Устройство для отделения керна

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ц7941

6оюэ Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10.04.79 (21) 2750739/22-03 с присоединением заявки № (51) М. Кл.

Е 21В 25/14 (43) Опубликовано 07.01.81. Бюллетень № 1 (45) Дата опубликования описания 07.01.81 (53) УДК 622.243.64 (088.8) по делам иэобретений и открытий (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

В. В. Чуносов и В. В. Чубаров

Московский ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочный институт им. С. Орджоникидзе (54) УСТРОЙ СТВО ДЛЯ ОТДЕЛ Е Н ИЯ КЕР НА

ГосУдаРственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к инструменту для. бурения скважин большого диаметра колонковым способом, т. е, с отбором керна, преимущественно в скальных породах.

Оно может применяться в составе колонко- 5 вого бура при бурении вентиляционных и водопонижающих скважин на карьерах, рудниках и шахтах, при проходке бурением колодцев, шурфов, разведочных и вспомогательных стволов, при бурении скважин 10 под буробетонные сваи в строительстве и т. д.

Известны устройства для отделения керна, входящие в состав колонкового бура и включающие ударник и клин, забиваемый 15 ударником в кольцевой зазор между стенкой бура (или скважины) и керна (1), Эти устройства обеспечивают отделение керна при бурении, в основном, в осадоч- 20 ных слоистых горных породах с горизонтальным, либо слабонаклонным залеганием слоев, где отделение керна происходит по одной из плоскостей напластования, сопротивление сдвигу по которой много меньше, 25 нежели в неослабленных слоистостью участков кернового столба. При бурении вмонолитных скальных породах (например, магматических), нарушенных трещинами, отделение керна этими устройствами за- 30 труднено в связи с необходимостью создания высоких сдвигающих нагрузок.

Известны также устройства для отделения керна, входящие в состав голонкового бура и состоящие из одного, либо нескольких зарядов взрывчатого вещества, размещаемых в нижней части корпуса бура (2).

Эти устройства позволяют производить отделение керна при бурении практически в любой горной породе, однако их эксплуатация создает повышенную опасность в работе, в связи с возможностью образования, т. е. «отказов», т. е. не разорвавшихся зарядов взрывчатого вещества, и необходимостью их ликвидации. Кроме того, применение керноотделительных устройств на базе

ВВ в отдельных случаях невозможно, исходя из требований сохранности окружающей среды, промышленных зданий и сооружений.

Известно также устройство для отделения керна, состоящее из корпуса колонкового бура, маслопроводов и гидроцилиндров со штоками, радиально размещенных в корпусе бура (3).

В этом устройстве гидроцилиндры выполнены заодно с корпусом бура, жестко связаны с ним, поэтому реактивные усилия, возникающие вследствие сопротивления материала горной породы разрушению, пере794184 даются непосредственно на корпус колонкового бура и концентрируются на нем. По предварительным расчетам для отделения керна диаметром 100 см при бурении в песчаниках (о„=7,2 Н/мм ) необходимо, чтобы суммарное усилие всех гидроцилиндров было не менее 8870 кн, а при диаметре керна 200 см — не менее 35940 кн. При бурении в гранитах (а„" =13,5 н/мм ) оно соответственно должно быть не менее 16640 и 66550 кн. Поскольку такие же нагрузки передаются не только на керн, но и на корпус колонкового бура, то для обеспечения его прочности необходимо иметь значительную площадь поперечного сечения корпуса, которая может быть достигнута, главным образом, за счет увеличения его металлоемкости.

Целью изобретения является увеличение усилия для отделения керна за счет снятия реактивных нагрузок с колонкового бура, возникающих в процессе отделения кернав скважине.

Указанная цель достигается тем, что гидр оцилиндры подпружинены относительно корпуса и установлены с возможностью осевого перемещения и взаимодействия со стенками скважины.

На фиг. 1 представлен общий вид керноотделительного устройства в составе колонкового бура; на фиг. 2 — продольный разрез по гидроцилиндру до завершения процесса отделения; на фиг. 3 — то же, после завершения процесса отделения.

Устройство для отделения керна включает корпус 1 колонкового бура, гидроцилиндры 2 со штоками 3 и маслопроводы 4. На одном конце штока закреплен поршень 5, на другом рабочая головка 6. l идроцилиндр закрыт крышкой 7 и имеет уплотнения 8. В теле гидроцилиндра размещены каналы 9 и 10. На гидроцилиндр надета пружина 11, упирающаяся одним концом в корпус колонкового бура, а другим в гидроцилиндр. Перед отделением керна устройство размещается в кольцевой щели между стенкой скважины 12 и стенкой выбуренного кернового столба 13, от которого впоследствии отделяется керн 14.

Устройство работает следующим образом.

Под давлением масла, нагнетаемого в левую от поршня 5 полость гидроцилиндра

2, поршень со штоком перемещаются вправо до упора в стенку столба 13. Поскольку сопротивление внедрений рабочей головки

6 штока 3 в стенку кернового столба резко

55 возрастает, оно быстро становится больше усилия, необходимого для сжатия пружины

l l, в результате чего гидроцилиндр 2 начинает перемещаться в сторону, противоположную движению штока до упора со стенкой скважины 12. При дальнейшем увеличении давления усилие, передаваемое через шток на керновый столб, также увеличивается и по достижении предельной разрушающей нагрузки происходит отделение керна

14 от породного массива. При этом реактивное усилие через крышу 7 передается на стенку скважины, а корпус бура остается полностью разгруженным. При извлечении из скважины керн удерживается на штоках гидроцилиндров. Для возвращения штока в исходное положение масло нагнетается в правую от поршня полость гидроцилиндра.

11ри выходе штоков из-под керна корпус гидроцилиндра также приходит в первоначальное положение под действием ранее сжатой пружины 11.

Положительный эффект от применения устройства состоит в разгрузке корпуса колонкового бура от значительных по величине радиальных усилий, что позволяет предельно облегчить условия его работы. При реализации устройства конструкция бура может быть значительно упрощена, что снизит металлоемкость, трудоемкость изготовления и в конечном счете стоимость колонкового бура.

Формула изобретения

Устройство для отделения керна, включающее корпус колонкового бура, радиально размещенные в корпусе гидроцилиндры со штоками и маслопроводы, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью увеличения усилия для отделения керна за счет снятия реактивных нагрузок с колонкового бура, возникающих в процессе отделения керна, в скважине гидр оцилиндры подпружинены относительно корпуса и установлены с возможностью осевого перемещения и взаимодействия со стенками скважины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 578430, кл. Е 21В 25/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР № 102732, кл. Е 21В 25/00, 1955.

3. Брылов С, А. и др. Современная технология и механизация горно-разведочных работ, М., «Недра», 1976, с. 42.

704184

Фиг.2 !

А/г.г

Puz, l

Составитель В, Никулин

Редактор В. Большакова Техред Л. Куклина Корректор О. Тюрина

Заказ 202/19 Изд. № 144 Тираж 634 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2