ЦАНГОВОЕ КЕРНОЗАХВАТНОЕ УСТРОЙСТВО

Предлагаемая полезная модель относится к буровой технике и касается техни-ческих средств для отбора проб керна из буровых скважин.
Для получения представительного кернового материала с целью дальнейшего его достоверного опробования существует множество кернозахватных устройств (см. Егоров Н.Г. - Колонковые снаряды с кернозахватными устройствами.
-М., 1997. Техн., технол. и организация геологоразведочных работ. Обзор. АОЗТ «Геоинформмарк»). Каждое из устройств эффективно в определенном диапазоне геолого-технических условий.
Существенные особенности имеет отбор керна в скважинах увеличенного и большого диаметра, в частности, при бурении таких скважин в плотных монолитных породах для отрыва керна от забоя требуется большое усилие. Известные кернозахватные устройства, например, рычажковый кернорватель по а.с. 1751293, плохо захватывают и не отрывают керн большого диаметра, т.к. рычажки скользят по керну или не врезаясь, если керн твердый, или оставляя борозды в керне, если он мягкий.
В таких случаях нужны кернозахватные устройства, которые надежно захватывали бы керн, причем усилие захвата должно становиться тем больше, чем больше развивается усилие для отрыва керна. Этому условию из известных кернозахватных устройств в большей степени удовлетворяют цанговые устройства.
Известен цанговый кернорватель (см. 1. Сулакшин С.С. - Способы, средства и технология получения представительных образцов пород и полезных ископаемых при бурении геологоразведочных скважин. Томск. Изд-во НТЛ, 2000, рис. 3.8,в на с. 120; 2. Князев И.К. Бурильщику об отборе керна. М., Недра, 1981, рис. 25 на с. 38), пред-ставляющий собой кернозахватный элемент в виде цанги, лепестки которой имеют снаружи коническую поверхность, а внутри в нижней части захватные утолщения, приост-ренные книзу, для облегчения вхождения керна.
Недостатками этого кернорвателя являются:
1. При бурении скважин увеличенного и большого диаметра в связи с относительным увеличением поперечных размеров цанги в сравнении с высотой ее существует опасность проворачивают цанги в корпусе кернодержателя с отклонением ее от вертикальной оси и последующей деформацией. Такое провора-чивание цанги наиболее вероятно в начале рейса (например, при постановке снаряда на оставшийся в скважине керновый материал) или при встрече в разрезе трещиноватых и обломочных горных пород. В связи с наличием этого недостатка цанги в большинстве случаев применяются при бурении скважин небольшого
диаметра, причем зачастую в составе достаточно сложных двойных колонковых снарядов (см. рис. 32-39 упомянутого выше обзора «Колонковые снаряды с кернозахватными устройствами») или в комбинации с другими кернозахватными устройствами, например, с рычажками (см. там же, рис.11).
2. Цанга используется как самостоятельный кернозахватный элемент, взаимодействующий внизу с конусной проточкой в корпусе буровой коронки, а вверху - с буртиком в колонковой трубе (см. Сулакшин С.С. - Способы, средства и технология получения представительных образцов пород и полезных ископаемых при бурении геологоразведочных скважин. Томск. Изд-во НТЛ., 2000, рис. 3.8,в на с.120). Более удобный вариант применения цангового керно-захватного устройства в отдельном корпусе невозможен из-за отсутствия продольного разреза в теле цанги, что не позволяет за счет бокового сжатия уменьшить диаметр цанги и вставить ее в отдельный корпус. Целью настоящего технического решения является повышение эффективности кернозахватного устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в цанговом кернозахватном устройстве, содержащем трубчатый корпус с внутренней конусной поверхностью и размещенный в нем кернозахватный элемент в виде цанги, лепестки которой имеют снаружи коническую поверхность, а внутри, в нижней части, захватные утолщения, приостренные снизу для облегчения вхождения керна:
1). Корпусу цанги в верхней части придана ступенчатая форма с образованием стабилизирующего пояска, размещенного в соответствующей ему по размерам цилиндрической проточке в трубчатом корпусе устройства;
2). В корпусе цанги сделан продольный разрез, ширина которого в собранном устройстве всегда больше разницы длин окружностей верхней цилиндрической проточки и нижней части внутренней конусной поверхности корпуса устройства;
3). В трубчатом корпусе под цилиндрической проточкой выполнено несколько отверстий с резьбой для ввинчивания болтов, используемых при извлечении цанги из корпуса устройства.
Благодаря приданию корпусу цанги в верхней части ступенчатой формы образован стабилизирующий поясок, который, взаимодействуя с соответствующей
ему по размерам цилиндрической проточкой в трубчатом корпусе устройства, предотвращает проворачивание цанги от вертикальной оси с последующей ее деформацией; цанга устойчиво центрируется в корпусе устройства, при бурении находится в верхней части корпуса и, опираясь своим буртиком на буртик в корпусе, не имеет возможности перемещаться вверх под воздействием входящего в нее керна.
Благодаря наличию в корпусе цанги продольного разреза, ширина которого в собранном устройстве больше разницы длин окружностей верхней цилиндрической проточки и нижней части конусной поверхности корпуса, имеется возможность не только вставить цангу в корпус, уменьшив ее диаметр за счет бокового сжатия, но и обеспечивается возможность максимального перемещения цанги с керном вниз по конусной поверхности трубчатого корпуса. Благодаря этому техническому решению возрастает эффективность захвата керна цангой в трубчатом корпусе устройства, причем чем больше потребное усилие на отрыв керна от массива, тем больше усилие захвата керна в устройстве.
Благодаря наличию в трубчатом корпусе устройства отверстий с резьбой имеется возможность, ввинчивая в них болты, сжимать корпус цанги, уменьшая ее диаметр, и, тем самым, облегчить операцию по извлечению цанги из корпуса. Это особенно важно при бурении скважин большого диаметра, когда для сжатия цанги необходимы значительные усилия.
Предлагаемое цанговое кернозахватное устройство (см. рис.) состоит из трубчатого корпуса 1 и цанги 2, оснащенной лепестками. В корпусе 1 выполнена конусная поверхность, сужающаяся вниз; вверху над конусной поверхностью выполнена цилиндрическая проточка, образующая с конусной поверхностью буртик. Лепестки цанги 2 имеют снаружи коническую поверхность, а внутри, в нижней части, захватные утолщения с насечками, приостренные книзу для облегчения вхождения керна. Цанга имеет ступенчатую форму: в верхней части над буртиком выполнен цилиндрический поясок, соответствующий по размерам цилиндрической проточке в корпусе. Цанга имеет продольный разрез, ширина которого больше разницы длин окружностей верхней цилиндрической проточки и нижней части конусной поверхности трубчатого корпуса. Изготавливается цанга из пружинной стали и подвергается термообработке.
В корпусе 1 под буртиком выполнены несколько отверстий, в которые ввинчиваются болты 3 для сжатия цанги с целью облегчения извлечения ее из корпуса.
Работает цанговое кернозахватное устройство следующим образом.
Устройство в сборе на поверхности устанавливается между коронкой (снизу) и колонковой трубой (сверху), после чего в составе бурового снаряда опускается в скважину. В процессе бурения керн поступает внутрь цанги. Цанга 2 при этом находится в верхней части корпуса 1. Приостренные книзу захватные утолщения способствуют лучшему вхождению керна внутрь цанги. Внутренний диаметр цанги в районе насечек на захватных утолщениях должен быть равен внутреннему диаметру коронки по резцам.
По окончании рейса делается натяжка бурового снаряда вверх. При этом насечки захватных утолщений на лепестках цанги, выполненные остриями вверх, взаимодействуют со столбиком керна, удерживая на нем цангу, которая, скользя по внутренней конической поверхности поднимаемого трубчатого корпуса, плотно захватывает керн. Чем больше требуется усилие для отрыва керна от массива, тем большее развивается усилие захвата керна цангой в корпусе устройства.
Извлечение керна из цветового кернозахватного устройства производится после отвинчивания его от колонковой трубы.