Устройство для определения давления горных пород в скважинах

 

Изобретение предназначено для исследования напряженного состояния -х-.... /уИ. 77:/-Y.i/-:/ V: :/ ф.г.2 массива горных пород. Цель изобретения - повьппение точности определения давления за счет обеспечения постоянного контакта только заданной длины устройства со стенкой скважины (СС) 13 и равномерного распределения давления по всей длине. Устройство содержит эластичную оболочку в виде тора (т)1, н адетого на стержень (с) 2 и контактирующего с упругим эластичньм стаканом 3, На концах С 2 установлены жесткие цилиндрические корпуса 4. В каждом из них выполнены две пары пазов 5, в (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН ()9) (И1

SU (59 4 1

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ фие.2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3909375/22-03 (22) 07.06. 85 (46) 30.11.86. Бюл. В 44 (71) Институт горного дела АН КазССР (72) 0,П.IIoMamea, М.N.Сыздыков, М.Ш.Болгожина и Ж.Б.Бибосынов (53) 622.35(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 796421, кл. Е 21 С 39/00, l979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВ ,ПЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД В СКВАЖИНАХ (57) Изобретение предназначено для исследования напряженного состояния массива горных пород. Цель изобретения — повьппение точности определения давления за счет обеспечения постоянного контакта только заданной длины устройства со стенкой сква. жины (СС) 13 и равномерного распределения давления по всей длине.

Устройство содержит эластичнув оболочку в виде тора (Т) l, надетого на стержень (С) 2 и контактирукщего с упругим эластичным стаканом 3. На концах С 2 установлены жесткие цилиндрические корпуса 4. В каждом из них выполнены две пары пазов 5, в

l 2735 которых с возможностью перемещения установлены уплотнительные секторы

6. Параллельно С 2 установлены С 7, попарно связанные пружинами 8 и соединенные а полостью Т 1 через толкатели 12, Для обеспечения минимального зазора между СС 13 и устройством на концах С 2 посредством контргаек закреплены упругие пластины 9. Полость Т 1 через трубопровод связана с источником давления среды. По мере увеличения объема закачиваемой в Х 1 жидкости его стен- ки расширяются в сторону СС 13 и в сторону С 2. Стаканы 3, расширяясь, прижимаются к СС 13 и к обращенным к ним торцам корпусов 4. При этом

52 дополнительные С 7, вставленные в сквозное предельное отверстие Т.;1, попарно разжаты пружинами 8 и перемещаются относительно С 2 и друг друга, касаясь стенок Т 1 по всей длине. При достижении у Т 1 рабочего давления все разжатые С 7 прижимаются к С 2. Концы С 7 через толкатели 12 выдвигают секторы 6 к СС 13.

Радиусы кривизны их внешней и внутренней поверхностей равны радиусам скважин и центрального отверстия тора, При полном выдвижении все секторы 6 вступают в контакт со СС 13 и, прижимаясь к ней, полностью перекрывают кольцевой зазор между СС

l3 и корпусом 4, 3 ил, Изобретение относится к устрой.ствам, используемым для определения лараметров горных пород путем измерений в скважинах.

Цель изобретения — повышение точ- 5 .ности эа счет обеспечения постоянного контакта точно заданной длины устройства со стенкой скважины и равномерного распределения давления.

На фиг, 1 показано устройство для определения давления горных пород в скважинах; на фиг. 2 — устройство в рабочем состоянии при измерении в скважине; на фиг, 3 — узел секторов.

Устройство содержит эластичную оболочку, выполненную в виде тора надетого на стержень 2, стаканы 3 иэ упругого эластичного материала, контактирукицие с тором 1, жесткие, цилиндрические корпуса 4, в каждом Ю из которых выполнены две пары пазов

5, уплотнители в форме секторов 6, установленные с возможностью перемещения в пазах 5, дополнительные стержни 7, установленные параллель- 2S но стержню 2 и попарно связанные пружинами 8, торцовые круглые пластины 9, закрепленные на концах стержня 2 посредством контргаек 10> источник (не показан) давления сре- щ ды, связанный через трубопровод 11 с полостью тора 1. Стержни 7 через толкатели 12 соединены с секторами

6. В скважину 13 устройство досылается с помощью штанг (не показаны), прикрепляемых к стержню 2.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливают на заданном расстоянии от устья пробуренной скважины 13 и по напорному трубопроводу ll в него накачивают жидкость, которая заполняет замкнутый внутренний объем тора 1 °

По мере увеличения объема закачиваемой жидкости стенки .эластичного тора 1 начинают расширяться в радиальных направлениях как в сторону стенки скважины 13, так и в сторону центрального стержня 2,При этом стенки тора 1, направленные радиально от продольной оси устройства, расширяют эластичные стаканы 3, которые прижимаются к стенке скважины 13 и к торцам корпусов

4, обращенных к стаканам Э. Внутренние стенки тора 1, расширяющиеся в сторону стержня 2, перемещают две пары стержней 7, вставленные в сквозное продольное отверстие тора 1 параллельно друг другу и центральному стержню 2. Стержни 7 касаются стенки тора 1 по всей длине, попарно разжаты пружинами 8, .проходящими через сквозные диаметральные отверстия центрального стер-

1жня 2, При достижении рабочего внут1273552 реннего объема все разжатые стержни 7 вдоль всей длины отверстия тора 1 параллельно прижимаются к центральному стержню 2. Раэжимающие пружины 8 при этом полностью помещаются в диаметральных сквозных отверстиях центрального стержня 2. При таких перемещениях двух пар стержней 7 к цейгральному стержню 2 их концы, Г-образно соединенные с толкателями 12, через толкатели 12 выдвигают секторы 6 строго в радиальных направлениях перпендикулярно к стенке скважины 13. Толкатели 12 расположены попарно и могут переме10 щаться один в другом в противоположD и 6 — соответственно диаметры скважины 13 и корпусов 4, Сквозное отверстие тора 1 имеет диаметр, равный (D-6)+6 -, где d ., - диаметр центрального стержня 2, что обеспечивает достаточный выход секторов 6 и полное закрытие кольцевого зазора.

1(аждый сектор 6 является 1/4 круга, соответствующего сечению скважины

13, поэтому при выходе всех секторов 6 из их пазов 5 íà (D-d)/2 ради,усы их попарно совпадают и идут параллельно друг другу вдоль одной прямой.

При работе в скважине секторы 6 толщиной 5-6 мм надежно закрывают

S0

S5 ных радиальных направлениях. Выдвигаемь1е толкателями 12. секторы 6 имеют внешнюю кривизну 111 „ и внутрен-!

/ нюю кривизну jg,, где R „и R — 20 соответственно радиусы скважины 13 и продольного сквозного отверстия тора !. Таким образом, при полном выдвижении всех четырех секторов 6 последние своими внешними контура- 25 ми образуют полную окружность,вступающую по всей длине в контакт со стенкой скважины 13 и прижимающуюся к ней. При этом секторы 6 полно1стью перекрывают кольцевой зазор, образующийся между стенкой скважйны

13 и корпусами 4. Такое полное за- крытие зазора обуславливается еще тем, что внутренний диаметр сквозного продольного отверстия тора 1 выбирается таким образом, что расстояние .между центральным стержнем

2 и стержнями 7 равно высоте зазора между стенкой скважины 13 и внешним контуром устройства, т.е. перемещение стержней 7 с толкателями 12 до центрального стержня 2 должно быть равно величине - (D-6)/2, где зазоры между устройством и стенкой скважины. Это достигается тем, что секторы изготовлены из прочной стали и не полностью выходят из своих пазов 5. Смещенность каждой пары пазов 5 вдоль оси относительно друг друга и относительно торца корпуса 4 íà 10-12 мм обеспечивает устойчивость работы корпусов 4 беэ деформаций при воздействии на них сжимающих сил в осевом направлении.

При точном подборе диаметра сменных круглых пластин 9, позволяющих получить минимальный зазор между стенками скважины 13 и устройства, и прочном установлении их на концах центрального стержня 2 достигается точно заданная рабочая упруго-эластичная длина устройства, которая равна расстоянию между серединами корпусов 4 и сохраняется постоянной при работе в скважине, Выдвинутые секторы 6 надежно сохраняют постоянство рабочей длины устройства, что обуславливает точность измерения давления в скважине.

При этом также достигается равномерное распределение давления внутри замкнутого объема тора 1, В случае достижения внутри тора 1 давления, соответствукицего давлению нетронутого массива горных пород, весь упругий рабочий объем вдоль всей рабочей длины устройства находится под достигнутым в торе 1 давлением. В процессе же измерения в скважине любые изменения давления передаются на весь рабочий упругий объем устройства, что также обуславливает точность измерения давления.

Формула изобретения

Устройство для определения давления горных пород в скважинах, содержащее стержень с резьбой на концах, упругую эластичную оболочку с отверстием, надетую.на стержень, стаканы, установленные на концах стержня и контактирующие с эластичной оболочкой и источник давления среды, соединенный посредством трубопровода 1 с эластичной оболочкой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности путем обеспечения постоянного контакта точно заданной длины устройства со стенкой скважины и равномерного рас1пределения давления, оно снабжено

5 1273552 4 установленными на концах стержня . . ке и щели в корпусах, и двумя смей.жесткими цилиндрическими корпусами, ными пластинами, закрепленными на в каждом из которых в двух взаимно, концах основного стержня, при этом перпендикулярных диаметральных Hà- эластичная оболочка выполнена в ви-. правлениях ср смещением вдоль оси g де тора, стакана выполнены иэ упрувыполнены две пары пазов, а в обра- гого эластичного материала и имеют щенном к стакану торце две пары ще щели для дополнительных стержней на лей, уплотнителями в виде секто- торцовых поверхностях, концы дополров, установленных с воэможностью нительных стержней посредством толперемещения в пазах секторов, четырь" 10 кателей связаны с секторами, а рамя попарно подпружиненными дополни диусы кривизны внешней и внутренней, теЛьными стержнями, установленными поверхностей секторов равны соответпараллельно основному стержню и про- ственно радиусам скважины и центходящими через отверстие в оболоч- рального отверстия тора. фие. t

Составитель В.Тальвойш

På а едактор M,Öèòêèíà Техред В.Кадар Корректор Л. Пилипенко

Заказ 6403/28 Тираж 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб ., д. 4/5 ,Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4