Сигнализатор встречи угольных пластов в процессе бурения

 

СИГНАЛИЗАТОР ВСТРЕЧИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ, включающий забойный датчик с по,лым корпусом, внутренней герметичной капсулой, содержащей подпружиненный инерционный элемент, сменные регулировочные гру.эы к нему и поритевой демпфер с каналом, демпферной жидкостью и дросселем, а также нилиндроконическим гидрозатвором, жестко соединенным с инерционным элементом посредством нгтока, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей забойного да 1чика за счет гтолучения сигналов о границе перехода уго.льного пласта в породу , а также снижения его габарита и металлоемкости за счет совмещения гидравлического демпфера колебаний с инерционным элементом, гидрозатвор забойногп датчика выполнен Б виде гильзы, снабженной золотником с кольцевой проточкой и суфлерным каналом, а гильза соедине га с капсулой , при этом в гильзе выполнены подводящие и отводящие каналы с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой золотника, поршень дем11фера совмещен с инерционным элементом, в котором выполнен сквозной канал с дросселем, при| (Л чем демпферная жидкость размещена в капсуле по обе стороны инерционного эле-мента .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ЗсЮ E 21. В 4 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3567367/22-03 (22). 24.03.83 (46) Й.09.84. Бюл. № 34 (72) Б. С. Лобанов (53) 622.232.72 (088.8) (56) 1. Гайдунов 1О. И. и др. Методика и технология кернового опробования угольных месторождений. М., «Недра», 1975, с. 91-! 02.

2. Авторское свидетельство СССР № 945427, кл. Е 21 С 35/24. 1980 (прототип). (54) (57) СИГНАЛИЗАТОР ВСТРЕЧИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В ПРОЦЕССЕ

БУРЕНИЯ, включающий забойный датчик с полым корпусом, внутренней герметичной капсулой, содержащей подпружиненный инерционный элемент, сменные регулировочные грузы к нему и поршневой демпфер с каналом, демпферной жидкостью и дросселем, а также цилиндроконическим

„„SU„„ ШД52 А гидрозатвором, жестко соединенным с инерционным элементом посредством штока, отличающийся тем, что, с цельк расширения функциональных возможностей забойного да гчика за счет получения сигналов о границе перехода угольного пласта в породу, а также снижения его габарита и металлоемкости за счет совмещения гидравлического демпфера колебаний с инерционным элементом, гидрозатвор забойного датчика выполнен в виде гильзы. снабженной золотником с кольцевой проточкой и суфлерным каналом, а гильза соединена с капсулой, при этом в гильзе выполнены подводящие и отводящие каналы с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой золотника, поршень демифера совмещен с инерционным элементом, в котором 9 выполнен сквозной канал с ipneee;iew, причем двмпферная жидкость размещена в ка- Ц J псуле по обе стороны инерционного эле-мента.

1113528 та в породу, что приводит к истиранию отобранной снарядом угольной пробы при ее контакте с забоем в процессе вращения снаряда и, в конечном итоге, искажению результатов кернового опробования угольных пластов.

Целью изобретения является снижение металлоемкости и габарита забойного датчика сигнализатора за счет совмещения гидравлического демпфера колебаний с инерционным элементом, а такжее расширение

Изобретение относится к горному делу, в имеенно к сигнализаторам встречи угольных пластов в процессе бурения скважин, и может быть использовано при геологоразведочных работах на угольных место- рождениях.

Известны сигнализаторы встречи уголь ных пластов, основанные на поверхностном контроле механических параметров бурений (скорости проходки, осевой нагрузки, крутящего момента на приводе буровой колонны и т. п.) 11).

Данные сигналиэаторы недостаточно эффективны при встрече угольных властов на больших глубинах в связи с большим запаздыванием информационного сигнала о встрече угольного пласта, передаваемого с забоя по колонне бурильных труб. Это приводит к частичному или полному пропуску угольных пластов, а в конечном итоге — к снижению качества кернового опробования угольных месторождений и зна- 20 чительным затратам, связанным с дополнительным опробованием пропущенных пластов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является сигнализатор встречи угольных пластов, включающий забойный датчик с полым корпусом, вну-тренней герметичной капсулой, содержащей подпружиненный инерционный элемент, сменные регулировочные грузы к нему и поршневой демпфер с каналом, демпферной жидкостью и дросселем, а также цилиндро. конически м гидрозатвором, жестко соединенным с инерционным элементом посредством штока (2j.

В этом сигнализаторе забойный датчик имееет сравнительно сложную конструкцию, большую металлоемкость и большую длину. Кроме того, данный сигнализатор фор мирует сигнал только о встрече угольного пласта и не позволяет вырабатывать информационный сигнал о переходе бурового снаряда из угольного пласта в породу, что снижает функциональные возможности сигнализатора. Отсутствие возможности подачи указанного сигнала не позволяет с достаточной точностью определять в процессе бурения мощность перебуриваемого угольного пласта или прослоя и не дает воэможности своевременно прекращать бурение при переходе бурового снаряда из угольного пласфункциональных возможностей забойного датчика за счет получения сигналов о границе перехода угольного пласта в породу.

Поставленная цель достигается тем, что в сигнализаторе встречи угольных пластов в процессе бурения, включающем забойный датчик с полым корпусом, внутренней герметичной капсулой, содержащей подпружиненный инерционный элемент, сменные регулировочные грузы к нему и поршневой демпфер с каналом, демпферной жидкостью и дросселем, а также цилиндроконическим гидроэатвором, жестко. соединенным с инерционным элементом посредством штока, гидрозатвор забойного датчика выполнен в виде полой гильзы, снабженной золотником с коль цевой проточкой и суфлерным каналом, а гильза соединена с капсулой, при этом в гильзе выполнены подводящие и отводягцне каналы с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой золотника, поршень демпфера совмещен с инерционным элементом, в котором выполнен сквозной канал с дросселем, причем демпферная жидкость размещена в капсуле по обе стороны инерционного элемента.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема предлагаемого сигнализатора; на фиг. 2 — золотниковый затвор забойного датчика сигнализатора в положении, соответствующем переходу бурового снаряда нз породы кровли в угольный пласт; на фиг. 3 — то же, при переходе бурового снаряда из угольного пласта в породу.

Устройство включает расположенный в скважине над буровым снарядом забойный датчик, содержащий полый корпус 1 с верхним переходником 2, входным каналом

3 и нижним переходником 4 с выходным ка- налом 5, размещенные в корпусе 1 гильзу б с установленным в ней золотником 7 и герметичную капсулу 8 с помещенным в ней инерционным элементом 9, соединенным штоком 10 с золотником 7, а также размещенное на пульте бурового мастера сигнальное устройство 11, снабженное датчиком

12 давления, подключенным к линии нагнетания 13 бурового насоса 14. В корпусе 1 имеется канал для прохода промывочной жидкости к буровому снаряду, включаю-, щвй кольцевые каналы !5 и lб, которые в, зависимости от положения золотника 7 соединяются друг с другом или разделяются.

На золотнике 7 выполнена кольцевая проточка 17, а в гильзе б выполнены подводящие 18 и отводящие 19 каналы, гйдравлически связанные друг с другом через коль- цевую проточку 17 золотника 7. Золотник 7 снабжен уплотнениями 20 и 21, препятствуюшими попаданию промывочной жидкости в надзолотниковую 22 и подзолотниковую 23 полости гильзы 6, сообщенные суфлерным каналом 24, по которому промывочная жид кость, просачивающаяся через уплотнения

I l 1 3528

20 пласта буровой снаряд вместе с забойным 40 датчиком совершает поступательное движение с практически постоянной скоростью.

При этом инерционный элемент 9 находится в среднем исходном положении, при котором кольцевая проточка 7 золотника 7 сообщает каналы 18 и 19 гильзы 6, давая воз50

20 и 21, может перемещаться при движении золотника 7 из полости 22 в полость 23 и наоборот — из полости 23 в полость 22.

Инерционный элемент 9 снабжен пружинной подвеской, включающей верхнюю пружину 25, размещенную в полости 26 капсулы 8, и нижнюю пружину 27, размещенную, в полости 28 указанной капсулы. Инерционный элемент 9 снабжен также гидравлическим поршневым демпфером колебаний, который конструктивно совмещен с самим инерционным элементом, для чего внутренная полость герметичной капсулы 8 и инерционный элемент 9 выполнены цилиндрическими и образуют пару поршень 9 — цилиндр

8, первый из которых служит поршнем лемпфера, а второй — его цилиндром. При этом пружинные полости 26 и 28 капсулы 8 служат гидравлическими поршневыми полостями демпфера, для чего указанные полости заполнены рабочей жидкостью (например, маслом на минеральной основе, трансформаторным масЛом и т. п.) и сообщены друг с другом выполненным в поршневом инерционном элементе 9 каналом 29, в котором уста.новлен регулировочный дроссель 30, обеспечивающий возможность регулирования . степени демпфирования колебаний инерционного элемента 9, вызываемых колебаниями бурового снаряда в процессе бурения.

Для обеспечения выполнения стендовых и, эксплуатационных регулировок линамических характеристик забойного датчика инерционный элемент 9 снабжен набором сменных регулировочных грузов 31. Шток

10 снабжен уплотнением 32, исключающим возможность утечки рабочей жидкости из полости 26 демпфера в полость 23 гильзы

6. Капсула 8 расположена концентрично с корпусом 1 и соединена с последним верхним

33 и нижним 34 ребрами крепления.

Сигнализатор работает следующим образом.

При бурении породы кровли угольного можность промывочной жидкости поступать через кольцевые каналы 15 и 16 и выходной канал 5 к буровому снаряду. Осевые колебания инерционного элемента 9, возбуждаеi"ìûå колебаниями бурового снаряда, сопровождающими процесс разрушения горнон породы, гасятся за счет сил сопротивления вязкого трения рабочей жидкости демпфера, перетекающей из полости 26 в полость 28 и в обратном направлении по зазору между инерционным элементом 9 и капсулой S u по каналу 29 через дроссель 30 в процессе колебания инерционного элемента 9.

Прн переходе бурового снаряда из породы кровли в угольный пласт скорость поступательного перемещения бурового снаряда и соединенного с инм забойного датчика резко возрастает, вследствие чего корпус 1. забойного датчика получает ускорение. При этом инерционный элемент 9 в силу инерций стремится сохранить свое начальное положение, что вызывает перемещение корпуса 1 вниз oTKo(.èòåëüíî инерционного элемента 9 и, соответственно, перемещение гильзы 6 вниз относительно золотника 7, улержнваемого инерционным элементом 9.

Это приводит к перекрытию нижним пояском золотника 7 выходного канала 19 гил зы 6, вызывающему разобщение каналов

15 и 16 н перекрытие потока промывочной жидкости в забойном датчике (фиг. 2), формирующее импульс лавления по столбу про; мывочной жидкости в колонне к поверхностному датчику 12 давления. Выходной сигнал латчика 12 поступает на сигнальное устройство II, которое подает информацион-. ный (светово", звуковой, визуально-наблюдаемый и т. и.) сигнал о встрече угольного пласта. После подачи сигнала бурение прекращают, буровой снаряд поднимают из скважины, забойный датчик соединяют с двойным колонковым снарядом, предназначенным лля отбора керновых проб угля, и производят перебурку угольного пласта (при перебурке некондиционных угольных пластов и прослоев сплошным забоем без отбора керновых проб данная операция не произволится и после встречи угольного пласта бурение может не прекрагцаться).

В процессе перебурки угольного пласта инерционный элемент 9 и золотник 7 находятся в своем среднем исхолном положении (фиг. I ), обеспечивая прохождение промывочной жидкости по каналам I5, 16 и 5 к буровому снаряду.

При переходе бурового снаряда из угольного пласта в породу скорость поступательного перемещения бурового снаряда и забойного датчика резко снижается, вследствие чего корпус 1 забойного датчика начинает лвигаться с замеллениехп Еlри этом в силу инерции элемента 9 корпус 1 перемещается вверх относительно последнего и, соответственно, гильза 6 перемещается вверх отнoситеельно золотHèка 7, удерживаемого инерционным элементом 9, что приводит к перекрытию верхним пояском золотника 7 входного канала 18 гильзы 6, вызывающему разобщение каналов 15 и 16 и перекрытие потока промывочной жилкости в забойном датчике (фиг. 3), формирующее импульс давления, воспринимаемый датчиком 12 давления, выдающим выхолной сигнал на сигнальное устройство 11, информирующее бурового мастера об окончании перебурки угольного пласта.

lll3528

2 б

Предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию и снизить металлоемкость н осевой габарит (длину) забойного датчика сигналнзатора за счет совмещения в его забойном датчике гидравлнческого демпфера с инерционным элементом. Вместе с тем, предлагаемое техническое решение расширяет функциональные воэможности сигналнзатора эа счет обеспечения воэможности подачи информационного сигнала о переходе бурового снаряда из угольного пласта в породу, что позволяет повысить точность определения в процессе бурения мощности перебурнваемого угольного пласта или прослоя и дает возможность своевременно прекращать бурение прн переходе бурового снаряда нз угольного пласта в породу, благодаря чему исключается возможность истирания и разрушения отобранной снарядом угольной пробы прн ее контакте с забоем в процессе вращения снаряда, что позволяет повысить достоверность результатов кернового опробования угольных месторождений.

f 1 I 3528

7

/5

/7

Ю

f5

lб !

/Р б

1917

/б

7 фо2. Д

Составитель И. Наэаркииа

Редактор М. Бандура Техред И. Верес. Корректор Г. Решетник

Закаэ 6200/27 Тираж 564 .Подписное

ВНИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Рву шская иаб., д. 4/5

Филиал ППП Патент>, f. Ужгород, ул. Проектная, 4