Керноприемное устройство

 

Использование: для колонкового бурения. Сущность изобретения: корпус съемной грунтоноски заливается изолирующей жидкостью. Уплотнение выполнено в виде эластичного кольца, размещенного между торцами керноприемной трубы и кернорвателя и кольцевой выточкой штока. Подвеска выполнена в виде муфты, сцепляющей корпус керноприемной трубы с вращающимся корпусом керноприемного устройства. Использование изобретения увеличивает степень надежности отбора керна, обеспечивает прием, отрыв от массива горной породы и сохранение начальных физических свойств керна в процессе бурения и во время транспортирования по скважине, извлечение его на поверхность, а также на большие расстояния от буровой. 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для совершенствования колонкового бурения.

Современные керноприемные устройства [1] по своему конструктивному исполнению выпускаются для отбора керна из массива плотных пород (1-й тип), для отбора керна в породах трещиноватых, перемятых или перемежающихся по плотности и твердости (2-й тип) и для отбора керна в сыпучих породах, легко разрушаемых и размываемых буровой жидкостью.

1-й тип выполняется в виде двойного колонкового снаряда с керноприемником (грунтоноской), изолированным от потоков промывочной жидкости и вращающимся вместе с корпусом снаряда. К устройствам этого типа относится колонковый снаряд "Недра" [2] 2-й тип изготавливается с невращающимся керноприемником, подвешиваемом на одном или нескольких подшипниках. К ряду устройств этого типа относится керноотборный снаряд СК-164.

3-й тип должен обеспечить полную герметизацию керна с перекрытием керноприемного отверстия в конце бурения. К таким устройствам относится снаряд с эластичным керноприемником.

Как показывает опыт, использование перечисленных устройств в более менее тяжелых условиях нерационально, т.к. дает небольшой процент отбора (выноса) керна и, как правило, ведет лишь к потере рабочего времени и убыткам.

Лучшие результаты дает применение керноизолирующего снаряда [3] который имеет возможность настраиваться на устье скважины на работу с вращающимся и невращающимся керноприемником при сохранении в обоих случаях высокой степени надежности изоляции керна.

Недостаток такой конструкции керноприемника невозможность его перенастройки на забое скважины с невращающегося режима работы на вращающийся в момент отрыва керна.

Цель изобретения увеличение степени надежности отбора керна путем совершенствования механизмов приема, отрыва его от массива горной породы и сохранения начальных физических свойств керна в процессе бурения, во время транспортировки по скважине и на большие расстояния от буровой.

Устройство содержит размещенную в корпусе керноприемную трубу с полостью для изолирующей жидкости, шток с глухой выточкой под керн и кольцевой выточкой на наружной боковой поверхности, узел подвески керноприемной трубы, кернорватель, установленный в нижней части керноприемной трубы с кольцевым зазором, и уплотнение, выполненное в виде эластичного кольца, размещенного между торцами керноприемной трубы и кернорвателя, с возможностью прижатия его внутренней поверхности к кольцевой выточке штока. Узел подвески керноприемной трубы выполнен в виде опорного кольца, установленного в корпусе, и двух полумуфт, одна из которых выполнена с кольцевым фигурным выступом и наружной конусной поверхностью и присоединена к верхней части керноприемной трубы, а другая выполнена в виде резиновой опоры с плоской горизонтальной поверхностью и ответной конической поверхностью, установленной на опорном кольце, с возможностью взаимодействия своей плоской горизонтальной поверхности с кольцевым фигурным выступом первой полумуфты.

На чертеже показано керноприемное устройство, продольный разрез.

Устройство состоит из трех частей. Съемная грунтоноска собирается из керноприемной трубы 1 с навинченной на ее верхнюю часть полумуфтой-подвеской 2, имеющей фигурный кольцевой выступ 3, конус 4, промывочные каналы 5, заливочные отверстия 6 и 7 с пробками 8 и 9. Последняя выполняет роль зацепа (специального рымного болта) для смены грунтоноски стальным канатом без подъема бурильного инструмента. Нижняя часть керноприемной трубы оборудована уплотнением, выполненным в виде эластичного кольца 10. Муфта 11, имеющая на конце резиновый амортизатор-центратор 12, зажимает это кольцо между торцами керноприемной трубы 1 и рычажкового кернорвателя 13 с возможностью прижатия его внутренней поверхности к кольцевой выточке 14 штока 15. Уплотнение предназначено для надежного удержания изолирующей жидкости 16 в процессе транспортирования снаряда и ее плавного перепуска через его внутреннюю поверхность на керн по мере его формирования при бурении горной породы.

Вторая часть устройства состоит из корпуса устройства 17, ниппеля 18, переводника 19, бурильной головки 20.

Третья соединительная часть включает опорное кольцо 21, на котором размещается вторая полумуфта самодействующей муфты резиновая опора 22 с плоской горизонтальной поверхностью 23 и ответной конической поверхностью 24.

Устройство работает следующим образом.

В первом режиме работы, т.е. в процессе выбуривания керна, шток 15 своей глухой выточкой охватывает валик керна, образуя с ним следящую систему. Эффект слежения заключается в том, что, по мере формирования керна, шток движется вверх, вытесняя изолирующую жидкость на керн. Эластичное кольцо 10, вытолкнутое осевой силой по своему внутреннему диаметру из канавки 14 штока, плавно переходит на валик керна, плотно охватывая его, образуя фрикционную пару нижней самодействующей фрикционной муфты, удерживающей от вращения грунтоноску в процессе выбуривания керна (в противном случае кольцо истирается). В этом режиме торцовые поверхности 3 и 23 деталей 2 и 22 выполняют роль подшипника скольжения. Нормальная сила, действующая на него, вследствие разгрузки части веса грунтоноски на керн, имеет достаточно малое значение.

Во втором режиме работы керноприемное устройство обеспечивает отрыв керна от массива горной породы. Надежность выполнения этой операции обеспечивается за счет рационального использования иного (в отличие от первого режима) естественного распределения сил, действующих на грунтоноску. Так, при движении вращающейся бурильной колонны вверх вследствие полной передачи силы веса грунтоноски на поверхность 23 кольцевой выступ 3 вдавливается в эту поверхность, образуя первую фрикционную пару, а конические поверхности 4 и 24, приближаясь до полного соприкосновения друг к другу, образуют вторую фрикционную пару верхней самодействующей муфты. При этом грунтоноска вращается и обеспечивает выполнение работы по подрезанию керна рычажками кернорвателя. Эта работа выполняется в течение примерно одной минуты под натягом при наличии только одного вращательного движения бурильной колонны, а отрыв керна происходит самопроизвольно.

Экономическая эффективность применения данного устройства складывается из последствий лучшей изученности региона по запасам природных ископаемых и выработки рекомендаций по рациональному режиму бурения скважин, обусловленных своевременным получением керна высокого качества с большим процентом его выноса.

Формула изобретения

Керноприемное устройство, содержащее размещенную в корпусе керноприемную трубу с полостью для изолирующей жидкости, шток с глухой выточкой под крен и кольцевой выточкой на наружной боковой поверхности, узел подвески керноприемной трубы, кернорватель, установленный в нижней части керноприемной трубы с кольцевым зазором, и уплотнение, выполненное в виде эластичного кольца, размещенного между торцами керноприемной трубы и кернорвателя с возможностью прижатия его внутренней поверхности к кольцевой выточке штока, отличающееся тем, что узел подвески керноприемной трубы выполнен в виде опорного кольца, установленного в корпусе, и двух полумуфт, одна из которых выполнена с кольцевым фигурным выступом и наружной конусной поверхностью и присоединена к верхней части керноприемной трубы, а другая в виде резиновой опоры с плоской горизонтальной поверхностью и ответной конусной поверхностью, установленной на опорном кольце с возможностью взаимодействия своей плоской горизонтальной поверхностью с фигурным выступом и своей ответной конусной поверхностью с наружной конусной поверхностью первой полумуфты.

РИСУНКИ

Рисунок 1