[1]Предлагаемая полезная модель «Съемный керноприемник» относится к горному делу, в частности к средствам для бурения с отбором керна.
[2]В известных съемных керноприемниках, включающих захватную головку в виде грибка, запорный узел, узел подвески (подшипниковый узел), керноприемную трубу и кернорватель, используется кернорватель пружинного типа, состоящий из разрезного пружинного кольца, корпуса с конусной проточкой и упорного кольца (см. И.С.Афанасьев, Г.А.Блинов, П.П.Пономарев, А.И.Кукес, Н.Н.Бухарев, О.В.Иванов, Ю.Т.Морозов, А.И.Осецкий, Э.К.Егоров, Н.Г.Егоров - Справочник по бурению геологоразведочных скважин. - СПб.: ООО «Недра», 2000, с.381, рис.7.9).
[3]Кернорватели в виде пружинного разрезного кольца способны надежно захватить монолитный и крупнокусковой керн. В случаях же значительного износа керна по диаметру и при бурении скважин в трещиноватых, разрушенных, раздробленных и рыхлых горных породах кернорватели этого типа не эффективны (см. Егоров Н.Г. - Колонковые снаряды с кернозахватными устройствами. - М., 1997, Техника, технология и организация геол.-развед. работ, Обзор/АОЗТ «Геоинформмарк», с.17). Этот недостаток является серьезным препятствием для более широкого применения прогрессивного способа бурения с использованием съемных керноприемников.
[4]Практикой буровых работ и проведенными научными исследованиями доказано (см. Егоров Н.Г. - Бурение скважин в сложных геологических условиях. - Тула: ИПП «Гриф и К», 2006, с.220-223), что:
[5]1). Существенно повысить надежность захвата и удержания керна могут лишь кернозахватные устройства (КЗУ) с принудительным захватом керна, в которых кернозахватный элемент (КЗЭ) захватывает керн под действием механических иди гидравлических усилий;
[6]2). Для использования в колонковых снарядах с принудительным захватом керна более других эффективны простые КЗЭ в виде втулки с лепестками, образованными путем тангенциальных разрезов - узких вертикальных разрезов, выполненных в тонкостенной части ее по касательной к внутренней поверхности (полезная модель №10771).
[7]Известен созданный с учетом указанных выводов съемный керноприемник по полезной модели №105661, включающий захватную головку в виде грибка, запорный узел, узел подвески, подпружиненный клапан, размещенный на штоке в полости переходников между впускными и выпускными отверстиями, подвесное кольцо, скрепленное срезным элементом (элементами) с наружной поверхностью переходника узла подвески с возможностью ограниченного перемещения после принудительного среза срезного элемента (элементов), керноприемную трубу и соединенный с ней с возможностью ограниченного продольного перемещения кернодержатель с размещенным в нем кернорвателем в виде втулки с лепестками, образованными путем тангенциальных разрезов.
[8]Съемный керноприемник по полезной модели №105661 на основе керноприемника S-75, применяемого в КНР, успешно прошел испытания, показав работоспособность и высокую эффективность.
[9]В применяемых в России съемных керноприемниках, в отличие от съемных керноприемников, используемых в КНР, отсутствует подпружиненный в корпусе шток с клапаном, что делает необходимым применить иное техническое решение, учитывающее конструктивные особенности российских ССК.
[10]Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности и надежности захвата кернового материала горных пород с разнообразными физико-механическими свойствами при бурении скважин с использованием российских съемных керноприемников.
[11]Для решения поставленной задачи в съемном керноприемнике, включающем захватную головку в виде грибка, запорный узел, узел подвески, подпружиненный клапан, размещенный в полости переходников между впускными и выпускными отверстиями, подвесное кольцо, скрепленное срезным элементом (элементами) с наружной поверхностью переходника с возможностью ограниченного продольного перемещения после принудительного среза срезного элемента (элементов), керноприемную трубу и соединенный с ней с возможностью ограниченного перемещения кернодержатель с размещенным в нем кернорвателем в виде втулки с лепестками, образованными путем тангенциальных разрезов, подпружиненный клапан размещен на стержне, скрепленном с помощью резьбы с установленным в полости верхнего и нижнего переходников кольцевым кронштейном, оснащенным буртиком для посадки клапана при срабатывания устройства.
[12]Благодаря тому, что в полости верхнего и нижнего переходников установлен на кольцевом кронштейне стержень, создана возможность разместить на нем в полости между впускными и выпускными отверстиями подпружиненный клапан.
[13]Благодаря наличию в кольцевом кронштейне буртика с проходным отверстием, диаметр которого меньше наружного диаметра клапана, имеется возможность полного перекрытия проходного отверстия клапаном при опускании последнего под воздействием гидравлического напора резко возрастающего потока жидкости.
[14]Предлагаемый съемный керноприемник в сборе показан на рисунке (продольный разрез).
[15]Съемный керноприемник включает в себя захватную головку 1 в виде грибка, запорный узел 2, приводной узел кернозахватного устройства (детали 3-11), узел подвески 12, керноприемный узел (детали 13 и 14) и кернозахватное устройство (детали 15-18).
[16]Приводной узел кернозахватного устройства состоит из соединенных резьбой верхнего переходника 3 с впускными отверстиями и нижнего переходника 4 с выпускными отверстиями, в полости которых размещен кольцевой кронштейн 5, в углублении которого на резьбе установлен стержень 6 с подпружиненным пружиной 7 клапаном 8, и подвесного кольца 9, скрепленного срезным элементом 10 с наружной поверхностью верхнего переходника 3.
[17]Клапан в исходном положении (показано на рисунке) устанавливается вращением стержня в резьбе кольцевого кронштейна и фиксируется гайкой, узел в сборе (детали 5-8) размещается в полости нижнего переходника 4, после чего переходники 3 и 4 соединяются по резьбе, плотно зажимая кольцевой кронштейн 5. Диаметр проходного отверстия (полости) кольцевого кронштейна делается меньше наружного диаметра подпружиненного клапана. В нижней части кронштейна выполнены отверстия для прохода жидкости и резьбовое отверстие для установки стержня.
[18]Подвесное кольцо 9, имеющее наружный диаметр больше диаметра корпуса ССК и больше внутреннего диаметра опорного кольца 11, крепится к наружной поверхности верхнего переходника 3 одним или несколькими срезными элементами 10 (количество и параметры срезных элементов определяются расчетом). Подвесное кольцо 9 крепится срезным элементом к поверхности переходника 3 на таком расстоянии от буртика, которое достаточно для необходимого перемещения кернозахватного элемента (КЗЭ) при срабатывании кернозахватного устройства.
[19]Узел подвески 12 и керноприемный узел (детали 13 и 14) полностью соответствуют отечественному ССК.
[20]Кернозахватное устройство, включающее кернозахватный элемент 15 в виде втулки с лепестками, свободно установленной во внутренней полости кернодержателя 16, соединенного с патрубком 17 керноприемной трубы 14 с возможностью ограниченного продольного перемещения (например, с помощью винта 18, установленного на патрубке 17, по продольному пазу, выполненному в корпусе кернодержателя 16), не имеет существенных отличий от кернозахватного устройства полезной модели №105661.
[21]Работает предложенный съемный кернопремник следующим образом.
[22]Керноприемник обычным способом вводят в открытую бурильную колонну, зажатую на устье скважины трубодержателем. ССК опускается в жидкости под действием силы тяжести. При бурении глубоких скважин допускается для ускорения доставки керноприемника к забою применять досылку его напором промывочной жидкости при минимальной подаче насоса.
[23]Постановку керноприемника в рабочее положение, то есть посадку подвесного кольца 9 на опорное кольцо 11 в бурильной колонне, желательно производить без подачи промывочной жидкости (под собственным весом). После постановки керноприемника в рабочее положение начинается подача промывочной жидкости в бурильную колонну с плавным увеличением ее от 0 до оптимального количества промывочной жидкости, необходимого для процесса бурения. При этом клапан 8 по стержню 6, сжимая пружину 7, опустится ниже буртика верхнего переходника 3 в расширенную его полость и займет промежуточное положение между буртиками верхнего переходника 3 и кольцевого кронштейна 5, не препятствуя прохождению промывочной жидкости к забою. (Чтобы соблюдалось это обязательное условие, жесткость и силу пружины 7, размеры буртиков, клапана, камеры между буртиками определяют расчетом, а затем проводят наладку и регулирование устройства).
[24]По окончании рейса подачу промывочной жидкости прекращают, на коробке поверхностного бурового насоса устанавливают скорость с подачей, превышающей оптимальную в 3-4 раза, и включают насос. Благодаря подаче значительно большего количества жидкости и, соответственно, резкому увеличению скорости движения жидкости в зазорах, на клапан 8 действуют высокий скоростной напор и возросшее усилие от давления жидкости, в связи с чем клапан быстро опускается вниз и перекрывает канал для прохождения жидкости к забою. Происходит гидравлический удар, на керноприемник действует многократно возросшее осевое усилие, от действия которого на подвесное кольцо 9 срезается срезной элемент 10, и керноприемник внутри бурильной колонны смещается вниз в пределах предусмотренного конструкцией хода (расстояния от подвесного кольца 9 до упорного буртика на поверхности верхнего переходника 3).
[25]Во избежание вывода из строя применяемого оборудования предохранительный клапан поверхностного бурового насоса должен быть отрегулирован на допустимое паспортное рабочее давление. Срабатывание предохранительного клапана бурового насоса свидетельствует о срабатывании устройства для принудительного захвата керна. Под действием возникшего усилия керноприемная труба 14 с патрубком 17 перемещается вниз, толкает кернозахватный элемент 15, лепестки которого, входя в конусную проточку кернодержателя 16, сжимаются внутрь, плотно захватывая керн любого агрегатного состояния. Возможный продольный ход винта 18 внутри паза кернодержателя 16 больше возможного перемещения подвесного кольца 9 при срезании срезного элемента (перемещение подвесного кольца ограничено буртиком на поверхности верхнего переходника 3), поэтому деформация и срезание винта 18 исключаются.
[26]После срабатывания предохранительного клапана, что свидетельствует о срабатывании кернозахватного устройства, насос выключают и съемный керноприемник обычным путем поднимают на поверхность.
