Колонковый набор

 

Использование: устройства для ликвидации самозаклинивания керна при бурении снарядами со съемными керноприемниками„ Сущность изобретения: 2 устройство содержит наружную колонковую трубу с буровой коронкой в нижней части. Съемный керноприемник имеет головку-фиксатор в верхней части, керноприемную.трубу и размещенный между ними вибратор. Вибратор выполнен в виде корпуса, подпружиненного штока с осевым и радиальными каналами и клапана. Шток контактирует своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью корпуса. Верхний торец штока выполнен с наружным диаметром, меньшим его наружного диаметра в основной части. Клапан подпружинен относительно корпуса. Корпус размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения с относительно головки-фиксатора, 1 ил. Ј Ј

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИА ЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 E 21 В 25/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

fl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! (21) 4851509/03 (22) 15.07.90 (46) 07,08.,92. Бюл. М 29 (71) Специальное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Геотехника" (72) А.С,Юрин, А.М.Никаноров, А.В. Кондратенков и И.Н,Фоменко.. (56) Патент США Н 4002213, кл. 175-88, опублик. 1977.

Авторское свидетельство СССР

N 791927; кл. E 21 В 25/02, 1978. (54) КОЛОНКОВЬй НАБОР (57) Использование; устройства для . ликвидации самозаклинивания керна при бурении снарядами со съемными кер".. ноприемниками. Сущность изобретения:

Изобретение относится к буровой технике и касается средств для бурения скважин с отбором керна, а точнее к устройствам для ликвидации самозаклинивания керна flpM бурении снарядами со съемным керноприемником (ССК) .

Известен колонковый снаряд со съемным гидроударником, включающий наружную колонковую трубу, буровую коронку, поршень-боек, взаимодействующий с клапаном и наковальней, и керноприемную трубу.

Недостатком этого снаряда явля-— ется то, что при передаче ударных импульсов от поршня-бойка на наковальню и затем на керноприемную трубу!

Ж, 1752925 А1 устройство содержит наружную колонковую трубу с буровой коронкой в нижней части. Съемный керноприемник имеет головку-фиксатор в верхней части, керноприемную. трубу и размещенный между ними вибратор, Вибратор выполнен в виде корпуса, подпружиненного штока с осевым и радиальными каналами и клапана. Шток контактирует своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью корпуса.

Верхний торец штока выполнен с наружным диаметром, меньшим его наружного диаметра в основной. части. Клапан подпружинен относительно корпуса.

Корпус .размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно головки-фиксатора. 1 ил.

-pReTcR значительная часть энергии гидроударника. В результате снижается эффективность его воздействия на керновую пробу.

Наиболее близким к предла.гаемому является колонковый набор, содержащий наружную колонковую трубу с буровой коронкой и съемный керноприем- (Л ник с головкой-фиксатором, керноприемной трубой и размещенным между ними вибратором в виде корпуса, под- а пружиненного штока с осевым и радиальным каналамя, контактирующий своей наружной поверхностью в основной части с внутренней поверхностью уступа корпуса, и клапана, подпружиненного относительно последнего и

175292 размещенного с воэможностью взаимодействия с верхним торцом штока. Устройство решает проблему увеличения эффективности воздействия гидроудар5 ной машины на керновую пробу эа счет жесткого соединения керноприемной трубы с поршнем-бойком, Недостатком устройства является о, что при самоэаклинивании керна гидроударная машина не функционирует, так как нанесение ударных импульсов по керноприемной трубе воэможнд только при колебательных движениях последней. Кроме того, большая масса керноприемной трубы, выполняющей роль бойка в гидроударной машине, препят- ствует увеличейию частоты ее колебаний, необходимому для существенного 20 снижения вероятности самозаклинивания керна.

Цель изобретения - повышение эффективности, надежности и упрощение конструкции. 25

Указанная цель достигается тем, что в колонковом наборе, содержащем .наружную колонковую трубу с буровой ,коронкой в нижней части и съемный керноприемник с головкой-фиксатором в .верхней части, керноприемной трубой и размещенным. между ними вибратором в виде корпуса, подпружиненного штока с осевым и радиальными каналами, контактирующего своей

35 наружной поверхностью восновной части с внутренней поверхностью корпуса, и- клапана, подпружиненного относительно последнего и размещен- . ного .с возможностью/взаимодействия с верхним торцом штока, корпус разме" щен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно головки-фиксатора, верхний торец штока выполнен с наружным диаметром;

d, меньшим его наружного диаметра в основной части, и определяемым соот", ношением а сумма площадей осевого и радиального каналов определяется по формуле с

S = 0,25-0,75(1) — Д ). (2) На чертеже изображен колонковыи набор, общий вид .

Колонковый набор включает наружную колонковую трубу 1, буровую коронку 2 в нижней части и съемный керноприемник. Последний содержит керноприемную труОу 3, головку-фиксатор 4 в верхней части и размещенный между ними вибратор, который вклю" чает корпус 5 с внутренним уступом

6, В корпусе 5 размещены шток 7, подпружиненный пружиной 8, с осевым

9 и радиальным 1О каналами, а также клапан 11, подпружиненный относитель" но уступа б пружиной 12 и взаимодействующий с верхним торцом штока который своей основной частью 13 по наружной поверхности контактирует с внутренней поверхностью уступа 6.

Верхний торец штока 7 выполнен с наружным диаметром d, меньшим наружного диаметра D основной части 13.

Корпус 5 установлен с возможностью осевого возвратно -nocTynkveasного перемещения .относительно головки-фиксатора 4 и соединен через под", шипниковый узел 14 с керноприемной ., трубой для передачи ей вибрационного усилия. Корпус 5 подпружинен относи-, тельно головки-фиксатора 4 с помощьп пружины 15.

Диаметр d верхнего торца штока 7 определяется по формуле (1), а сумма площадей осевого 9 и радиальных 10 каналов определена по формуле (2) .

Введение укаэанных зависимостей (1) и (2) обосновано следующим образом.

Силы пружин 8 и 12 при максималь-, .ной деформации (в конце рабочего хода) определяются известными выражениями: где 0 — наружный диаметр основной части штока, 11 — - ход клапана со штоком, G „,,,G — жесткость пружин клапана и штока, F . Рыт — усилие поджатия пружин ха» ыт клапана и штока, 50

Р а» м искл FKh э юах ыт ьт G ют

Максимальные силы давления на кла .пан 11 и шток 7 можно найти иэ выра-

55 жений: вахка Рюоах В»» щах Ыт Fina» (S2, S<) >

1:5

hG кл + Р л

1 Оьт+ шт

Dt Д2

5 175 где Р,„ц - максимальное эначениедавления в магистрали в мо.мент отрыва клапана, S - площадь верхнего торца

1 штока 7 с диаметром d, S — площадь основной части

13 штока 7 с диаметром D, Из условий работоспособности следует, что в момент отрыва клапана 11 от штока 7

l та,УЯ ЬС кл + 1 нл

Р„щ, (- — В <) =- " шт + ыт

Из отношения последних выражений следует

Si hG kh + Ркл

) 1 шт + "шт

После преобразований получаем

d=D

Гидравлические сопротивлений, возникающие в каналах 9 и 10 при прохождении в них промывочной жид кости, должны обеспечивать запаздывание возвращения штока 7 по сравне" нию с клапаном 11 в исходное. положение, другими словами работоспособ". .ность вибратора.

Экспериментальным путем в стендовых условиях определено, что виб- ратор стабильно работает, когда сум- . ма площадей каналов 9 и 10 S меньше, чем разность площадей S и Sq иопре;деляется из выражения

S = k((S — S(), где k - экспериментальный коэффи- циент, изменяющийся,от 0,3: до 0,9.

После преобразований это выраже« ние принимает вид l S = k(D - d )Ô где К = 0,25-0,75.

Колонковый набор работает следующим образом. б процессе бурения керн, форми« руемый коронкой 2, поступает в керноприемную .трубу 3. При этом промы,;вочная жидкость через отверстия в головке-фиксаторе 4 поступает в кор.1 пус 5 и воэдействут на клапан 11 и

2925 .б шток 7, в результате чего они перемещаются вниз q постепенным повышением давления в магистрали. Причем за счет выполнения основных элементов вибратора в соответствии с формулой (1) сила давления жидкости на клапан 11 превышает усилие пружины 12, а сила давления жидкости на коль цевую площадь штока 7 (разница площадей основной части 13 штока 7 и его верхнего торца) меньше усилия пружины 8, что обеспечивает герметичное уплотнение штока 7 и клапана 11, Рабочий ход штока 7 и клапана 11 заканчивается при уравновешивании сил максимального значения (расчетного) давления жидкости и усилий пружин Ц и 12 на них. В этот момент клапан 11 отрывается от штока 7 под действием пружины 12.-и резко перемещается в исходное положение, После отрыва клапана 11 от штока 7 промывочная жидкость под действием возросшего давления устремляется в центральный 9 и радиальные

10 каналы штока 7, вызывая противо- . действие пружине 8 при движении его вверх за счет гидравлических сопро30 тивлений в указанных каналах при соблюдений условия формулы (2), В результате, двигаясь" вверх, шток 7 отстает от клапана 11, а дас-, ление жидкости падает до первоначальной величинй. После соприкосновения торца штока 7 с клапаном 11, имеющим небольшую массу, описываемый процесс повторяется с большей частотой.

40 таким Образом. при работе вибратора в магистрали возникают гидравли, ческие удары, которые воздействуют на всю площадь полости корпуса 5,:максимально используя энергию промывоч -ной жидкости. Одновременно при возрастании давления корпус 5, сжимая, пружину 15, перемещается вниз, а при сбрасывании давления под ее воздейст., вием возвращается в исходное положе- н ние. Вибрация с корпуса 5 через подшипниковый узел 14 передается . керноприемную трубу 3. При вибрации последней силы трения при перемещении в ней керна резко снижаются, что

55 уменьшает вероятность самозаклинива. ния, а так как вибратор работает непрерывно, то самозаклинивание керна в большинстве случае предотвращается.

1 752925

При осевом зазоре между нижним торцом керноприемной трубы 3 и буровой коронкой 2, меньшем амплитуды колебаний трубы 3, возможна передача высокочастотных ударных импульсов буровой коронке 2 для повышения механической скорости бурения.

Формула изобретения — D

5

/Х

Составитель А.10рин .Редактор Н.Яцола Техреду„Иоргентал Корректор О.Юрковецкая

»««» « « »««« ° э«

Заказ 2741 Тираж Подписное

ВНКИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям три ГКНТ СССР

113035, Москва, W-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óàrîðîä, ул. Гагарина, 101

Колонковый набор, содержащий наружную колонковую трубу с буровой коронкой в нижней части и съемный керноприемник с головкой-фиксато" ром в. верхней части, керноприемной трубой и. размещенным между ними вибратором в виде корпуса, подпружинемного штока с осевым и Радиальным каналами, контактирующего своей на-. ружной поверхностью с внутренней поверхностью корпуса, и клапана, подпружиненного относительно последнего и размещенного с возможностью взаимодействия с верхним торцом што8 ка1 О т л и ч а ю шийся тем что, с целью повышения эффективности, надежности и упрощения конструкции, корпус размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относител/,но головки-фиксатора, верхний торец штока выполнен с наружным диаметром меньшим его наружного

r диаметра в основной части, и определяется соотношением

13 где D - наРУжный диаметр основнои части штока м

Ь ход клапана со штоком м

G х, G ыт жесткости пружин кла" пана и штока Н/м

20 Р„, Ршт - усилие поджатия пружин клапана и штока, и, а сумма площадей осевого и радиального каналов определяется по формуле S = 0,25-0,75(D — d )