Патент на изобретение №2239047

(54) КЕРНОДЕРЖАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для отделения и удержания керна, сформированного при бурении скважин. Кернодержатель содержит корпус, кольцо с размещенными на нем пружинными дугообразными лепестками, количество лепестков выбирается нечетным. Ширина лепестков выполнена 0,8-1,1 от ширины промежутка между лепестками в зоне их крепления к кольцу. Длина свободной части лепестков определяется из соотношения 1,4-1,6 Д, где Д – диаметр керноприемного отверстия, а лепестки выполнены переменной кривизны, обеспечивающей при складывании образование сводчатой конструкции из множества 2-х опорных балок, близких к эллиптической форме. Кольцо выполнено с продольными пазами для закрепления в них лепестков с наружной поверхности с образованием выступов, являющихся опорами свободных концов лепестков. При входе керна лепестки распрямляются. Повышается надежность работы в рыхлых, плывучих высокопористых породах путем уменьшения усилий лепестков, воздействующих на керн, и обеспечения полного перекрытия отверстия керноприемника. 3 ил.

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для отделения и удержания керна, сформированного при бурении скважин.

Известны кернодержатели [1, с.300, рис.3.4.1], содержащие корпус, захватные элементы – цанговые, рычажковые, лепестковые, используемые для удержания кернов разной категории трудности отбора керна.

Для отбора керна IV категории трудности используют керноотборные снаряды с эластичной камерой [2, табл.1].

Недостаток – сложный и дорогостоящий инструмент.

За прототип принято керноприемное устройство [3], содержащее корпус, захватные элементы, выполненные в виде пружинных дугообразных лепестков, расположенные на кольце. При этом, чем выше категория трудности отбора керна, тем большее количество лепестков содержит кернодержатель.

Недостатком данного типа конструкции является то, что для рыхлых, плывучих, высокопористых пород для полного перекрытия керноприемного отверстия необходимо большое количество лепестков [3]. При этом увеличивается и усилие, воздействующее лепестками на керн во время его прохождения через кернодержатель, пропорционально количеству лепестков, что снижает процент выноса керна вследствие его разрушения.

Кроме того, длина лепестков выполнена в размеры 0,7-1Д, где Д – диаметр керноприемного отверстия, что приводит к уменьшению прочности кернодержателя в целом, т.к. в закрытом положении лепесток опирается на кольцо только одним закрепленным концом с внутренней стороны кольца с помощью заклепки, поэтому при прогибе лепестка под нагрузкой от веса отбираемого керна лепесток может сломиться по сечению, ослабленному отверстием под заклепку, а это может привести к прогибу и разрушению всех лепестков.

Для устранения этого недостатка толщину лепестка выбирают в пределах 0,8-1,2 мм при ширине 10…15 мм. Но увеличение толщины снова приводит к увеличению усилия, воздействующего на керн.

Таким образом, имеем явное техническое противоречие, разрешить которое известными способами невозможно.

Техническая задача, стоящая перед авторами – создание кернорвателя, позволяющего повысить надежность работы в рыхлых, плывучих высокопористых породах путем уменьшения усилий лепестков, воздействующих на керн, и обеспечения полного перекрытия отверстия керноприемника.

Поставленная задача решается тем, что в известном кернодержателе, содержащем корпус, кольцо с размещенными на нем пружинными дугообразными лепестками, количество лепестков выбирается нечетным, а ширина лепестков выполнена равной 0,8-1,1 ширины промежутка между лепестками в зоне их крепления к кольцу, при этом длина лепестка определяется из соотношения 1,4-1,6 Д, где Д – диаметр керноприемного отверстия, а лепестки выполнены переменной кривизны, обеспечивающей при складывании (закрывании керноприемного отверстия) образование сводчатой конструкции из множества 2-х опорных балок, близких к эллиптической форме, а кольцо выполнено с продольными пазами для закрепления в них лепестков с наружной поверхности с образованием выступов, являющихся опорами свободных концов лепестков.

На фиг.1 изображен кернодержатель в исходном положении.

На фиг.2 – кернодержатель в закрытом положении.

На фиг.3 – вид А, керн и корпус условно не показаны.

Лепестки для наглядности показаны уменьшенной ширины.

Свободные концы лепестков показаны закругленными.

Кернодержатель содержит корпус 1 с размещенным в нем кольцом 2 и закрепленными на кольце пружинными, дугообразными лепестками 3, выполненными переменной кривизны R₁>R₂>R₃.

Кернодержатель работает следующим образом.

При входе керна в направлении стрелки Б лепестки распрямляются, как и в аналогичных кернодержателях, но, учитывая их небольшое количество – в 2 раза меньше обычного, соответственно уменьшено и усилие, воздействующее на керн. Кроме того, учитывая конструкцию 2-х опорной балки сложившегося лепестка, толщину последнего выбирают в пределах 0,3-0,5 мм, что более чем в 2 раза снижает усилие, воздействующее на керн, таким образом, почти полностью исключается разрушение керна при его входе в кернодержатель в процессе бурения.

По окончании бурения, при подъеме кернодержателя вверх, благодаря круто изогнутым свободным концам лепестков, последние активно внедряются в керн и стремятся под действием веса отбираемого керна принять форму сводчатой конструкции, близкой к эллиптической, при этом свободные концы лепестков перекрывают промежутки между закрепленными концами противостоящих лепестков и при полном складывании свободные концы лепестков упираются в выступы, образованные продольными пазами, выполненными на наружной поверхности кольца, в которых закреплены лепестки.

Перегиб лепестка в месте его крепления к кольцу происходит через стенку кольца не в зоне, ослабленной отверстием под заклепку, а выше – т.е. по полному сечению лепестка, а это исключает возможность его разрушения.

Таким образом, предлагаемый кернодержатель обеспечивает сохранение выбуриваемого керна и надежное удержание его при подъеме на поверхность за счет полного перекрытия керноприемного отверстия, тем самым повышая качество геологоразведочных работ.

Формула изобретения

Кернодержатель, содержащий корпус, кольцо с размещенными на нем пружинными дугообразными лепестками, отличающийся тем, что лепестки выполнены переменной кривизны, обеспечивающей при складывании образование сводчатой конструкции из множества двухопорных балок, близкой к эллиптической форме, при этом количество лепестков нечетное, а их ширина выполнена в соотношении 0,8-1,1 от ширины промежутка между лепестками в зоне их крепления к кольцу, выполненному на наружной поверхности с продольными пазами для закрепления в них лепестков и с образованием выступов, являющихся опорами свободных концов лепестков, причем длина свободной части лепестка определяется соотношением 1,41,6 Д, где Д – диаметр керноприемного отверстия.

РИСУНКИ