КЕРНОЗАХВАТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Предлагаемая полезная модель «Кернозахватный элемент» относится к горному делу, в частности к средствам для бурения скважин с отбором керна.
Под кернозахватным элементом (КЗЭ) понимается «рабочий орган кернозахватного устройства (КЗУ), напосредственно взаимодействующий с керном с целью его отделения (отрыва) от забоя, захвата и удержания при подъеме бурового снаряда из скважины» (см. Н.Г. Егоров - Бурение скважин в сложных геологических условиях. Тула: ИПП «Гриф и К», 2006, с. 206).
Под кернозахватным устройством (КЗУ) понимается «механизм, состоящий из кернозахватного элемента (элементов) и приспособления для привода его (их) в действие с целью захвата, отрыва от забоя и удержания керна» (см. там же).
Известные простые КЗЭ в виде разрезного пружинного кольца с конической поверхностью и внутренними кернозахватными выступами (см. Афанасьев И.С., Блинов Г.А., Пономарев П.П., Кукес А.И., Бухарев Н.Н., Иванов О.В., Морозов Ю.Т., Осецкий А.И., Егоров Э.К., Егоров Н.Г. - Справочник по бурению геологоразведочных скважин. - СПб.: ООО «Недра», 2000, с. 200, рис. 3.9.в), используемые в одинарных, двойных колонковых снарядах, в съемных керноприемниках, предназначены для захвата и удержания керна монолитных и слаботрещиноватых горных пород и не обеспечивают захват керна, имеющего износ по диаметру, а также трещиноватого и рыхлого кернового материала (см. там же, с. 202).
Известно кернозахватное устройство по полезной модели №130623, включающее кернозахватный элемент в виде разрезного пружинного кернорвательного кольца с конической наружной поверхностью и внутренними кернозахватными всыступами, в пазах между которыми в теле кернорвательного кольца выполнены направленные вверх большие и малые пружинящие лепестки, причем малые лепестки в исходном состоянии постоянно направлены под острым углом внутрь кернорвательного кольца, а большие при сборке КЗУ перед спуском в скважину отжаты и зафиксированы фиксирующим кольцом с возможностью свободного вращения и продольного перемещения вниз при взаимодействии малых лепестков с керном в момент подъема бурового снаряда.
Кернозахватное устройство по патенту №130623 успешно решает задачу захвата и удержания как изношенного по диаметру керна, так и трещиноватого и рыхлого кернового материала и, в этом смысле, является универсальным техническим средством для бурения скважин в сложных и особо сложных по трудности отбора керна геологических условиях.
Однако произведенное ради универсальности (надежного захвата керна любого агрегатного состояния - от плотного монолитного до рыхлого) некоторое усложнение конструкции (применение малых и больших лепестков, выполненных в теле разрезного кернорвательного кольца, наличие узла фиксации больших лепестков) не всегда необходимо в случаях бурения скважин в наиболее распространенных условиях средней сложности по отбору керна, характеризующихся уменьшением диаметра керна растворяемых и размываемых горных пород (каменная соль, гипс и т.п.), а также истираемых и изнашиваемых неплотных горных пород. Вместе с тем, при бурении скважин в этих породах с использованием серийно выпускаемого разрезного кольца, не оснащенного лепестками, керн уменьшенного диаметра, входя внутрь кернозахватного кольца, слабо контактирует или не контактирует с захватными выступами, в связи с чем кернорвательное кольцо при подъеме колонкового снаряда не перемещается вниз в корпусе кернорвателя и не захватывает керн. В таких случаях есть необходимость и возможность применить простейшие элементы, способствующие зацеплению кольца с керном и перемещению его в конической части кернодержателя при подъеме колонкового снаряда, но не препятствующие при бурении вхождению керна внутрь кернорвательного кольца, каковыми могут быть малые лепестки, без использования больших лепестков и фиксирующего устройства.
Следует отметить также определенную технологическую трудность выполнения (вырезки) лепестков в теле кернорвательного кольца и обеспечение необходимой упругости их, то есть пружинящих свойств.
Задачей предлагаемого технического решения является упрощение конструкции и повышение надежности кернозахватного элемента для бурения скважин в наиболее распространенных условиях средней сложности по отбору керна.
Для решения поставленной задачи в пазах между захватными выступами устанавливаются направленные под острым углом вверх лепестки из стальной пружинной ленты, которые крепятся к корпусу кернорвательного кольца (например, с помощью заклепок, электрозаклепок, контактной сварки); верхняя кромка лепестков имеет приостренную, в том числе зубчатую форму; в составе одного КЗЭ могут применяться лепестки разной формы, установленные поочередно, причем количество лепестков тем больше, чем больше диаметр бурения и чем более разрушаема при бурении горная порода.
Благодаря применению лепестков из стальной пружинной ленты, прикрепленных к корпусу кернорвательного кольца (например, с помощью заклепок, электрозаклепок, контактной сварки), упрощается конструкция и повышается надежность КЗЭ без снижения эффективности его при бурении скважин в наиболее распространенных условиях средней сложности по отбору керна.
Благодаря приданию верхней кромке лепестка приостренной, в том числе зубчатой формы, повышается сцепление лепестков с керном, при этом за счет принудительного перемещения КЗЭ вниз в конической полости корпуса кернорвателя возрастает надежность захвата керна уменьшенного диаметра кернозахватными выступами.
Благодаря применению в составе одного КЗЭ лепестков разной формы, установленных поочередно, увеличивается вероятность надежного сцепления их с керном в случаях частой перемежаемости горных пород с различными физико-механическими свойствами.
Благодаря увеличению количества лепестков в составе одного КЗЭ при увеличении диаметра бурения и росте разрушаемости горных пород повышается эффективность захвата керна.
Предлагаемый кернозахватный элемент показан на рис. 1 (продольный разрез) и на рис. 2 (вид сверху).
Кернозахватный элемент представляет собой разрезное пружинное кернорвательное кольцо 1 с конической наружной поверхностью и внутренними кернозахватными выступами, в пазах между которыми к корпусу кольца прикреплены лепестки 2 из стальной пружинной ленты, имеющие в исходном положении наклон под острым углом внутрь кернорвательного кольца 1. Прикрепление лепестков 2 к корпусу кольца 1 производится, например, с помощью заклепок (этот вариант показан на рис. 1), электрозаклепок, контактной сварки или иным способом. Верхней кромке лепестков для лучшего сцепления с керном придана приостренная форма, которая может быть в том числе и зубчатой (на рис.2 показаны две формы кромки лепестка - зубчатая и в виде усеченного треугольника). В одном КЗЭ могут применяться лепестки разной формы; в этом случае они могут устанавливаться поочередно (как показано на рис. 2).
Внутренние кернозахватные выступы кернорвательного кольца могут иметь гладкую поверхность (как в кернорвательном кольце для алмазного бурения - см. рис. 3.9.б в «Справочнике по бурению геологоразведочных скважин», упомянутом на стр. 1 настоящего описания к заявке), иметь насечку (как показано на рис. 1), оснащаться твердосплавными вставками (как в кернорвательном кольце конструкции СКБ «Геотехника» для твердосплавных коронок - см. рис. 3.9.в в упомянутом «Справочнике по бурению геологоразведочных скважин»).
Лепестки могут устанавливаться не во всех пазах между выступами. При увеличении диаметра бурения и росте разрушаемости керна в процессе бурения количество лепестков может быть увеличено.
Таким образом, для разных условий бурения предложенные кернозахватные элементы могут быть типизированы.
Предложенные кернозахватные элементы можно использовать в одинарных и двойных колонковых снарядах, а также в снарядах со съемными керноприемниками.