Утримання керна
“Надра” – для відбирання керна в неускладнених умовах буріння свердловин роторним способом;
“Силур” – для відбирання керна у відкладах гірських порід, які схильні до осипів та обвалів роторним способом;
“Кембрій” – для відбирання керна в рихлих відкладах, слабозцементованих і тріщинуватих породах роторним способом;
“Тенгіз” – для відбирання керна в ускладнених умовах буріння, що характеризуються нафтогазопроявами і поглинаннями бурового розчину роторним способом;
“Риф” – для відбирання керна в сипучих, сильно тріщинуватих відкладах, в тому числі в гірських породах з високими колекторськими властивостями роторним способом;
“Маг” – для відбирання керна в інтервалах залягання твердих абразивних порід турбінним способом.
В загальному будова всіх керноприймальних пристроїв подібна. На рисунку 4.4 приведена схема керноприймального пристрою “Надра”.
Складається снаряд „Надра" з корпусу, який виготовлений з двох товстостінних труб, з'єднаних одна з одною з допомогою спеціальної різьби. Верхня частина корпусу має перевідник для з'єднання з бурильною колоною, а нижня - перевідник для з'єднання з бурильною головкою. Всередині корпусу розташований керноприймач, зібраний із секцій, з'єднаних муфтами. До нижньої частини керноприймача приєднується спеціальний перевідник, а до нього - башмак, який встановлюється у корпусі бурильної головки.
Керноприймач має розміщені у перевіднику цанговий і важільцевий керновідривач (кернотримач). У муфті, яка з'єднує дві секції керноприймача, є важільцевий кернотримач.
Керновідривач і кернотримач встановлені так, що під час буріння при обертовому керноприймачі вони залишаються нерухомими відносно керна.
До верхньої частини керноприймача з допомогою муфти приєднується гвинт. По гвинту переміщається гайка, яка вгвинчується зовнішньою різьбою у внутрішню різьбу ніпеля верхньої секції корпусу керноприймального пристрою. Гайку вгвинчують доти, поки башмак міцно не встановиться в бурильній головці. У цьому положенні керноприймач фіксується кільцем-фіксатором, штир якого, входячи в пази гайки і гвинта, запобігає переміщенню гвинта відносно гайки і корпусу керноприймального пристрою.
У муфті є зворотний клапан, виконаний у вигляді змінного двостороннього гнізда і кулі.
Для центрування керноприймального пристрою у свердловині замість нижнього перевідника може бути встановлений центратор-калібратор, а над верхнім перевідником - центратор. Їх діаметри повинні дорівнювати діаметрам бурильної головки. Довжина керноприймального пристрою у двосекційному виконанні - 16 м, а довжина керноприймача - 14,5 м.
1-верхній перевідник; 2-кільце-фіксатор; 3-гайка; 4-гвинт; 5-з'єднуюча муфта; 6-важільцевий кермотримач; 7-корпус; 8-куля; 9-з'єднуюча муфта; 10- двостороннє гніздо; 11- керноприймач; 12-нижній перевідник; 13-цанговий керновідривач; 14-перевідник; 15-важільцевий керновідривач; 16-башмак; 17-бурильна головка; 18-штир.
Рисунок 4.4 – Керноприймальний пристрій “Надра”
Бурильні головки
Бурильні головки поділяють на три класи: шарошкові, алмазні і з озброєнням в вигляді запресованих зубців круглого чи прямокутного перерізу.
Шарошкові бурильні головки
Шарошкові бурильні головки виготовляються з фрезерованим та вставним твердосплавним озброєнням типів МСЗ, СЗ, СТ, ТКЗ для керноприймальних пристроїв як із незйомним, так і зі зйомним керноприймачем. Вони призначені для відбору керна переважно роторним способом (або з приводом від низькообертових вибійних двигунів) в породах від середньої твердості до твердих і міцних, в тому числі і абразивних.
1 – корпус, 2 – шарошка, 3 – зйомна вісь
Рисунок 4.5 – Бурильна головка ріжучої дії типу МСЗ
Шарошкові бурильні головки набагато дешевші ніж алмазні чи „Stratapax” проте шкода, яка наноситься низькою якістю керна та спотворенням інформації ніяким чином не може бути поповнена економією за рахунок зниження витрат на бурильні головки.
У шарошкових бурильних головках досить важко максимілізувати внутрішній діаметр шляхом зменшення їх товщини. Шарошки займають значний об'єм і тому зменшення габаритних розмірів призводить до значного зменшення їх міцності і надійності. Крім того, шарошки працюють у режимі поздовжніх і поперечних вібрацій, поштовхів, передають керну знакозмінні навантаження, часто зривають та подрібнюють його, особливо у тріщинуватих, слабозцементованих та пухких гірських породах. Шарошкові бурильні головки складні за конструкцією і технологією виготовлення.
1 – муфта, 2 – корпус, 3 – шарошка
Рисунок 4.6 – Бурильна головка ріжучо-дроблячої дії типу СЗ
Шарошкова бурильна головка складається з лап, приєднуючої різьбової головки, шарошок, промивального пристрою, опори. Шарошки можуть бути конічними, у вигляді зрізаного конуса, циліндричними, сферичними, лінзоподібними. Бурильні головки бувають одно-, три-, чотири-, шести-, восьми шарошковими та більше. Кількість і конструкція підшипників в опорі кожної шарошки може бути різною.
Промивальний пристрій складається з декількох каналів, які просвердлені в лапах або корпусі бурильної головки, або можуть мати втулку чи патрубок, що з’єднується з внутрішньою порожниною головки. Кількість та конструкція підшипників в опорі кожної шарошки може бути різна, в залежності від форми виконання, розмірів шарошки і бурильної головки. Конічні шарошки змонтовані на підшипниках кочення, один з яких є обов’язково кульовий замковий, та ковзання. Шарошки можуть бути змонтовані не тільки на цапфах, але і на осях.
1 – накладка на внутрішню шарошку, 2 – внутрішня секція з цапфою, 3 – шарошка; 4 – зовнішня секція; 5 – муфта з приєднувальною різьбою
Рисунок 4.7 – Бурильна головка дроблячої дії типу ТКЗ
Лопатеві бурильні головки
Лопатеві бурильні головки порівняно із шарошковими краще зберігають керн, збільшують його виніс, оскільки, працюють в режимі різання. Недоліком лопатевих бурильних головок є відносно вузька область застосування, можливе зменшення діаметра свердловини. Робочі органи можуть бути виготовлені у вигляді звичайних лопатей лопатевого долота з будь-якою кількістю лопатей. Лопаті оснащують твердосплавними зубцями. Лопатеві бурильні головки застосовують при буріння м'яких слабоабразивних порід, де необхідно відібрати керн відносно невеликої довжини, яка дорівнює проходці за рейс без суттєвої втрати діаметра свердловини. У Росії серійно випускають лопатеві бурильні головки типу М. Ця бурильна головка оснащена трьома ступінчасто-спіральними лопатями, які армовані твердосплавними зубцями Г23 та дев'ятьма промивальними отворами. Частина бурильної головки, яка калібрує керн має вигляд коронки з посиленим озброєнням. Основний потік промивальної рідини відведений від керна.
1 – корпус головки, 2 – лопаті, 3 – різці, 4 – промивальні сопла, 5 – твердосплавні ріжучі елементи, 6 – бокові промивальні сопла
Рисунок 4.8 – Лопатеві і фрезерні бурильні головки
Бурильна головка складається з корпусу 1 (рисунок 4.8), приварених лопатей 2, які складають з корпусом єдине ціле, різців 3, а також промивальних каналів 4. Робочі поверхні лопатей та різців переважно армують зносостійким твердим сплавом. Бурильні головки для буріння в м‘яких породах армують зернистим литим сплавом, а для буріння в середніх – вставними штирями із карбіду вольфраму.
Алмазні бурильні головки
Алмазні бурильні головки випускають типів МС, С, СТ і Т. Вони так само як алмазні долота можуть бути одношарові та імпрегновані, зі ступінчастим і гладким секторами, можуть оснащуватись як природними або синтетичними алмазами, так і алмазотвердосплавними пластинами або різцями.
Алмазна бурильна головка складається зі сталевого корпуса 1, матриці 3 та алмазів (рисунок 4.9). Промивальні отвори розташовані між секторами і забезпечують очищення вибою від вибуреної породи та охолодження алмазів. Різновиди алмазних бурильних головок такі ж, як алмазних доліт.
1 – корпус головки, 2 – промивальний отвір, 3 – матриця
Рисунок 4.9 – Алмазна бурильна головка
Застосування алмазних бурильних головок, які працюють в режимі різання, забезпечує збільшення механічної швидкості проходки і процент виносу керна в порівняння з шарошковими бурильними головками. При бурінні з відбором керна кожна алмазна головка замінює від 8 до 20 шарошкових. Найбільш ефективно застосовувати алмазні бурильні головки в інтервалах суцільного відбору керна.
Твердосплавні бурильні головки
За конструкцією твердосплавні бурильні головки (рисунок 4.11) аналогічні алмазним, але контактні сектори укріплені твердим сплавом „Славутич". Твердосплавні бурильні головки випускають типів С і Т для керноприймальних пристроїв з незйомним керноприймачем. Твердосплавні бурильні головки типу С призначені для відбору керну у мало- та середньоабразивних породах середньої твердості (до 1500 МПа), а типу Т у середньо- та високоабразивних твердих породах (до 2000 МПа).
Рисунок 4.10 – Алмазні бурильні головки
Твердосплавна бурильна головка армується вставками 1 (рисунок 4.11) зі сплаву Славутич на зовнішній робочій поверхні шести лопатей 3, які утворюють єдине ціле з пустотілим корпусом 2, а також по внутрішній центральній частині, яка формує керн.
1 – твердосплавні вставки, 2 – корпус, 3 – лопаті.
Рисунок 4.11 – Бурильна головка ІНМ
Шифр бурильної головки включає одну або дві літери, діаметри бурильної головки і керна (через дріб) та тип озброєння. Перша літера у шифрі К (колонкове долото). Наявність другої літери С означає, що дана бурильна головка призначена для пристроїв зі зйомним керноприймачем. Після літер ідуть цифри: у чисельнику діаметр бурильної головки, а у знаменнику діаметр керна (у мм). Після цифр літери означають тип озброєння. У кінці шифру можуть бути цифри, які відображають номер модифікації. Приклади шифрів: К212,7/80 СЗ; КС212,7/60ТКЗ.