Кернорватель

 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для отрыва и удержания керна, представленного породами с низкой прочностной характеристикой и перемежающейся твердостью. В корпусе кернорвателя выполнены окна, в которых попеременно смонтированы на осях три длинных и три коротких рычажка, подпружиненных упругими пластинами. На внешней поверхности корпуса размещено толстостенное кольцо. Соосно с окнами корпуса кольцо имеет по всей длине с внешней стороны продольные каналы для прохождения по ним потока бурового раствора, отжимающего хвостовую часть рычажков вниз, а в радиальном направлении, в местах размещения рычажков, сквозные отверстия. На наружной поверхности кольца установлен кожух, выполненный из упругого антифрикционного материала. Рычажки выполнены в виде коромысла и установлены с возможностью перекрытия хвостовыми частями сквозных отверстий кольца. Технический результат - предотвращение разрушения керна в процессе бурения, при заполнении керноприемника. 4 ил.

Изобретение относится к буровой технике, конкретно к устройством для отрыва и удержания керна, представленного породами с низкой прочностной характеристикой (рыхлые, слабосцементированные) и перемежающейся твердостью.

Известны рычажковые кернорватели [Шубный А. И. Кернорватели для бурения скважин колонковыми наборами с одинарными трубами. Обзор ВИЭМС.- М., 1979, с. 5-7; Князев И. К. Бурильщику об отборе керна. М.: Недра, 1981, с. 39, рис. 26], содержащие корпус с окнами, в которых на осях смонтированы рвательные рычажки с заостренными передними концами. Рычажки подпружинены пружинами. Рвательные концы рычажков обычно снизу наплавлены твердым сплавом.

Недостатком этих кернорвателей является разрушение керна, представленного породами с низкой прочностной характеристикой, при прохождении его через кернорватель, следствием чего являются низкие показатели выноса и сохранности керна.

Наиболее близким по конструкции к предлагаемому устройству является рычажковый кернорватель с полным перекрытием проходного сечения [Князев И. К. Бурильщику об отборе керна. М.: Недра, 1981, с. 42, рис. 30]. Недостаток этого кернорвателя - разрушение керна в процессе бурения, при заполнении керноприемника.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение выноса и сохранности керна.

Технический результат состоит в предотвращении разрушения керна в процессе бурения при заполнении керноприемника.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в известном кернорвателе, включающем корпус с выполненными в нем окнами, в которых попеременно смонтированы на осях три длинных и три коротких рычажка, подпружиненных упругими пластинами, и кольцо, размещенное на внешней поверхности корпуса, в отличие от прототипа кольцо выполнено толстостенным, соосно с окнами корпуса кольцо имеет по всей длине с внешней стороны продольные каналы для прохождения по ним потока бурового раствора, отжимающего хвостовую часть рычажков вниз, а в радиальном направлении, в местах размещения рычажков, сквозные отверстия, на наружной поверхности кольца установлен кожух, выполненный из упругого антифрикционного материала, рычажки выполнены в виде коромысла и установлены с возможностью перекрытия хвостовыми частями сквозных отверстий кольца.

Таким образом, по наличию отличительных признаков можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

Изобретение позволяет решить насущную проблему геологии - повышение представительности и информативности кернового материала, а также снизить затраты на материалы при изготовлении кернорвателей и значительно увеличить срок их службы. На основании изложенного можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию "изобретательский уровень" На фиг. 1 изображен предлагаемый кернорватель в компоновке керноприемного устройства, в исходном положении при спуске в скважину; на фиг. 2 - поперечный разрез кернорвателя в плоскости рычажков; на фиг. 3 - действие кернорвателя в процессе бурения; на фиг. 4 - то же, в начальный момент отрыва керна.

Кернорватель (фиг. 1, 2) состоит из корпуса 1, кольца 2, шести рычажков 3, пластинчатых пружин 4 и кожуха-амортизатора 5. В верхней части корпуса 1 имеется внутренняя резьба 6 для соединения с керноприемной трубой 7. В нижней части корпус заканчивается коническо-цилиндрическим башмаком для установки в расточке бурильной головки 8. В средней части корпуса 1 выполнены окна 9, в которых размещаются пружины 4 и попеременно короткие и длинные рычажки 3. Рычажки 3 удерживаются осями 10 в проточке, выполненной с наружной стороны корпуса, посредством кольца 2. Кольцо 2 выполнено толстостенным, соосно с окнами 9 корпуса 1 кольцо 2 снабжено по всей длине с внешней стороны продольными каналами 11, а в радиальном направлении, в местах размещения рычажков, сквозными отверстиями 12. Рычажки 3 выполнены в виде коромысла и установлены с возможностью перекрытия хвостовыми частями сквозных отверстий 12 кольца 2, центры тяжести рычажков 3 смещены относительно осей вращения к оси устройства. На кольцо 2 надевается кожух-амортизатор 5, изготовленный из упругого антифрикционного материала (например, полимерный материал с металлическими кольцами).

Кернорватель работает следующим образом. В исходном положении, показанном на фиг. 1, 2, кернорватель в компоновке колонкового снаряда на колонне бурильных труб спускается в скважину. Рычажки 3 под действием пружин 4 и более тяжелой передней части находятся в горизонтальном положении, перекрывая хвостовой частью продольные каналы 11 кольца 2.

Бурение с отбором керна производят, включив вращение корпуса керноприемного устройства 13 и промывку забоя скважины буровым раствором (см. фиг. 3). Поток бурового раствора, проходя по продольным каналам 11 кольца 2 (движение раствора показано стрелками), отжимает хвостовую часть рычажков вниз. Рычажки 3 поворачиваются на осях 10, заходя в окна 9 корпуса 1 и нижнюю часть сквозных отверстий 12 кольца 2, открывая продольные каналы 11 и перекрывая просвет сквозных отверстий 12. При этом передняя часть рычажков утапливается в окнах 9, отжимая пластинки пружин 4 и освобождая полностью проходное сечение кернорвателя, тем самым устраняется контакт рычажков со столбиком выбуриваемой горной породы. Этим предотвращается разрушение пород с низкой прочностной характеристикой, абразивный износ и слом рычажков, появляется возможность отрыва бурголовки от забоя и расхаживание керноприемного устройства без нарушения целостности керна, что обеспечивает повышение выноса керна и его сохранность. Кроме этого, низкий коэффициент трения материала кожуха по металлу и отсутствие контакта рычажков с керном позволяют керноприемной трубе, подвешенной на подшипнике, оставаться неподвижной относительно керна, чем предотвращается избирательное истирание керна в керноприемнике, что повышает как вынос керна, так и его качество.

Кожух-амортизатор 5 центрирует кернорватель в корпусе керноприемного устройства 13 в процессе бурения, а упругие свойства материала кожуха поглощают его поперечные колебания, тем самым снижается уровень поперечной вибрации керноприемника, что предотвращает разрушение пород с низкой прочностной характеристикой и возможность подклинки шаровой опоры.

По окончании бурения (см. фиг.4) выключают вращение корпуса керноприемного устройства 13 и циркуляцию бурового раствора. При отсутствии потока бурового раствора в продольных каналах 11 рычажки 3 под действием собственного веса (так как центр тяжести смещен относительно осей 10) и усилия пластин пружин 4 прижимаются острой кромкой к поверхности керна. Поднимают керноприемное устройство вверх. Рычажки врезаются острыми кромками в керн. Керн под действием усилия, направленного вверх, отрывается от целика (здесь преодолевается сопротивление породы на разрыв, имеющее наименьшее значение по сравнению с сопротивлением на сжатие, скручивание, сдвиг или срез). При этом рычажки 3 опираются своей тыльной стороной на нижнюю сторону окна 9 корпуса 1, разгружая оси 10. При отрыве мягких пород рычажки прорезают керн и под действием собственного веса и веса керна возвращаются в исходное положение, полностью перекрывая проходное сечение кернорвателя (см. фиг. 1, 2), при этом тыльная сторона рычажков опирается на низ окна 9 корпуса 1, а передняя сторона хвостовиком упирается в верх сквозного отверстия 12 кольца 2, и оси 10 не испытывают нагрузки от действия веса столба оторванного керна.

При отрыве керна в интервале залегания твердых пород отрыв керна производится короткими рычажками. Короткие рычажки врезаются острыми кромками в керн и удерживают его в корпусе кернорвателя. При этом если разрыв столбика породы произошел в плоскости врезания рычажков, то они, как и в первом случае, возвращаются в исходное положение, при отрыве керна ниже точки встречи рычажки остаются в наклонном положении, опираясь тыльной стороной на низ окна 9.

Таким образом, предотвращается возможность слома осей 10 и выпадения рычажков 3 из корпуса 1 при захвате, отрыве и удержании керна, что исключает возможность потери кернового материала при транспортировке его на поверхность и увеличивает срок службы кернорвателей возможностью многократного использования.

Формула изобретения

Кернорватель, включающий корпус с выполненными в нем окнами, в которых попеременно смонтированы на осях три длинных и три коротких рычажка, подпружиненных упругими пластинами, и кольцо, размещенное на внешней поверхности корпуса, отличающийся тем, что кольцо выполнено толстостенным, соосно с окнами корпуса кольцо имеет по всей длине с внешней стороны продольные каналы для прохождения по ним потока бурового раствора, отжимающего хвостовую часть рычажков вниз, а в радиальном направлении, в местах размещения рычажков, сквозные отверстия, на наружной поверхности кольца установлен кожух, выполненный из упругого антифрикционного материала, рычажки выполнены в виде коромысла и установлены с возможностью перекрытия хвостовыми частями сквозных отверстий кольца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4