Керноприёмные устройства

Для отбора керна в процессе строительства геологоразведочных, разведочных, поисковых и параметрических скважин используются керноот- борные инструменты, состоящие из керноотборных устройств в сочетании с бурильными головками различного типа: режущего действия (бесшарошечные), шарошечные и алмазные.

За 49 лет своего существования специалистами ОАО НПО «Буровая техника» разработаны и переданы в серийное производство комплексы керноотборного инструмента, включающие керноприемные устройства и бурильные головки, предназначенные для бурения нефтяных и газовых скважин различного назначения с отбором керна различными способами в интервалах залегания различных по физико-механическим свойствам горных пород и условий бурения. Опытные образцы и партии указанных изделий в основном изготавливаются на опытном и экспериментальных заводах ОАО НПО «Буровая техника». Испытания керноотборного инструмента проводились во всех нефтегазовых регионах бывшего СССР при бурении в осадочных породах, а также в отложениях коренных пород при бурении самой глубокой скважины на земле — СГ-3 Кольская.

Кроме того, в создании и освоении производства керноотборных устройств и бурильных головок к ним различных конструкций принимали участие и ряд других организаций и предприятий.

Отечественной промышленностью изготавливаются следующие серии керноотборных устройств различной конструкции и назначения:

серия «Недра» — для отбора керна в неосложненных условиях бурения скважин роторным способом;

серия «Кембрий» — для отбора керна из отложений рыхлых, слабо- сцементированных и трещиноватых горных пород роторным способом;

серия «Силур» — для отбора керна в отложениях горных пород, осложненных осыпями и обвалами роторным способом;

серия «Тенгиз» — для отбора керна в отложениях горных пород, осложненных нефтегазопроявлениями и поглощениями бурового раствора и с высокими коллекторскими свойствами роторным способом;

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 керноотборных устройств большинства серий однотипен (рис.1). Корпус 3 и керноприемник 4 изготовлены из легированных стальных труб. Керноприемник вверху подвешен на регулировочной головке 1 и оснащен узлом подшипников 2, предотвращающим его вращение, а внизу оснащен кернорвателями различной конструкции (цанговые и лепестковые в различном сочетании).

Схема керноотборного устройства серии МАГ изображена на рис.2.

Изготавливаются керноотборные устройства под названием «керноотборники изолирующие модернизированные» типа КИМ, являющиеся аналогом устройства серии «Недра».

Кроме того, по требованию потребителей могут быть поставлены специальные керноприемные устройства для бурения роторным способом и с использованием гидравлических забойных двигателей:

турбобур типа 2УКТ-172/40 со съемным керноприемником для отбора керна диаметром 40 мм в скважинах, диаметром 187,3 и 190,5 мм (длина трех секций турбобура и шпиндельной секции — 26,485 м, а керноприемной полости — 17,085 м);

устройство керноприемное типа «Структура» УКС-178/60-80, предназначенное для бурения морских исследовательских и инженерно-геологических скважин диаметром 212,7 мм с отбором керна из нелитифицированных донных отложений (илов и т.п.) диаметром 57 мм способом динамического гидровдавливания в породу пробоотборной трубы и отбором керна диаметром 80 мм роторным способом; длина керноприемной трубы не менее 2000 мм, а керноприемного устройства не более 3800 мм; схема керноотборного устройства типа «Структура» изображена на рис.3;

комплекс инструментов для бурения с отбором керна в горизонтальных скважинах, включающий бурильную головку,

керноприемное устройство и шарнирную муфту-центратор (рис.4);

керноотборные устройства с принудительным отрывом керна от забоя и полной изоляцией торца керноприемника типов КИМ и КГТИ, позволяющие отбирать керн с сохранением пластового давления.

Специалистами ОАО НПО «Буровая техника» созданы новые керноотборные устройства типов УК-105/67, УК-121/76, УК-146/89, УКУ-172/101 и УК-182/133 (ТУ 3664-007-00148056-01), которые, по желанию потребителей, могут быть поставлены как в односекционном, так и в двух-, трехсекционном исполнении. Они отличаются в лучшую сторону от зарубежных конструкций и отечественных серийных устройств типов «Недра» и «Кембрий» универсальностью, так как могут применяться как в роторном бурении, так и в компоновке с гидравлическими забойными двигателями. Кроме этого, коэффициент керноотбора в новых устройствах для скважин диаметром 120,6 и 139,7 мм на 15 - 25 % выше, чем у отечественных серийных и зарубежных керноотборных устройств. В остальных типах коэффициент керноотбора находится на уровне лучших зарубежных конструкций. Стоимость отечественных керноотборных устройств сопоставимой комплектности в несколько раз ниже аналогичных зарубежных образцов.

2 КЕРНОРВАТЕЛИ КЕРНООТБОРНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

Для отрыва и удержания керна различных по составу и свойствам горных пород разработаны и используются несколько основных видов компоновок кернорвателей, приведенных на рис..

Компоновки видов КЦР-7 и КЦР-9 включают цанговый и рычажковый рватели. Для более эффективного отрыва керна при бурении в твердых монолитных породах рычажковый рватель типа КЦР-7 выполнен с эксцентричной обоймой и рычажками переменной высоты (см. рис., а). В зависимости от условий бурения и физико- механических характеристик разбуриваемых пород в компоновках кернорвателей типов КЦР-7 и КЦР-9 может быть установлено как по одному цанговому или рычажковому рвателю, так и их комбинации.

Кернорватель типа Р26 выполнен с вращающейся быстросъемной обоймой с рычажками, перекрывающими керноприемную полость после отрыва керна. Такая конструкция позволяет сохранять керн при подъеме, получаемый при бурении весьма трещиноватых, перемежающихся рыхлых, размываемых промывочной жидкостью и разрушаемых вибрациями керноотборного инструмента пород.

Приведенные виды компоновок кернорвателей и их модификации успешно применяются с керноотборными инструментами при бурении алмазными и шарошечными бурильными головками.