КЕРНОРВАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК E21B25/10 

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано как устройство для захватывания, отрыва и удерживания керна в керноприемной трубе при бурении скважин. Необходимость данного технического решения состоит в том, что известные кернорватели цангового, рычажного и лепесткового типа имеют ограниченный диапазон применения - только для взятия керна пород определенной твердости. Для отбора керна перемежающихся пород различной твердости применяются комбинированные компоновки кернорвателей различных типов (см. например, Иогансен К.В. Спутник буровика. Справочник. - М.: Недра, 1986, 50 с.), что значительно усложняет конструкцию устройства. Кроме того, при пересечении пород, керн которых можно взять только верхним кернорвателем компоновки, на забое остается столбик керна, равный по меньшей мере высоте кернорвателя, установленного внизу компоновки.

Известен кернорватель, взятый в качестве прототипа, который состоит из корпуса и кернозахватного элемента, выполненного в виде втулки с непараллельными торцами, суженная часть которой шарнирно закреплена в корпусе (см. а.с. СССР 688601, М.Кл², Е 21 В 25/00).

Недостатком этого кернорвателя является относительная сложность и недостаточная надежность захвата и срыва керна. Усложнение конструкции заключается в шарнирном закреплении втулки, которое трудно выполнить в снарядах малых диаметров, например 59 мм, 46 мм, особенно в двойных колонковых снарядах.

Недостаточная надежность в работе устройства вызвана тем, что расположенные на одном торце верхняя и на другом торце противоположная ей нижняя кромки не могут войти в контакт с керном одновременно, действовать парой и тем самым надежно захватывать керн. На фиг.1, 2 (а.с. 688601), например, нижняя кромка переместилась к оси керна примерно на величину в 1,5 раза большую величины перемещения верхней кромки. В результате нижняя кромка явилась упором, не позволяющим верхней кромке войти в контакт с керном. Кернорвательный элемент в рассматриваемом кернорвателе только по его конфигурации является втулочным, а по кинематике работы это однорычажковый кернорватель, поворот рычага (верхней кромки) в котором ограничен упором нижней кромки в керн.

Заявляемое изобретение направлено на повышение надежности захватывания, отрыва и удержания керна любых пород (за исключением сыпучих и плывунов) в керноприемной трубе. Для решения поставленной задачи предлагается в кернорвателе, содержащем корпус и кернозахватывающий элемент, выполненный в виде втулки и установленный с возможностью поворота, установлено опорное кольцо с наклонной торцевой поверхностью, втулка выполнена с параллельными торцами, внутренняя поверхность втулки выполнена в виде конуса и размещена большим основанием конуса на опорном кольце с возможностью радиального, осевого и кругового перемещений относительно опорного кольца, при этом угол α, образующей конуса больше или равен углу β наклона торцевой поверхности кольца (α≥β).
Втулка не закреплена в корпусе и не соединена с опорным кольцом, а размещена свободно, т.е. по сути ее можно назвать плавающей.

Ее перемещение и поворот осуществляются до момента контакта с керном верхней кромкой с двух противоположных сторон.

Выполнение внутренней поверхности втулки в виде конуса и установка ее в корпусе на опорном кольце большим основанием вниз с возможностью свободного перемещения по опорному кольцу и поворота с опорой на верхнюю часть кольца, а также соотношение углов образующей конуса к его оси - α и наклона торцевой поверхности кольца - β:α≥β, являются отличительными признаками заявляемого объекта от прототипа, обеспечивающими выполнение поставленной задачи.

Приведенные отличительные признаки в указанной их совокупности не обнаружены в известных технических решениях, что предполагает соответствие заявляемого объекта критериям новизны и изобретательского уровня.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан кернорватель в разрезе. Кернорватель состоит из корпуса 1 с плотно установленным в нем опорным кольцом 2 с наклонной торцевой поверхностью и кернозахватного элемента, выполненного в виде втулки 3 с параллельными торцами и конусной внутренней поверхностью, выполненной в виде конуса, обращенного основанием вниз.

Цилиндрическая поверхность корпуса в верхней части имеет горизонтальный круговой выступ, образуемый за счет разных диаметральных размеров верхней и нижней частей корпуса.

Снизу к корпусу 1 присоединяется породоразрушающий инструмент 4, а сверху колонковая или керноприемная труба 5. Труба 5 может быть навернута на корпус 1, как показано на чертеже, или же ввернута в него. В последнем варианте корпус 1 может выполняться бесступенчатым, т.к. выступ образуется торцом ввернутой в корпус трубы.

Диаметр отверстия втулки вверху на 1,5-3 мм больше внутреннего диаметра породоразрушающего инструмента (керна). Угол α образующей конуса втулки больше или равен углу β наклона торцевой поверхности кольца.

Кернорватель работает следующим образом.

При бурении керн входит в конусное отверстие втулки 3 снизу, отталкивает втулку и перемещает ее по наклонной поверхности кольца вверх и в сторону большей высоты опорного кольца с одновременным поворотом ее на опоре о верхнюю часть кольца. Втулка 3 за счет контакта с керном занимает положение, при котором керн проходит через втулку 3 в колонковую (керноприемную) трубу. Предельное положение втулки 3 при перемещении ее и повороте на опоре в верхней части торцевой поверхности опорного кольца - это положение, при котором ее осевая линия будет параллельна осевой линии корпуса 1. Дальнейший поворот ее ограничен кольцевым выступом корпуса 1.

Втулка 3 может иметь наклон только в сторону породоразрушающего инструмента. Тем самым исключается захватывание керна при входе его в кернорватель.

При подъеме бурового снаряда втулка 3 смещается по наклонной поверхности кольца 2, поворачивается за счет силы тяжести вокруг опоры одного своего края "а" о поверхность кольца, упирается в керн верхней кромкой у края "а" и, поворачиваясь далее вокруг упора в керн кромки у края "а", входит в контакт с керном верхней кромкой у края "б" с проскальзыванием нижней кромки у края "а" вниз по наклонной поверхности кольца 2. Далее происходит поворот втулки за счет зацепления ее с керном двумя противоположными краями одной и той же кромки, тем самым обеспечивается двухстороннее захватывание и срыв керна.

Превышение угла α над углом β исключает соприкосновение с керном нижней кромки втулки у края "б" и отталкивание этого края от керна, в результате втулка работает по принципу самозатягивания плоской шайбы, занимающей положение "перекоса" на цилиндрическом теле.

Эффективность заявленного объекта является следствием его относительно простой, технологичной в изготовлении конструкцией, а также его универсальностью, т. е. пригодностью для отбора керна как мягких, так и твердых пород. Здесь нет необходимости ставить компоновку из двух кернорвателей - рычажного и цангового типов.

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано как устройство для захватывания, отрыва и удержания керна в керноприемной трубе. Кернорватель содержит корпус и кернозахватный элемент. Элемент выполнен в виде втулки и установлен с возможностью поворота. В корпусе установлено опорное кольцо с наклонной торцевой поверхностью. Втулка выполнена с параллельными торцами. Внутренняя ее поверхность выполнена в виде конуса и размещена большим основанием конуса на опорном кольце с возможностью радиального, осевого и кругового перемещений относительно опорного кольца. Угол α образующей конуса больше или равен углу наклона β торцевой поверхности кольца. Повышается надежность захватывания, отрыва и удержания керна любых пород в керноприемной трубе. 1 ил.

Кернорватель, содержащий корпус и кернозахватный элемент, выполненный в виде втулки и установленный с возможностью поворота, отличающийся тем, что в корпусе установлено опорное кольцо с наклонной торцевой поверхностью, втулка выполнена с параллельными торцами, внутренняя поверхность втулки выполнена в виде конуса и размещена большим основанием конуса на опорном кольце с возможностью радиального, осевого и кругового перемещений относительно опорного кольца, при этом угол α образующей конуса больше или равен углу наклона β торцевой поверхности кольца.