Кернорватель рычажковый Российский патент 2021 года по МПК E21B25/00 

Изобретение относится к устройствам, применяемым при геологоразведочном бурении, и может быть использовано для отрыва и удержания керна.

Известен кернорватель (патент RU83797, МПК E21B 25/00, опубл. 20.06.2009 г.), который содержит связанные между собой, по меньшей мере, две секции, каждая из которых состоит из корпуса и обоймы, при этом корпуса секций жестко связаны между собой и образуют кожух кернорвателя, нижняя часть которого соединена с породоразрушающим инструментом, а обоймы сочленены между собой с возможностью вращения относительно образованного кожуха и на них сформированы вертикальные пазы, образующие при стыковке секций окна, при этом нижние срезы указанных пазов выполнены в виде двугранного угла с образованием ребер, на боковых срезах упомянутых окон выполнены упоры, а на их нижнем срезе установлены с возможностью вращения относительно ребер подпружиненные рычажки с подрезающей кромкой и хвостовиками с боковыми приливами, причем рычажки установлены с возможностью упора их приливов в боковые срезы окон и упоры на них, их хвостовая часть выполнена скругленной в горизонтальной и вертикальной плоскостях, расстояние между нижним срезом окон и упорами равно толщине тела рычажков, а в корпусе каждой секции на уровне нижней плоскости рычажка выполнена кольцевая торообразная канавка.

Недостатком устройства является его достаточно большая высота за счет установки нескольких секций (по меньшей мере две), что увеличивает вероятность заклинки керна в кернорвателе, и, соответственно, уменьшается выход керна.

Известен кернорватель, содержащий корпус с окнами, опорными выступами и полыми ребрами, подпружиненные рычажки, установленные внутри ребер с возможностью поворота, ограниченного опорными выступами, посредством двойных фигурных коромысел. Кернорватель снабжен дополнительными дуговыми рычажками, жестко закрепленными на поворотных осях с подпружиненными наружными головками непосредственно под ребрами, а опорные выступы снабжены толкателями, взаимодействующими с боковой поверхностью дуговых рычажков (патент RU59694, МПК E21B25/00, опубл. 27.12.2006 г.).

Недостатком известного решения является увеличение радиальных размеров, вследствие чего возникает сложность его применения в ограниченных габаритах керноотборного устройства.

Известен кернорватель, содержащий обойму с окнами, рычажок с поворотными валиками, выполненный с режущей кромкой на одном конце и хвостовиком на другом конце, и кольцо, запирающее рычажок в окнах обоймы и контактирующее с хвостовиком рычажка. Рычажок установлен с контактом его хвостовика с кольцом по образующей внутренней поверхности кольца. Часть поверхности контакта рычажка с кольцом лежит ниже плоскости, проходящей через ось валика перпендикулярно продольной оси кернорвателя. Высота контакта хвостовика рычажка с кольцом превышает радиус торца валика (патент RU2029057, МПК E21B 25/14, опубл. 20.02.1995 г.). Принято за прототип.

При таком конструктивном выполнении рычажковый кернорватель не способен создать достаточное усилие для отрыва керна. При большой длине рычажка вращающего момента, способствующего внедрению рычажка в керн, недостаточно. Рычажок начинает скользить по керну и не захватывает его. Еще одним недостатком является слом поворотных валиков рычажка по причине их недостаточной прочности.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение эффективности захвата и удержания керна, повышение прочности устройства.

Технический результат - надежный захват и удержание керна рычажковым кернорвателем при повышении прочности устройства.

Проблема решается, а технический результат достигается кернорвателем, содержащим обойму с окнами, рычажок с поворотными валиками, выполненный с режущей кромкой на одном конце и хвостовиком на другом конце, и кольцо, запирающее рычажок в окнах обоймы и контактирующее с хвостовиком рычажка, при этом рычажок установлен с контактом его хвостовика с кольцом по образующей внутренней поверхности кольца. В отличие от прототипа кернорватель содержит минимум три рычажка, причем каждый рычажок установлен также с контактом его хвостовика с нижней поверхностью окна обоймы, при этом в сечении, перпендикулярном оси валиков, режущие кромки рычажка имеют пилообразную форму по образующей дуге окружности, а в сечении, параллельном оси валиков, режущие кромки рычажка образованы дугами окружности.

Технический результат достигается представленной совокупностью существенных признаков за счет следующего.

В предлагаемом устройстве каждый рычажок установлен с контактом его хвостовика с кольцом по образующей внутренней поверхности кольца и с нижней поверхностью окна обоймы. При таком выполнении нагрузка, приходящаяся на рычажок, распределяется между поворотными валиками рычажка и хвостовиком. За счет распределения нагрузки уменьшается нагрузка на поворотные валики рычажка, что ведет к уменьшению напряжений в сечении поворотных валиков и к повышению прочности кернорвателя.

Кроме того, в сечении, перпендикулярном оси валиков, режущие кромки рычажка имеет пилообразную форму по образующей дуге окружности, а в сечении, параллельном оси валиков, режущие кромки образованы дугами окружности, при этом увеличивается площадь контакта рычажка с керном, что обеспечивает надежный захват и удержание керна. Пилообразные режущие кромки рычажка по образующей дуге окружности позволяют также значительно увеличить вращающий момент, действующий на рычажок и способствующий его внедрению в керн, что также обеспечивает надежный захват и удержание керна. Количество рычажков (минимум 3, обычно 6) также повышает эффективность захвата и удержания керна, прочность устройства, так как перечисленное при увеличении количества рычажков также усиливается.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где показан заявляемый кернорватель рычажковый:

фиг. 1 - вид спереди с разрезом;

фиг. 2 - вид сверху с местным разрезом;

фиг. 3 - рычажок (сечение, перпендикулярное оси валиков);

фиг. 4 - рычажок (сечение, параллельное оси валиков).

На фигурах обозначено:

1 - обойма с окнами;

2 - рычажок;

3 - кольцо;

4 - пружина рычажка;

5 - валик поворотный;

6 - режущая кромка рычажка;

7 - хвостовик рычажка;

8 - нижняя поверхность хвостовика;

9 - затылок хвостовика;

10 - нижняя поверхность окна обоймы;

11 - образующая дуга окружности пилообразной формы.

Рычажковый кернорватель состоит из обоймы 1, в окнах которой находятся рычажки 2 с пружинами 4 и поворотными валиками 5, имеющие на одном конце режущую кромку 6, а на другом - хвостовик 7. Кольцо 3 запирает рычажки 2 в обойме 1. Хвостовик 7 рычажка 2 упирается (контактирует) своей нижней поверхностью 8 на нижнюю поверхность 10 окна обоймы, а своим затылком 9 упирается (контактирует) во внутреннюю поверхность кольца 3. В сечении, перпендикулярном оси валиков 5 (фиг.3), режущие кромки 6 имеют пилообразную форму по образующей дуге окружности 11. В сечении, параллельном оси валиков 5 (фиг.4), режущие кромки 6 образованы дугами окружности.

Предлагаемый рычажковый кернорватель работает следующим образом.

При бурении с отбором керна, когда керн входит внутрь кернорвателя, керн поднимает режущие кромки 6 рычажков 2. Рычажки 2 поворачиваются в обойме 1 на своих поворотных валиках 5. По окончании бурения, при подъеме инструмента, режущие кромки 6 рычажка 2 внедряются в керн, рычажки 2 поворачиваются и заклинивают керн, если он образован крепкими породами, либо рычажки 2 поворачиваются до горизонтального положения, если керн образован рыхлыми породами. Контактирование хвостовика 7 рычажка 2 с внутренней поверхностью кольца 3 и нижней поверхностью окна обоймы 10 обеспечивает распределение нагрузки, создаваемой столбиком керна при его отрыве, между поворотными валиками 5 и хвостовиком 7 рычажка 2, уменьшается нагрузка на поворотные валики 5, что ведет к уменьшению напряжений в сечении поворотных валиков 5 и, как следствие, повышается прочность рычажка 2.

Кроме того, в сечении, перпендикулярном оси валиков (фиг.3), режущая кромка 6 рычажка имеет пилообразную форму по образующей дуге окружности 11, а в сечении, параллельном оси валиков (фиг.4), режущие кромки 6 рычажка образована дугами окружности, при этом увеличивается площадь контакта рычажка 2 с керном, обеспечивается надежный захват и удержание керна. Пилообразная режущая кромка 6 рычажка по образующей дуге окружности 11 позволяет также значительно увеличить вращающий момент, действующий на рычажок и способствующий его внедрению в керн, что также обеспечивает надежный захват и удержание керна.

Изобретение позволяет обеспечить надежный захват и удержание керна, благодаря особой форме поверхности рычажка, контактирующей с керном, повысить прочность рычажкового кернорвателя, благодаря распределению нагрузки, создаваемой столбиком керна при его отрыве, между поворотными валиками и хвостовиком рычажка.

Изобретение относится к устройствам, применяемым при геологоразведочном бурении, и может быть использовано для отрыва и удержания керна. Кернорватель содержит обойму с окнами, рычажок с поворотными валиками, выполненный с режущей кромкой на одном конце и хвостовиком на другом конце, и кольцо, запирающее рычажок в окнах обоймы и контактирующее с хвостовиком рычажка, при этом рычажок установлен с контактом его хвостовика с кольцом по образующей внутренней поверхности кольца. Кернорватель содержит минимум три рычажка, причем каждый рычажок установлен также с контактом его хвостовика с нижней поверхностью окна обоймы, при этом в сечении, перпендикулярном оси валиков, режущие кромки рычажка имеют пилообразную форму по образующей дуге окружности, а в сечении, параллельном оси валиков, режущие кромки рычажка образованы дугами окружности. Технический результат - надежный захват и удержание керна рычажковым кернорвателем при повышении прочности устройства. 4 ил.

Кернорватель, содержащий обойму с окнами, рычажок с поворотными валиками, выполненный с режущей кромкой на одном конце и хвостовиком на другом конце, и кольцо, запирающее рычажок в окнах обоймы и контактирующее с хвостовиком рычажка, при этом рычажок установлен с контактом его хвостовика с кольцом по образующей внутренней поверхности кольца, отличающийся тем, что кернорватель содержит минимум три рычажка, причем каждый рычажок установлен также с контактом его хвостовика с нижней поверхностью окна обоймы, при этом в сечении, перпендикулярном оси валиков, режущие кромки рычажка имеют пилообразную форму по образующей дуге окружности, а в сечении, параллельном оси валиков, режущие кромки рычажка образованы дугами окружности.