Керноприемные устройства и бурильные головки

Столбик горной породы, обуриваемый бурильной головкой при бурении кольцевым забоем, называется керном. Керн извлекается на поверхность и служит основным материалом для прямого изучения состава, строения и механических свойств горных пород разреза месторождения, а также для решения ряда задач при его разведке и разработке. Поэтому извлечение высококачественного и в достаточном количестве керна является одной из главных задач при бурении разведочных скважин Схема образования керна и основные схемы колонковых долот приведены на рисунке 9.1. Колонковое долото состоит из бурильной головки 1, предназначенной для проходки скважины кольцевым забоем с образованием керна, и присоединенного к ней керноприемного устройства, предназначенного для размещения керна, его сохранения, отрыва от забоя после окончания выбуривания и транспортирования на поверхность.

Керноприемные устройства делятся на три группы:

1 ) бескорпусные, простейшие;

2) корпусные со стационарной колонковой трубой;

3) корпусные со съемной колонковой трубой.

Признаками качества керна являются:

1) диаметр керна D к;

2) степень размыва и загрязненности буровым раствором;

3) целостность (неразрушенность).

Рисунок 9.1 - Схема керноприемных устройств

Корпусные керноприемные устройства со стационарной колонковой трубой (рисунок 9.1, б) предназначены, в основном, для глубокого роторного бурения, включают корпус 2, который через переводник 3 соединяется с бурильным инструментом. В корпусе на подшипнике 4 подвешена колонковая труба, в верхней части которой установлен дренажный клапан 5 со сбрасываемым шаром. К нижней части колонковой трубы привинчен корпус 6 кернорвателя 7, предназначенные для отрыва керна от забоя и удержания его в колонковой трубе во время подъема инструмента. В скважину колонковое долото спускают без шара дренажного клапана. Перед началом бурения колонковую трубу промывают, а затем сбрасывают в бурильные трубы шар, что обеспечивает защиту керна от прямого воздействия промывочной жидкости и вытеснение ее из колонковой трубы по мере заполнения ее керном.

Размещение керна в колонковой трубе, защита его от размыва и применение кернорвателей позволили повысить вынос керна и его качество, однако при этом уменьшился коэффициент керноотбора, который у этой группы устройств не более 0,44.

Корпусные керноприемные устройства со съемной колонковой трубой применяются как при роторном, так и при турбинном бурении. Рассмотрим особенности этой группы устройств на примере колонкового турбодолота (рисунок 9.1, в), которое предназначено для отбора керна при высокооборотном бурении и создано на базе турбобура с полным валом, через который проходит съемная колонковая труба (грунтоноска).

Бурильная головка 1 преимущественно дробяще-скалывающего действия крепится на валу 2 турбодолота. Переводником 3 турбодолото присоединяется к бурильному инструменту. В корпусе 4 на неподвижной конической подвеске 5 установлена грунтоноска 6, которая проходит через вал 2 и корпусом кернорвателя 7 входит в центрирующую втулку 8 бурильной головки. В верхней части грунтоноска снабжена конической головкой для захвата ее шлипсом и подъема из скважины без подъема бурильного инструмента. В скважину турбодолото спускают без грунтоноски, которую сбрасывают в бурильные трубы после промывки перед началом отбора керна. После углубления скважины на длину грунтоноски последнюю извлекают из скважины с помощью шлипса, спускаемого на канате в бурильные трубы. Если бурильная головка не изношена, то в скважину сбрасывают другую грунтоноску, и бурение продолжают.

Основное преимущество турбодолот – высокая скорость проходки. К недостаткам относятся низкий коэффициент керноотбора, не превышающий 0,28, и высокая динамичность работы. Поэтому удовлетворительный вынос керна турбодолота обеспечивают только в твердых монолитных горных породах.