RU206111U1 - Устройство для выдавливания керна - Google Patents

Устройство для выдавливания керна Download PDF

Info

Publication number
RU206111U1
RU206111U1 RU2020139904U RU2020139904U RU206111U1 RU 206111 U1 RU206111 U1 RU 206111U1 RU 2020139904 U RU2020139904 U RU 2020139904U RU 2020139904 U RU2020139904 U RU 2020139904U RU 206111 U1 RU206111 U1 RU 206111U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
locking pin
core
piston
milling adapter
pin
Prior art date
Application number
RU2020139904U
Other languages
English (en)
Inventor
Вадим Владимирович Титов
Юрий Игоревич Юрасов
Владимир Владимирович Польшин
Кирилл Сергеевич Сушко
Original Assignee
Вадим Владимирович Титов
Юрий Игоревич Юрасов
Владимир Владимирович Польшин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вадим Владимирович Титов, Юрий Игоревич Юрасов, Владимир Владимирович Польшин filed Critical Вадим Владимирович Титов
Priority to RU2020139904U priority Critical patent/RU206111U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU206111U1 publication Critical patent/RU206111U1/ru

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B25/00Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • E21B49/02Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells by mechanically taking samples of the soil

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к средствам отбора керна для целей инженерной геологии, литологии и стратиграфии и предназначена для получения колонок почвы и глинистых/суглинистых пород в ненарушенном состоянии при эксплуатации на буровых установках. Устройство для выдавливания керна содержит фрезерный переходник с внутренними сквозными круглыми отверстиями для поршня и стопорного пальца. Фрезерный переходник имеет углубления по краям сквозного отверстия для расположения в них с одной стороны - шляпки стопорного пальца, с другой - шплинта пружинного, который позволяет фиксировать стопорный палец. Длина стопорного пальца не превышает диаметр фрезерного переходника. Поршень выполнен в виде толстостенной трубы с круглым основанием, давящим непосредственно на керн. В верхней части поршня имеются круглое отверстие и муфта 3-50, а также водоотводный канал для отведения грунтовых вод и беспрепятственной его прочистки. Технический результат - повышение надежности работы устройства, предназначенного для получения керна при бурении скважин в обводненных районах залегания супеси, глин и суглинков от пластичных до текучепластичных и текучих форм.

Description

Полезная модель предназначена для получения колонок почвы и глинистых/суглинистых пород в ненарушенном состоянии при эксплуатации на буровых установках.
Из уровня техники известны некоторые конструкции устройств для извлечения керна из колонковых труб. Они представлены в виде интегрированных систем кернового бурения и устройств для выдавливания керна (RU 2380514 С2 МПК Е21В 25/00 28.04.2008 [1], RU 77334 U1 МПК Е21В 25/00, 08.05.2008 [2], RU 2482274 С2 МПК Е21В 49/06 31.10.2008 [3], SU 1328477 А1 МПК Е21В 25/00 14.01.1986 [4], SU 734393 А1 МПК Е21В 25/00 15.05.1988 [5], устройство для выдавливания керна. Доступен на URL: https://www.zavodbt.ru/news/25.11.2011.html. (25.11.2011) [6]).
Большинство описанных конструкций, позволяющих извлекать неразрушенные керны, требуют оснащения буровой установки дополнительным оборудованием, в том числе подачи воздуха под давлением [1, 2], автономного источника питания [3], внедрения в конструкцию буровой установки дополнительных опор [4, 5], а также использования дополнительного маятникового вибратора [5]. Однако известные конструкции устройств для выдавливания керна не обеспечивают непосредственное извлечение ненарушенного керна с использованием гидравлического давления буровой установки, при креплении на вертлюг. Соответственно, применение известных устройств не только удорожает конструкцию буровых установок и усложняет процесс извлечения керна, но и увеличивает время проведения бурильных работ.
Известные конструкции включают устройство для извлечения керна из колонковых труб, содержащее установленное на опорах приспособление для размещения колонковой трубы с керном и источник динамического воздействия. Также в описанных устройствах возникает необходимость оснащения рабочего пространства дополнительными съемными ложементами и устройством керноприемной трубы.
Наиболее близким по конструктивному выполнению к заявляемой полезной модели является разработанная конструкторским отделом ООО «Завод буровых технологий» устройство для выдавливания керна [6], принимаемое за прототип, которое изготавливается промышленно и устанавливается на колонковой трубе. Указанное устройство для выдавливания керна содержит фрезерный переходник типа П1 [7] с внутренними сквозными отверстиями для поршня и стопорного пальца, поршень с механизмом фиксации стопорного пальца и стопорный палец. Внутренние отверстия фрезерного переходника типа П1 и поршня имеют шестигранную форму для передачи породоразрушаемому инструменту крутящего момента. Поршень выполнен в виде монолитной шестигранной болванки с круглым основанием, давящим непосредственно на керн, двумя водоотводными каналами, переходящими в один расположенный в верхней части типа муфты 3-50 [8, 9], для возможности отведения грунтовых вод, отверстия с резьбой для расположения механизма фиксации стопорного пальца, а также сквозного отверстия для размещения стопорного пальца. Стопорный палец имеет проточку округлой формы, расположенную посередине стопорного пальца, для возможности осуществления стопора с помощью механизма фиксации, при этом длина стопорного пальца не превышает диаметр фрезерного переходника типа П1. Стопорный палец позволяет выполнять спуско-подъемные работы. Механизм фиксации стопорного пальца состоит из болта, пружины и закругленного стопора.
Известное устройство для выдавливания керна изготавливается в нескольких вариациях диаметра фрезерного переходника типа Ш для различных видов колонковых труб (96, 108, 127, 133 мм) и работает следующим образом: после извлечения колонковой трубы с керном производится ее подъем, после чего колонковая труба упирается в стол буровой установки и, высвободив стопорный палец при помощи гидроцилиндра подачи, производится выдавливание керна без нарушения его структуры. Операция выполняется с использованием буровых труб.
Известная конструкция позволяет упростить и сократить время на извлечение керна из колонковой трубы, однако имеет ряд недостатков, таких как: сложность конструкции делает стоимость устройства для выдавливания кернов достаточно высокой, так как требует при изготовлении литейное производство с применением специальных литейных форм; большая вероятность заклинивания механизма фиксации стопорного пальца при использовании при работе в районах залегания обводненных грунтов супеси, суглинков и глин от пластичных до текучепластичных и текучих форм, что не позволит оперативно извлечь стопорный палец и требует съем устройства для выдавливания керна и полный разбор конструкции; невозможность прочистки водоотводных каналов поршня обводненными глинистыми (пластичных, текучепластичных) грунтами, так как данные каналы прямо не пересекаются с каналом, который располагается в верхней части поршня муфты 3-50. При этом расширение диаметра водоотводных каналов поршня невозможно из-за конструкционных особенностей расположения стопорного пальца и механизма фиксации стопорного пальца. Указанные недостатки приводят к невозможности извлечения керна в оперативном режиме с постоянным съемом известного устройства для выдавливания кернов, что увеличивает время проведения изыскательских работ по отбору кернов на участках залегания супеси, глин и суглинков от пластичных до текучепластичных и текучих форм. Тем самым известная конструкция не выполняет свое функциональное назначение в полном объеме.
Технической задачей заявляемой полезной модели является устранение данных недостатков и создание устройства для выдавливания керна с поршнем, выполненным в виде трубы с одним водоотводным каналом и изменением принципа фиксации стопорного пальца поршня. Это позволит повысить надежность работы устройства для выдавливания керна, обеспечив легкое извлечение стопорного пальца и прочистку водоотводного канала без съема устройства для выдавливания керна с колонковой трубы при использовании в обводненных грунтах, супеси, суглинков и глин от пластичных до текучепластичных и текучих форм, за счет изменении конструкции поршня.
Технический результат - повышение надежности работы устройства для выдавливания керна при выполнении изысканий в обводненных районах залегания супеси, глин и суглинков от пластичных до текучепластичных и текучих форм.
Указанный результат достигается за счет того, что устройство для выдавливания керна, включающее фрезерный переходник [7] с внутренними сквозными отверстиями для поршня и стопорного пальца, поршень и стопорный палец [8, 9]. Внутреннее отверстие фрезерного переходника и внешняя сторона поршня имеют круглую форму. Фрезерный переходник имеет углубления по краям сквозного отверстия для расположения в них шляпки стопорного пальца и шплинта пружинного (тип А61.07.001), позволяющего фиксировать стопорный палец. Поршень выполнен в виде толстостенной трубы с круглым основанием, давящим непосредственно на керн и муфтой 3-50 в верхней части поршня, имеется один водоотводный канал для возможности отведения грунтовых вод и беспрепятственной его прочистки, а также сквозное отверстие для расположения стопорного пальца, позволяющего фиксировать поршень. Стопорный палец имеет с одной стороны шляпку, с другой - сквозное отверстие для обеспечения возможности фиксации шплинтом пружинным. При этом длина стопорного пальца не превышает диаметр фрезерного переходника. Стопорный палец обеспечивает передачу породоразрушаемому инструменту крутящего момента и позволяет выполнять спуско-подъемные работы. В такой конструкции отсутствует возможность заклинивания стопорного пальца за счет замены стопорного механизма на шплинт пружинный, а также обеспечивается возможность беспрепятственной прочистки водоотводного канала, что повышает надежность работы устройства для выдавливания керна при выполнении изысканий в обводненных районах залегания супеси, глин и суглинков от пластичных до текучепластичных и текучих форм.
Полезная модель поясняется фигурами чертежами.
Фиг. 1 - Сборочный чертеж устройства для выдавливания керна.
Фиг. 2 - Принцип работы устройства для выдавливания керна.
Устройство для выдавливания керна (фиг. 1) содержит фрезерный переходник / с внутренними сквозными круглыми отверстиями для поршня 2 и стопорного пальца 3. Фрезерный переходник 1 имеет углубления по краям сквозного отверстия для расположения в них с одной стороны шляпки стопорного пальца 2, с другой - шплинта пружинного 4. Шплинт позволяет фиксировать стопорный палец 3 благодаря сквозному отверстию в стопорном пальце 2, при этом его длина не превышает диаметр фрезерного переходника 1 для возможности обеспечения беспрепятственной передачи породоразрушаемому инструменту крутящего момента и выполнения спуско-подъемных работ в грунтах и в обсадных трубах. Поршень выполнен в виде толстостенной трубы 5 с круглым основанием 6, давящим непосредственно на керн, имеет круглое отверстие и муфту З-50 7 в верхней части поршня 2; по всей протяженности присутствует один водоотводный канал для возможности отведения грунтовых вод и беспрепятственной его прочистки. Имеется сквозное отверстие для расположения стопорного пальца 3, позволяющего фиксировать поршень. Толстостенная труба 5, круглое основание 6 и муфта З-50 7 соединены между собой сварными соединениями. Муфта З-50 7 имеет ступенчатый переход в основании для увеличения жесткости и повышения качества сварного соединения с толстостенной трубой 6.
Диаметр стопорного пальца выбирается по ГОСТ 9650-80 (тип 6 под шплинт) [10] с указанной маркой стали 40Х для стопорного пальца 3 по следующим соображениям: при соединении двух деталей, фрезерного переходника 1 и толстостенной трубы 2 стопорным пальцем 3, на него в горизонтальной и вертикальной осях действуют поперечные нагрузки на срез. Диаметр стопорного пальца, способного выдержать поперечные нагрузки на срез при передаче от поршня 2 через фрезерный переходник 1 к породоразрушаемому инструменту крутящего момента, а также при выполнении спуско-подъемных работ, рассчитывается по следующей формуле (1) [11]:
Figure 00000001
где Р - сила, действующая на стопорный палец, Н; [τср] - допускаемое напряжение на срез, МПа (выбирается из справочника по маркам стали [12]).
Однако, ввиду того, что нагрузки, создаваемые буровыми установками (Пример - буровая установка «Вектор ВР-5.520» на шасси автомобиля КАМАЗ 43118; доступен на URL: https://rosprombur.ru/vektor-vr-5-520-2-2.html#tab2) при спуске и задавливании колонковых труб, примерно соизмеримы (Усилие извлечения до m=12000 кг (P=m⋅g=12000⋅9,8≈1,17⋅105 Н), крутящий момент до М=5500 Н⋅м (если плечо силы r=32,5 мм=0,0325 м, принимая во внимание, что плечо силы в нашем случае является половиной от диаметра толстостенной трубы равном 65 мм (0,065 м) (см. фиг. 1), получаем P=M/r=5500/0,0325≈1,6⋅105 Н)). С нагрузками при передаче крутящего момента, допускается использовать соединение стопорным пальцем с поперечными нагрузками не только в вертикальной оси (спуск/подъем), но и в горизонтальной (передача крутящего момента). Также, принимая, что в буровых установках максимальная сила на срез, действующая на стопорный палец, не превышает Р=1,6⋅105 Н Нм, соединение фрезерного переходника 1 с толстостенной трубой 2 стопорным пальцем 3 имеет два стыка (см. фиг. 1) Р/2=0,8⋅103 Н Нм, а также допускаемое напряжение на срез [τср] для марки стали 40Х стопорного пальца [τср]=270 МПа [12], по формуле (1) получаем диаметр стопорного пальца, равным ~19,4 мм. Подходящий диаметр стопорного пальца 3 по ГОСТ 9650-80 (тип 6 под шплинт) [10], с учетом запаса, принимаем равным 20 мм и длиной 92, 102, 122, 127 мм в зависимости от диаметра D (см. фиг. 1) изготавливаемого фрезерного переходника (D=96, 108, 127, 133 мм). При диаметре стопорного пальца 3 в 20 мм перегораживается часть канала в толстостенной трубе 5 с внутренним диаметром канала 41 мм. Тем самым, стопорный палец 3 разбивает его на два канала с сохранением их общей площади (≈570 мм2), позволяющих беспрепятственно проходить грунтовым водам, поскольку это соответствует общей площади (≈550 мм) канала муфты 3-50 7 [8, 9] диаметром 28 с учетом допуска -1,5 мм. Вся эта система каналов обеспечивает в момент задавливания колонковой трубы в процессе бурения беспрепятственное прохождение грунтовых вод от круглого основания 6 через толстостенную трубу 5, огибающих стопорный палец 3 к муфте 3-50 7 поршня 2.
При необходимости увеличения нагрузки на стопорный палец 3 допускается незначительное увеличение его диаметра до 25 мм. При этом общая площадь каналов для прохождения грунтовых вод, образующихся за счет стопорного пальца 3, хоть и будет снижена, но все равно будет достаточна для прохождения грунтовых вод, но с меньшей скоростью.
Диаметр d круглого основания 6 поршня 2 подбирается на основании следующего расчета (2):
Figure 00000002
где t - толщина колонковой трубы, мм, D - диаметр фрезерного переходника.
Устройство для выдавливания керна собирается из промышленно выпускаемых деталей с применением механической обработки металла, что позволяет не только снизить стоимость устройства, но и наладить производство любым заводам, специализирующимся на изготовлении буровых инструментов.
Принцип работы устройства для выдавливания керна поясняется чертежами, представленными на фиг. 1 и фиг. 2. Устройство для выдавливания керна в собранном виде (см. фиг. 1) устанавливается посредством резьбового соединения фрезерного переходника / в колонковую трубу с коронкой (см. фиг. 2). Далее полученная конструкция фиксируется через муфту 3-50 7 поршня 2 на штатные места буровой установки (вертлюг, штанги) после чего буровая установка производит вращение всей конструкции с одновременным ее спуском. При прохождении всей конструкции обводненного грунта и вхождении колонковой трубы в твердые грунты, в ней создается давление, которое вытесняет часть грунтовых вод на поверхность через поршень 2 от круглого основания 6 через толстостенную трубу 5, огибая стопорный палец 3, к муфте 3-50 7 и далее по штангам к вертлюгу буровой установки. После извлечения колонковой трубы с установленным устройством для выдавливания керна, вся конструкция становится на упорный столик буровой установки, производится извлечение шплинта пружинного из стопорного пальца 3 с последующим высвобождением его из устройства для выдавливания кернов для обеспечения возможности свободного хода поршня 2. Далее буровая установка посредством гидроцилиндра подачи с помощью штанг через муфту 3-50 7 поршня 2 производит выдавливание керна из колонковой трубы без нарушения его целостности (см. фиг. 2). Сбор устройства для выдавливания осуществляется в обратном порядке.
Изготовлен опытный образец заявляемой полезной модели, который прошел тестовые испытания при отборе керна лессовидных супеси, суглинков и глин в обводненных районах на различных участках береговой зоны Азовского моря во время экспедиционных исследований ЮНЦ РАН на малой буровой установке Pride Trailer 20.
Источники информации:
1. RU 2380514 С2 МПК Е21В 25/00, 28.04.2008.
2. RU 77334 U1, МПК Е21В 25/00, 08.05.2008.
3. RU 2482274 С2, МПК Е21В 49/06, 31.10.2008.
4. SU 1328477 А1, МПК Е21В 25/00, 14.01.1986.
5. SU 734393 А1, МПК Е21В 25/00, 15.05.1988.
6. Устройство для выдавливания керна. Доступен на URL: https://www.zavodbt.ru/news/25.11.2011.html. (25.11.2011).
7. ТУ 3668-106-82257421-2013, 25.73.60.120.
8. ГОСТ 7918-75 Замки для геологоразведочных бурильных труб диаметром 50 мм.
9. ГОСТ 7360-2015 Переводники для бурильных колонн. Технические условия.
10. ГОСТ 9650-80 (СТ СЭВ 5959-87) ОСИ. Технические условия.
11. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: Т. 2: В 3-х т./ В.И. Анурьев; под редакцией И.Н. Жестковой. - Изд. 8-е, перераб. и доп. - Машиностроение, 2001. - 900 с.
12. Гордиенко, Е.П. Справочные таблицы: Справочное пособие для практических занятий по дисциплине «Сопротивление материалов» / Сост./ Под ред. Т.Ф.Гавриловой. - Тольятти: ТГУ, 2006. - 28 с.

Claims (2)

1. Устройство для выдавливания керна, содержащее фрезерный переходник с внутренними сквозными отверстиями для поршня и стопорного пальца, поршень и стопорный палец, отличающееся тем, что внутреннее отверстие фрезерного переходника и внешняя сторона поршня имеют круглую форму, при этом поршень выполнен в виде толстостенной трубы, имеющей один прямой водоотводный канал для возможности отведения грунтовых вод и беспрепятственной его прочистки.
2. Устройство для выдавливания керна по п. 1, отличающееся тем, что фрезерный переходник имеет углубления по краям сквозного отверстия для расположения в них шплинта пружинного, позволяющего фиксировать стопорный палец, и шляпки стопорного пальца, размер которого не превышает диаметр фрезерного переходника.
RU2020139904U 2020-12-03 2020-12-03 Устройство для выдавливания керна RU206111U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020139904U RU206111U1 (ru) 2020-12-03 2020-12-03 Устройство для выдавливания керна

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020139904U RU206111U1 (ru) 2020-12-03 2020-12-03 Устройство для выдавливания керна

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU206111U1 true RU206111U1 (ru) 2021-08-24

Family

ID=77460595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020139904U RU206111U1 (ru) 2020-12-03 2020-12-03 Устройство для выдавливания керна

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU206111U1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4156469A (en) * 1977-09-23 1979-05-29 Laskey John G Method of and apparatus for recovery of cores from soft and unconsolidated earth materials
SU1320385A1 (ru) * 1986-01-29 1987-06-30 Предприятие П/Я Р-6767 Колонковый пробоотборник
US7343984B2 (en) * 2003-11-14 2008-03-18 Independent Administrative Institution, Japan Agency For Marine-Earth Science And Technology Core sample collector equipped with sterilizing agent-applying mechanism and method of taking core sample
RU2380514C2 (ru) * 2008-04-28 2010-01-27 Закрытое акционерное общество "Геомаш-центр" Устройство для выдавливания керна

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4156469A (en) * 1977-09-23 1979-05-29 Laskey John G Method of and apparatus for recovery of cores from soft and unconsolidated earth materials
SU1320385A1 (ru) * 1986-01-29 1987-06-30 Предприятие П/Я Р-6767 Колонковый пробоотборник
US7343984B2 (en) * 2003-11-14 2008-03-18 Independent Administrative Institution, Japan Agency For Marine-Earth Science And Technology Core sample collector equipped with sterilizing agent-applying mechanism and method of taking core sample
RU2380514C2 (ru) * 2008-04-28 2010-01-27 Закрытое акционерное общество "Геомаш-центр" Устройство для выдавливания керна

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Устройство для выдавливания керна, найдено в интернет: https://www.zavodbt.ru/news/25.11.2011.html, 25.11.2011. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11661800B1 (en) Support apparatus for supporting down hole rotary tools
US9217297B2 (en) Method and support apparatus for supporting down hole rotary tools
CN201110159Y (zh) 一种不钻塞半程固井注水泥工具
CN205977150U (zh) 水平井连续油管内穿心电缆测井输送工艺管柱
RU206111U1 (ru) Устройство для выдавливания керна
US7832480B1 (en) Apparatus and method for extracting a tubular string from a bore hole
US4470456A (en) Borehole sampling tool
CN100575659C (zh) 一种欠平衡完井方法
CN106194087A (zh) 一种大口径长钻程取心钻具及取心钻进方法
US5076392A (en) Method and apparatus for forcing a member through material such as soil and obtaining samples therefrom
CN112179702B (zh) 一种定点取煤样装置
US6851479B1 (en) Cavity positioning tool and method
US7007758B2 (en) Cavity positioning tool and method
EP0286373A2 (en) Bit retaining ring for recovering drill string components
CN213175566U (zh) 一种多功能钻机的钻头钻具装置
CN207650033U (zh) 一种构造挤压实验模拟装置
CA3158102A1 (en) Improvement relating to drill rods
CN106018125A (zh) 一种钻井固井套管剪切实验系统
CN209903090U (zh) 钻井架支架拆卸装置
CN221119938U (zh) 一种地面煤层气井井下钻探简易控制测量架
CN213980726U (zh) 一种绳索定向取心钻进装置
Edmundson Ten Technologies From the 1980s and 1990s That Made Today’s Oil and Gas Industry
RU63416U1 (ru) Скважинный гидродомкрат
CN212985125U (zh) 一种组装简捷的海上钻探作业装置
CN217380446U (zh) 一种便于快速拆装的矿山钻机用钻头