Керноотборник

 

Использование: подрезка керна после его выбуривания. Сущность изобретения: устройство содержит керноприемную трубу , связанную промежуточным кольцом с буровой коронкой. Между керноподрезным элементов и промежуточным кольцом размещен упругий элемент. Керноподрезной элемент шарнирно закреплен на промежуточном кольце и выполнен в виде ромбовидной пластины. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 25/00

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В (21) 4842889/03 (22) 21.06.90 (46) 23.11.92. Бюл. М 43 (71) Киевский инженерно-строительный институт (72) Т.Е. Агалова-Леаинская, А.Ю. Вольтерс, В.Н. Смирнов и Л.Е. Полевин (56) Авторское свидетельство СССР

N 1102887, кл. Е 21 В 25/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N 802518, кл. Е 21 В 25/10, 1981.

Изобретение относится к горному делу, а именно к средствам для бурения скважин с отбором керна.

Известен керноотборник, содержащий керноприемную трубу и керноподреэной механизм с дугообразными подрезными элементами (1).

Недостатком данного технического решения является то, что такой керноотборник может быть использован только для работы на однородных несыпучих грунтах, т. к. любые, даже небольшие по размерам, включения приводят к заклиниванию подрезных элементов, а их малая площадь приводит к просыпям грунта обратно в скважину.

Наиболее близким аналогом по технической сущности является кернорватель, содержащий установленные в выемках корпуса кернозахватные элементы в виде полуколец (2).

Недостатком данного технического решения является то, что для подрезания и заклинивания керна керноэахватными элементами необходимо, чтобы керн одновременно оказывал одинаковое воздействие на,, Ы, 1776755 А1 (54) КЕРНООТБОРНИК (57) Использование: подрезка керна после его выбуривания. Сущность изобретения: устройство содержит керноприемную трубу, связанную промежуточным кольцом с буровой коронкой. Между керноподрезным элементов и промежуточным кольцом размещен упругий элемент. Керноподрезной элемент шарнирно закреплен на промежуточном кольце и выполнен в виде ромбовидной пластины. 6 ил. оба элемента. В связи с этим такой кернорватель нельзя применять для работы на грунтах с включениями. При работе данного устройства на сыпучих грунтах возможны просыпи, т. к. кернозахватные элементы не обеспечивают перекрытия внутреннего отверстия бура.

Целью изобретения является расширение области применения керноотборника за счет возможности работы на грунтах с включениями и сыпучих грунтах.

Указанная цель достигается тем, что в керноотборнике керноприемная труба соединена с буровой коронкой посредством промежуточного кольца, на котором шарнирно закреплен керноподрезной элемент, а между керноподрезным элементом и промежуточным кольцом установлен упругий элемент, причем керноподрезной элемент . представляет собой ромбовидную пластину, изогнутую радиусом R a плоскости большей диагонали, равной л R, а меньшая диагональ равна 2R, где R — внутренний радиус керноприемной трубы, кроме того две боковые грани керноподрезного элемента, 1776755 образующие между софой тупой угол, заточены под углом )> = 90" — а, где и — угол между меньшей диагональю кернопадрезного элемента и образующей керноприемной трубы, а шарнир установлен в вершине противоположного тупого угла.

На фиг. 1 изображен вертикальный разрез керноотборника; на фиг, 2 — сечение по

А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — развертка керноподрезного элемента; на фиг. 4 — силы, действующие на режущую кромку керноподреэного элемента в процессе эаглубления керноотборника; на фиг. 5- силы, возникающие у режущей кромки керноподрезного элемента в начале подъема керноотборника; на фиг. 6 — то же, при сколе керна.

Керноотборник содержит керноприемную трубу 1, соединенную с буровой коронкой 2 посредством промежуточного кольца

3. На промежуточном кольце 3 шарнирно закреплены керноподрезной элемент 4 и упругий элемент 5.

Керноподрезной элемент 4 представляет со ой ромбовидную пластину, изогнутую в плоскости большей диагонали по внутреннему радиусу керноприемной трубы 1. Большая диагональ ромбовидной пластины равна л R, а меньшая равна 2R, где R— внутренний радиус керноприемной трубы.

Две боковые грани пластины, образующие между собой тупой угол, заточены под углом у 90 — а и образуют режущую кромку 6.

В вершине тупого угла, образуемого противоположными гранями, расположен шарнир 7, с помощью которого керноподрезной элемент 4 соединяется с промежуточным кольцом 3.

Керноотборник работает следующим образом.

При вращении и подаче керноотборника в массив грунта керн заполняет керноприемную трубу 1 и отклоняет керноподрезной элемент 4 в вертикальное положение. Упругий элемент 5 оказывает давление на керноподрезной элемент 4, благодаря этому керноподрезной элемент 4 несколько отклоняется от вертикального положения. При движении керна вверх по керноприемной трубе 1 у.режущей кромки 6 элемента 4 возникают силы, стремящиеся прижать элемент 4 к трубе 1: сила, направленная по нормали к элементу 4 и определяемая из выражения N = Кх; где х- прогиб

1» упругого элемента 5, а К вЂ” жесткость упругого элемента 5. и продольная сила, зависящая от трения грунта по стали, определяемая из выражения Р = fN, где f

1» 1 — коэффициент трения. Результирующая си10

30

50 образующей керноприемной трубы; Керн. своим весом G воздействует на,керноподрезной элемент 4 (фиг. 6), результирующая сила F возрастает, происходит скалывание керна и под действием его веса керноподрезной элемент 4 опускается в горизонтальное положение, практически полностью перекрывая внутреннее отверстие керноприемной трубы.

Керноподрезной элемент 4, находясь,в горизонтальном положении, опирается на короночное кольцо 2, т. к. внутренний диаметр керноприемной трубы 1 больше внутреннего диаметра короночного кольца 2.

Это предотвращает дальнейшее движение керкоподрезного элемента 4. Керноподрезной элемент, находясь в горизонтальном положении, выполняет функцию заслонки.

После извлечения бурового рабочего органа с заполняющим его керном из скважины, короночное кольцо 2 и промежуточное 3 вместе с подрезным элементом 4 отсоединяются от керноприемной трубы 1, которая затем легко освобождается от заполняющего ее керна, т, к. его диаметр равен внутреннему диаметру короночного кольца 2 и меньше внутреннего диаметра ла F равная геометрической сумме сил N

1 и Р, направлена в сторону керноприемной трубы 1, благодаря чему стенки керна остаются неразрушенными (фиг. 4).

После окончания процесса бурения при извлечении бурового рабочего органа иэ скважины керноприемная труба 1 начинает двигаться вверх относительно керна. При этом элемент 4 под действием пружины 5 начинает внедряться в керн и на режущую кромку 6 элемента 4 начинают действовать реакции от сил резания керна элементом 4.

Величина и направление этих сил зависят от угла заточки. у режущей кромки 6 и определяются по известным зависимостям (см.

Ветров Ю,А. Резание грунтов землеройными машинами. — М.: "Машиностроение", 1971, с. 259, формул ы (26.7а), (37.7). При этом нормальная сила резания N будет направлена перпендикулярно элементу 4, а касательная P — вдоль элемента 4

Результирующая сила F, равная геометрической сумме сил N и Р, направлена в сторону керна и "затягивает" керноподрезной элемент 4 в керн (фиг. 5).

В связи с тем, что нормальная сила N =

=Рстц(y+ è), где,и — угол внешнего трения грунта, у- угол заточки режущей кромки 6. то для того, чтобы сила N была направлена в сторону керна, необходимо, чтобы угол у «<90 - а, где а — угол между меньшей диагональю керноподрезного элемента и

1776755 керноприемной трубы 1. Наличие прочных включений не влияет на работу керноотборника. При встрече таких включений с режущей кромкой 6 керноподреэного элемента

4, керноподрезной элемент 4 либо разрушает включения (при достаточной результирующей силе), либо, благодаря своему шарнирному креплению 7, обходит их и разрушает менее прочные участки керна. В связи с тем, что керноподрезной элемент 4 практически полностью перекрывает внутреннее отверстие керноприемной трубы, просыпи грунта значительно уменьшаются и эффективность работы керноотборника на сыпучих грунтах возрастает.

В результате применения данного технического решения расширяется область применения керноотборника за счет возможности работы на грунтах с включениями и сыпучих грунтах.

Формула изобретения

Керноотборник, содержащий керноприемную трубу с буровой коронкой в нижней части и керноподрезной элемент, о тл и ч а ю шийся тем, что. с целью расширения области применения эа счет обеспечения возможности работы в сыпучих грунтах и грунтах с включениями, он

5 снабжен промежуточным кольцом, соединяющим керноприемную трубу с буровой коронкой, упругим элементом, размещенным между керноподрезным элементом и промежуточным кольцом, при этом кернопод10 резной элемент шарнирно закреплен на промежуточном кольце и выполнен в виде ромбовидной пластины, изогнутой радиусом R по большей диагонали, равной eR, меньшая диагональ равна 2R, две боковые

15 грани керноподрезного элемента, образующие между собой тупой угол, заострены под углом у 90 — а, где R — внутренний радиус керноприемной трубы, а- угол между меньшей диагональю керноподреэ20 ного элемента и образующей керноприемной трубы в исходном положении, а шарнир установлен в вершине противоположного тупого угла.

1776755 фиг. З (Г

РиабСоставитель T,Àãàëîaà-Лещинская

Техред М. Моргентал Корректор Э.Лончакова

Редактор

I .Заказ: 4104 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж 35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101