Устройство для извлечения керна из скважины

Полезная модель относится к области строительства и может найти применение при использовании установок алмазного бурения в геологоразведке для извлечения керна из вертикальных или крутонаклонных скважин.
Известно устройство для извлечения керна из скважины (Электронный ресурс: http://www.EURO-TEST.RU - Щипцы для выемки кернов к буровой установке КВ-200 диаметром 70, 100, 150, 200 мм, массой 2-4 кг, длиной 200 мм), представляющее собой щипцы, у которых концы, предназначенные для захвата керна выполнены в форме фрагментов цилиндрических поверхностей, кривизна которых совпадает с кривизной боковой поверхности керна.
Недостатки аналога связаны с ограничением области применения, как по максимальному диаметру кернов, так и по глубине скважин, из которых требуется их извлекать. Например, при диаметре керна 200 мм и стандартной длине 450 мм вес керна из тяжелого гидротехнического бетона вместе со щипцами составляет около 40 кг. Такой вес запрещен к поднятию одним человеком согласно требованиям охраны труда. Кроме того при глубине скважины 1,5 м и более конструкция щипцов не обеспечивает требуемой силы захвата керна, так как ограничены жесткость рукояток и амплитуда их взаимного смещения. К тому же для каждого диаметра керна требуются щипцы соответствующего размера.
Известно самоприсасывающееся грузозахватное устройство, представляющее собой цилиндр, нижний открытый конец которого снабжен уплотнительным кольцом из резины, внутри цилиндра размещен с возможностью осевого перемещения поршень, нижний конец (торец) которого оборудован клапаном, а верхний соединен посредством гибкой связи-цепи с грузоподъемным механизмом, герметичность рабочей камеры цилиндра обеспечивает резиновая манжета (Электронный ресурс: http://www.KRIPT.info/copiright of VacuLift).
При опускании этого устройства на ровную воздухонепроницаемую поверхность груза поршень под действием собственного веса опускается до контакта с поверхностью груза вытесняя при этом воздух из цилиндра через клапан. Провисание гибкой связи-цепи прикрепленной к поршню вызывает блокировку клапана. Далее производится подъем поршня путем натяжения цепи с помощью грузоподъемного устройства, что ведет к образованию вакуума внутри цилиндра. Когда величина дефицита давления, умноженная на площадь поршня, сравняется с весом груза, происходит его подъем.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Недостатки прототипа, не позволяющие использовать его для подъема выбуренных из скважины кернов связаны, прежде всего, с тем, что торцы второго по порядку и последующих кернов имеют ломаную поверхность, часто наклоненную к оси скважины под большим углом, что не позволяет обеспечить его герметичное присоединение к торцу керна.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, состоит в расширении области применения, снижении веса и стоимости устройства для извлечения керна.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для извлечения керна из скважины, содержащем содержащее цилиндр, поршень, уплотнительную манжету в зазоре между поршнем и цилиндром, тягу, устройство содержит в качестве поршня керн, в качестве цилиндра буровую коронку, тяга выполненная в форме трубы оснащена резьбовым хвостовиком ввинченным в резьбовое отверстие буровой коронки, внутри резьбового хвостовика размещен клапан, например, шаровой, уплотнительная манжета выполнена из водостойкого эластомера вязко-текучей консистенции с высокой адгезией, например из силиконового герметика.
Отличительными признаками предлагаемой полезной модели является применение керна в качестве поршня, применение буровой коронки в качестве цилиндра, оснащение жесткой тяги в форме трубы резьбовым хвостовиком внутри которого размещен клапан, например, шаровой, ввинченный в резьбовое отверстие коронки, выполнение уплотнительной манжеты из водостойкого эластомера вязко-текучей консистенции с высокой адгезией, например из силиконового герметика.
Благодаря наличию этих признаков, предлагаемое устройство, удерживает поднимаемый груз за счет вакуума возникающего на контакте устройства для извлечения керна из скважины и поднимаемого груза под действием собственного веса.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 и 2.
На фиг. 1 показан разрез верхней части устройства.
На фиг. 2 - разрез нижней части устройства.
Предлагаемое устройство содержит керн 1, буровую коронку 2, жесткую тягу 3, клапан 4, резьбовой хвостовик 5, уплотнительную манжету 6.
Устройство для извлечения керна из скважины работает следующим образом:
После отрыва керна 1 от массива, например, посредством клина, забиваемого в зазор между керном 1 и массивом, буровую коронку 2 навинчивают на резьбовой хвостовик 5 жесткой тяги 3. На очищенную от грязи внутреннюю поверхность буровой коронки 2 наносят вязко-текучий эластомер, например, из силиконовый герметик.
Далее буровую коронку 2 опускают в скважину до упора, при этом воздух или вода заполняющие скважину вытесняются через клапан 4, а вязко-текучий силиконовый герметик заполняет зазор между буровой коронкой 2 и керном 1 образуя временную уплотнительную манжету 6, затем с помощью жесткой тяги 3 из скважины извлекают буровую коронку 2 с керном 1. Керн 1 удерживается внутри буровой коронки 2 за счет вакуума образующегося во внутреннем пространстве буровой коронки 2.
При заполнении скважины водой смещение керна 1 относительно буровой коронки 2 практически отсутствует. В случае заполнения скважины воздухом смещение керна 1 относительно буровой коронки 2 не превышает нескольких сантиметров и зависит от объема пространства между буровой коронкой 2 и керном 1 и весом керна 1.
Реологические свойства материала выбранного для оборудования временной уплотнительной манжеты 6 обеспечивают сохранение герметичности при возможном смещении керна 1 относительно буровой коронки 2.
Уплотнительное кольцо 6 не позволяет воде или воздуху выходить из внутреннего пространства буровой коронки 2, в котором за счет смещения керна 1 вниз относительно буровой коронки 2 образуется вакуум удерживающий керн 1 внутри буровой коронки 2.
При этом величина вакуума внутри буровой коронки 2 не зависит от диаметра керна 2, а определяется только плотностью бетона и длиной керна 1.
При подъеме устройства на поверхность резьбовой хвостовик 5 жесткой тяги 3 вывинчивается из буровой коронки 2. Керн 1 извлекается из буровой коронки 2 и, если необходимо, производят выбуривание следующего керна 1.
Поскольку при отрыве керна 1 от массива бетона возможно смещение его от оси скважины тяга 3 должна иметь достаточную жесткость для надевания буровой коронки 2 на керн 1, которое производят давлением вниз в сочетании с поворотом. При надевании буровой коронки 2 на керн 1 герметик нанесенный на внутреннюю поверхность буровой коронки 2 деформируется в осевом направлении без отрыва, образуя временную уплотнительную манжету 6. Водостойкий герметик рекомендуется наносить на расстоянии от торца буровой коронки 2 превышающем ее диаметр.