Кернорватель.
Главная задача колонкового бурения получение образцов горной породы - керна из глубины массива. При колонковом бурении порода разрушается по кольцевому забою, - в центре забоя остается неразрушенная порода, которая по мере углубки скважины образует столбик породы – керн. Когда колонковая труба заполняется керном (или по иной причине) углубка прекращается и главной задачей становится отделение керна от забоя, надежное удержание его внутри колонковой трубы при подъеме на поверхность. В разных породах эта ответственная, а иногда и очень сложная, задача решается по разному. В мягких и слабых породах закрепление керна в колонковой трубе и в коронке производится «затиркой всухую», т.е. перед завершением рейса некоторый интервал (10 – 40 см. и более) бурится при выключенной циркуляции очистного агента. Разрушенная порода не удаляется с забоя, а уплотняется – часть в стенки скважины снаружи колонковой трубы, часть внутри колонковой, образуя плотную пробку, удерживающую керн. Прочное закрепление керна обеспечивается тем, что верхняя часть внутренней поверхности буровых коронок имеет коническую расточку раструбом вверх - рис. 12 (эта расточка используется для заклинивания керна в некоторых случаях и при бурении скальных пород, (как
будет рассказано дальше).
Рис. 12.
В скальных породах заклинивание керна может осуществляться двумя путями, Первый, наиболее удобный, использование специального (четвертого) элемента колонкового набора кернорвателя. Кернорватель применяется при бурении в скальных однородных монолитных и слаботрещиноватых породах. Кернорватель устанавливается между коронкой и колонковой трубой и состоит из корпуса (рис.13а,б) и пружинного рвательного кольца (рис. 13в). Корпус кернорвателя имеет наружную верхнюю и внутреннюю нижнюю ленточную («колонковую») резьбы и внутреннюю коническую расточку раструбом вверх, являющуюся продолжением конической расточки буровой коронки. Рвательное кольцо имеет внутренние продольные ребра с острым закаленным верхнем торцом, наружный конус аналогичный внутреннему конусу в корпусе кернорвателя и продольный разрез для того, чтобы кольцо могло сжиматься и прочно захватывать керн. В процессе бурения рвательное кольцо за счет трения о столбик керна, поднимается по конусной расточке до верхнего упора в корпусе, раздвигается за счет прорези и плотно надвигается на керн. По окончании бурения при подъеме снаряда кольцо врезается в керн верхними торцами ребер, удерживается неподвижно, а корпус кернорвателя продвигается вверх и кольцо оказывается в нижней части конусной расточки, сжимается и как клин надежно удерживает керн с силой достаточной, чтобы оторвать керн от забоя даже в твердых породах. При бурении более твердых пород алмазными коронками применяются более жесткие рвательные кольца (рис. 13в), при бурении средних скальных пород твердосплавными коронками применяются более гибкие кольца со сквозными боковыми окнами (рис 13 г).
а б в г
Рис. 13.
Кернорватель успешно применяется при бурении монолитных и слаботрещиноватых пород, а при бурении в сильнотрещиноватых, неустойчивых, перемежающихся по твердости пород кернорватель не может обеспечить захват и удержание керна. В таких случаях приходится либо применять сложные двойные колонковые трубы со специальными кернодержателями (о чем будет рассказано дальше), либо применять старый испытанный способ - заклинивание керна с помощью заклиночного материала. В последнем случае, для закрепления керна в колонковом наборе используется наличие конической расточки в буровой коронке. После окончания углубки, отвинчивается пробка в буровом сальнике и через отверстие в буровой снаряд засыпается «заклиночный материал». При бурении твердосплавными коронками это обычно осколки хрупкого материала (кварц, фарфор, бутылочное стекло) размером 2-5 мм.. При алмазном бурении в качестве заклиночного материала используются кусочки алюминиевой проволоки. Отверстие в вертлюге-сальнике закрывается и включается буровой насос. Поток промывочной жидкости загоняет кусочки заклиночного материала в зазор между колонковой трубой и керном, особенно в коническую расточку буровой коронки, где они надежно расклинивают кусочки керна, даже если они неправильной формы. Этот вариант наиболее универсален, но требует особого мастерства и опыта бурильщика.