RU2159840C1

RU2159840C1 - Core gripper

Info

Publication number: RU2159840C1
Application number: RU99105460A
Authority: RU
Inventors: А.М. Кириенко; Г.В. Крылов; В.Ф. Штоль; В.А. Сехниашвили; Н.М. Добрынин
Original assignee: Тюменский научно-исследовательский и проектный институт природного газа и газовых технологий
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-11-27

Abstract

FIELD: drilling equipment. SUBSTANCE: invention relates to devices for extraction and holding of core presented by rocks with low strength characteristic and alternating hardness. Body of core gripper has windows in which three long and three short levers spring-loaded by restoring plates are mounted in turn. Thick-walled ring is put on outer side of body. Ring has longitudinal ducts along entire length on outside uniaxial to windows of body for flow of drilling fluid that presses tail parts of levers downwards and has through holes in radial direction in points of location of levers. Enclosure made of elastic antifriction material is mounted on outer surface of ring. Levers are manufactured in the form of rocker and are installed to shut off through holes in ring by tail parts. EFFECT: prevention of break- down of core in process of drilling and filling of core container. 4 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике, конкретно к устройством для отрыва и удержания керна, представленного породами с низкой прочностной характеристикой (рыхлые, слабосцементированные) и перемежающейся твердостью. The invention relates to drilling equipment, specifically to a device for tearing and holding core, represented by rocks with low strength characteristics (loose, weakly cemented) and intermittent hardness.

Известны рычажковые кернорватели [Шубный А. И. Кернорватели для бурения скважин колонковыми наборами с одинарными трубами. Обзор ВИЭМС.- М., 1979, с. 5-7; Князев И. К. Бурильщику об отборе керна. М.: Недра, 1981, с. 39, рис. 26], содержащие корпус с окнами, в которых на осях смонтированы рвательные рычажки с заостренными передними концами. Рычажки подпружинены пружинами. Рвательные концы рычажков обычно снизу наплавлены твердым сплавом. Known lever core drill [Shubny A. I. Core drill for drilling well core sets with single pipes. Review VIEMS.- M., 1979, p. 5-7; Knyazev I.K. Driller on core sampling. M .: Nedra, 1981, p. 39, fig. 26], comprising a case with windows in which axial mounted levers with pointed front ends. The levers are spring-loaded. The tearing ends of the levers are usually hardfaced at the bottom.

Недостатком этих кернорвателей является разрушение керна, представленного породами с низкой прочностной характеристикой, при прохождении его через кернорватель, следствием чего являются низкие показатели выноса и сохранности керна. The disadvantage of these core cutters is the destruction of the core, represented by rocks with a low strength characteristic, when passing it through the core breaker, which results in low core removal and preservation rates.

Наиболее близким по конструкции к предлагаемому устройству является рычажковый кернорватель с полным перекрытием проходного сечения [Князев И. К. Бурильщику об отборе керна. М.: Недра, 1981, с. 42, рис. 30]. Недостаток этого кернорвателя - разрушение керна в процессе бурения, при заполнении керноприемника. The closest in design to the proposed device is a lever core explorer with a complete overlap of the flow area [Knyazev I.K. Drillers on coring. M .: Nedra, 1981, p. 42, fig. thirty]. The disadvantage of this core explorer is the destruction of the core during drilling, when filling the core receiver.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение выноса и сохранности керна. The task to which the invention is directed is to increase the removal and preservation of the core.

Технический результат состоит в предотвращении разрушения керна в процессе бурения при заполнении керноприемника. The technical result consists in preventing the destruction of the core during drilling while filling the core receiver.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в известном кернорвателе, включающем корпус с выполненными в нем окнами, в которых попеременно смонтированы на осях три длинных и три коротких рычажка, подпружиненных упругими пластинами, и кольцо, размещенное на внешней поверхности корпуса, в отличие от прототипа кольцо выполнено толстостенным, соосно с окнами корпуса кольцо имеет по всей длине с внешней стороны продольные каналы для прохождения по ним потока бурового раствора, отжимающего хвостовую часть рычажков вниз, а в радиальном направлении, в местах размещения рычажков, сквозные отверстия, на наружной поверхности кольца установлен кожух, выполненный из упругого антифрикционного материала, рычажки выполнены в виде коромысла и установлены с возможностью перекрытия хвостовыми частями сквозных отверстий кольца. The task and the technical result are achieved by the fact that in the well-known core raiser, comprising a housing with windows made in it, in which three long and three short levers spring-loaded with elastic plates and a ring placed on the outer surface of the housing are alternately mounted on the axes, in contrast to the prototype ring is made of thick-walled, coaxially with the windows of the casing the ring has longitudinal channels along the entire length from the outside for the passage of mud through them, squeezing the tail of the levers down, in the radial direction, the placements levers, through holes, on the outer surface of the ring is installed casing formed from resilient antifriction material, the levers are designed as rockers and configured to overlap the tail portions of the through holes of the ring.

Таким образом, по наличию отличительных признаков можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна". Thus, by the presence of distinctive features, we can conclude that the invention meets the criterion of "novelty."

Изобретение позволяет решить насущную проблему геологии - повышение представительности и информативности кернового материала, а также снизить затраты на материалы при изготовлении кернорвателей и значительно увеличить срок их службы. На основании изложенного можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию "изобретательский уровень"
На фиг. 1 изображен предлагаемый кернорватель в компоновке керноприемного устройства, в исходном положении при спуске в скважину; на фиг. 2 - поперечный разрез кернорвателя в плоскости рычажков; на фиг. 3 - действие кернорвателя в процессе бурения; на фиг. 4 - то же, в начальный момент отрыва керна.The invention allows to solve the urgent problem of geology - increasing the representativeness and informativeness of core material, as well as reducing the cost of materials in the manufacture of core-breakers and significantly increase their service life. Based on the foregoing, we can conclude that the invention meets the criterion of "inventive step"
In FIG. 1 shows the proposed core drill in the layout of the core receiving device, in the initial position when lowering into the well; in FIG. 2 is a cross-section through a core breaker in the plane of levers; in FIG. 3 - core drill action in the process of drilling; in FIG. 4 - the same, at the initial moment of coring.

Кернорватель (фиг. 1, 2) состоит из корпуса 1, кольца 2, шести рычажков 3, пластинчатых пружин 4 и кожуха-амортизатора 5. В верхней части корпуса 1 имеется внутренняя резьба 6 для соединения с керноприемной трубой 7. В нижней части корпус заканчивается коническо-цилиндрическим башмаком для установки в расточке бурильной головки 8. В средней части корпуса 1 выполнены окна 9, в которых размещаются пружины 4 и попеременно короткие и длинные рычажки 3. Рычажки 3 удерживаются осями 10 в проточке, выполненной с наружной стороны корпуса, посредством кольца 2. Кольцо 2 выполнено толстостенным, соосно с окнами 9 корпуса 1 кольцо 2 снабжено по всей длине с внешней стороны продольными каналами 11, а в радиальном направлении, в местах размещения рычажков, сквозными отверстиями 12. Рычажки 3 выполнены в виде коромысла и установлены с возможностью перекрытия хвостовыми частями сквозных отверстий 12 кольца 2, центры тяжести рычажков 3 смещены относительно осей вращения к оси устройства. На кольцо 2 надевается кожух-амортизатор 5, изготовленный из упругого антифрикционного материала (например, полимерный материал с металлическими кольцами). The core breaker (Fig. 1, 2) consists of a housing 1, a ring 2, six levers 3, leaf springs 4 and a shock absorber casing 5. In the upper part of the casing 1 there is an internal thread 6 for connection with a core-receiving pipe 7. In the lower part, the casing conical-cylindrical shoe for installation in the boring of the drill head 8. In the middle part of the housing 1 there are windows 9 in which the springs 4 and alternately short and long levers 3 are placed. The levers 3 are held by the axes 10 in a groove made on the outside of the housing by means of a ring 2. the ring 2 is made thick-walled, coaxially with the windows 9 of the housing 1, the ring 2 is provided with longitudinal channels 11 along the entire length from the outside, and through holes 12 in the radial direction, at the locations of the levers 12. The levers 3 are made in the form of a rocker arm and are installed with the possibility of overlapping tail parts of the through holes 12 of the ring 2, the centers of gravity of the levers 3 are offset relative to the axis of rotation to the axis of the device. A ring-shock absorber 5, made of an elastic antifriction material (for example, a polymer material with metal rings), is put on the ring 2.

Кернорватель работает следующим образом. В исходном положении, показанном на фиг. 1, 2, кернорватель в компоновке колонкового снаряда на колонне бурильных труб спускается в скважину. Рычажки 3 под действием пружин 4 и более тяжелой передней части находятся в горизонтальном положении, перекрывая хвостовой частью продольные каналы 11 кольца 2. Kernorevatel works as follows. In the starting position shown in FIG. 1, 2, a core breaker in a core drill assembly on a drill pipe string is lowered into the well. The levers 3 under the action of the springs 4 and the heavier front part are in a horizontal position, overlapping the tail part of the longitudinal channels 11 of the ring 2.

Бурение с отбором керна производят, включив вращение корпуса керноприемного устройства 13 и промывку забоя скважины буровым раствором (см. фиг. 3). Поток бурового раствора, проходя по продольным каналам 11 кольца 2 (движение раствора показано стрелками), отжимает хвостовую часть рычажков вниз. Рычажки 3 поворачиваются на осях 10, заходя в окна 9 корпуса 1 и нижнюю часть сквозных отверстий 12 кольца 2, открывая продольные каналы 11 и перекрывая просвет сквозных отверстий 12. При этом передняя часть рычажков утапливается в окнах 9, отжимая пластинки пружин 4 и освобождая полностью проходное сечение кернорвателя, тем самым устраняется контакт рычажков со столбиком выбуриваемой горной породы. Этим предотвращается разрушение пород с низкой прочностной характеристикой, абразивный износ и слом рычажков, появляется возможность отрыва бурголовки от забоя и расхаживание керноприемного устройства без нарушения целостности керна, что обеспечивает повышение выноса керна и его сохранность. Кроме этого, низкий коэффициент трения материала кожуха по металлу и отсутствие контакта рычажков с керном позволяют керноприемной трубе, подвешенной на подшипнике, оставаться неподвижной относительно керна, чем предотвращается избирательное истирание керна в керноприемнике, что повышает как вынос керна, так и его качество. Drilling with coring is performed by turning on the rotation of the body of the core receiving device 13 and flushing the bottom of the well with a drilling fluid (see Fig. 3). The flow of drilling fluid, passing through the longitudinal channels 11 of the ring 2 (the movement of the fluid is shown by arrows), squeezes the tail of the levers down. The levers 3 rotate on the axes 10, entering the windows 9 of the housing 1 and the lower part of the through holes 12 of the ring 2, opening the longitudinal channels 11 and blocking the clearance of the through holes 12. The front part of the levers is recessed in the windows 9, squeezing the spring plates 4 and completely freeing the core section of the core breaker, thereby eliminating the contact of the levers with the column of the rock being drilled. This prevents the destruction of rocks with low strength characteristics, abrasive wear and scrapping of levers, it becomes possible to tear off the burgole head from the bottom and pacing the core receiving device without violating the integrity of the core, which ensures an increase in core removal and its preservation. In addition, the low coefficient of friction of the casing material for metal and the lack of contact of the levers with the core allow the core receiver pipe suspended on the bearing to remain stationary relative to the core, which prevents selective abrasion of the core in the core receiver, which increases both core removal and its quality.

Кожух-амортизатор 5 центрирует кернорватель в корпусе керноприемного устройства 13 в процессе бурения, а упругие свойства материала кожуха поглощают его поперечные колебания, тем самым снижается уровень поперечной вибрации керноприемника, что предотвращает разрушение пород с низкой прочностной характеристикой и возможность подклинки шаровой опоры. The shock absorber casing 5 centers the core breaker in the core receiver body 13 during drilling, and the elastic properties of the shell material absorb its transverse vibrations, thereby reducing the level of transverse vibration of the core receiver, which prevents the destruction of rocks with a low strength characteristic and the possibility of ball joint wedging.

По окончании бурения (см. фиг.4) выключают вращение корпуса керноприемного устройства 13 и циркуляцию бурового раствора. При отсутствии потока бурового раствора в продольных каналах 11 рычажки 3 под действием собственного веса (так как центр тяжести смещен относительно осей 10) и усилия пластин пружин 4 прижимаются острой кромкой к поверхности керна. Поднимают керноприемное устройство вверх. Рычажки врезаются острыми кромками в керн. Керн под действием усилия, направленного вверх, отрывается от целика (здесь преодолевается сопротивление породы на разрыв, имеющее наименьшее значение по сравнению с сопротивлением на сжатие, скручивание, сдвиг или срез). При этом рычажки 3 опираются своей тыльной стороной на нижнюю сторону окна 9 корпуса 1, разгружая оси 10. При отрыве мягких пород рычажки прорезают керн и под действием собственного веса и веса керна возвращаются в исходное положение, полностью перекрывая проходное сечение кернорвателя (см. фиг. 1, 2), при этом тыльная сторона рычажков опирается на низ окна 9 корпуса 1, а передняя сторона хвостовиком упирается в верх сквозного отверстия 12 кольца 2, и оси 10 не испытывают нагрузки от действия веса столба оторванного керна. At the end of drilling (see figure 4), turn off the rotation of the body of the core receiving device 13 and the circulation of the drilling fluid. In the absence of drilling fluid flow in the longitudinal channels 11, the levers 3 under the action of their own weight (since the center of gravity is displaced relative to the axes 10) and the efforts of the spring plates 4 are pressed with a sharp edge to the core surface. Raise the core receiver up. Levers cut sharp edges into the core. The core, under the action of an upward force, breaks away from the pillar (here the rock resistance to tearing is overcome, which has the least value compared to the resistance to compression, twisting, shear or shear). In this case, the levers 3 rely with their rear side on the lower side of the window 9 of the housing 1, unloading the axis 10. When the soft rocks are separated, the levers cut the core and, under the influence of their own weight and the weight of the core, return to their original position, completely overlapping the core section of the core cutter (see Fig. 1, 2), while the back of the levers rests on the bottom of the window 9 of the housing 1, and the front side of the shank abuts against the top of the through hole 12 of the ring 2, and the axes 10 are not subjected to load from the action of the weight of the torn core column.

При отрыве керна в интервале залегания твердых пород отрыв керна производится короткими рычажками. Короткие рычажки врезаются острыми кромками в керн и удерживают его в корпусе кернорвателя. При этом если разрыв столбика породы произошел в плоскости врезания рычажков, то они, как и в первом случае, возвращаются в исходное положение, при отрыве керна ниже точки встречи рычажки остаются в наклонном положении, опираясь тыльной стороной на низ окна 9. When the core is torn off in the interval of occurrence of hard rocks, the core is torn off using short levers. Short levers cut sharp edges into the core and hold it in the core explorer body. Moreover, if the break of the rock column occurred in the plane of incision of the levers, then, as in the first case, they return to their original position, when the core is torn below the meeting point, the levers remain in an inclined position, resting the back side on the bottom of the window 9.

Таким образом, предотвращается возможность слома осей 10 и выпадения рычажков 3 из корпуса 1 при захвате, отрыве и удержании керна, что исключает возможность потери кернового материала при транспортировке его на поверхность и увеличивает срок службы кернорвателей возможностью многократного использования. Thus, the possibility of breaking the axes 10 and loss of the levers 3 from the housing 1 is prevented during the capture, separation and retention of the core, which eliminates the possibility of loss of core material during transportation to the surface and increases the service life of core cutters with the possibility of reuse.

Claims

A core breaker, comprising a case with windows made in it, in which three long and three short levers spring-loaded with elastic plates are alternately mounted on the axes, and a ring placed on the outer surface of the case, characterized in that the ring is thick-walled, the ring is aligned with the case windows along the entire length from the outer side, longitudinal channels for passing through them a flow of drilling fluid, squeezing the tail of the levers down, and in the radial direction, in the places of placement of the levers, through holes, n the outer surface of the ring is installed casing formed from resilient antifriction material, the levers are designed as rockers and configured to overlap the tail portions of the through holes of the ring.