КЕРНОРВАТЕЛЬ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ Российский патент 2006 года по МПК E21B25/10 

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано как устройство для захватывания, отрыва и удержания керна в керноприемной трубе при бурении скважин.

Необходимость заявляемого технического решения состоит в том, что известные кернорватели цангового, рычажного и лепесткового типов 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, 1990. - 47 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. Он 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 β наклона торцевой поверхности кольца (см. патент Российской Федерации №2182216, МПК 7 Е 21 В 25/10, опубликовано 10.05.02 в Бюл. №13).

В этом устройстве первоначальный поворот кернозахватного элемента до соприкосновения с керном осуществляется за счет силы тяжести элемента, направленной вертикально, а вращающий момент его поворота на опорном кольце в вертикальных скважинах равен произведению этой силы на радиус элемента.

Недостатком этого кернорвателя является его недостаточная эффективность в наклонных и, особенно, в горизонтальных скважинах, т.к. в последних сила тяжести кернозахватного элемента направлена перпендикулярно осевой линии устройства и вращающего момента поворота кернозахватного элемента на опорном кольце нет.

Заявляемое изобретение направлено на повышение надежности захватывания, отрыва и удержания керна в керноприемной трубе при бурении скважин любого угла наклона, в том числе и горизонтальных.

Для решения поставленной задачи в кернорвателе, содержащем корпус, диаметр верхней части которого выполнен меньше диаметра его нижней части с образованием кольцевого выступа, опорное кольцо с наклонной торцевой поверхностью и кернозахватный элемент, выполненный в виде втулки с параллельными торцами, внутренняя поверхность которой выполнена в виде конуса, размещенной большим основанием конуса на опорном кольце с возможностью радиального, кругового и осевого перемещений относительно опорного кольца, а угол α образующей конуса больше или равен углу β наклона торцевой поверхности опорного кольца, установлен магнит в опорном кольце, а в корпусе кернорвателя выполнено отверстие для подачи струи промывочной жидкости на торец втулки, причем магнит установлен в теле опорного кольца там, где высота опорного кольца наименьшая, а отверстие для подачи струи промывочной жидкости на торец втулки, выполненное в корпусе, расположено на одной линии с магнитом, параллельной осевой линии корпуса кернорвателя.

Установка в опорном кольце магнита, где высота опорного кольца наименьшая, и выполнение в корпусе отверстия для подачи струи промывочной жидкости на торец втулки, расположенного на одной линии с магнитом, параллельной осевой линии корпуса кернорвателя, являются отличительными признаками заявляемого объекта от прототипа.

Приведенные отличительные признаки в их совокупности с признаками общими с прототипом 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. Внутренняя поверхность втулки выполнена в виде конуса и размещена большим основанием конуса на опорном кольце с возможностью радиального, кругового и осевого перемещений относительно опорного кольца. Диаметр верхней части корпуса меньше диаметра его нижней части, где размещена втулка 3, и тем самым образован кольцевой выступ, поверхность которого перпендикулярна осевой линии корпуса. В теле опорного кольца 2, где его высота наименьшая, установлен магнит 4, а в корпусе 1 выполнено отверстие 5 для подачи струи промывочной жидкости на торец втулки, расположенное на одной линии с магнитом 4, параллельной осевой линии кернорвателя. Снизу к корпусу 1 присоединен породоразрушающий инструмент 6 или какой-либо другой наконечник керноприемной трубы, а сверху присоединена колонковая или керноприемная труба 7. Угол α образующей конуса внутренней поверхности втулки больше или равен углу β наклона торцевой поверхности опорного кольца.

Кернорватель работает следующим образом.

При бурении керн входит во втулку 3, с параллельными торцами и внутренней поверхностью, выполненной в виде конуса, отталкивает втулку 3 и перемещает ее по наклонной торцевой поверхности опорного кольца 2 вверх и в сторону большей высоты опорного кольца с одновременным поворотом ее по наклонной торцевой поверхности опорного кольца. Втулка 3 за счет контакта с керном занимает положение, при котором керн проходит через втулку 3 в колонковую (керноприемную) трубу 7. Предельное положение втулки 3 при перемещении ее и повороте по наклонной торцевой поверхности опорного кольца 2 - это положение, при котором ее осевая линия параллельна осевой линии корпуса 1. Дальнейший поворот ее ограничен кольцевым выступом корпуса 1, и втулка 3 может иметь наклон только в сторону породоразрушающего инструмента 6.

При подъеме бурового снаряда втулка 3 смещается по наклонной торцевой поверхности опорного кольца 2, поворачивается за счет силы тяжести, а в наклонных и горизонтальных скважинах под действием магнита 4 и струи промывочной жидкости, выходящей из отверстия 5 на торец втулки 3, вокруг опоры одного края "а" о наклонную торцевую поверхность опорного кольца 2, 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 "в" с проскальзыванием нижней кромки у края "а" по наклонной торцевой поверхности опорного кольца 2. В результате обеспечивается двухстороннее захватывание и отрыв керна за счет действия осевого и частично бокового усилий. Превышение угла α над углом β исключает соприкосновение с керном нижней кромки втулки у края "в" и отталкивание этого края от керна. В результате, втулка 3 работает, как и в прототипе, по принципу шайбы, занимающей положение "перекоса" на цилиндрическом теле.

Эффективность заявляемого объекта является следствием его конструкции, обеспечивающей отбор керна при любом наклоне скважин, в том числе горизонтальных, из пород различной твердости. В сущности, он является универсальным. Конструкция объекта проста и технологична в изготовлении.

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано как устройство для захватывания, отрыва и удержания керна в керноприемной трубе при бурении вертикальных, наклонных, горизонтальных скважин. Техническая задача - повышение надежности захватывания, отрыва и удержания керна при бурении скважин любого угла наклона, в том числе и горизонтальных. Кернорватель состоит из корпуса, кернозахватного элемента и опорного кольца с наклонной торцевой поверхностью. Кернозахватный элемент выполнен в виде втулки с параллельными торцами и внутренней наклонной поверхностью и размещен 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. В опорном кольце, там, где его высота наименьшая, установлен магнит, а в корпусе кернорвателя выполнено отверстие. Магнит и отверстие расположены на одной линии параллельной осевой линии кернорвателя. При бурении вертикальных скважин втулка поворачивается на опорном кольце за счет силы тяжести, а в наклонных и горизонтальных скважинах под действием магнита и струи промывочной жидкости, и захватывает керн как шайба, занимающая положение "перекоса" на цилиндрическом теле. 1 ил.

Кернорватель универсальный, содержащий корпус, диаметр верхней части которого выполнен меньше диаметра его нижней части, с образованием кольцевого выступа корпуса, опорное кольцо с наклонной торцевой поверхностью и кернозахватный элемент, выполненный в виде втулки с параллельными торцами и внутренней поверхностью, выполненной в виде конуса и размещенной большим основанием конуса на опорном кольце с возможностью радиального, кругового и осевого перемещений относительно опорного кольца, а угол α образующей конуса внутренней поверхности втулки больше или равен углу β наклона торцевой поверхности опорного кольца, отличающийся тем, что в опорном кольце установлен магнит, а в корпусе выполнено отверстие для подачи струи промывочной жидкости на торец втулки, при этом магнит установлен в теле опорного кольца там, где высота опорного кольца наименьшая, а отверстие для подачи струи промывочной жидкости на торец втулки выполненное в корпусе расположено на одной линии с магнитом, параллельной осевой линии корпуса кернорвателя.