1. Долото для бурения сплошным забоем и с отбором керна

Для отбора керна в процессе строительства геологоразведочных, раз­ведочных, поисковых и параметрических скважин используются керноотборные 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 дли бурении нефтяных и газовых скважин различного назначении с отбором керна различными способами в интервалах залегании различных по физико-механическим свойствам гор­ных пород и условий бурении. Опытные образцы и партии указанных из­делий в основном изготавливаются на опытном и экспериментальных заво­дах ОАО НПО «Буровая техника». Испытания к ер но отборного 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 шловок к ним различных конструкций принимали участие и ряд других организаций и предприятий.

Рис. 2.1. Общий вид керноотборного устройства серии К:

1 — регулировочная головка; 2 — узел подшипника; 3 — корпус;4 — керно-приемная труба с кернорвателем

Породоразрушающий инструмент для отбора керна

По характеру разрушения горных пород на забое различа­ют сплошное и колонковое бурение. При сплошном бурении разрушение пород производится по всей площади забоя. Колонко­вое бурение предусматривает разрушение пород только но кольцу с целью извлечения керна - цилиндрического образца горных пород на всей или на части длины скважины. С помощью отбора кернов изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида.

Колонковое бурение имеет целью получение из скважины образцов горных пород (керн). Керн формируется на забое скважины в процессе ее углубления с помощью породоразрушающего инструмента, который разрушает горную породу лишь по кольцевому забою и оставляет в центре нетронутый целик породы (колонку). При этом должно обеспечиваться не только эффективное разрушение породы на забое, но и сохранность керна при его формировании и поступлении в керноприемную трубу. Отбор керна возможен при всех способах бурения. Применяют коронки и бурильные головки. Буровая коронка представляет собой кольцо с присоединительной резьбой, у которого резцы располагаются на нижнем торце и боковых повер-хностях. В глубоком бурении они практически не используются.

При бурении скважин на нефть и газ используют колонковые наборы, состоящие из бурильной головки, корпуса и керноприемной трубы. Бурильная головка, разрушая породу по периферии забоя, оставляет в забоя колонку породы (керн), поступающую по мере углубления скважины в керноприемную трубу. Корпус колонкового набора служит для соединения бурильной головки с бурильной колонной, размещения керноприемной трубы и защиты ее от механических повреждений, а также для пропуска ПЖ между ним и керноприемной трубой. Керноприемная труба предназначена для приема керна, сохранения его во время бурения и при подъеме на поверхность. Для выполнения этих функций в нижней части керноприемной трубы размещены кернорватели и кернодержатели, а вверху - шаровой клапан для пропуска вытесняемой из керноприемной трубы жидкости по мере заполнения ее керном. Керноприемная труба в корпусе колонкового набора может быть вращающейся и невращающейся, со съемной и несъем-ной.

Главная задача при разработке технологии бурения с от­бором керна — обеспечение высокого качества кернового материала, извлекаемого из скважины. Высококачественный керн должен давать полное представление о горных породах,

слагающих опробуемый интервал, доставлять достоверную информацию о строении породы-коллектора, его насыщении и составе пластового флюида.

Поскольку технология бурения с отбором керна подробно рассматривается в курсе колонкового бурения, здесь остано­вимся в основном на рассмотрении инструментов, применяе­мых д\я получения керна при бурении нефтяных и газовых скважин.

По классификациям (С.А Волков, С.С. Сулакшин, И.И. Ба-рабашкин и др.), изучаемым в курсе колонкового бурения, все горные породы по трудности получения керна подразделены на несколько категорий. В основу деления горных пород по­ложены такие признаки, как прочность и стабильность внут­ренних связей в горной породе, степень ее нарушенности, ус­тойчивость горной породы против вибраций и эрозионного действия промывочной жидкости, растворимость горной по­роды. Отнесение горной породы к той или иной категории позволяет правильно выбрать способ получения керна, тип колонкового инструмента и наиболее подходящий технологи­ческий режим.

Разнообразие геологических условий, в которых прихо­дится отбирать керн, обусловило большое количество разно­видностей колонкового инструмента. По схеме и способу со­здания циркуляции промывочного агента все их можно под­разделить на два класса и в каждом классе выделить несколь­ко разновидностей по принципиальной конструктивной схе­ме и способу подъема керна на поверхность.Чем труднее удержать, сохранить керновый материал при его вы­буривании и подъеме на поверхность, тем тщательнее нужно разрабатывать технологию бурения и сложнее конструкции применяемого колонкового инструмента. Если из монолит­ных устойчивых пород высокий процент выноса керна полу­чают с использованием одинарного колонкового снаряда, то трещиноватые, дробленые породы-коллекторы и рыхлые по­роды требуют использования двойных колонковых снарядов с вращающейся или невращающейся керноприемной трубой.

По ГОСТ 21949 — 76 "Устройства керноприемные" предус­мотрен выпуск керноириемных устройств двух типов в зави­симости от способа бурения: для роторного бурения — тип Р, для бурения с забойным двигателем — тип Т.

В роторном бурении уже в течение длительного времени используют колонковый снаряд "Недра" конструкции ВНИ-ИБТ, известный под шифром КД11 М-164/80 [ранее обозна­чался КД11М-190/80). Он имеет внутреннюю керноириемную трубу на жесткой подвеске изолирующую керн от потока промывочной жидкости. На базе этого снаряда разработаны модификации СКУ1-122/52, СКУ-138/67, СКУ1-203/100, при­чем они могут иметь как жесткую, так и подвижную подвес­ку внутренней керноириемной трубы. Для бурения в разрезе, представленном слабосвязанными, пластичными и пучащими породами, во ВНИИБТ разработана серия керноприемных устройств под названием "Силур" с уменьшенным наружным диаметром корпуса. Эта серия включает типоразмеры СКУ-146/80, СКУ-122/67 и СКУ-114/52. Во ВНИИБТ длительное время ведутся работы по увеличению диаметра отбираемого керна при сохранении наружного габарита корпуса. В ре­зультате этих работ положено начало новой серии колонко­вых устройств под названием "Кембрий". Из этой серии в ограниченном количестве производится керноприемное уст­ройство под шифром СКУ1-172/100, имеющее керноприемную трубу на свободной подвеске. Основные данные по уст­ройствам серий "Недра", "Силур" и "Кембрий" приведены табл. в 6.4.

В очень рыхлых, рассыпающихся сильнотрещиноватых породах можно применять двойной колонковый снаряд с эластичной оболочкой. Ее изготавливают из стойкой резины или иного эластичного материала. В первоначальном состоя­нии эластичная оболочка в один или несколько слоев натяну­та на керноприемную трубу. По мере выбуривания керна че­рез нижний торец керноприемной трубы оболочка втягива­ется внутрь и охватывает керн. Подача эластичной оболочки внутрь происходит в результате периодического расхаживания бурильной колонны и гидравлического давления промы­вочной жидкости. Колонковые устройства этого типа входят в серию под названием "Плутоний".

Во всех случаях, когда обстоятельства вынуждают сокра­щать проходку за рейс, чтобы не допустить потери керна, большое преимущество в глубоком бурении имеют устройст­ва со съемной грунтоноской, которую можно поднимать из скважины без выполнения спускоподъемных операций. В на­шей стране способ отбора керна с помощью съемных грун-тоносок нашел практическое применение в турбинном буре­нии. Применяются колонковые турбодолота двух серий — КТДЗ и КТД-4. Турбодолота серии КТД4 позволяют отбирать керн большего ди­аметра, чем КТДЗ.

В глубоких скважинах, где особое значение имеет сохра­нение керна при подъеме инструмента из скважины, хоро­шие результаты дают колонковые снаряды с обратной про­мывкой и магазинированием керна типа МАГ. Они были применены в сверхглубокой скважине СГ-3 Кольская и пока­зали высокую эффективность.

Несмотря на имеющуюся номенклатуру колонкового инст­румента проблемы повышения качества кернового материала актуальны и для конструкторов — создателей новой техники, и для технологов на производстве. Усложнение условий полу­чения керна связано с ростом глубин поисково-разведочных скважин и увеличением объемов наклонно направленного бу­рения. Возрастают и требования к качеству кернового матери­ала. Все это заставляет непрерывно совершенствовать техни­ческие средства для отбора керна и технологию его получения.

Чтобы повысить достоверность определения газонефтенасыщения по керну, разработаны и применяются специальные колонковые снаряды, позволяющие герметизировать керн на забое скважины и сохранять забойное давление в течение всего времени подъема инструмента на поверхность. Создан колонковый снаряд в котором внутренняя поверхность керноприемной трубы имеет олеофильное полиуретановое покрытие. Оно улавливает нефть, выделившуюся из керна. В ла­боратории содержание нефти в породе-коллекторе определя­ют по результатам исследования керна и олеофильного материала.

В некоторых конструкциях колонковых снарядов вместо стальной применяют стекло волокнистую керноприемную тру­бу, которую сплетают из стеклянных волокон с последующей пропиткой твердеющим полимерным материалам. В стеклян­ной трубе создается идеально гладкая внутренняя поверх­ность с очень низким коэффициентом трения, что является эффективным средством против подклиниваний керна. На поверхности стекловолокнистую трубу с керном извлекают из снаряда и разрезают по длине на части, которые закрыва­ют крышками и в таком виде направляют для изучения и ла­бораторного исследования.

В области развития технологии бурения проводятся рабо­ты по созданию новых рецептур промывочных жидкостей, которые отличались бы незначительной фильтрацией в керн. Внутрь колонкового снаряда помещают консистентную смаз­ку, которая обволакивает керн изолирующей пленкой.

Развиваются скважинные технические средства для обна­ружения признаков нефти непосредственно у забоя. Измери­тельный инструмент включает люминесцентный анализатор.