PL173620B1

PL173620B1 - Układ do wymiany na miejscu segmentowych koronek wiertniczych i/lub rozszerzaczy świdrów do pobierania próbek rdzeniowych

Info

Publication number: PL173620B1
Application number: PL94309608A
Authority: PL
Inventors: Gavin T. Mcleod; Matthew V. Egan
Original assignee: Down Hole Tech Pty Ltd
Priority date: 1993-06-16
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 1998-04-30
Also published as: CA2151272C; BR9406309A; EP0678652A3; EP0678651A2; EP0678651A3; JPH08270359A; CN1121553A; EP0702746A1; EP0678653A2; OA10249A; US5662182A; JPH08270358A; JPH08270356A; EP0702746B1; PL309608A1; EP0678652A2; CN1115993A; JP2695991B2; US5813481A; BG99722A

Abstract

1 . Uklad do wymiany na miejscu segmen- towych koronek wiertniczych i/lub rozszerzaczy swidrów do pobierania próbek rdzeniowych, za- wierajacy dostosowany do laczenia z dolnym ko- ncem swidra, prowadzacy podzespól, który ma gniazdo usytuowane na obwodzie jego wewne- trznej powierzchni, przy czym w gniezdzie sa umieszczone segmenty koronki wiertniczej i/lub rozszerzacza w ich polozeniu roboczym, zna- mienny tym, ze w prowadzacym podzespole (18) jest osadzona cylindryczna wkladka (24), przy czym wkladka (24) jest zamontowana suwli- wie od polozenia montazowego, w którym seg- menty (22, 226) sa ustawione w gniezdzie (30) , prowadzacego podzespolu (18) i pomiedzy nim i wkladka (24), do polozenia demontazowego, w którym wkladka (24) jest usytuowana w oddale- niu od segmentów (22, 226). PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do wymiany na miejscu segmentowych koronek wiertniczych i/lub rozszerzaczy świdrów do pobierania próbek rdzeniowych.

Przy wierceniach ziemnych zazwyczaj mocuje się rozłącznie koronkę wiertniczą na dolnym końcu zestawu wiertniczego do wierceń ziemnych a następnie w efekcie ruchu obrotowego wiertła koronka wiertnicza wycina otwór w ziemi. Rozszerzacz jest zazwyczaj mocowany między dolnym końcem zestawu wiertniczego, a koronkąwiertnicząw celu poszerzenia obwodowej ściany wierconego otworu. Zestaw wiertniczy uzyskuje się poprzez skręcenie ze sobą poszczególnych żerdzi wiertniczych. Żerdzie wiertnicze majązazwyczaj stalą długość 1, 5, 3 lub 6 metrów. W miarę zagłębiania się wiertła w ziemi, kolejne żerdzie dokręcane są do górnego końca zestawu wiertniczego.

Podczas wiercenia niezbędnajest wymiana koronki wiertniczej lub rozszerzacza ze względu na stępienie koronki lub zmiany w warstwach podłoża. Jednakże koronka wiertnicza musi być wymieniana częściej (co najmniej 6-krotnie częściej) niż rozszerzacz.

W celu dokonania wymiany koronki wiertniczej lub rozszerzacza należy cały zestaw wyciągnąć z ziemi żerdź po żerdzi, wymienić koronkę wiertniczą, zmontować ponownie zestaw wiertniczy żerdź po żerdzi w miarę ponownego wprowadzania go w otwór w celu kontynuowania wiercenia. Konieczność całkowitego wyciągnięcia, demontażu i ponownego montażu całego zestawu wiertniczego przy wymianie koronki wiertniczego czy rozszerzacza jest procesem powolnym i kosztownym, przy czym koszty rosną wraz z głębokością wierconego otworu i wydłużaniem zestawu wiertniczego.

Czyniono już uprzednio próby rozwiązania tej trudności, przynajmniej w odniesieniu do koronki wiertniczej, poprzez zastosowanie wciąganych koronek wiertniczych, rozłącznie mocowanych na dolnym końcu zestawu wiertniczego, które mogązostać odłączone i wciągnięte przez zestaw wiertniczy do wymiany, podczas gdy wiertło pozostaje na miejscu, dzięki czemu eliminuj e się konieczność wyciągania zestawu wiertniczego z otworu. Jednak w praktyce próby te nie zostały uwieńczone powodzeniem z rozmaitych powodów. Występowała nadmierna liczba awarii spowodowanych zbyt skomplikowanąkonstrukcjąlub sposobem użycia a także/lub zbyt wysoki koszt ich produkcji lub eksploatacji. Układ taki był podatny na zużycie w efekcie stępienia lub zablokowania elementów koronki wiertniczej przez płyn wiertniczy i zanieczyszczenia. Występowało przemieszczanie się elementów koronki wiertniczej po połączeniu z zestawem wiertniczym, a także zmniejszenie średnicy próbki rdzeniowej wynikające z umocowania koronki wiertniczej na wewnętrznym przewodzie rurowym zestawu wiertniczego; zmniejszenie prędkości penetracji. Poszczególne elementy koronki wiertniczej łamały się.

Układ do wymiany na miejscu segmentowych koronek wiertniczych i/lub rozszerzaczy świdrów do pobierania próbek rdzeniowych, zawieraj ący dostosowany do łączenia z dolnym końcem świdra, prowadzący podzespół, który ma gniazdo usytuowane na obwodzie jego wewnętrznej powierzchni, przy czym w gnieździe są umieszczone segmenty koronki wiertniczej i/lub rozszerzacza w ich położeniu roboczym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w prowadzącym podzespole jest osadzona cylindryczna wkładka, przy czym wkładka jest zamontowana suwliwie od położenia montażowego, w którym segmenty są ustawione w gnieździe prowadzącego podzespołu i pomiędzy nim i wkładką do położenia demontażowego, w którym wkładka jest usytuowana w oddaleniu od segmentów.

Gniazdo ma szereg powierzchni pochylonych i równoległych względem osi prowadzącego podzespołu utworzonych na wewnętrznej ściance obwodowej.

Naprzeciwko powierzchni pochylonych i równoległych gniazda prowadzącego podzespołu są usytuowane odpowiednio powierzchnie pochylone i równoległe ukształtowane na seg173 620 mentach koronki wiertniczej w ich położeniu ustalonym, przy czym segmenty są zamontowane przesuwnie względem prowadzącego podzespołu w położeniu roboczym świdra.

Dolna część segmentów koronki wiertniczej jest odchylona w kierunku promieniowym od środkowej osi prowadzącego podzespołu i opiera się na wewnętrznej obwodowej ściance prowadzącego podzespołu w położeniu roboczym świdra przy pobieraniu próbek rdzeniowych i podnoszenia go w otworze do góry.

Każdy segment ma koronę z czołową powierzchnią tnącą oraz czołową powierzchnią tylną, na której uformowane są powierzchnie dopasowane do powierzchni ukształtowanych na prowadzącym podzespole i stykające się z nimi w położeniu roboczym świdra.

Pierwsza powierzchnia pochylona prowadzącego podzespołu styka się z piątą powierzchnią pochyloną segmentu w położeniu roboczym świdra, a segmenty są odchylone promieniowo do wewnątrz i są dociśnięte do wkładki.

Gniazdo posiada powierzchnię styku usytuowaną obwodowo wokół wewnętrznej powierzchni prowadzącego podzespołu, a z niąstykająsię w położeniu roboczym świdra górne końcowe części segmentów, przy czym powierzchnia styku jest usytuowana bezpośrednio powyżej usytuowanej najwyżej powierzchni pochylonej, gniazda.

W podzespole prowadzącym i w świdrzejest osadzone suwliwie narzędzie przenoszące segmenty do i z prowadzącego podzespołu, przy czym narzędzie jest przestawialne od położenia montażowego, w którym segmenty są na nim osadzone, do położenia demontażu, w którym segmenty znajdują się poza narzędziem, a narzędzie jest wyposażone w zatrzaskowe sczepiane z wkładką.

Część narzędzia przechodzi przez dolną końcową część wkładki i wystaje poza nią, przy sczepianiu zatrzaskowych zapadek z wkładką.

W położeniu montażowym narzędzia z wkładką są sczepione zatrzaskowe zapadki montażowe, a w położeniu demontażowym narzędzia sąz niąsczepione zatrzaskowe zapadki montażowe i zatrzaskowe zapadki demontażowe, przy czym zatrzaskowe zapadki montażowe są zazębione z wkładką w położeniu narzędzia opuszczonym w świdrze, a zatrzaskowe zapadki demontażowe są zazębione z wkładką w położeniu narzędzia podciągniętym do góry na pierwszą wysokość.

Narzędzie jest wyposażone w wybierakową tuleję do przestawiania narzędzia z położenia montażowego do demontażowego i odwrotnie, przy czym wybierakowa tuleja jest osadzona przesuwnie i obrotowo na korpusie narzędzia ijest wyposażona w szczeliny montażowe i demontażowe, przez które przechodząodpowiednio zatrzaskowe zapadki montażowe i demontażowe w położeniu montażowym bądź demontażowym narzędzia.

Zatrzaskowe zapadki montażowe zazębiają się z wkładką i są dociśnięte do co najmniej jednej z powierzchni oporowych uformowanych w pobliżu górnej końcowej powierzchni wkładki.

Górna końcowa część wkładki jest wyprofilowana, a zatrzaskowe zapadki montażowe stykają się z górną końcową częścią wkładki przy obrocie narzędzia wokół jego osi.

Końcowa górna część wkładki jest wyposażona w dwa przeciwległe usytuowane ostrza, które stykają się z zatrzaskowymi zapadkami montażowymi obracając narzędzie, a powierzchnie oporowe są oddzielone i usytuowane między ostrzami w pobliżu ich dolnych części.

Wkładka wyposażona jest w pierwszą szczelinę, w której są umieszczane zatrzaskowe zapadki demontażowe, a z nimi współpracuje zespół wyczepiający zatrzaskowe zapadki demontażowe z pierwszej szczeliny w położeniu narzędzia podciągniętym do góry powyżej pierwszej wysokości.

Zespół wyczepiający zawiera stożkową powierzchnię zaciskającą zatrzaskowe zapadki demontażowe.

Narzędzie jest wyposażone w kołyskę, na której sąoparte segmenty przemieszczane w kierunku do i od prowadzącego podzespołu.

Kołyska jest zamontowana przesuwnie względem korpusu narzędzia w położeniu montażowym narzędzia zazębionym z wkładką.

173 620

Segmenty otacza elastyczna taśma ustalająca segmenty na narzędziu, przy czym segmenty są odchylone w kierunku środkowej osi narzędzia w ich ustalonym położeniu tnącym.

Kołyska zawiera wydłużony trzonek wystający z dolnej stożkowej części korpusu narzędzia i osadzony przesuwnie w prowadnicy w korpusie, a wokół trzonka jest umieszczona sprężyna cofająca trzonek w prowadnicy, przy czym w położeniu montażowym przed połączeniem narzędzia z wkładką sprężyna jest ściśnięta, a trzonek wystaje z prowadnicy, zaś górne końcowe części segmentów spoczywają na stożkowym końcu, natomiast po połączeniu narzędzia z wkładką sprężyna jest zwolniona, a trzonek cofnięty w prowadnicy, a górne końcowe części segmentów wystają poprzecznie względem narzędzia.

Sprężyna jest połączona z trzpieniami ustalającymi jej położenie, które współpracują z tuleją wybierakową, przy czym w położeniu tulei wybierakowej sprzężonej z wkładką, tuleja wybierakowa jest przesuwna względem korpusu narzędzia.

Układ według wynalazku posiada liczne zalety i korzyści w porównaniu ze stanem techniki. Co najważniejsze, umożliwia bardzo szybkąi łatwąwymianę koronki wiertniczej i rozszerzacza bez potrzeby wyciągania zestawu wiertniczego z otworu, ogranicza przestoje, zwiększa wydajność i obniża koszty wierceń. Łatwość i prostota wymiany koronki wiertniczej zachęca również do zmiany koronek wiertniczych w przypadku zróżnicowania podłoża w celu zoptymalizowania twardości koronki i charakterystyki napotkanych złóż. Pod tym względem, znane sąprzypadki całkowitego zużycia koronek wiertniczych podczas wiercenia przez podłoże o grubości poniżej 1 m, jeśli koronka wiertnicza nie jest zaprojektowana konkretnie dla takiego typu podłoża. Ponadto unikatowy kształt i układ segmentów koronki w połączeniu z rowkami klinowymi podzespołu prowadzącego i układem wkładki spełniająnastępujące podstawowe funkcje.

Stożkowe powierzchnie elementów koronki i podzespołu prowadzącego przenoszą siły obciążające działające na koronę koronki podczas podnoszenia zestawu wiertniczego w celu odłamania i odzyskania próbek rdzeniowych równomiernie przez cały prowadzący podzespół, nie dopuszczając do możliwości pęknięcia segmentów koronki.

Powierzchnia na boku segmentów koronki w połączeniu z prowadzącymi występami i wkładkąprzenoszą ciężar zestawu i moment obrotowy doświadczany podczas wiercenia równomiernie na cały podzespół prowadzący.

Powierzchnie prowadzącego podzespołu i segmentów koronki pozwalają przesuwać je między prowadzącym podzespołem a wkładką, gdy operacja wiercenia zmienia się z trybu wiercenia na tryb odłamywania rdzenia co zapewnia łatwe zatrzaskowe mocowania i uwalnianie segmentów koronki podczas montażu i demontażu.

Powierzchnie prowadzącego podzespołu i korony segmentów koronki również służą do przeciwdziałania promieniowym siłom zewnętrznym i wewnętrznym działającym na koronę podczas wiercenia.

Przesuwne i luźne spasowanie segmentów koronki w podzespole prowadzącym pozwala na łatwy montaż i demontaż. Dzięki wynalazkowi rozwiązany jest również problem związany zanieczyszczeniem części płynem wiertniczym i zwiercinami.

Ponadto wykorzystanie spasowanych powierzchni w miejsce gwintów zapewnia pełną wytrzymałość konstrukcyjną na całej długości segmentów koronki zapewniając wytrzymałą i prostą konstrukcję segmentów koronki.

Zapewniony w konstrukcji prowadzącego podzespołu ruch posuwisto-zwrotny występujący przy podnoszeniu świdra z dna odwiertu lub opuszczania go na dno odwiertu automatycznie i w sposób ciągły czyści segmenty koronki. Powoduje on jednocześnie automatyczne odblokowanie segmentów koronki, spowodowane zanieczyszczeniami lub podobne, które może wystąpić przy wierceniu w pewnych formacjach.

Współdziałanie powierzchni segmentu koronki i rowków klinowych również automatycznie ustala wkładkę w położeniu wiercenia z chwilą, gdy korona segmentu dotknie dna odwiertu i zwalnia wkładkę z chwilą, gdy zestaw wiertniczy zostaje podniesiony z dna odwiertu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z boku pierwszego przykładu wykonania układu umieszczonego

173 620 wewnątrz świdra ziemnego; fig. 2 - widok z boku narzędzia użytego w układzie przedstawionym na fig. 1; fig. 3 - widok przekroju podłużnego narzędzia przedstawionego na fig. 2; fig. 4A - widok z boku tulei wybierakowej narzędzia z fig. 2 i 3; fig. 4B - widok od tyłu tulei z fig. 4A; fig. 4C - widok przeciwległego końca tulei z fig. 4A; fig. 4D - widok przekroju B-B pokazanego na fig. 4A; fig. 4E - widok przekroju C-C pokazanego na fig. 4A; fig. 4F - częściowy widok przekroju A-A pokazanego na fig. 4B; fig. 4G - widok przekroju D-D pokazanego na fig. 4A; fig. 5A - widok z boku wkładki użytej w układzie pokazanym na fig. 1; fig. 5B - widok jednego końca wkładki pokazanej na fig. 5A; fig. 5C - widok przeciwległego końca wkładki z fig. 5A; fig. 6A widok przekroju podłużnego członu użytego w układzie pokazanym na fig. 1; fig. 6B - widokj ednego końca członu pokazanego na fig. 6A; fig. 6C - widok przeciwległego końca członu z fig. 6A; fig. 6D - widok dolnej części członu z fig. 6A; fig. 7A - widok z boku elementu koronki użytego w układzie pokazanym na fig. 1; fig. 7B - widok z góry elementu koronki pokazanego na fig. 7A; fig. 7C - widok z tyłu elementu koronki pokazanego na fig. 7A i 7B; fig. 8A - widok z góry zacisku ustalającego użytego w układzie pokazanym na fig. 1; fig. 8B - widok z boku zacisku ustalającego pokazanego na fig. 8A; fig. 9 - widok powiększonego częściowego przekroju dolnego końca układu; fig. 10 - widok w przekroju końca świdra podczas wiercenia, z elementami koronki ustalonymi w położeniu tnącym przy pomocy wkładki, fig. 11 - widok zestawu świdrów pokazanego na fig. 10, wysuniętego w górę z wierconego otworu; fig. 12 - widok w przekroju narzędzia użytego w drugim przykładzie wykonania obecnego wynalazku; fig. 13 - widok z góry elementu rozszerzacza wykorzystanego w drugim przykładzie wykonania wynalazku; fig. 14 częściowy widok w przekroju drugiego przykładu wykonania wynalazku, w którym elementy rozszerzacza znajdują się w położeniu tnącym; fig. 15 i 16 - widok z boku tulei transportowej dla układu pokazanego na fig. 1.

Jak przedstawiono na fig. 1 w pierwszym przykładzie wykonania, układ 10 do wymiany na miejscu koronki wiertniczej jest zawarty w ziemnym świdrze 12. Świder 12 składa się z szeregu połączonych ze sobą żerdzi 14, które razem stanowią zestaw wiertniczy. Do swobodnego końca najniższej żerdzi 14 przykręcony jest standardowy rozszerzacz 16 do rozszerzania obwodowej ściany wierconego otworu.

Układ 10 składa się z szeregu oddzielnych lecz współdziałających elementów, obejmujących człon rurowy w postaci prowadzącego podzespołu 18, przystosowanego do łączenia z dolnym końcem świdra 12, narzędzie 20 do montażu i demontażu, zwymiarowane odpowiednio do przechodzenia przez świder 12 w celu przenoszenia segmentów 22 wiertniczej koronki (patrz fig. 7A, 7B i 9) do i z prowadzącego podzespołu 18 oraz cylindryczną wkładkę 24, przesuwną wewnątrz prowadzącego podzespołu 18 między położeniem montażowym, w którym wkładka ustala segmenty 22 wiertniczej koronki w prowadzącym podzespole 18 a położeniem demontażowym, w którym wkładka 24 jest wycofywana w celu osadzenia segmentów 22 wiertniczej koronki na narzędziu 20 i wyciągnięcia ze świdra 12.

Jakpokazano na fig. 6A - 6B, wewnętrzna obwodowa ściana 26 przy dolnym końcu 28 prowadzącego podzespołu 18 posiada gniazdo 30 do osadzania segmentów 22 wiertniczej koronki. Gniazdo 30 zawiera powierzchnię styku 32 usytuowaną obwodowo wokół wewnętrznej powierzchni 26, za którą, od strony dolnej, znajduje się szereg powierzchni stożkowych i płaskich oraz wgłębienie 58 utworzone na powierzchni znajdującej się najniżej. Konkretnie, za powierzchnią styku 32 w kierunku dołu znajdują się kolejno pierwsza powierzchnia pochylona 34 odchylona od środkowej osi 36 prowadzącego podzespołu 18, pierwsza powierzchnia równoległa 38 biegnąca równolegle do osi 38, druga powierzchnia pochylona 40 nachylona do osi 36, trzecia powierzchnia pochylona 42 odchylona od osi 36, druga powierzchnia równoległa 44 biegnąca równolegle do osi 36, czwarta powierzchnia pochylona 46 nachylona do osi 36 oraz piąta powierzchnia 48 odchylona od osi 36 i biegnąca do krawędzi 50 prowadzącego podzespołu 18. Do powierzchni pochylonej 48 przylega szósta pochylona 52 ustawiona pod kątem względem osi 36 i krawędzi 50, połączona z zewnętanąobwodowąpowierzclrnią54 prowadzącego podzespołu 18.

173 620

Na czwartej powierzchni pochylonej 46 znajduje się szereg prowadzących występów 56. Sąsiadujące prowadzące występu 56 określają wgłębienia 58, w których podczas wiercenia osadzone są dolne końce segmentów 22 wiertniczej koronki. Jak to najlepiej widać na fig. 6B szerokość prowadzących występów 56 zmniejsza się w kierunku promieniowym ku osi 36. W ścianie 26 wewnątrz końców prowadzącego podzespołu 18 wycięte są dwie przeciwległe szczeliny 60, równoległe do osi 36. W górnym końcu 64 każdej ze szczelin 60 znajduje się zacisk ustalający 62 (patrz fig. 8A i 8B). Dolny koniec każdego zacisku ustalającego ukształtowany jest z powierzchnią65 zbieżną w kierunku ściany 26 oraz sprężynowym zaciskiem 66 przymocowanym przy górnym końcu zacisku na powierzchni przeciwległej do ściany 26.

Jak wyjaśniono w odniesieniu do fig. 7A i 7B segmenty 22 wiertniczej koronki mająkształt dopasowany do gniazda 30 prowadzącego podzespołu 18. Wiertnicza koronka 22 zawiera trzonek 68 i koronę 70, stykającą się i wgryzającą w ziemię, utworzoną przy dolnym końcu trzonka 6 8. Korona 70 zazwyczaj jest ze stopu diamentowometalowego .Podczas pracy, w miarę zużywania się tnącej powierzchni czołowej 72 korony, stykającej się z gruntem, odsłaniane są świeże diamenty ułatwiające cięcie.

Bok 74 (pokazany od góry na fig. 7B) segmentu 22 wiertniczej koronki znajduje się naprzeciw ściany 26 prowadzącego podzespołu 18. Bok 74 trzonka 68 zawiera następujące kolejno usytuowane powierzchnie poczynając od korony 70 (oś 36 przedstawiono w zarysie dla łatwiejszego odniesienia do fig. 7A); pierwsza powierzchnia pochylona 76 nachylona względem osi 36; pierwsza powierzchnia równoległa 77 biegnąca równolegle do osi 36; druga powierzchnia pochylona 78 odchylona od osi 36; trzecia powierzchnia pochylona 80 nachylona ku osi 36; druga powierzchnia równoległa 82 biegnąca równolegle do osi 36, czwarta powierzchnia pochylona 84 odchylona od osi 36; piąta powierzchnia pochylona 86 nachylona ku osi 34; szósta powierzchnia pochylona 88 biegnąca równolegle do osi 36. Za szóstą powierzchnią 88 znajduje się ostry występ 90 prowadzący do siódmej powierzchni pochylonej 92, nachylonej ku osi 36 i biegnącej do krawędzi trzonka 68.

Przeciwległy bok 96 trzonka 68 zawiera następujące powierzchnie usytuowane kolejno w kierunku od krawędzi 94 do korony 70: ósmąpowierzchnię pochylonąnachylonąku osi 36; trzecią równoległą powierzchnię 100 biegnącą równolegle do osi 36; dziewiątą powierzchnię pochyloną 102 nachyloną ku osi 36; czwartą powierzchnię równoległą 104 biegnącą równolegle do osi 36.

Jak najlepiej widać na fig. 7C, korona 70 ma kształt wycinka pierścienia z łukowymi powierzchniami wewnętrzną 106 i zewnętrzną 108, przy czym długość łukowej powierzchni zewnętrznej 108 jest większa niż łukowej powierzchni 106. Łukowa powierzchnia czołowa korony 70, przeciwległa do tnącej powierzchni czołowej 72 posiada w kierunku od zewnętrznej łukowej powierzchni 108 do wewnętrznej łukowej powierzchni 106 kolejno usytuowane powierzchnie: pierwszą powierzchnię równoległą 110 ustawioną równolegle do tnącej powierzchni czołowej 72, pierwszą powierzchnię pochyloną 112 nachyloną względem tnącej powierzchni czołowej 72 i zakończoną w pobliżu pierwszej powierzchni pochylonej 76 trzonka 68, drugą powierzchnię pochyloną 114 pochyloną względem tnącej powierzchni czołowej 72 i zakończoną przy łukowej powierzchni wewnętrznej 106. Pochylone powierzchnie 112 i 76 tworzą wgłębienie 116 w kształcie litery V współpracujące z roboczymi elementami 48 i 52 prowadzącego podzespołu 18 (jak widać na fig. 10).

Odnośnie fig. 2-4, narzędzie 20 zawiera odcinek główny korpusu 118 na którym osadzona jest obrotowo i przesuwnie wybierakowa tuleja 120. W górnym końcu 122 korpusu 118 znajduje się gwint śrubowy do mocowania standardowego łącznika 124 liny drucianej. W korpusie 118 przy końcu 112 wyrobione są dwa naprzeciwległe podłużne rowki (nie pokazane) do przesuwnego utrzymania pierścienia 126. Pierścień posiada na wewnętrznej powierzchni obwodowej dwa występy (nie pokazane) przesuwające się w rowkach i przemieszczające pierścień 126 wzdłuż korpusu 118. Sprężyna 128 utrzymana między łącznikiem 124 liny drucianej a pierścieniem 126 służy do odchylania pierścienia 126 oraz tulei 120 od końca 122. Występ 130 utworzony jest na końcu pierścienia 126 w pobliżu tulei 120 i zazębia się zjednym z dwóch wgłębień 132,134 wybierania położenia, wyciętych w przyległym końcu tulei 120.

173 620

W korpusie 118 znajduje się wewnętrzna wnęka 136, w której znajdująsię dwie zatrzaskowe zapadki montażowe 138. Sworzeń 140 przechodzi przez jeden koniec obu zatrzaskowych zapadek montażowych 138 i sprzęga korpus 118 z tuleją 120. Sworzeń 140 umieszczony jest w podłużnej szczelinie (nie pokazana) utworzonej w korpusie 118 oraz poprzecznie umieszczonej szczelinie 142 utworzonej w tulei 120. Każdy z końców sworznia 410 opartyjest na występie 143 utworzonym wokół obwodu szczelin 142. Zapewnia to połączenie między korpusem 118 a tulej ą 120, w którym tuleja może się przesuwać wzdłużnie i obracać względem korpusu 118.

Drugi sworzeń 144 przechodzi równolegle do sworznia 140 i umieszczony jest w podłużnej szczelinie 148 utworzonej w korpusie 118. Sprężyna 150 łączy przeciwległe końce zatrzaskowych zapadek montażowych 138 ze sworzniem 144. Sprężyna 150 odchyla zatrzaskowe zapadki montażowe 138 tak, że wystają poprzecznie do korpusu 118, przez szczeliny montażowe 139 (patrz fig. 4A, 4B) wycięte w tulei 120. Każda z zatrzaskowych zapadek 138 posiada nośną powierzchnię 152, na której oparta jest wkładka 24.

Dwie zatrzaskowe zapadki demontażowe 154 podobne do zatrzaskowych zapadek 138 montażowych również znajdują się na narzędziu 20 od strony przeciwległego końca 122 zatrzaskowych zapadek montażowych 138. Jednak zatrzaskowe zapadki demontażowe 154 znajdują się na płaszczyźnie położonej prostopadle do płaszczyzny, w której znajdują się zatrzaskowe zapadki montażowe 138. Ponadto, zatrzaskowe zapadki demontażowe 154 ustawione sąw kierunku przeciwnym do zatrzaskowych zapadek montażowych 138. To znaczy, końce 156 zatrzaskowych zapadek demontażowych 154 odchylane są sprężyną (nie pokazaną) tak, że wystająpoprzecznie do korpusu 118, poprzez szczeliny demontażowe 155 (patrz fig. 4A, 4E) wycięte w tulei 120, przy czym ich przeciwległe końce 158 przytrzymywane są sworzniem 160 przechodzącym przez korpus 118. Nośne powierzchnie 162 utworzone są na końcach 156 zatrzaskowych zapadek demontażowych 154 dla zapewnienia współpracy z wkładką 24.

Jak najlepiej widać na fig. 4D i 4E, szczeliny 139 zatrzaskowych zapadek montażowych 138 są szersze od szczelin 155 zatrzaskowych zapadek demontażowych 154.

Prostokątna wnęka 164 utworzona jest w korpusie 118 w pobliżu zatrzaskowych zapadek demontażowych 154. Wzdłużnie do jednego końca 166 wnęki 164 biegnie otwór 168 łączący się z cylindrycznym wgłębieniem 170. Wgłębienie 170 biegnie poprzez koniec 172 wkształcie stożka ściętego korpusu 118. Wnęka 164, otwór 168 i wgłębienie 170 łącznie tworząprowadnicę 174 dla kołyski 176, na której umocowane są segmenty 22 wiertniczej koronki.

Kołyska 176 zawiera środkowy pręt 178, od którego współosiowo biegnie na jednym końcu nagwintowany trzonek 180 i kończy się przy przeciwległym końcu blokadą 182. Trzonek 180 przechodzi przez wgłębienie 170 i otwór 168 do wnęki 164. Koniec pręta 178 przylegający do trzonka 168 przesuwnie wchodzi do wgłębienia 170. Sprężyna 184 znajduje się na trzonku 180 między nakrętką 186 regulacji naprężenia nakręconą na trzonek 180 i końcem 166 wnęki 164. Przeciwległe końce 188 i 190 nakrętki 186 są stożkowe lub sfazowane tak, by zmniejszyć jej grubość promieniowo wokół obrzeża nakrętki 168.

Dwa sworznie ustalające (nie pokazane) umieszczone sąw odnośnych wgłębieniach 192 utworzonych w korpusie 118. Sworznie umocowane sąw swych odpowiednich wgłębieniach 192 tuleją 120 i posiadają koniec, który może być wybiórczo wysuwany do wgłębienia 164 lub z niego cofany w wyniku ruchu tulei 120. Odnośnie fig. 4F, w wewnętrznej obwodowej ścianie 194 tulei 120 znajduje się obwodowy rowek 196. Gdy tuleja 120 znajduje się w położeniu, w którym rowek 196 znajduje się nad wgłębieniami 192, znajdujące się w nich końce sworzni mogą być wyciągane z wnęki 164 w celu naciągnięcia sprężyny 184. Jednak gdy tuleja 120 znajduje się w położeniu, w którym rowek 106 nie znajduje się nad wgłębieniami 192, końce sworzni wysunięte są do wnęki poprzez oparcie sworzni o ścianę 194. W tych warunkach sworznie opierają się na nakrętce 186 utrzymując sprężynę 184 w położeniu ściśniętym.

Podczas ładowania narzędzia 20 do montażu segmentów 22 wiertniczej koronki segmenty 22 sąumieszczane promieniowo wokół pręta 178, przy czym korony 70 opiera się o blokadę 182. Ósma powierzchnia pochylona 98 każdego segmentu 22 koronki spoczywa na szerszej powierzchni końca 172, w kształcie stożka ściętego, korpusu 118. Taśma elastyczna 198 otacza segmenty

173 620 wiertniczej koronki wokół ich drugich powierzchni równoległych 82 w celu przytrzymania segmentów 22 wiertniczej koronki na kołysce 176.

Na zewnętrznej powierzchni tulei 120 znajduje się szereg nierówności 200 biegnących wzdłuż tulei 120. Nierówności 200 są rozmieszczone równomiernie, przy czym sąsiadujące nierówności tworzą płytkie kanały 202, którymi może przepływać ciecz, gdy narzędzie 20 opuszczane jest poprzez świder 12.

Układ 10 zawiera wkładkę 24 (patrz fig. 5A - 5C) do rozszerzania segmentów 22 wiertniczej koronki z pokonaniem oporu stawianego przez elastycznątaśmę 198 i umieszczania segmentów 22 w położeniu tnącym lub wiercenia względem wewnętrznej powierzchni prowadzącego podzespołu 18.

Wkładka 24 ma kształt cylindrycznej rury z dwoma naprzeciwległymi ostrzami 206 wystającymi z górnego końca 204. Boki każdego ostrza 206 opadają stromo w kierunku do dołu urządzenia do powierzchni 208 rozdzielających ostrza 206. Z zewnętrznej obwodowej powierzchni 212 wkładki 24 wystają usytuowane wzdłużnie dwie szyny 210. Szyny 210 osadzone są w szczelinach 60 prowadzącego podzespołu 18. Dwa naprzeciwległe zaczepy w postaci wzdłużnie biegnących szczelin 214 (pokazana tylko jedna) wycięte są we wkładce 24 w celu zazębienia z zatrzaskowymi zapadkami demontażowymi 154. Górny koniec każdej ze szczelin 214 jest sfazowany tak, że jest nachylony ku wewnętrznej powierzchni wkładki 214 w kierunku ku górze. Koniec tulei 24 przeciwległy do ostrzy 206 posiada szereg rowków klinowych 218 usytuowanych wzdłużnie. Sąsiadujące rowki klinowe 218 oddzielone są występami 22. Kanały wodne 222 wycięte są wzdłuż wewnętrznej powierzchni wkładki 24. Kanały wodne 222 zapewniają ścieżkę przepływu dla wody wykorzystywanej do chłodzenia wiertniczej koronki, smarowania i płukania.

Narzędzie 20 (patrz na fig. 12) do wymiany segmentów 226 rozszerzacza (patrz fig. 13 i 14) jest konstrukcyjnie i funkcjonalnie równoważne z narzędziem 20 stosowanym do wymiany segmentów 22 koronki wiertniczej. Stąd też oznaczniki użyte przy opisie narzędzia 20 wykorzystane są również do oznaczenia podobnych cech narzędzia 20. Łącznik 124' liny drucianej przykręcony jest do górnego końca 122 narzędzia 20'. Sprężyna 128' ustala wzajemne położenie łącznika 124' liny drucianej i pierścienia 126'. Jak w przypadku narzędzia 20 pierścień 126' może się przesuwać wzdłuż narzędzia 20 jako, że posiada występ 130 wchodzący we wgłębienia (nie pokazane) wycięte w górnym końcu tulei 120'. Zatrzaskowe zapadki montażowe 138' i demontażowe 154'sąidentycznejakwnarzędziu20. Istotne różnice między narzędziem 20 a narzędziem 20' polegają na tym, że kołyska 176' zawiera szereg wycięć 227 umieszczonych promieniowo wokół dolnego końca korpusu 118'. Na górnym końcu każdego wycięcia 227 znajduje się pochylnia 228 prowadząca do zewnętrznej powierzchni korpusu 118'. Ponadto tuleja 120 posiada szereg otworów 230 zachodzących na wycięcia 227. W dolnym końcu każdego otworu 230 znajduje się występ 232 skierowany promieniowo do wewnątrz.

Dalszą różnicę między narzędziami 20 i 20 stanowi długość szczelin 148', w których umieszczone są sworznie zapadek zatrzaskowych montażowych 138' i demontażowych 154'. Konkretnie, szczeliny w narzędziu 20 są znacznie dłuższe niż odpowiadające im szczeliny 139 w narzędziu 20.

Standardowa nasiębiema nasadka 234 przyłączonajest do dolnego końca narzędzia 224 do łączenia z łącznikiem 124 liny drucianej narzędzia 20. Połączenie to umożliwia obracanie się względem siebie narzędzi 20 i 20.

Segmenty 226 rozszerzacza osadzone sąw wycięciach 227 podczas montażu czy demontażu ze świdra 12. Segmenty 226 rozszerzacza mająkształt prostokątnego graniastosłupa o nachylonych bokach. Każdy segment 226 osadzony jest na prostokątnej płytce 236. Pionowe występy 238 i 240 przechodzą odpowiednio w poprzek górnych i dolnych końców płytki 236. Zarówno występ 240 i górny koniec płytki 236 są sfazowane zbieżnie względem siebie w kierunku ku dołowi.

Segmenty 226 utrzymywane sąw wycięciach 227 przy pomocy gumowych taśm 242 i 244, które otaczają płytki 236 w pobliżu końców odnośnych segmentów 226.

Człon rurowy w postaci pomocniczego prowadzącego podzespołu 18' nakręcony jest na świder w celu utrzymania segmentów 226 rozszerzacza w położeniu tnącym. Pomocniczy pro173 620 wadzący podzespół 18' posiada gniazdo obejmujące powierzchnię styku 32' wystającą do wewnątrz z wewnętrznej obwodowej ściany prowadzącego podzespołu 18' oraz wycięcia 246 (pokazano tylkojedno) o sfazowanych krawędziach 248 do osadzania segmentów 226 rozszerzacza. W wewnętrznej powierzchni prowadzącego podzespołu 18 wycięte jest wgłębienie 250 w pobliżu dolnego końca każdego wycięcia 246, w które wchodzi występ 238.

Pomocnicza wkładka 24' znajduje się wewnątrz pomocniczego prowadzącego podzespołu 18 w celu utrzymywania wybiórczo segmentów 226 w położeniu tnącym i zwalniania segmentów 226 w celu ich wymiany. Wkładka 24'jest zasadniczo taka samajak wkładka 24 z wyjątkiem tego, że nie posiada rowków klinowych 218 i występów 220 wkładki 24. Narzędzie 20' wykorzystywane jest do przesuwania wkładki 24' między położeniem montażowym, w którym wkładka 24' ustawia i utrzymuje segmenty 226 w położeniu tnącym i położeniem demontażowym, w którym wkładka 24'jest wciągana w celu zwolnienia segmentów 226 i spowodowana opadania ich z powrotem na narzędzie 226 w wyniku działania elastycznych taśm 242 i 244.

Ziemny świder 12, pokazany na fig. 1, w tym przykładzie wykonania jest świdrem do pobierania próbek rdzeniowych, na przykład w rodzaju produkowanych przez LONGYEAR. Świdry do pobierania próbek rdzeniowych zazwyczaj zawierają oporowy pierścień 252 osadzony w dolnym końcu świdra 12. Oporowy pierścień 252 służy do ograniczania ruchu konwencjonalnego cylindra 254 do próbek rdzeniowych (patrz fig. 10 i 11). Czoło cylindra 154 do próbek rdzeniowych spoczywa na oporowym pierścieniu 252 zapobiegając wypadnięciu cylindra 254 ze świdra 12. Cylinder 254 do próbek rdzeniowych używanyjest do pobrania i przechowania próbki rdzeniowej gruntu, w którym prowadzone są wiercenia. Po napełnieniu cylindra 254 wiercenie jest przerywane, świder 12 unoszony jest z dna wierconego otworu w celu oderwania próbki rdzeniowej, a następnie cylinder 254 do próbek rdzeniowych wyciągany jest poprzez świder 12 przy użyciu drucianej liny 256.

Gdy układ 10 używany jest do wymiany na miejscu tylko koronki wiertniczej, konwencjonalny cylinder do pobierania próbek rdzeniowych (nie pokazany) zastępowany jest prowadzącym podzespołem 18, który połączony jest gwintowo z rozszerzaczem 16. W przypadku, gdy układ 10 miałby być użyty również do wymiany na miejscu rozszerzacza, standardowy rozszerzacz 16 jest również usuwany i wymieniany z prowadzącym podzespołem 18'. Wkładki 24 i/lub 24' zawsze znajdują się wewnątrz odnośnych prowadzących podzespołów 18 i 18'. Narzędzia 20 i 20' są opuszczane i wyciągane ze świdra 12 w celu zamontowania i zdemontowania odpowiednio segmentów 22 koronki wiertniczej i segmentów 226 rozszerzacza. Po usunięciu narzędzi 20 i 20' typowy cylinder 254 do próbek rdzeniowych może być opuszczony do świdra 12, który przechodzi przez wkładki 24 i 24' w celu przejęcia próbki rdzeniowej.

Sposób funkcjonowania układu 10 zostanie opisany w odniesieniu do wymiany segmentów 22 koronki wiertniczej.

Prowadzący podzespół 18 wkręcany jest na rozszerzacz 16 typowego świdra 12 do pobierania próbek rdzeniowych. Narzędzie 20 nastawione jest na tryb montażowy poprzez przekręcenie tulei 120 względem pierścienia 126 tak, że występ 130 zazębi się z wybierakowym wgłębieniem 132 w położeniu montażowym. Kołyska 176 jest wysuwana z korpusu 118 i ściska sprężynę 184, która utrzymywana jest w położeniu ściśniętym przez sworznie ustalające (nie pokazane) posiadające końce wysuwane do wnęki 164. W tym układzie zatrzaskowe zapadki montażowe 138 wystają poprzecznie ze szczelin 139 w tulei 120. Segmenty 22 koronki umieszczone sąna kołysce 176 i utrzymywane w odpowiednim położeniu elastyczną taśmą 198 stykającą się z ich drugą powierzchnią równoległą 82 każdego segmentu 22 koronki. Korona 70 każdego segmentu 22 koronki wiertniczej opiera się na blokadzie 182. Wkładka 24 umieszczona jest wewnątrz prowadzącego podzespołu 18 i utrzymywana w gnieździe 30 zaciskiem 62. Wkładka 24 jest tak ustawiona, że ostrza 206 skierowane sąku górze. Szyny 210 wkładki 24 usytuowane są w szczelinach 60, co umożliwia przesuwanie wkładki 24 wzdłuż wnętrza prowadzącego podzespołu 18.

Narzędzie 20 połączone jest z typowąnasiębiemą liną drucianąza pośrednictwem łącznika 124 liny drucianej i umieszczone w tulei transportowej 260 (pokazanej na fig. 15), która ściska

173 620 zatrzaskowe zapadki montażowe 138. Następnie tuleja transportowa 260 wraz z narzędziem 20 opuszczana jest środkiem świdra 12. Obciążnik 262 tulei transportowej 260 (patrz fig. 16) może być przymocowany do górnego końca tulei transportowej 260 w celu zwiększenia prędkości opuszczania narzędzia 20. Opadanie tulei transportowej 260 zostaje zatrzymane przez oparcie na oporowym pierścieniu 252. Jednak narzędzie 20, którego zewnętrzna średnica jest mniejsza niż wewnętrzna średnica pierścienia 252 opada dalej. W miarę jak narzędzie 20 przechodzi przez oporowy pierścień 252 zatrzaskowe zapadki montażowe 138 są odchylane przez sprężynę 150 i wystająprzez szczeliny 139 utworzone w tulei 120. Nośne powierzchnie 152 zatrzaskowych zapadek montażowych 138 stykają się z wierzchołkami 206 powodując obrót narzędzia 20 do chwili osiągnięcia położenia, w którym nośne powierzchnie 152 osadzają się na płaszczyznach 208 oddzielających wierzchołki 206. Obrót narzędzia 20 zapewnia prawidłowe ustawienie w linii segmentów 22 koronki oraz wgłębień 56 prowadzącego podzespołu 18 i rowków klinowych 218 wkładki 24.

Po zderzeniu z ostrzami 206 zatrzaskowe zapadki montażowe 138 zostają nieco cofnięte, co powoduje podobny ruch w tulei 120. W efekcie tego działania rowek 196 zostaje umieszczony nad wgłębieniami 192, a znajdujące się w nich sworznie (nie pokazane) są wciągane do wnęki 164, co pozwala na rozprężenie sprężyny 184. To z kolei powoduje cofnięcie kołyski 176 do wewnątrz korpusu 118. Ósma powierzchnia nachylona 98 każdego segmentu 22 koronki przesuwa się wzdłuż końca 172 w kształcie ściętego stożka i wystaje poprzecznie do korpusu 118 dotykając segmentu 22 (patrz fig. 9). W miarę dalszego obniżania narzędzia 20 występ 90 trzonka 68 dociera do powierzchni styku 32 na prowadzącym podzespole 18.

W miarę opadania w dół narzędzie 20 pociąga za sobąwkładkę 24 w efekcie osadzenia zatrzaskowych zapadek montażowych 138 na powierzchniach 208. Dalszy ruch w dół segmentów 22 koronki wiertniczej jest zatrzymany, gdy występ 90 każdego z segmentów 22 zetknie się z powierzchnią styku 32. Wkładka 24 styka się z tylnymi bokami 96 segmentów 22 koronki i działa tak, że segmenty 22 koronki rozsuwaaąsię na zewnątrz promieniowo, pokonując nacisk elastycznej taśmy 198, przy umieszczeniu segmentów 22 w poszczególnych wgłębieniach 58. Wkładka 24 nadal przesuwa się w dół do chwili osiągnięcia położenia montażowego, w którym rowki klinowe 218 przesuwają się nad segmenty 22 koronki, wskutek czego utrzymuje się segmenty 22 koronki między prowadzącym podzespołem 18. Elastyczna taśma 198 znajduje się we wnęce utworzonej między powierzchnią 44 prowadzącego podzespołu 18 i drugą powierzchnią równoległą 82 segmentów 22 koronki.

Narzędzie 20 może wówczas zostać wciągnięte przy użyciu drucianej liny 256 do oporowego pierścienia 252 w wyniku czego zatrzaskowe zapadki montażowe 138 zostają ściśnięte przez ponowne wciągnięcie przez pierścień 252. Następnie narzędzie 20 ponownie wsuwa się do transportowej tulei 260 i oba elementy zostają całkowicie wyciągnięte ze świdra 12.

Segmenty 22 koronki umocowane wokół prowadzącego podzespołu 18 tworzą koronkę wiertniczą do cięcia gruntu. Typowy cylinder 254 do próbek rdzeniowych może wtedy zostać opuszczony do świdra 12 przy pomocy drucianej liny 256 w celu pobrania próbki rdzeniowej gruntu, w którym prowadzone jest wiercenie. Wkładka 24 ma wymiary umożliwiające przejście przez nią cylindra 254 do próbek rdzeniowych (patrz fig. 10 i 11).

Gdy segmenty 22 koronki umocowane są między prowadzącym podzespołem 18 a wkładką 24 w sposób tworzący koronkę wiertniczą świder 12 opuszczany jest na dno wierconego otworu i uruchomione w celu kontynuowania wiercenia. W odniesieniu do fig. 10, w chwili zetknięcia koron 70 segmentów 22 koronki z dnem otworu, segmenty 22 wpychane są przesuwnie z powrotem, przy czym powierzchnie 34,48 i 52 prowadzącego podzespołu 18 naciskają odpowiednio na piątą powierzchnię pochyloną 86 trzonka 68 i powierzchnie pochylone pierwszą 112 i drugą 114 korony 70 segmentów 22 koronki. W tym trybie (tryb wiercenia) występy 90 rozmieszczone są powyżej powierzchni styku 32. Ruch przesuwny segmentów 22 koronki ułatwiony jest przez powierzchnie równoległe pierwszą 77 i szóstą 88 segmentów 22 koronki, oraz pierwszą powierzchnię równoległą 38 prowadzącego podzespołu 18.

173 620

Układ powierzchni na segmentach 22 koronki i prowadzącym podzespole 18 przenosi ciężar koronki i wewnętrzne/zewnętrzne siły obrotowe powstające podczas wiercenia na prowadzący podzespół 18. Ponadto, działanie utrzymuje wkładkę 24 na miejscu w efekcie działania zaciskowego, jako że najwyżej położona wewnętrzna krawędź każdego segmentu 22 koronki jest lekko dociskana do wewnątrz, do zewnętrznej obwodowej ściany 212 wkładki 24.

Przeniesienie sił między segmentami 22 koronki a prowadzącym podzespołem 18 podczas wiercenia pokazano również na fig. 10 i opisano poniżej. Strzałka A pokazuje kierunek przeniesienia części ciężaru zestawu z korony 70 koronki na prowadzący podzespół 18 podczas wiercenia. Siła A skierowana jest w kierunku podłużnym prowadzącego podzespołu 18 i przykładana do powierzchni 48 i 52. Pozostały ciężar zestawu przenoszony jest poprzez powierzchnię 86 każdego segmentu 22 koronki na powierzchnię 34 każdego z rowków klinowych jak pokazano strzałkąF na fig. 10. Siła ta powoduje również, że segmenty 22 koronki przesuwają się promieniowo do wewnątrz tak, by wywrzeć efekt zaciskowy na wkładkę 24, niezbędny podczas wiercenia.

Zewnętrzne siły promieniowe działające na powierzchnie 108 koron 70 przenoszone na podzespół prowadzący 18 przez powierzchnię 52 pokazani strzałkąB. Siły te działają również na powierzchnie 52 i 48 prowadzącego podzespołu 18. Wewnętrzne siły promieniowe na koronę 70 koronki oraz prowadzące występy 56 przenoszone są na podzespół prowadzący za pośrednictwem powierzchni 48, jak pokazano przy pomocy strzałki C.

Podczas odrywania próbki rdzeniowej (pokazano na fig. 11), gdy świder 12 podnoszony jest z dna odwiertu, segmenty 22 koronki przesuwają się względem prowadzącego podzespołu 18 dopóki występy 90 nie oprą się na powierzchni 32 styku, przy czym powierzchnie 40 i 46 prowadzącego podzespołu 18 opierają się odpowiednio o powierzchnie 84 i 78 segmentów 22 koronki. Cylinder 254 na próbki rdzeniowe również wywiera siłę na powierzchnię 102 segmentów 22 koronki. Siła ta jest przenoszona po przekątnej, nachylona w kierunku dna odwiertu, od segmentów 22 koronki ku prowadzącemu podzespołowi 18, między odpowiednimi parami powierzchni 77 i 46 oraz 84 i 40, jak pokazano strzałkami D, E i G.

Przestrzeń lub odstęp między powierzchniami odpowiednio 78 i 46 segmentów 22 koronki i prowadzącego podzespołu 18 (pokazano na fig. 10) umożliwia promieniowe odchylenie na zewnątrz segmentów 22 gdy cylinder 254 do próbek rdzeniowych wywiera nacisk na segmenty 22 koronki podczas odłamywaniapróbki rdzeniowej. Rozsuwa to segmenty 22 koronki promieniowo dalej od osi 36 podczas odłamywania rdzenia i umożliwia odłamanie próbki rdzeniowej od wierconej formacji skalnej w sposób konwencjonalny za pośrednictwem podnośnika cylindra do próbek rdzeniowych.

Podczas wiercenią, jak opisano powyżej, wkładka 24 ustala segmenty 22 koronki na swym miejscu w efekcie działania zaciskowego, jako że najwyżej położona wewnętrzna krawędź każdego elementu koronki jest lekko dociskana do wewnątrz, do zewnętrznej obwodowej ścianki 212 wkładki 24.

Prowadzenie obrotowe przekazywane jest z prowadzącego podzespołu 18 do segmentów 22 koronki za pośrednictwem prowadzących występów 56.

Smarowanie i chłodzenie koronki zapewnione jest w sposób konwencjonalny cieczą pompowaną do świdra 12 i poprowadzoną wewnętrznymi wodnymi kanałami 222 wkładki 24, co umożliwia cieczy dotarcie do korony 70 segmentów 22 koronki. Jednak chłodzenie przy koronie 70 jest zasadniczo różne od efektu osiąganego przy typowych koronkach wiertniczych. W obecnym układzie 10 zapewnione są niezwykłe szerokie kanały wodne w przerwach utworzonych między sąsiednimi segmentami 22 koronki.

W konwencjonalnych koronkach wiertniczych stosunkowo wąskie kanały lub rowki wycinane sąw koronie w celu umożliwienia przepływu cieczy chłodzącej i smarującej. Odstępy między segmentami 22 koronki według obecnego przykładu wykonania stanowią wzrost szerokości kanałów wodnych rzędu od 300 do 600% w porównaniu z typowymi koronkami wiertniczymi. Jednocześnie znacznie zredukowana jest powierzchnia korony 70. Jest to sprzeczne ze standardową praktyką w dziedzinie konstrukcji koronki. Obecny układ segmentów 22 koronki świdra 12 zapewnia bardziej wydajne wiercenie, gdyż osiągane chłodzenie, wypłukiwanie zanie14

173 620 czyszczeń oraz smarowanie sąbardziej wydajne i przy niższym ciśnieniu pompowania. Konstrukcja korony 70 zapewnia również zwiększoną szybkość penetracji z uwagi na skupienie ciężaru świdra na mniejszej powierzchni tnącej. Wyjątkowo szerokie kanały wodne między sąsiednimi segmentami 22 koronki rozwiązują też problem zapychania kanałów wodnych koronki i strat w cyrkulacji spowodowanych tępieniem korony koronki lub zanieczyszczeniem zwiercinami.

W celu wyciągnięcia i wymiany segmentów 22 koronki świder 12 jest wstępnie podnoszony na niewielkąwysokość nad dnem odwiertu w celu odłamania próbki rdzeniowej ze skalnej formacji 264. Cylinder 254 na próbki rdzeniowe jest następnie usuwany ze świdra za pomocą drucianej liny 256 w sposób konwencjonalny.

Narzędzie 20 umieszczane jest w położeniu demontażowym poprzez obrócenie w przeciwnym kierunku tulei 120 tak, że demontażowe wgłębienia 134 zazębiają się z występem 130. W efekcie szczeliny 155 ustawią się w linii z demontażowymi zatrzaskowymi zapadkami 154, które się całkowicie rozprężają i wystają poza powierzchnię tulei 120. Narzędzie 20 zostaje umieszczone w transportowej tulei 260 i opuszczone poprzez świder 12. Po dotarciu do oporowego pierścienia 252 opadanie tulei 260 zostaje zatrzymane lecz narzędzie 20 opada dalej przez oporowy pierścień 252, odsłaniając zatrzaskowe zapadki montażowe 138 i demontażowe 154, które stykają się z wewnętrzną obwodową ścianą świdra 12.

Narzędzie 20 wchodzi następnie we wkładkę 24 w wyniku czego demontażowe zatrzaskowe zapadki 154 zostają ściśnięte poprzez zetknięcie z wewnętrzną obwodową ścianąwkładki 24. Montażowe zatrzaskowe zapadki 138 stykają się z ostrzami 206 obracając narzędzie do prawidłowego ustawienia wewnątrz prowadzącego podzespołu 18. Gdy demontażowe zatrzaskowe zapadki 138 oprą się na płaszczyznach 208 demontażowe zatrzaskowe zapadki 154 wsuwają się do szczelin 214 wkładki 24. Kołyska 176 znajduje się w położeniu wysuniętym ze sprężyną 184 ściśniętą, a nakrętką 186 zablokowaną przed przemieszczaniem liniowym sworzniami ustalającymi (nie pokazane), umieszczonymi we wgłębieniach 192. Kołyska 176 umieszczona jest centralnie wobec segmentów 22 koronki z blokadą 182 umieszczoną poniżej koron 70 koronki. Gdy obecnie narzędzie 20 zostanie nieco uniesione przy pomocy drucianej liny 256 demontażowe zatrzaskowe zapadki 154 wyciągają wkładkę 24, która przesuwa się wzdłuż szczelin 60 w prowadzącym podzespole 18. Jednocześnie segmenty 22 koronki zostająuwolnione i opadająna kołyskę 176 w wyniku ściągnięcia elastycznych taśm 198. Podczas dalszego wciągania w górę narzędzia 20 demontażowe zatrzaskowe zapadki 154 odłaczają się automatycznie od wkładki 24 poprzez ściśnięcie stożkowych powierzchni 65 na zacisku 62.

W miarę dalszego ruchu w górę narzędzia 20 wychodzi ono z wkładki 24 i zatrzaskowe zapadki, tak montażowe 138 jak i demontażowe 154 stykają się z wewnętrzną obwodową ścianą świdra 12. Po dotarciu do oporowego pierścienia 252 montażowe zapadki zatrzaskowe 138 zostają ponownie ściśnięte z pokonaniem działania odchylającego sprężyny 150 tak, by mogły przejść przez pierścień 252. W celu ściśnięcia demontażowych zatrzaskowych zapadek 154 powierzchnie 162 wraz z powierzchnią dolnego końca oporowego pierścienia 252 posiadają sfazowania lub powierzchnie stożkowe tak, aby docisk demontażowych zatrzaskowych zapadek 154 do pierścienia oporowego z zastosowaniem siły skierowanej do góry dało w rezultacie ściśnięcie demontażowych zapadek zatrzaskowych tak, by mogły one przejść przez oporowy pierścień 252.

Narzędzie 20 następnie wchodzi ponownie do transportowej tulei 260 i wraz z nią wyciągane jest na powierzchnię. Segmenty 22 koronki mogą być usunięte z kołyski 176 i nowe segmenty 22 koronki mogąbyć na niej umieszczone w celu zamontowania w prowadzącym podzespole 18.

Wymiana na miejscu elementów 226 rozszerza przy pomocy dodatkowego narzędzia 20' rozszerzacza, pomocniczego prowadzącego podzespołu 18' i pomocniczej wkładki 24'jest zasadniczo identyczne jak opisano powyżej w odniesieniu do segmentów 22 koronki. Jedynąpoważniejszą różnicę stanowi funkcjonowanie kołyski 176'. Wracając do fig. 2, segmenty 226 rozszerzacza umieszczane są we wgłębieniach 227 kołyski 176. Gdy zatrzaskowe zapadki montażowe 138 uderzą o ostrza 206 wkładki 24', tuleja 120' spychanajest do tyłu, to znaczy ku górze i odpowiednio, występy 232 tulei 120' opierają się na występach 238 płytki 236.

173 620

Powoduje to przesunięcie segmentów 226 rozszerzacza wzdłuż pochylni 228 tak, by wstęp 240 przebiegał poprzecznie do zewnętrznej powierzchni tulei 120'. W ten sposób występ 240 może się zetknąć z powierzchnią 32' styku w celu zatrzymania dalszego ruchu w dół segmentów 226 rozszerzacza. Demontaż segmentów 226 rozszerzacza odbywa się w taki sam sposób jest segmentów 22 koronki.

Gdy niezbędne jest włączenie wymienionych segmentów rozszerzacza w świdrze 12 typowy rozszerzacz 16 zostaje zastąpiony prowadzącym podzespołem 18'. Segmenty 226 rozszerzacza zazwyczaj wymieniane byłyby łącznie z segmentami 22 koronki przez połączenie drucianej liny 234 narzędzia 20' z łącznikiem 124 liny drucianej narzędzia 20. Pozwala to na względny ruch obrotowy narzędzi 20 i 202 Mimo, iż wymiana elementów koronki i rozszerzacza następowałaby j ednocześnie, elementy rozszerzacza nie byłoby wymieniane tak często j ak elementy koronki. W przypadkach, gdy segmenty 226 rozszerzacza nie są wymieniane, narzędzie 20' pozostaje w położeniu montażowym a na kołysce 176' nie umieszcza się segmentów 226 rozszerzacza.

173 620

Fifr ©A

/-16 5C

173 620

in ¢8 ™ Cn (5} tri

173 620

hi G SA

FTCr SS

173 620

242

244

F/6 4

173 620

Γ/& ΙΟ

173 620

O

O} <N

173 620

CM

173 620 \Ο

F& 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ do wymiany na miejscu segmentowych koronek wiertniczych i/lub rozszerzaczy świdrów do pobierania próbek rdzeniowych, zawierający dostosowany do łączenia z dolnym końcem świdra, prowadzący podzespół, który ma gniazdo usytuowane na obwodzie jego wewnętrznej powierzchni, przy czym w gnieździe są umieszczone segmenty koronki wiertniczej i/lub rozszerzacza w ich położeniu roboczym, znamienny tym, że w prowadzącym podzespole (18) jest osadzona cylindryczna wkładka (24), przy czym wkładka (24) jest zamontowana suwliwie od położenia montażowego, w którym segmenty (22, 226) są ustawione w gnieździe (30) prowadzącego podzespołu (18) i pomiędzy nim i wkładką (24), do położenia demontażowego, w którym wkładka (24) jest usytuowana w oddaleniu od segmentów (22, 226).
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że gniazdo (30) ma szereg powierzchni pochylonych (34,40,42,46,48) i równoległych (38,44) względem osi (36) prowadzącego podzespołu (18) utworzonych na wewnętrznej ściance obwodowej.
3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że naprzeciwko powierzchni pochylonych (34, 40,42,46,48) i równoległych (38,44) gniazda (30) prowadzącego podzespołu (18) sąusytuowane odpowiednio powierzchnie pochylone (7<^, 78,80,84,86,88) i równoległe (77,82) ukształtowane na segmentach (22) koronki wiertniczej w ich położeniu ustalonym, przy czym segmenty (22) są zamontowane przesuwnie względem prowadzącego podzespołu (18) w położeniu roboczym świdra (12).
4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że dolna część segmentów (22) koronki wiertniczej jest odchylona w kierunku promieniowym od środkowej osi (36) prowadzącego podzespołu (18) i opiera się na wewnętrznej obwodowej ściance prowadzącego podzespołu (18) w położeniu roboczym świdra (12) przy pobieraniu próbek rdzeniowych i podnoszenia go w otworze do góry.
5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że każdy segment (22) ma koronę (70) z czoło wąpowierzchniątnącą(72) oraz czołowąpowierzcłmiątylną, na której uformowane sąpowierzchnie (76, 112) dopasowane do powierzchni (48, 52) ukształtowanych na prowadzącym podzespole (18) i stykające się z nimi w położeniu roboczym świdra (12).
6. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że pierwsza powierzchnia pochylona (34) prowadzącego podzespołu (18) styka się z piątą powierzchnią pochyloną (86) segmentu (22) w położeniu roboczym świdra (12), a segmenty (22) są odchylone promieniowo do wewnątrz i są dociśnięte do wkładki (24).
7. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że gniazdo (30) posiada powierzchnię styku (32) usytuowanąobwodowo wokół wewnętrznej powierzchni prowadzącego podzespołu (18), a z nią stykają się w położeniu roboczym świdra (12) górne końcowe części segmentów (22), przy czym powierzchnia styku (32) jest usytuowana bezpośrednio powyżej usytuowanej najwyżej powierzchni pochylonej (34) gniazda (30).
8. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że w podzespole prowadzącym (18) i w świdrze (12) jest osadzone suwliwie narzędzie (20) przenoszące segmenty (22) do i z prowadzącego podzespołu (18), przy czym narzędzie (20) jestprzestawialne od położenia montażowego, w którym segmenty (22) są na nim osadzone, do położenia demontażu, w którym segmenty (22) znajdują się poza narzędziem (20), a narzędzie (20) jest wyposażone w zatrzaskowe zapadki (138, 154) sczepiane z wkładką (24).

173 620
9. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że część narzędzia (20) przechodzi przez dolną końcową część wkładki (24) i wystaje poza nią, przy sczepianiu zatrzaskowych zapadek (138, 154) z wkładką (24).
10. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, że w położeniu montażowym narzędzia (20) z wkładką (24) są sczepione zatrzaskowe zapadki montażowe (138), a w położeniu demontażowym narzędzia (20) są z nią sczepione zatrzaskowe zapadki montażowe (138) i zatrzaskowe zapadki demontażowe (154), przy czym zatrzaskowe zapadki montażowe (138) są zazębione z wkładką (24) w położeniu narzędzia (20) opuszczonym w świdrze (12), a zatrzaskowe zapadki demontażowe (154) są zazębione z wkładką (24) w położeniu narzędzia (20) podciągniętym do góry na pierwszą wysokość.
11. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że narzędzie (20) jest wyposażone w wybierakowątulej ę (120) do przestawiania narzędzia (20) z położenia montażowego do demontażowego i odwrotnie, przy czym wybierakowa tuleja (120) jest osadzona przesuwnie i obrotowo na korpusie (118) narzędzia (20) i jest wyposażona w szczeliny montażowe (134) i demontażowe (155), przez które przechodzą odpowiednio zatrzaskowe zapadki montażowe (138) i demontażowe (154) w położeniu montażowym bądź demontażowym narzędzia (20).
12. Układ według zastrz. 11, znamienny tym, że zatrzaskowe zapadki montażowe (138) zazębiająsię z wkładką(24) i sądociśnięte do co najmniej jednej z powierzchni oporowych (208) uformowanych w pobliżu górnej końcowej powierzchni wkładki (24).
13. Układ według zastrz. 12, znamienny tym, że górna końcowa część wkładki (24) jest wyprofilowana, a zatrzaskowe zapadki montażowe (138) stykają się z górną końcową częścią wkładki (24) przy obrocie narzędzia (20) wokół jego osi.
14. Układ według zastrz. 13, znamienny tym, że końcowa górna część wkładki (24) jest wyposażona w dwa przeciwległe usytuowane ostrza (206), które stykają się z zatrzaskowymi zapadkami montażowymi (138) obracając narzędzie (20), a powierzchnie oporowe (208) są oddzielone i usytuowane między ostrzami (206) w pobliżu ich dolnych części.
15. Układ według zastrz. 14, znamienny tym, że wkładka (24) wyposażona jest w pierwszą szczelinę (214), w której są umieszczane zatrzaskowe zapadki demontażowe (154), a z nimi współpracuje zespół wyczepiający zatrzaskowe zapadki demontażowe (154) z pierwszej szczeliny (214) w położeniu narzędzia (20) podciągniętym do góry powyżej pierwszej wysokości.
16. Układ według zastrz. 15, znamienny tym, że zespół wyczepiający zawiera stożkową powierzchnię (216) zaciskającą zatrzaskowe zapadki demontażowe (154).
17. Układ według zastrz. 16, znamienny tym, że narzędzie (20) jest wyposażone w kołyskę (176), na której są oparte segmenty (22) przemieszczane w kierunku do i od prowadzącego podzespołu (18).
18. Układ według zastrz. 17, znamienny tym, że kołyska (176) jest zamontowana przesuwnie względem korpusu (118) narzędzia (20) w położeniu montażowym narzędzia (20) zazębionym z wkładką (24).
19. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że segmenty (22) otacza elastyczna taśma (198) ustalająca segmenty (22) na narzędziu (20), przy czym segmenty (22) sąodchylone w kierunku środkowej osi (36) narzędzia (20) w ich ustalonym położeniu tnącym.
20. Układ według zastrz. 18, znamienny tym, że kołyska (176) zawiera wydłużony trzonek (180) wystający z dolnej stożkowej części korpusu (118) narzędzia (20) i osadzony przesuwnie w prowadnicy (174) w korpusie (118), a wokół trzonka (180) jest umieszczona sprężyna (184) cofająca trzonek (180) w prowadnicy (174), przy czym w położeniu montażowym przed połączeniem narzędzia (20) z wkładką(24) sprężyna (184) jest ściśnięta, a trzonek (180) wystaje z prowadnicy (174), zaś górne końcowe części segmentów (22) spoczywają na stożkowym końcu (172), natomiast po połączeniu narzędzia (20) z wkładką (24) sprężyna (184) jest zwolniona, a trzonek (180) cofnięty w prowadnicy (714), a górne końcowe części segmentów (22) wystająpoprzecznie względem narzędzia (20).
21. Układ według zastrz. 20, znamienny tym, że sprężyna (184) jest połączona z trzpieniami ustalającymi jej położenie, które współpracują z tuleją wybierakową (120), przy czym w

173 620 położeniu tulei wybierakowej (120) sprzężonej z wkładką (24), tuleja wybierakowa (120) jest przesuwna względem korpusu (118) narzędzia (20).