Кернорватель Советский патент 1979 года по МПК E21B25/00 

1

Предлагаемое изобретение относится к области геологоразведочного оборудования, а именно к приспособлениям для отбора керна, применяемым в колонковых снарядах.

Известен кернорватель, включающий корпус и псдпружинеппые рычажки, которые врезаются в керн и срывают его I.

Недостатком этого кернорвателя является ненадежность срыва керна из-за малых усилий прижатия рычажков к керну.

Известен также кернорватель горизонтального типа, включающий корпус, подпружиненные рычажки и узел удержания рычажков в исходном положении {2. Рычажки раскрываются по ходу вращения снаряда при ввинчивании внутренней трубы. Освободившиеся рычажки, рабочие поверхности которых имеют вид зубчатой пилы, прижимаются усилием пружин к керну и срезают его.

Кернорватель имеет равновеликие рычажки, которые должны перепилить керн под усилием пружинок. Однако создание удельного давления, необходимого для эффективного разрущения керна, в данной конструкции затруднительно. Поверхностное же истирание керна приводит к неограниченному росту времени работы механизма и как

следствие неприменимости его для практических целей.

Целью изобретения является повыщеиие надел ности среза керна за счет повышения удельного давления рычажков на керн.

Для этого выполнены с последовательно увеличивающейся длиной и открывающимися против хода вращения кернорвателя, причем длина каждого рычажка определяется по определенной зависимости. При этом рычажки внедряются в керн с усилие.м, зависящим от момента вращения, а не от усилия пружин, т. е. самозаклиниваются. Но это условие накладывает ограничение на размер рычажков.

Действительно, при заданном конструктивном параметре / (см. фиг. 1, где / тЛ - расстояние от оси вращения рычажка до керна) длина рычажка

OA L - ,(1)

cos а

зависит от угла трения а, который является функцией коэффициента трения горная порода - материал рычажка. Значения этого угла для различных пород, определенные на специальной установке, колеблются от 30 (гранит) до 40 (глина) градусов. Анализ работоспособности кернорвателей, выпускаемых нашей промышленностью, показывает, что соотношение L и / в приведенных кернорвателях не обеспечивает необходимого угла трения, при котором происходит заклинивание малого рычажка рвателя, не говоря уже о большем. Этим объясняется пх низкая надежность в работе. При выполнении условия (1) внедрение рычажка в породу составляет 2- 3 мм, что недостаточно для отрыва керна, а расположение увеличиваюшихся рычажков по вертикали приводит к оставлению значительной части керна на забое (пенек). Поэтому в предлагаемой конструкции увеличиваюшиеся рычажки расположены в горизонтальной плоскости, а размер их определяется по формуле, выведенной на основании расчетной схемы на фиг. 2

L - )/rCOS a+/(/+2r) -r-COSa, MM, (2)

где L - длина рычажка от оси враш,ения до контакта с керном, мм;

/ - расстояние от оси врашения рычажка до образуюшей керна, мм;

г - радиус керна, мм;

х - угол трения, градусы. На фиг. 1 и 2 представлены расчетные схемы зависимости (1) и (2) соответственно; на фиг. 3 изображен кернорватель в рабочем положении, обш,ий вид; на фиг. 4 - то же, вид сверху.

Кернорватель располагается в корпусе керноприемника или колонковой трубы и скрепляется с ним. Корпус кернорвателя состоит из двух Г-образных половин 1 и 2, стянутых болтами 3. В сверлениях корпуса расположены оси рабочих рычажков 4, причем рычажки выполнены в виде двухплоскостного клина. Рычажки подпружинены пружинами 5 так, что один конец пружины эксцентрично размешен в сверлении оси рычажка, а другой в эксцентричном отверстии резьбовой пробки 6. При ввинчивании пробки пружина взводится, а пробка стопорится, например кернением, рычажки стремятся выйти из своих гнезд, образованных окнами в половине 2 корпуса, и прижаться к керну. В кернорвателе имеется устройство удержания рычажков в исходном положении в виде кольца 7, которое в верхнем положении открывает окна и освобождает выход рычажков, а в нижнем закрывает их и предотвращает выход рычажков в процессе бурения. Ход кольца ограничен упорами 8 в корпусе кернорвателя.

Кернорватель работает следующим образом.

Подпружиненные рычажки 4 укладываются в свои гнезда и закрываются кольцом 7. Производится бурение. После наполнения керном керноприемной трубы кольцо 7 при помощи привода (механического или гидравлического) поднимается и освобождает рычажки 4, которые прижимаются к керну и при врашении снаряда вклиниваются в породу. Заклинивание происходит поочередно, начиная с наименьшего рычажка, так как большие рычажки при контакте с керном не обеспечивают нужного угла трения и скользят. После внедрения меньшего рычажка образуется либо скол керна, либо борозда, в которую попадает следуюший рычажок, и так до тех нор, пока не произойдет полный скол керна.

Выполнение рычажков кернорвателя открывающимися против хода его вращения с последовательным увеличением их длины в соответствии с расчетной формулой (2)

позволяет осуществить надежное внедрение их в керн. Испытания, проведенные на буровом станке типа ЗИФ-1200 подтвердили безотказную работу кернорвателя.

Формула изобретения

Кернорватель, включающий корпус, подпружиненные рычажки и узел удержания рычажков в исходном положении, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности среза керна за счет повышения удельного давления рычажков на керн, рычажки выполнены с последовательно увеличивающейся длиной и открывающимися против направления вращения кернорвателя, причем длина каждого рычажка определяется по следующей зависимости:

Z,- }/г COS а + /(/ + 2г) - г. cos а,

где L - длина рычажка от оси вращения

до контакта с керном, мм; / - расстояние от оси вращения рычажка до образующей керна, мм; г - радиус керна, мм; а - угол трения, градусы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 95963, кл. Е 21В 25/00, 1951.

2.Авторское свидетельство СССР № 102992, кл. Е 21В 25/00, 1955.