1.3.4 Відбір керну в нафтових і газових свердловинах

Отримати реальну модель геологічної будови пласта та родовища і оцінити колекторні властивості пласта можна на основі лабораторних досліджень зразків керна – важливого джерела інформації про властивості гірських порід і нафтогазонасиченість пласта. Відбір керну – це досить складна технологічна операція, яка відбувається шляхом підйому із свердловини на поверхню, за можливості, неушкодженого, із збереженими природними фізичними і механічними властивостями зразка породи.

Формування керну і його відбір з високим ступенем виносу здійснюють за допомогою спеціальних компоновок керновідбірних (керноприймальних) пристроїв. Існують різні варіанти компоновок і виконання пристроїв.

Керноприймальними пристроями (керноприй-мальним або колонковим інструментом) прийнято називати інструмент, який забезпечує прийом, відрив від масиву гірської породи і збереження керна в процесі буріння і під час транспортування в свердловині аж до вилучення його на поверхню. Щоб отримати неспотворені геологічні, хімічні та інші дані про породу, часто необхідно застосовувати такі керноприймальні пристрої, які забезпечують не тільки високий винос керна, але й захищають його структуру від руйнівного впливу промивної рідини, вібрації тощо.

За принципом роботи та конструктивними особливостями керноприймальні пристрої поділяються на такі різновиди: Р1, Р2 – для роторного буріння відповідно зі знімними і з незнімними керноприймачами; Т1, Т2 – для турбінного буріння також відповідно зі знімними і незнімними керноприймачами.

Колонкові долота із знімною грунтоноскою дозволяють піднімати грунтоноску з керном без підйому бурильної колони. Для цього в бурильну колону спускають канатом уловлювач, з його допомогою витягують з колонкового набору грунтоноску і піднімають її на поверхню. Потім, використовуючи цей самий уловлювач, спускають і встановлюють в корпусі колонкового набору порожню грунтоноску і буріння з відбором керна проводять далі. Колонкові долота із знімною грунтоноскою застосовують при турбінному бурінні, а з незнімною грунтоноскою – при роторному бурінні свердловин.

Сучасні керноприймальні пристрої виготовляють трьох типів і призначені для відбору керна з масиву щільних порід; в тріщинуватих або перемежованих за щільністю і твердістю породах; у сипучих породах, які легко руйнуються й розмиваються промивною рідиною.

Керноприймальні пристрої першого типу виготов-ляють у вигляді подвійного колонкового пристрою з грунтоноскою, ізольованою від потоку промивної рідини і таким, який обертається разом з корпусом пристрою. До цього типу належить колонковий пристрій “Надра”.

Пристрої другого типу виготовляють з керноприй-мачем, який не обертається, підвішеним на одному або декількох підшипниках, і з надійними керновідривачами і керноутримувачами.

Пристрій третього типу забезпечує повну гермети-зацію керна та перекриття керноприймального отвору в кінці буріння. До них належить пристрій з еластичним керноприймачем.

Керноприймальні пристрої різновиду Р2 виготовляють всіх трьох типів, а інші різновиди – одного-двох типів.

Колонковий пристрій “Надра” розроблений Всеросійським науково-дослідним інститутом бурової техніки (ВНДІБТ) складається з двох, трьох і більше секцій довжиною по 5 м. До його складу входить корпус, верхній і нижній перехідники і грунтоноска, зібрана, як і корпус, з декількох секцій, з’єднаних муфтою-центратором. В останній змонтований керноутримувач, а в нижній частині грунтоноски – комплект керновідривачів. Верхня частина грунтоноски містить вузол підвіски з гвинтом, гайкою та фіксатором і зворотний клапан, який складається зі змінного гнізда-сідла і кулі. Пристрій “Надра” завдяки теоретично необмеженій кількості секцій дозволяє відібрати керн великої довжини, залежно від стійкості бурильних головок.

Для відбору керна призначені керноприймальні пристрої, які використовуються при бурінні гірських порід в різних умовах буріння. Існують багато варіантів виконання керноприймальних пристроїв: для неусклад-нених умов буріння свердловин; для умов буріння в сипких, слабо зцементованих і тріщинуватих гірських породах; для буріння в ускладнених осипами й обвалами умовах; для буріння в умовах, ускладнених проявами нафти і газу та поглинаннями промивної рідини, в породах з високими колекторними властивостями тощо.

Керноприймальні пристрої виготовляють як у односекційному, так і у дво- і трисекційному виконанні. Загальні вигляди керноприймальних пристроїв більшості серій однотипні

На рис. 1.33 показана схема керноприймального пристрою конструкції ВНДІБТ.

Рисунок 1.33 – Схема керноприймального пристрою ВНДІБТ:

1 – регулювальна головка; 2 – куля; 3 – вузол підшипників;

4 – корпус; 5 – керноприймач

Керноприймач вгорі підвішений на регулювальній головці 1 і оснащений вузлом підшипників 3, що запобігає його обертанню, а внизу оснащений керновідривачами різної конструкції (цангові і пелюсткові в різному поєднанні). Суттєвою перевагою конструкції є можливість регулювання за допомогою регулювальної головки 1 потрібного проміжку між башмаком керновідривача і бурильною головкою без виймання керноприймача і його підвіски, що заощаджує час допоміжних робіт на буровій і підвищує безпеку праці персоналу. Корпус 4 та керноприймач 5 виготовляються з суцільнотягнутих легованих сталевих труб. Спеціальна обробка корпуса знижує інтенсивність зношування і підвищує термін служби з’єднань. Конструкція вузла підшипників 3 підвіски запобігає обертанню керноприймача.

На рис. 1.34 показано керновідбірний снаряд виробництва ВАТ “Интервал” для відбору керна в свердловинах діаметром від 139,7 мм до 295,3 мм (Росія). Вироби відзначаються простотою і надійністю у використанні.

Запобіжний перехідник 1 призначений для вилучення внутрішньої колонкової труби з керновідбірного снаряду, в разі прихвата його в стовбурі свердловини. Він також забезпечує зручне відділення зовнішньої від внутрішньої труби при розбиранні.

Рисунок 1.34 – Складові частини керновідбірного снаряда ВАТ “Интервал”:

1 – запобіжний перехідник; 2,6 – стабілізатори;

3 – вузол підвіски; 4 – внутрішня труба;

5 – зовнішня труба; 7 – вузол керновідривача;

8 – бурильна головка

Стабілізатор 2 призначений для центрування керновідбірного снаряда в стовбурі свердловини. Стабілізація снаряда забезпечує:

- мінімальні пошкодження керна при його заході у внутрішню трубу, що підвищує ефективність відбору керна;

- збільшення механічної швидкості проходки;

- мінімальне зношування бурголовки;

- збільшення його терміну служби;

- стабілізацію кута нахилу стовбура свердловини;

- збереження діаметра стовбура свердловини.

Вузол підвіски 3 з’єднує внутрішню трубу із зовнішньою трубою через упорний кульковий підшипник. Підшипник запо-бігає обертанню внутрішньої труби, яка залишається нерухомою під час відбору керна. Обертання внутрішньої труби може призвести до заклинювання керна, а отже, до передчасного припинення керновідбору. Система вузла підвіски, дозволяє промивній рідині надходити з внутрішньої труби в кільцевий простір. Рідина проходить крізь внутрішню трубу до почат-ку відбору керна, при цьому шлам не попадає у внутрішню трубу. Скидання сталевої кулі у відповідне сідло для початку відбору керна забезпечує проходження розчину між зовнішньою і внутрішньою трубою колонкового снаряду. Сідло кулі встановлено в нижній частині вузла підвіски.

Рисунок 1.35 – Схема компонування керновідривача, який містить цанговий і важільний керновідривачі

Внутрішня труба 4 заповнюється керном у міру надходження його у снаряд. Внутрішню трубу під’єднують до вузла підвіски у верхній частині так, щоб її нижній кінець розміщувався всередині бурголовки.

Причому, між бурголовкою і нижнім кінцем внутрішньої труби мусить залишатися невеликий осьовий і радіальний зазори. Осьовий зазор може змінюватися в результаті різних допусків виробників зовнішньої і внутрішніх труб. Цей допуск має витримуватися в заданих межах, щоб звести до мінімуму вплив бурового розчину на керн, що надходить у внутрішню трубу. Величина осьового зазору встановлюється за допомогою регульованого запобіжного перехідника або регулюючих прокладок.

Зовнішня труба 5 є корпусом для всіх елементів керновідбірного снаряду і передає навантаження, обертання і промивну рідину до бурильної головки.

Вузол керновідривача 7 складається з верхнього та нижнього башмаків і керновідривача. Він служить для відриву керна від вибою свердловини і утримання його у внутрішній трубі.

Верхній башмак – це перехідник, який може мати різну довжину для компоновок з різнорозмірними нижніми башмаками, що забезпечує постійну довжину складання керновідривача.

Нижній башмак містить керновідривач і служить місцем для входу керна у внутрішню трубу. У стандартному керновідбірному снаряді використовується башмак направляючого типу.

Керновідривачі призначені для відриву і утримання керна різних за складом і властивостями гірських порід. Відомі конструкції цангового і важільного керновідривачів призначених для відриву та утримання керна. Цанговий керновідривач використовується в роботі з монолітними породами. Він має направлення для захисту від перекосу при осьовому переміщенні в башмаку.

Важільний керновідривач служить для відриву та утримання керна, представленого середніми і м’якими породами. Важільний керновідривач складається з обойми і розміщених у ній підпружинених важелів.

Внутрішня поверхня цангового керновідривача, а також ріжуча частина важелів наплавлена твердим сплавом. Компонування керновідривачів переважно містить і цанговий і важільний керновідривачі, що забезпечує надійність виносу керна в різних за твердістю і умовах відбору керна.

На рис. 1.35 показана схема компонування керновідривача, який містить цанговий і важільний керновідривачі.

Консервація керна – це процедура його збереження при транспортуванні. Для цього керн розрізають на секції по 1 м, видаляють промивну рідину (рис. 1.36).

Після, на торці секції встановлюють кришки. Підготовлюють суміш гіпсу і за допомогою насоса заповнюють секцію знизу доверху, витісняючи рештки рідини. Трубки маркують і пакують у ящики для транспортування.

Рисунок 1.36 – Схема консервації керна