/Hp •100%

гдеНк–длинаотобранногокерна;

Нр–длинапройденногостволаскважиныза рейс.

Вынос керна в значительной степени зависит от конструкции керноотборных снарядов, бурильных головок и коронок.

Дляобеспечениявысокоговыносакернакерноотборноеустройство должносоответствоватьследующимтехническимтребованиям

Выбуривать керн достаточной прочности за счет увеличения диаметра;

• Обеспечениезащитыкернаотразмываструейбуровогорас-

творавовремябурения;

• Сохранениекернавкерноприемнойтрубеотвоздействияеё вращения, скручивания, вибрации, ударов и тд;

• Исключениевсехвидовколебанийкорпуса инструментаикер-

ноприемника;

• Обеспечениенадежностизахватакерна, его отрыва от забоя по окончаниюрейса и удержанию в керноприемной трубе при подъеме из скважины.

 

Техническийуровенькерноотборного устройстваопределяетсята- кимипараметрами,каккоэффициенты керноотбораикерноприема.Коэф-фициенткерноотбора(кернообразования)К0 равенотношениюдиаметра выбуриваемогокернаdkкдиаметрускважиныDc

 


K 0 = dk

Dc


 

>0,40.


 

 


 

 

Известно,чтосувеличениемдиаметракерна –увеличиваетсяегопо- перечноесечение,аследовательно ипрочность.ПоданнымБрентлиД.Е. прочность кернаизтвердыхпородпропорциональнокубуегодиаметра.Следуетдобавить,чтоK0являетсяглавнойтехническойхарактеристикойкерноотборногоустройства.

Коэффициенткерноприемаkп характеризуетсоотношениедиаметра кернаdkи расстояниеоткерноприемадозабояскважиныh.

 


kn = dk

h


 

>0,70.


 


 

Вкерноотборныхустройствахсиспользованиемшарошечныхбу-

рильныхголовокKnобычноравен0,5-3,8.

 

 

Технологическиефакторы

Технологияотборакернавключаетпланирование, контрольэлемен-товтехнологиигеологическойслужбой,выполнениетехнологических па- раметровисоблюдениеихвыполнениябуровойвахтой.

Ктехнологическимфакторамследуетотнести:

• Режимбурения;

• Качествоподготовкизабояи стволаскважины;

• Выборкомпоновкинизабурильнойколонны(КНБК).

 

 

Кфактору«режимбурения» отнесенынетолькопараметры режима бурения,такиекакосеваянагрузка, частотавращения, количество икаче-ствопромывочной жидкости,ноипоказателибурения,включающиепро- ходкузарейси механическуюскоростьбурения.

 

 

Повлиять на технические и технологические факторы возможно, поэтому рассмотрим их более подробно. Несмотря на то, что диаметр керна и расстояние от забоя до керноприемника оказывает существенное влияние на сохранность керна, самыми главными все же остаются осевая нагрузка, частота вращения, количество подаваемой промывочной жидкости, углубка за рейс Рассмотрим каждый из этих параметров более подробно.

Осевая нагрузка. При недостаточной осевой нагрузке происходит плохое внедрение резцов в породу, вследствие чего происходит падение механической скорости бурения и происходит увеличение времени рейса, т.е. увеличение времени воздействия на керн негативных факторов. При высокой осевой нагрузке возникает другая ситуация, когда резец чрезмерно внедряется в породу и образует трещины, которые в последствии приводят к разрушению керна. Так же в некоторых случаях при чрезмерной осевой нагрузке возникают продольные и поперечные колебания, и происходит потеря устойчивости бурового инструмента. Исходя из этого, осевая нагрузка должна подбираться таким образом, чтобы обеспечивать оптимальное усилие для внедрения резца.

Частота вращения. При недостаточной частоте вращения падает механическая скорость бурения, а время воздействия на керн увеличивается. Увеличение частоты вращения приводит к сокращению времени контакта зуба с породой, снижению механической скорости и возрастанию вибраций, как следствие, сохранность керна ухудшается. Выбор частоты бурения необходимо осуществлять, исходя из условий минимизации вибрации, но с сохранением приемлемой механической скорости.

Расход промывочной жидкости. Рассматривая влияние количества промывочной жидкости на сохранность керна, необходимо помнить, что это количество должно быть достаточным для нормальной очистки забоя от разрушенной породы и охлаждения инструмента. При несоблюдении такого условия время бурения увеличивается, и керн подвергается действию промывочной жидкости более длительное время. Увеличение расхода приводит к размыву керна и, как следствие, к его потере. Таким образом, расход промывочной жидкости должен быть минимален, но его должно хватать для выполнения основных задач, возлагаемых на очистной агент в процессе бурения.

Проходки за рейс. Как видно из графика уменьшение выхода керна практически прямо пропорционально проходке за рейс. Это связано, прежде всего, с длительностью воздействия на керн негативных факторов вибрации и потока промывочной жидкости, а так же собственного веса керна. С увеличением длины проходки за рейс увеличивается вероятность заклинивания и истирания керна. Для минимизации этих факторов необходимо, как минимум, использовать двойные колонковые снаряды. Практически свести к минимуму эти факторы позволит использование снарядов со съемными и эластичными керноприемниками.

 


Организационныефакторы

 

 

Организация отборакернаявляетсяоднимизглавныхфакторов, обеспечивающих эффективностьработ.Приэтомвыполняютсяследую- щиемероприятия[24]:

• Обучениечленовбуровыхбригадсовершеннымметодамотбо-

ракерна;

• Обеспечениебуровыхбригаднаиболеесовершеннымкерноот-

борныминструментом;

• Составлениедетальноразработанногопланаработпоотбору кернасуказаниемконкретныхисполнителейпокаждому этапуработ,сро-камвыполнения;

• Организация контролязавыполнениемпланаитехнологииот-

боракерна

• Применениепрогрессивнойоплатытрудазавысокиепоказате-

лиработприотборекерна.

 

Керноприемные устройства.
Для бурения с отбором керна выпускаются керноприемные устройства,
применяемые при различных по физико-механическим свойствам горных породах и условиях бурения:
- серия "Недра" - для неосложненных условий бурения скважин;
- серия "Кембрий" - для условий бурения в рыхлых слабосцементиро-
ванных и трещиноватых породах;
- серия "Силур" - для бурения в осложненных осыпями и обвалами
- серия "Тенгиз" - для бурения в условиях, осложненных нефтегазоп-
роявлениями и поглащениями промывочной жидкости в породах с высокими коллекторскими свойствами.
- серия "Риф" - для отбора керна из отложений рыхлых, сыпучих,
сильно трещиноватых, в том числе, рифогенных горных пород с высокими
коллекторскими свойствами роторным способом;
- серия "МАГ" - для отбора керна в интервалах залегания твердых
консолидированных и абразивных горных пород, в том числе из пород
кристаллического фундамента турбинным способом.
Общий вид керноприемных устройств большинства серий однотипен и
приведен на рис.

 

Внастоящеевремявстранепроизводятся толькокерноотборные устройства длябуренияроторомилисподвескойегонавалгидравличе-скогозабойногодвигателя:

• Серии«Недра» дляотборакернавпородахIиIIкатегории трудности,тоестьвнеосложненныхусловиях.Этоустройствокерноот-борные роторные типов УКР-122/52, УКР-138/69, УКР-164/80, УКР-

203/100.ПерваяцифрашифраУКРобозначаетдиаметрскважины,вторая–

диаметркернав мм.

• Серии«Кембрий»дляотборакернаврыхлых,слабосцементи-рованных,размываемых буровымраствором,IIIкатегориипородпотруд- ностиотборакерна.ЭтоУКР-172/100,УКР-127/67,УКР-122/67.

• Серии«Силур»применяется винтервалахгорныхпород,ос-ложненныхприхватами бурильныхколонн.Этасерия керноотборныхуст-ройстввключаетУКР-114/52,УКР-146/80.

• Серии«Тенгиз»,предназначенныхдляотборакернавусловиях наличиянефтегазоводопроявлений ипоглощенийбуровыхрастворов. ПредставленаоднимтипомустройстваУКР-185/100.

 

 

Схематическое устройствоприведенныхкерноотборныхустройств показанонарисунке.


 

Рисунок3.90-Схематическоеустройствокерноотборныхустройств

 

 

Конструкциярегулировочной головки1существенноотличаетком-плексописанныхкерноотборныхустройств отизвестныхранее.Благодаря головкедостигаетсярегулированиезазорамеждубашмакомкернорвателя ибурильнойголовкойбезподъемакерноприемнойтрубы4.Узелшарико- подшипника2позволяетпредотвращатьвращениекерноприемнойтрубы4 скернорвателемвовращающимсякорпусе3.Шаровойклапан5предот- вращаетразмывкернаструейбурового раствора.Важнымусовершенство-ваниемустройстваявляетсяприменениесъемногоэжектора,монтируемого вместошара5,длясоздания вкерноотборномустройствеобратнойпро- мывки.Этоконструктивноерешениепозволяетповыситьвыноскерназа


счет предотвращениязаклинки керна в верхней части керноприемника скопившимсябуровымшламом.

Базовоймодельювсехописанныхустройствявляетсядвухсекцион-ноеустройство,но«Недра»,«Силур»используются такжеводносекцион- нойитрехсекционнойсборках,длиной8,16,24ми больше.

Чтокасаетсястепенисовершенствакерноотборныхустройствсерий

«Недра»и«Кембрий»,токоэффициенткерноотбораК0соответственнора-

вен: «Недра»,«Силур»-К0=0,37-0,38; «Кембрий»-К0=0,47-0,49.

Заметим,чтокоэффициенткерноотбораК0долженбытьК0>0,40,то

естьвконструкциикерноотборногоустройства«Кембрий»этоусловиесо-

блюдено.

КоэффициенткерноприемкаКп,характеризующий отношенийдиа- метракернакрасстоянию откерноприемадозабояскважины,который долженбытьКп>0,7усовременныхкерноотборныхустройствравен:

-керноотборныеустройства«Недра»,«Силур»Кп=0,5

-керноотборноеустройство«Кембрий»Кп=7,0-10,0.

Впечатиопубликованыматериалыоразработкеновыхкерноотбор-

ныхустройствизсерии«Недра»,напримерУКР-172/80-100«Лайнер»с пластиковымвкладышем,УКР-195/120«Риф»дляотборакернаизрых-

лых,сыпучих,сильнотрещиноватыхпород.

Дляотборакернаизинтерваловтрещиноватых пород,склонныхк самозаклинкевкерноприемнойтрубе,вВНИИБТразработанокерноот-

борноеустройствомагазинноготипасерииМАГ,приведенноенарисунке.

Устройствоможетбытьиспользованосприводомотротораилис подвескойнавалГЗД.УстройствосерииМАГ включаетбурильнуюголов- ку1,разрушающую горнуюпородукольцевымзабоем,керноприемную трубу4скернорвателемикерноломом2,переводник3дляфиксациикер- ноприемнойтрубы4.Частицыкерна,изломанные керноломом, покерно- приемнойтрубе4,поизогнутойкерноприемнойтрубе5частью потокабу- ровогораствораподнимаютсявмагазинвкорпусе6.Крометого,цифрой7 обозначенаюбкадляизменениянаправления обратногопотока,специаль-ныйпереводникдляобратнойпромывки8.Надпереводником 8размеща-етсяутяжеленнаябурильнаятруба9сотверстиями.Далеетрубасопорной плитой10иузелобратнойпромывки11.


 

Рисунок3.91–Керноотборноеустройствомагазинноготипа серииМАГ

 

 

Важнымэтапомсоздания новойтехники отборакернаповышенной информативностиявляетсяразработкакерноотборныхустройствсизоля-циейкернаприбурениисрастворомнаводнойоснове.Разработанныев

80-90-хгодахпрошлогостолетиявЗапСибБурНИПИподруководством

ХайруллинаБ.Ю.керноприемникиизолирующие,маслонаполненные се-рииКИ,примененныенаскважинахУренгойского,Песцового,Берегового, Колик-Еганского иВан-Еганскогоместорожденийпозволилиполучить увеличениевыносакернаврыхлых,слабоцементированныхпородахс15-

30%до82,5%.

НарисункеприведенокерноотборноеустройствоКИС.

Цифрой1обозначена пробкадляизоляциивнутренней полостикер-ноприемника послеегозаполненияизолирующимагентом3.Керноприем- ник4подвешеннашаровой опоре2.Внижнейчастикерноприемникараз-мещеныкернорвателирычажковый(6)ицанговый(7).Корпус5снабжен центраторами10дляпредотвращенияегопоперечныхколебаний.Внизу корпусаразмещенабурильнаяголовка 8идиафрагма9дляизоляциивнут-


реннейполостикерноприемникаотбуровогораствора.Послеподъема керноотборногоустройстванаустьекернизвлекаетсяизкерноприемникаи размещается впластиковых пеналахиящикедляхраненияитранспортав лабораторию.

ОсновныепараметрыКИСприведеныв таблице3.5.

 

 

Рисунок3.92а-КерноотборноеустройствоКИС

 

 

Рисунок3.92б–Пластиковыепеналы


Таблица3.5-ОсновныепараметрыКИС

 

 

  Харак-тери- стики Обозначениеснаряда
КИС – 114/ КИС – 127/   КИС– 172/100   КИС– 2 – 172/100   КИС– 195/100   КИС– 2 – 195/100   КИС– 168/100 КИС – 3 – 168/
    Диа-метр сква- жины(бурго- ловки) мини- маль- ный, мм     120,0     139,7   187,3 212,7   187,3 212,7     212,7     212,7     212,7     212,7
Диа-метр керна, мм                
Диа-метр корпу- са,мм                
  Диа-метр центра- торов корпу- са,мм   нет     138,1- 0,4     185,7- 0,5, 211,1-0,5     185,7-0,5, 211,1-0,5   211,1-0,5   211,1-0,5   211,1-0,5     211,1- 0,5
Тип подвес-ки     Маслонаполненная,герметичная,наподшипникахкачения
  Способ буре-ния   Роторныйитурбинный
Масса, кг                

Вработе[27]сообщается, чтонаосновеКИСразработанымодифи-кациикерноотборногоустройствасвключениемвустройствокольмати- рующегопереводника.НовымустройствамприсвоенышифрыКИК172/80 иКИК195/100.

 

 

Устройствокерноприемное«Структура»

 

 

УКС-178/60-80 разработанодляотборакернаиздонныхотложений наморскихакваториях.Предусмотренодвавариантаотборакерна:

• спомощьюдинамическогогидровдавливаниявпородугидрав-

лическогопоршневогопородоотборникаГПП;

• роторнымспособомскерноприемникомдиаметром80мм.

 

 

Первыйвариантотборапредставлен нарисунке3.93устройство со- стоитизбурильнойголовки1размером219,7/80мм,пробноотборнойтру- бы2спластиковымвкладышемдляснижениясопротивлениядвижению керна,корпуса3,полированного штока4,ссоединеннымснимфиксато- ром8,силовогопоршня5,размещенногонаверхнейчастипробоотборной трубы7,фиксаторы 8,накоторомподвешенвесьмеханизмГПП,игрибо- образнойголовки9дляпоследующего захваташлипсом.ГППвсборе сбрасывается вбурильную колонну,внизукоторойужеразмещенкорпус устройствасбурильнойголовкой.

 

 

 

 

Рисунок3.93–Первыйвариантотбора


Приподаченасосамиводыдавление передсиловымпоршнемвоз- растаетиштифты,крепящие поршенькштоку,срезаются ипоршеньс пробоотборнойтрубойпередвигаетсявниз,внедряясьвпороду.Рейсза-вершаетсяспускомловителясзахватомзагрибообразнуюголовку9.

 

 

ТехническаяхарактеристикаУКС-178/60-80приведеныниже:

• наружныйдиаметркорпуса,мм 178

• максимальныйдиаметрсъемнойгрунтоноски,мм 99

• диаметркерна,мм 57,88

• длинакерноприёмника,мм немене2000

• длинакерноприемногоустройства,мм не более 3800

 

 

• рабочеедавлениеподпоршнем,МПа 2,0-10,0

 

 

Кернорватели

Дляотрывакернаотзабояиудержанияеговнесъемнойтрубеис-

пользуютсяспециальныеустройства,называемыекернорвателями. Разра-ботанныевВНИИБТ[23,24]кернорвателидлякерноотборных устройств НедраиСилурпредставленына рисунке3.94а,б,всоответственно.На ри-сунке3.94а изображена компоновка кернорвателейКЦР-7, на рисунке

3.94бКЦР-9инарисунке3.94вкернорвательрычажковыйР-26.

 

 

Рисунок3.94–Кернорватели


КомпоновкиКЦР-7и КЦР-9состоятобеизцанговогои рычажковогокернорвателя,причемверхнимустанавливаетсярычажковый.

Цанговыйкернорватель предназначендляотборакернавтвердых, крепкихи породахсреднейтвердости.Конструктивно этопружинящее коническое кольцо, внутренние кромки (шлицы) которого наплавлены

крупнозернистымтвердымсплавом.Нижняячастькольцаснаруживыпол-ненаввидеконуса.Привыбуривании кернапоследний,проходячерез цангу,поднимаетеевверх,перемещая внаиболее полнуюподиаметру частьбашмака(корпускернорвателя).Приэтомкернбеспрепятственно

проходитвкерноприемник. Приподъемекерноотборногоустройства столбиккерна,оставаясьна какой-томоментнеподвижным,обхватывается цангойиз-заподнимающегосявверхсовместносустройствомбашмака.

Следуетотметить,чтовнутренний диаметрцанговогокернорвателя повыступающимкромкам,захватывающим керн,долженбытьна1-2мм меньшепредполагаемогодиаметракерна.

Рычажковыекернорвателиприменяютсяприотборекернавмягких исреднейтвердостипородах.Онисостоятизобоймы,рычажков(кулач- ков),пружин,откидывающихрычажкивгоризонтальныеположения.Ры-

чажковыйкернорвательскореевсеговыполняетролькернодержателя при подъемекерноотборногоустройствакустью.Заметим,чтовкачествекер-нодержателейиногдаиспользуютсярезиновыеэлементы.

КомпановкаКЦР-7(рисунок3.94а)имеетэксцентричную обойму. Рычажкивыполненыразнойдлины.Компоновка КЦР-9(рисунок3.94б) снабженакернорвателемР-18Пстремядлиннымиитремякороткимиры-чажкамиМ–образнойформы.

КернорвательР-26(рисунок3.94в)применяетсяприотборекерна керноотборнымустройством«Кембрий».Вкернорвателетридлинныхи трикороткихрычажкасклиновиднойпосечениюформойпочтиполно-

стьюперекрывающиекерноприемную полость–исохраняющиекерн, представленныйтрещиноватыми,рыхлыми,размытымибуровымраство-ромпородами.

Вкернорвателяхрычажковоговидалюбыхтипов,вовремяпоступ-

лениякернарычажкикерномотклоняютсявокнакорпусакернорвателя.

Кромевышеописанныхизвестнылепестковыйипружинныйкерно-

держатели.ЗарубежомихвыпускаютфирмыДБС,TSK идр. Лепестковый состоитизтонкихпластинок-лепестков,собранныхввидекупола,вкото-рыйвходиткерн,раздвигаялопасти.Пружинный представлен утолщен-нымипластинами, собраннымитакжеввидекупола.Числопластинчатых пружинобычно5-6.Внашейстранелепестковыекернодержателивыпус- каютсяштучновмастерскихпозаказамбуровыхмастеров.Отметимтакже то,чтозарубежомвыпускаютсяцанговыекернорватели, укоторыхцанга имеетнеодну,а10-12сравнительнонебольшихпоширинепрорезей.Ра-


нееподобнаяцангаиспользоваласьвдвойномколонковомнаборе«Уфи-

мец».

 

Породоразрушающий инструмент для бурения с отбором керна

 

Механические и абразивные свойства разбуриваемых горных пород варьируют в широких пределах. Целевое назначение долот также различно. Следовательно, условия их работы, требования к ним разнообразны и для их выполнения необходима гамма долот. По назначению долота делятся на три группы: для бурения сплошным забоем, для бурения кольцевым забоем (для керна), специального назначения. Первые две группы включают по три класса долот, отличающихся по преобладающему характеру взаимодействия с горной породой: дробяще-скалывающие (шарошечные), режуще-скалывающие (лопастные) и истирающе-режущие (алмазные, типа ИСМ). Дробяще-скалывающие долота разрушают горную породу дроблением-скалыванием при периодическом прерывистом такте породоразрушающих элементов с породой, обеспечиваемом вращением долота и перекатыванием по забою шарошек. Режуще-скалывающие и истирающе-режущие долота разрушают горную породу скалыванием, резанием и истиранием при непрерывно-прерывистом контакте породоразрушающих элементов с породой, обеспечиваемом вращением долота и резцов в одной плоскости (непрерывность контакта). Прерывистость их контакта связана с колебаниями инструмента и характером разрушения горной породы (скачкообразное разрушение).

 

Бурильные головки

Бурильные головки подразделяются на три класса: шарошечные, алмазные и с вооружением в виде запрессованных износостойких резцов круглого или прямоугольного сечения.

Приняты следующие обозначения бурильных головок типов — КС-187.3/40СТ, К-187.3/80СТ:

К — для керноприемных устройств без съемногокерноприемника;

КС — для керноприемных устройств со съемным керноприемником;

187,3 — наружный диаметр бурильной головки, мм;

40 и 80 — диаметр керна, мм;

СТ — тип разбуриваемых пород.

Резьба у бурильных головок типа К — муфта, КС — ниппель.

Классификация долот для отбора керна приведена на рисунке 4.2.

Шарошечные бурильные головки

Шарошечные бурильные головки изготавливаются с фрезерованным и твердосплавным вооружением типов СЗ, СТ, ТЗ, ТКЗ. Они предназначены для отбора керна в основном роторным способом бурения (или с приводом от низкооборотных забойных двигателей) в породах от средней твердости до твердых и крепких, в том числе абразивных (рис. 4.3 - 4.5).

 

 
Рис. 4.2. Схема устройства бурильной головки режущего действия типа МСЗ 1 - корпус; 2 - шарошка; 3 - ось съемная.

 

 


Породоразрушающий инструмент для отбора керна
Режущего типа
Истирающего типа
Дробяще-скалывающего типа
Лопастные долота
Шарошечные долота
Алмазные долота
PDC долота

 

 


Рис 4.2 Классификация долот для отбора керна.

 


Рис. 4.4. Схема устройства бурильной головки режуще-дробящего действия типа СЗ 1 - муфта с присоединительной резьбой; 2 - корпус; 3 – шарошка.  
Рис. 4.5. Схема устройства бурильной головки дробящего действия типа ТКЗ 1 - накладка на внутреннюю шарошку; 2 - внутренняя секция с цапфой; 3 - шарошка; 4 - наружная секция; 5 - муфта с присоединительной резьбой.

Бурильные головки состоят из внутренней и наружных секций с цапфами под шарошки и накладок на каждую внутреннюю шарошку.Сваркой между собой указанных деталей совместно с резьбовой обеспечивается требуемая прочность бурильных головок и бесконсольное крепление шарошек. Опоры шарошек представляют собой подшипники скольжения с наплавкой твердым сплавом для защиты от быстрого износа.

 

Бурильные головки типа М

Бурильные головки режущего (безопорные) типа (рис. 4.6) предназначены для отбора керна в мягких малоабразивных породах. Они состоят из остова корпуса 1 и муфты 4 с присоединительной резьбой, сваренные между собой. Остов корпуса имеет три ступенчатых лопасти 3, направленных тангенциально к керноприемной полости. Лопасти вооружены твердосплавными зубками 2, закрепленными с помощью пайки. Для подвода промывочной жидкости к забою в бурильных головках предусмотрены промывочные отверстия, расположенные в проемах между лопастями.

 

Рис. 4.6. Схема устройства бурильной головки режущего действия типа М 1 - остов корпуса; 2 - твердосплавный зубок; 3 - лопасть ступенчатая; 4 - муфта с присоединительной резьбой.

 

Разрушение породы резанием обеспечивает плавную работу бурильной колонны в процессе бурения и создает требуемые условия формирования и высокого выноса керна.

 

Алмазные бурильные головки

В настоящее время отечественной промышленностью созданы бурильные головки с твердосплавной износостойкой матрицей, оснащенные природными и синтетическими алмазами типа СВС-П, алмазно-твердосплавными пластинами и резцами типов АТП и АТР, поликристаллическими синтетическими термостойкими алмазами типа ПСТА, а также с комбинированным вооружением типа АТП + ПСТА рабочих поверхностей. Общие виды бурильных головок изображены на рис. 4.7.

 

Рис. 4.7. Алмазные бурильные головки.

 


Кернорватели

Удержание керна при подъеме может быть осуществлено затиркой всухую, заклинкой твердыми инородными частицами и механическими кернорвателями.

Способ заклинки керна при помощи механическихкернорвателей наиболее надежен. Механические кернорватели по конструктивным признакам и принципу действия разделяются на четыре группы.

Первая группа — кернорватели открытые свободного действия.

Вторая группа — кернорватели открытые принудительного действия.

Третья группа — кернорватели закрытые свободного действия.

Четвертая группа — кернорватели закрытые принудительного действия.

Кернорватели открытого типа в процессе бурения находятся в контакте с керном, а закрытого типа - изолированы от керна. Кернорватели принудительного действия заклинивают керн под воздействием внешних механических усилий, а кернорватели свободного действия — без воздействия внешних усилий.

Основные требования, предъявляемые к механическим кернорвателям двойных колонковых снарядов, следующие: кернорватель должен быть прост по устройству и удобен в эксплуатации, не должен препятствовать вхождению керна в керноприемную трубу, обеспечивать срыв монолитного керна с забоя и надежное удержание при подъеме монолитного и разрушенного керна.

Кернорватели первой группы (рис. 4.8 а, б, в, г, д, е) разделяются на три подгруппы и применяются в зависимости от характера пород (монолитные, разрушенные или чередующиеся).

Кернорватели первой подгруппы (рис. 4.8 а, б) предназначены для монолитных пород, требующих срыва керна с забоя. Применение их в разрушенных и трещиноватых породах не дает положительных результатов, так как при подъеме они не удерживают керн, а при бурении способствуют его разрушению.

При чередовании разрушенных и монолитных пород применяются кернорватели второй подгруппы (рис. 4.8 в), которые срывают монолитный керн с забоя и удерживают разрушенный керн при подъеме. Однако они так же, как и кернорватели первой подгруппы, способствуют разрушению керна.

Улучшенная модификация кернорвателя, относящегося к этой же подгруппе, изображена на рисунке 4.8 г. Основной его недостаток — возможность попадания в начале бурения кусочков керна между корпусом и рвательными секторами, в результате чего создается препятствие продвижению керна в керноприемную трубу.

Кернорватели третьей подгруппы (рис. 4.8 д, е) предназначены только для разрушенных пород. Попадание частиц керна за пружины у кернорвателя этого типа происходит значительно реже вследствие применения круглых керноудерживающих пружин, имеющих меньшую площадь соприкосновения с керном, чем плоские пружины. Кернорвательнадежен в работе и прост по конструкции. Его керноудерживающие пружины изготовлены из стальной проволоки парными секциями, которые свободно вставляются в отверстие корпуса кернорвателя. Такая конструкция позволяет непосредственно на буровой установке заменять негодные секции пружин.

К основным недостаткам кернорвателей первой группы относятся: невозможность расхаживания бурового снаряда в процессе бурения; препятствие вхождению керна в керноприемную трубу, в результате чего керн подклинивается и истирается, и ненадежность работы кернорвателей (часто ломаются).

 

Рис. 4.8. Кернорватели открытые свободного действия а, б — I подгруппа; в, г — II подгруппа; д, е — III подгруппа.  

Кернорватели второй группы (рис. 4.9 а и б) предназначены для монолитных и разрушенных пород. Они обеспечивают надежный срыв керна с забоя и удержание его при подъеме. Заклинка керна при помощи кернорвателей этого типа осуществляется гидравлическим или механическим нажимом, при котором зубья кернорвателя входят в конусную часть коронки, сжимаются и прочно обжимают керн.

Однако в случае применения кернорвателя, изображенного на рисунке 4.9 а, при бурении происходит подклинка и истирание керна вследствие неровной внутренней поверхности зубьев.

Этих недостатков лишен кернорватель (см. рис. 4.9, б), зубья которого имеют наклонные боковые поверхности, что дает им возможность при заклинке набегать друг на друга веером и обжимать керн. Кроме того, этот кернорватель при бурении обеспечивает свободный вход керна в керноприемную трубу.

Общим недостатком кернорвателей второй группы является ненадежная защита керна от воздействия потока промывочной жидкости.

 

Рис. 4.9. Кернорватели открытые принудительного действия.

Кернорватели третьей группы (рис. 4.10 а, б и в) изготавливаются пружинные и секторные. Пружинныекернорватели предназначены для разрушенных пород, а секторные — для разрушенных и монолитных. Эти кернорватели применяются только с телескопическими двойными колонковыми снарядами, у которых керноприемная труба может перемещаться в осевом направлении свободно или задерживаться специальнымзамыкателем.

У двойных колонковых снарядов со свободным перемещением керноприемной трубы (см. рис. 4.10 а) кернорвательные пружины при спуске снаряда в скважину и подъеме открыты и прижаты концами к оси снаряда, а при бурении находятся в зазоре между коронкой и керноприемной трубой и не мешают вхождению керна. Кернорватели ненадежны в работе, имеют место случаи срезания кернорвательных пружин и истирание керна при бурении. Срезание кернорвательных пружин происходит в основном при постановке снаряда на неочищенный от шлама забой скважины. При постановке колонкового снаряда на забой открытые рвательные пружины упираются в шлам, загибаются и срезаются продвигающейся к забою керноприемной трубой. Кроме того, шлам, попавший в кольцевой зазор (между коронкой и керноприемной трубой), заклинивает керноприемную трубу, что приводит к ее вращению и истиранию керна.

У двойных колонковых снарядов с фиксированной керноприемной трубой (см. рис. 4.10 б, в) кернорватель при спуске в скважину и бурении находится в зазоре между коронкой и керноприемной трубой, а при подъеме освобождается засчет срабатывания замыкателя и подъема керноприемной трубы. Таким образом, замыкатель защищает межтрубный зазор от зашламовывания и предохраняет кернорватель от потока. Кроме того, замыкатель позволяет контролировать момент заклинки керна с поверхности скважины. Недостатком секторного кернорвателя (см. рис. 4.10 в) является ненадежность срыва монолитного керна с забоя вследствие проскальзывания по керну.

 

Рис. 4.10 Кернорватели закрытые свободного действия а — со свободным перемещением керноприемной трубы; б, в — с фиксированием керноприемной трубы

Кернорватели четвертой группы более надежны в работе и универсальны по назначению. Сюда относится кернорвательрычажковый (рис. 4.11), разработанный Казахским научно-исследовательским институтом минерального сырья. Кернорватель обеспечивает надежный срыв монолитного керна с забоя и удержание разрушенного керна при подъеме, а при бурении не препятствует вхождению керна в керноприемную трубу.

 

Рис. 4.11 Кернорватель закрытый принудительного действия.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-12-07 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: