библиотека нефтяника / Буровое оборудование 2 / Глава 2

2

ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОТБОРА 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 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.

2.1. КЕРНООТБОРНЫЕ УСТРОЙСТВА

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, слабосцементированных 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,

74

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. 2.1). 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. 2.2. Номенклатура и технические характеристики керноотборных устройств для отбора керна в различных по физико-механическим свойствам

породах и условиях бурения приведены в табл. 2.1.

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

Изготовители:

Экспериментальный завод ВНИИБТ (ЭЗ ВНИИБТ). ОАО НПО « Буровая техника» .

Опытный завод ВНИИБТ ОАО НПО « Буровая техника» . ОАО « Павловский машиностроительный завод» .

В табл. 2.2 приведены технические характеристики керноотборников типа КИМ.

Изготовитель: Сибирское научно-производственное предприятие бурового машиностроения НПП « Сиббурмаш» .

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 инженерногеологических 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. 2.3;

комплекс инструментов для бурения с отбором керна в горизонтальных скважинах, включающий бурильную головку, керноприемное устройство и шарнирную муфту-центратор (рис. 2.4);

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

75

Ò à á ë è ö à 2.1

Технические характеристики керноотборных устройств конструкции ВНИИБТ

Данные о параметрах керноотборных снарядов типа МАГ приведены в [6].

èÓÊ-182/133 (ТУ 3664-007-00148056–01), которые, по желанию потребителей, могут быть поставлены как в односекционном, так и в двух-, трехсекционном исполнении [49]. Они отличаются в лучшую сторону от зарубежных конструкций и отечественных серийных устройств типов «Недра» и «Кембрий» универсальностью, так как могут применяться как в роторном

77

Рис. 2.3. Схема керноотборного устройства типа « Структура» (УКС-178/60–80):

à – момент посадки ГПП в корпусе; á – внедрение в породу пробоотборника; 1 – бурильная головка; 2 – пробоотборная труба; 3 – корпус; 4 – øòîê; 5 – поршень силовой; 6 – штифты срезные; 7 – бурильная труба

Рис. 2.4. Схема компоновки низа бурильной колонны для отбора керна в горизонтальных скважинах:

1 – бурильная труба; 2, 4 – шарнирная муфта; 3 – гидравлический забойный двигатель; 5 – керноприемное устройство; 6 – бурильная головка

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.

78

2.2. 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 – КС187,3/40СТ, К-187,3/80СТ:

К – для керноприемных устройств без съемного керноприемника; 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.

2.2.1. 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

Рис. 2.5. Схема устройства бурильной головки режущего действия типа МСЗ:

1 – корпус; 2 – шарошка; 3 – ось съемная

79

от низкооборотных забойных двигателей) в породах от средней твердости до твердых и крепких, в том числе абразивных (рис. 2.5–2.7).

Бурильные головки состоят [49] из внутренней и наружных секций с цапфами под шарошки и накладок на каждую внутреннюю шарошку. Сваркой между собой указанных деталей совместно с резьбовой обеспечи- вается 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 МСЗ – четырехшарошечные, типа СЗ – трехшарошечные, а типа ТКЗ с наружным диаметром 139,7 и 158,7 мм –

80

пятишарошечные, 187,3 и 212,7 мм – шестишарошечные, а остальные – восьмишарошечные (табл. 2.3).

Изготовители: ЭЗ ВНИИБТ.

Опытный завод ВНИИБТ.

АО « Уральский завод бурового машиностроения» .

Для комплектации керноотборных устройств, созданных за последние 5 лет в ОАО НПО «Буровая техника», разработаны новые типоразмеры бурильных головок, в том числе:

алмазные безматричные – КАБ 119,5/67МС1 (МС2); КАБ 138,1/76МС1 (МС2); КАБ 163,5/89МС1 (МС2); КАБ 214,3/101МС1 (МС2, МС3 и МС4); КАБ 214,3/133 МС1 (МС2, МС3 и МС4);

лопастные режущего типа (безопорные) – К 119,5/67М; К 138,5/76; К 163,5/89М; К 214,3/101М; К 214,3/133М;

шарошечные – К 214,3/101ТЗ.

По требованию заказчиков могут быть разработаны бурильные головки с другими видами вооружения породоразрушающих узлов.

Новые керноотборные устройства, в отличие от зарубежных аналогич- ных устройств, могут поставляться и применяться (по желанию потребителей) как с алмазными, так и с лопастными (безопорными режущего действия) или с шарошечными бурильными головками.

Разработчик и поставщик: ОАО НПО « Буровая техника» .

2.2.2. БУРИЛЬНЫЕ ГОЛОВКИ ТИПА М

Бурильные головки режущего (безопорные) типам (рис. 2.8) предназначены для отбора керна в мягких малоабразивных породах. Они состоят из остова корпуса 1 и муфты 4 с присоединительной резьбой, сваренных

81

Рис. 2.8. Схема устройства бурильной головки режущего действия типа М:

1 – остов корпуса; 2 – твердосплавный зубок; 3 – лопасть ступенчатая; 4 – муфта с присоединительной резьбой

Рис. 2.9. Бурильная головка типа У производства СП ЗАО « Удмуртские долота»

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.

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

Основные технические характеристики бурильных головок типа М приведены в табл. 2.3.

Изготовитель: ОАО НПО « Буровая техника» .

Помимо перечисленных, выпускаются и бурильные головки других типов для отбора керна – У157,1Ч67 ST-45C и У212Ч80 ST-45C. Эти безопорные бурильные головки имеют наружный диаметр соответственно 157,1 и 212,7 мм для отбора керна диаметром 67 и 80 мм в породах средней твердости (доломиты, известняки, аргиллиты, меловые отложения и соли) с вооружением резцами типа PDC и «Славутич» (рис. 2.9). Основные показатели бурильных головок типа У приведены в табл. 2.4.

Изготовитель: СП ЗАО « Удмуртские долота» .

Кроме того, выпускаются серийно [49] бурильные головки алмазные (РСА) и твердосплавные (РСТ) диаметрами от 138 до 212 мм, предназначен-

82

ные для отбора керна в комплекте с керноотборными устройствами различного типа в мягких и средней твердости породах при бурении нефтяных и газовых скважинах различного назначения.

Основные технические показатели бурильных головок указанных типов приведены в табл. 2.5.

Изготовитель: ГНПП « Азимут» .

2.3.АЛМАЗНЫЕ БУРИЛЬНЫЕ ГОЛОВКИ

Âнастоящее время отечественной промышленностью созданы бурильные головки с твердосплавной износостойкой матрицей, оснащенные природными и синтетическими алмазами типа СВС-П, алмазно-твердо- сплавными 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. 2.10.

83