КОЛОНКОВЫЙ НАБОР
COLUMN SET

Изобретение относится к области горноразведочных работ, а именно к средствам бурения скважин с отбором керна.
Известен колонковый снаряд, содержащий наружную трубу, керноприемник и буровую коронку с центральным отверстием. Патент RU 2098595, Е21В 25/00,1997.
Недостатки колонкового снаряда - присутствие трении и помех продвижению керна внутри керноприемника.
Прототип изобретения - колонковый набор, содержащий буровую коронку с корпусом, присоединенный к наружной трубе и режущей матрицей с внутренними промывочными канавками. В.Г. Кардыш и др. Техника и технология бурения геологоразведочных скважин за рубежом. Москва, «Недра», 1986.
Недостатки прототипа - нарушение структурной целостности керна из-за прямого воздействия потока промывочной жидкости и физические помехи его продвижению в наружной трубе.
Задача изобретения - улучшение условий процесса кернообразования в полости наружной трубы.
Технический результат - предохранение керна от разрушений потоком промывочной жидкости, снижение гидравлических сопротивлений и возможности подклинок препятствующих продвижению керна в наружной трубе.
Это достигается тем, что в колонковом наборе, содержащем буровую коронку с корпусом, присоединенным к наружной трубе и режущей матрицей с внутренними промывочными канавками, согласно изобретению в полости наружной трубы с возможностью скользящего перемещения помещен направляющий, выполненный в виде сочетании форм с линией перехода, нижняя часть - полый цилиндр, верхняя полусфера, на осевой линии которой имеется тупиковый приямок, где расположен шаровой поплавок, ограниченный в движении, на внешней поверхности цилиндра проведены сквозные продольные проемы, внутренняя стенка оснащена резиновой прокладкой, внутренние промывочные канавки режущей матрицы выполнены поперечным сечением, сужающимся вниз.
Совокупностью отличительных признаков изобретения обеспечивается предохранение керна от направленно силового, разрушающего воздействия потока промывочной жидкости, снижение гидравлических сопротивлений перемещению керна в полости наружной трубы путем перераспределения давлений и скорости потока промывочной жидкости шаровым поплавком, создающим противодействие за счет плавучести и равномерно направляющим потоки плавным обтеканием полусферы в сквозные продольные проемы цилиндра. Этим самым создается заслон против прямого попадания потоков промывочной жидкости на полусферу направляющего со снижением гидравлических сопротивлений его совместному движению с керном.
Признаки - на внешней поверхности цилиндра проведены сквозные продольные проемы, внутренняя стенка оснащена резиновой прокладкой, при поступлении потоков промывочной жидкости в первые и керна в полый цилиндр, направляющий за счет давлений потоков и трений керна о резиновую прокладку удерживается от вращений, способствуют обеспечению центрации и структурной целостности керна, улучшению условий кернообразования в наружной трубе и удерживанию керна от выпадение во время извлечения из скважины.
Кроме того, в сквозных продольных проемах цилиндра происходит формирование потоков промывочной жидкости, направленных в кольцевой зазор между керном и внутренними стенками наружной трубы, исключающих контакты между керном и наружной трубой, касательный смыв шлама и отколовшихся частиц породы от поверхности керна, препятствующих его перемещению в условиях жидкостного трения.
Признаком - внутренние промывочные канавки режущей матрицы выполнены поперечным сечением сужающимся вниз, попаданием в них заклиночных материалов после завершения рейсовой проходки бурения скважин, достигается повышение надежности отрыва и удержание керна внутри режущей матрицы.
Совокупность отличительных признаков изобретения имеет причинно-следственную связь, решение поставленной задачи и достижение технического результата.
На фиг. 1 показан общий вид колонкового набора, разрез, на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1.
Колонковый набор содержит буровую коронку с корпусом 1 и режущей матрицей 2 с внутренними промывочными канавками 3. Корпус 1 присоединен к наружной трубе 4, внутри которой с возможностью скользящего перемещения помещен направляющий, выполненный в виде сочетании фигур с линией перехода, нижняя часть полый цилиндр 5, верхняя полусфера 6, на осевой линии которой имеется тупиковый приямок 7, где расположен шаровой поплавок 8, ограниченный в движении. На внешней поверхности цилиндра 5 проведены сквозные продольные проемы 9, внутренняя стенка оснащена резиновой прокладкой 10.
Колонковый набор работает следующим образом. В исходном положении направляющий нижней частью в виде полого цилиндра 5 устанавливается на тыльную сторону режущей матрицы 2.
С началом процесса бурения скважин поток промывочной жидкости поступает в полость наружной трубы 4 с приложением наибольшего вектора скорости на выступающую поверхность шарового поплавка 8 прижатием последнего ко дну тупикового приямка 7. Отразившись от поверхности шарового поплавка 8, поток промывочной жидкости меняет направление и, плавно обтекая полусферу 6, направляется на сквозные продольные проемы 9 цилиндра 5, предохраняя полусферу 6 от прямого попадание потоков промывочной жидкости, удаленных от осевой линии.
В сквозных продольных проемах 9 цилиндра 5 происходит формирование потока промывочной жидкости, удерживающего направляющего от вращения и направленного в кольцевой зазор между керном (не показан) и внутренней поверхностью наружной трубы 4, создавая сплошную среду защиты керна от воздействия последней.
Далее, поток промывочной жидкости, касательно соприкасаясь с боковыми стенками керна, смывает шлам и отколовшиеся частицы породы, выносит их через внутренние промывочные канавки 3 сужающимся поперечным сечением вниз режущей матрицы 2 и корпуса 1 буровой коронки в затрубное пространство.
При этом вхождением керна в полый цилиндр 5, внутренняя стенка которого оснащена резиновой прокладкой 10, за счет трения между ней и керном образуется сила, противодействующая вращению направляющего, обеспечивается центрация керна относительно осевой линии направляющего, исключается истирание керна от внутренней стенки наружной трубы 4.
По завершении рейсовой проходки бурения скважин доставкой заклиночных материалов потоком промывочной жидкости во внутренние промывочные канавки 3 с поперечным сечением, сужающимся вниз, обеспечивается заклинка керна внутри режущей матрицы 2, отрыв от забоя и удержание при извлечении из скважин.
Опытная модель колонкового набора диаметром буровой коронки 95,6 мм, наружной трубой диаметром 89,9 мм, изготовленной из прозрачного материала, в полости которой был помещен направляющий из бронзы, где внутренняя стенка цилиндрической части оснащена резиновой прокладкой, была исследована с возможностью визуального наблюдения на стенде за вращением наружной трубы, движением промывочной жидкости, положением керна, засыпкой и заклинкой керна в режущей матрице.
При проведении экспериментов модель колонкового набора имела угол отклонения в диапазоне от 0° до 90°, использовались керновые пробы, отобранные из монолитных, твердых, а также трещиноватых, раздробленных горных пород.
Эксперименты были проведены при частоте вращения наружной трубы в пределах от 50 до 300 об/мин, расходе промывочной жидкости 80-120 л/мин, что соответствует  технологическим режимам бурения скважин.
По результатам экспериментов установлено, что технологические возможности колонкового набора, обусловленные отличительными признаками изобретения, обеспечивают решение поставленной задачи.