Устройство для отбора керна Советский патент 1990 года по МПК E21B25/00 E21B21/00 

Изобретение относится к горному делу, к средствам для создания обратной призабойной циркуляция промывочной жидкости при бурении сква- жин с отбором керна.

Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства для отбора керна,

На чертеже показан общий вид уст- ройства.

Устройство для отбора керна содержит наружную трубу 1 с переходником 2 в верхней части и выхлопными отверстиями 3 и 4 в нижней. Внут- ренняя керноприемная труба 5 установлена концентрично наружной трубы 1. Породоразрушаюший наконечник 6 связывает нижние концы внутренней керноприемной 5 и наружной труб 1 в жесткую конструкцию, В устройство встроен гидроударный механизм в виде верхней и нижней наковален 7 и 8 дифференциального поршня 9 с бойком 10 в средней его части, размещенного большей ступенью 11 в цилиндре 12, Закрепленном на переходнике 2, а меньшей ступенью 13 в рабочей камере 14, выполненной в нижней наковальне 8 и соединенной каналом 15 с по- лостью внутренней керноприемной трубы посредстром всасывающего клапана 16 В цилиндре 12 установлена клапанная коробка 17, содержащая нагнетательный и выхлопной каналы 18 и 19 и впускной клапан 20, размещенный в нагнетательном канале 18, -

Устройство снабжено сервоприводом всасывающего клапана 16, выпогнен- ным в виде поршневой втулки 21, ус- тановленной в дополнительной камере 22 и связанной посредством тяги 23 с всасывающим клапаном 16, При этом дополнительная камера 22 выполнена в нижней наковальне 8, полость над поршневой втулкой 21 сообщена с рабочей камерой 14 и через канал 24 с нагнетательным клапаном 25, установленным концентрично относительно хвостовика 26 поршневой втулки 21 и снабженным пружиной 27 - с межтрубным пространством 28, а полость под роршневой втулкой 21 сообщена каналом 15 с межтрубным пространством 28 и с полостью цилиндра 29 над большей ступенью 11 дифференциального поршня 9« Полости дополнительной камеры 22 над и под поршневой втулкой 21 при открытии всасывающего клапана 16 сообщены между собой,

В переходнике 2 выполнены нагнетательный и выхлопной каналы 30 и 31, На большей ступени 11 дифференциального поршня 9 установлен с толкателем 32 выпускной клапан 33, хвостовик 34 которого размещен внутри поршня 11 и снабжен клапанной пружиной 35,

Полость цилиндра 29 над верхней ступенью 11 дифференциального поршня 9 соединена выхлопными каналами 19 и 31 соответственно клапанной коробки 17 и переходника 2 с межтрубным пространством 28, а подпоршневая полост 36 - с нагнетательным каналом 30 переходника 2,

Рабочая камера 14 сообщена каналом 37 с всасывающим клапаном 16, имеющим пружину 38, с полостью 39 керноприемной трубы 5,

Устройство для отбора керна работает следующим образом,

В исходном положении боек 10, под действием собственного веса находится в крайнем нижнем положении, впускной клапан 20 закрыт, а выпускной клапан 32 открыт. Жидкость, подаваемая буровым насосом (не показан) в гидроударный механизм, попадает через нагнетательный канал 30 переходника 2 и зазор между корпусом 6 и цилиндром 12 в подпоршневую полость 35 цилиндра 12. Под действием давления жидкости дифференциальный поршень 9 вместе с бойком 10 перемещается вверх, выдавливая жидкость из полости 29 над большей ступенью 11 дифференциального поршня 9 через выхлопные каналы 19 и 31 соответственно клапанной коробки 17 и переходника 2 в межтрубное пространство 28„ Из межтрубного пространства 27 жидкость выдавливается далее через выхлопные отверстия 3 и 4 наружной трубы 1 в затрубное пространство, осуществляя гидроразмыв грунта в скважине и уменьшая этим сопротивление породы внедрению колонкового снаряда по поверхности наружной трубы 1, Поскольку на гидроразмыв грунта в скважине затрачивается некоторая работа, то давление жидкости в меж- трубном пространстве 28 в этот момент повышается и, следовательно, повышается давление в дополнительной камере 22 в полости под поршневой

51

втулкой 30, гидравлически связанной с межтрубным пространством 28 каналом 15 хвостовика 26 поршневой втулки 21 .

Одновременно, при подъеме меньшей ступени 13 дифференциального поршня 9 в рабочей камере 14 и в гидравлически связанной с нею дополнительной камере 28 в полости над поршневой втулкой 21 образуется разрежение. Под действием образовавшейся разности давлений нагнетательный клапан 25 перекрывает канал 24, а поршневая втулка 21 вместе с тягой 22 и всасы- вающим клапаном 16 перемещается вверх преодолевая усилие пружины 38 всасывающего клапана 16 и соединяя каналом 37 рабочую камеру 14 с полостью 39 керноприемной трубы 5. В результа- те в полости 39 керноприемной трубы 5 возникает восходящий поток жидкости. При этом подъем всасывающего клапана 16 и преодоление усилия пружины 38 производится не давлением жидкости в полости 39 керноприемной трубы 5, а сервоприводом всасывающего клапана 16,

По мере подъема дифференциального поршня 9 толкатель 32 выпускного кла- пана 33 начинает контактировать с впускным клапаном 20, С этого момента за счет давления жидкости в нагнетательном канале 18 на впускной клапан 20, выпускной клапан 33 с толка- телем 32 прекращают перемещение относительно клапанной коробки 17, а клапанная пружина 35 начинает сжиматься, В верхнем положении поршень 11 контактирует с выпускным клапаном 33, Совместное действие толчка и силы сжатой пружины 35 обеспечивает переключение клапанной группы впускной клапан 20 открывается, а выпускной 33 закрывается, перекрывая выхлопной канал 19 клапанной коробки 17,

В этой случае напорная жидкость поступает и в полость 29 цилиндра 12 над верхней ступенью 11 дифференциального поршня 9 через нагнетатель- ный канал 18 клапанной коробки 17, Поскольку площадь большей ступени 11 дифференциального поршня 9 больше площади меньшей ступени 13, то он вместе с бойком 10 начнет опускаться вниз. При этом в межтрубном простран- стве 28 и в гидравлически связанном с ним каналом 15 дополнительной камере 22 в полости под поршневой втул-

06

кой 21 понижается давление, так как прекращается выдавливание жидкости в межтрубное пространство 28 из полости 29 над большей ступенью 1I дифференциального поршня 9. Одновременно из-за перемещения меньшей ступени 13 дифференциального поршня 9 вниз повышается давление жидкости в рабочей камере 14 и в дополнительной камере 22 в полости над поршневой втулкой 21i В результате возникшей разности давлений, воздействующей на поршневую втулку 21, и усилия сжатой пружины 38 всасывающий клапан 16 в начале фазы нагнетания быстро перемещается вниз, перекрывая канал 37 и изолируя рабочую камеру 14 от полосг- ти 39 керноприемной трубы 5. Затем нагнетательный клапан 25, перекрывающий до этого канал 24 под действием усилия пружины 27, перемещается под действием давления жидкости вверх по хвостовику 26 поршневой втулки 21 и жидкость из рабочей камеры 14 через дополнительную камеру 22 из полости над поршневой втулкой 21 и канал 24 выдавливается в межтрубное пространство 28,

В нижнем положении дифференциального поршня 9 его верхняя ступень 11 своим внутренним торцом ударяет по хвостовику 34 выпускного клапана 33, В результате удара клапанная группа перемещается вниз, впускной 20 и выпускной 33 клапаны занимают исходное положение.

Внедрение колонкового снаряда в грунт производится за счет ударов бойка 10 по верхней 7 и нижней 8 наковальням. При этом осуществляется комбинированная промывка скважины - обратная в полости керноприемной трубы 1 и прямая в затрубном пространстве,

Формула изобретения

Устройство для отбора керна, соержащее наружную трубу с переходнис ком в верхней части и выхлопными отверстиями - в нижней части, установенную концентрично наружной внутрен- юю керноприемную трубу, породораз- ушающий наконечник, гидроударный еханизм в виде верхней и нижней наовален, дифференциального поршня с ойком в средней его части, размеенного большей ступенью в цилиндре,

закрепленном на переходнике, а мень шей - и рабочей камере, выполненной в нижней наковальне и соединенной каналом с полостью внутренней керно- приемной трубы посредством всасывающего клапана, и клапанную коробку, установленную в цилиндре , отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы, оно снабжено сервоприводом всасывающего клапана, выполненным в виде дополнительной камеры, внутри которой размещена жестко связанная с всасывающим клапаном поршневая втулка с

хвостовиком, и установленного кон- центрично хвостовику поршневой втулки нагнетательного клапана, причем дополнительная камера выполнена в низшей наковальне и сообщена с рабочей камерой, а ее полость под поршневой втулкой - с полостью цилиндра над большей ступенью дифференциального поршня и внешним пространством, при этом полости дополнительной камеры над и под поршневой втулкой при открытии всасывающего клапана сообщены между собой,

Изобретение относится к горному делу и предназначено для создания обратной призабойной циркуляции промывочной жидкости при бурении скважин. Цель - повышение эффективности работы. Устройство содержит наружную трубу 1 с переходником 2 в верхней части и выхлопными отверстиями 3, 4 в нижней части. Концентрично трубе 1 установлена внутренняя керноприемная труба 5. Устройство также имеет породоразрушающий наконечник 6, гидроударный механизм в виде верхней 7 и нижней 8 наковален, дифференциального поршня 9 с бойком 10 в средней его части. Поршень 9 размещен большей ступенью 11 в цилиндре 12, закрепленном на переходнике 2, а меньшей ступенью 13 - в рабочей камере 14, выполненной в нижней наковальне 8 и соединенной каналом 15 с полостью трубы 5 посредством всасывающего клапана 16. В цилиндре 12 установлена клапанная коробка 17. Клапан 16 имеет сервопривод, выполненный в виде дополнительной камеры 22. Внутри последней размещена жестко связанная с клапаном 16 поршневая втулка 21 с хвостовиком 26. Концентрично хвостовику 26 установлен нагнетательный клапан 25. Камера 22 выполнена в нижней наковальне 8 и сообщена с рабочей камерой 14, а ее полость под поршневой втулкой 21 - с полостью цилиндра 29 над большей ступенью 11 дифференциального поршня 9 и внешним пространством. Полости камеры 22 над и под поршневой втулкой 21 при открытии клапана 16 сообщаются. Из-за перемещения меньшей ступени 13 поршня 9 вниз повышается давление жидкости в камере 14 и в камере 22 в полости над поршневой втулкой 21. В результате возникшей разности давлений, воздействующей на втулку 21, клапан 16 в начале фазы нагнетания быстро перемещается вниз. Жидкость из камеры 14 через камеру 22 из полости над втулкой 21 и канал выдавливается в межтрубное пространство. Снаряд внедряется в грунт за счет ударов бойка 10 по наковальням 7 и 8. При этом осуществляется комбинированная промывка скважины - обратная в полости трубы 1 и прямая в затрубном пространстве. 1 ил.