Устройство для бурения и пенетрационного каротажа грунтов

 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для получения информации о физико-механических свойствах грунтов в процессе проходки скважины. Цель изобретения - повышение надежности. Пая этого на буровом наконечнике 10 установлен рычаг 20 с JJ сл 4ь о 00

ÄÄSUÄÄ 1434103 А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .РЕСПУБЛИН

1 (gi> 4 F. 21 С 39700. E 21 В 49/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

57 гг

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO-ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4162857/22-03 (2 ) 15. 12. 86 (46) 30.10. 88. Бкл. 11 -40 (71) Всесоизный научно-исследовательский институт гидро геоло гии и инженерной геологии (72) Л.В.Селиванов, Т.А.Грязнов и С.И.Вишневский (53) 622.242.3 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1134713, кл. E 21 С 39/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ И IIFHEТРАЦИОННОГО КАРОТАЖА ГРУНТОВ (57) Изобретение относится к горному делу и предназначено для получения информации о физико-механических своиствах грунтов в процессе проходки скважины. Цель изобретения — повышение надежности. Для этого на буровом наконечнике 10 установлен рычаг 20 с ,И

1434103 хода рабочей жидкости и датчиком 6 величины крутящего момента, а выходы — с блокбм 2 управления, стабилизатором 4 расхода рабочей жидкости и дополнительным накопителем 7 информации, бурильную колонну 9 с буровым наконечником 10, гидроцилиндр 1 1 с поршнем 12, жестко закрепленный в бурильной колонне так, что между ним и бурильной колонкой образована кольцевая полость 13, сообщенная с подпоршневой полостью гидроцилиндра 11 через окно 14 в его корпусе, измерительный зонд 15 с уширительным коль цом 16, соединенный с поршнем 12 гидроцилиндра 11, накопитель 17 информации, расположенный в поршне 12, ряд герконов 18, установленных вдоль внутренней поверхности корпуса зонда

О 15 и электрически связанных с накопителем 17 информации, кольцевой маг" нит 19, установленнь1й на буровом на" конечнике 10 и охватывающий измерительный зонд 15, рычаг 20 с фиксато5 ром 21 и клапаном, установленный на

1 бое, разрез. 15 фиксатором 21 и клапаном с возможностью поворота. Устр-во имеет шток

22 распределительного золотника, выполненный полым с радиальными окнами

24 и 25 у торцов и открытым нижним торцом 23. Последний сообщен с надпоршневой полостью (П) 28 гидроцилиндра 11, надпоршневая П 31 и подпоршневая П 34 золотника сообщены соответственно с П 33 бурильной колонны и затрубным пространством. Окна 24, 25, сообщены с кольцевой П 13 между гидроцилиндром 11 и колонной 9 и распо= ложены на расстоянии, меньшем высоты поршня 12 на суммарную ширину окон

24,25. Устр-во содержит буровой наконечник 10, в стенке которого в зоне канала выхода измерительного зонда

15 выполнены два отверстия 38, В одном из последних расположен фиксатор

21, контактирующий с уширительным кольцом 16 зонда 15, другое перекрывается клапаном рычага 20. Для повышения точности оценки глубины внедрения зонда вдоль внутренней поверхности

Изобретение относится к горному

1 делу, в частности к устройствам, обеспечивающим получение информации о физико-механических свойств ах грунт ов в процессе проходки скважины.

Цель изобретения - повышение надежности, точности оценки глубины внедрения зонда, а также производительности .и точности измерения физико-механических свойств грунтов.

На фиг.l показана блок-схема устройства для бурения и пенетрационного каротажа грунтов; на фиг.2 — бурильная колонна, расположенная s заУстройство содержит буровой агрегат 1 с блоком 2 управлeíèÿ и насосом 3, стабилизатор 4 расхода рабочей жидкости и датчик 5 расхода рабочей жидкости, соединенные с насосом 3, датчик 6 величины крутящего момента, связанный с буровым агрегатом 1, дополнительный накопитель 7 информации, микропроцессор 8, входы которого соединены с датчиком 5 расзонда 15 установлен ряд герконов 18, электрически связанных с накопителем

17 информации и кольцевым магнитом

19. Последний установлен на наконечнике 10 и охватывает зонд 15, Накопитель 17 размещен в поршне 12, что позволяет обойтись без линии связи с поверхностью н этим снижается расход энергии от аккумуляторов зонда 15.

Для повышения производительности и точности измерения физико-механических свойств грунтов устр-во имеет микропроцессор„ датчик расхода, датчик ae"" личины крутящего момента, стабилизатор расхода рабочей жидкости и дополнительный накопитель информации. От" метчик глубины в качестве которого используют герконы IB с магнитом 19, прост конструктивно и позволяет автоматизировать включение и выключение литания зонда 15. Он имеет постоянную скорость вдавливания и тем самым обеспечивает точность измерений показателей свойств грунта. 2 з,п. ф-лы, 2 ил, 1434103 буровом наконечнике 10 с возможностью поворота, и распределительный золотник, включающий полый шток 22 с открытым нижним торцом 23 и радиальными окнами 24 и 25 у торцов, пружину 26, 5 взаимодействующую со штоком 22, и поршень 27. Полость штока 22 через открытый торец 23 сообщена с надпоршневой полостью 28 гидроцилиндра 11 и через окно 25 и канал 29 может сообщаться с затрубным пространством

30. Надпоршневая полость 31 распределительного золотника сообщена через окна 32 с полостью 33 бурильной колонны 9, а подпоршневая полость

34 сообщена каналом 35 с затрубным пространством 30. В боковой поверхности корпуса распределительного золотника выполнены окна 36 и 37, сообщенные с кольцевой полостью 13 и расположенные на расстоянии, меньшем высоты поршня 27 золотника на суммарную ширину. окон 36 и 37. В стенке бурового наконечника 10 в зоне канала выхода измерительного зонда 15 выполнены два отверстия 38: в одном иэ отверстий расположен фиксатор 21, взаимодействующий с уширительным кольцом 16 зонда 15, а другое от- 3О верстие 38 установлено соосно и перекрывается клапаном рычага 20.

Устройство работает следующим образом.

Бурильная колонна 9 обычным способом забуривается в грунт.На заданном уровне бурение прекращается (на фиг.2 колонна 9 изображена в исходном состоянии). В бурильную колонну

9 насосом 3 (фиг.1)подается вода нод давлением Р1, обеспечиваки им вдавливание зонда 15 в грунты, имеющие прочность,до 3-й категорииГ буримости, Усилие поджатия пружины 26 выбрано таким, чтобы под воздействием давления Р, поршень 27 со штоком 22 золот45 ника оставались в исходном состоянии.

Вода из полости 33 через окно 24, полый шток 22 и его нижний открытый торец 23 поступает в надпоршневую полость 28 гидроцилиндра 11, толкая поршень 12 вниз, При этом вода иэ подпоршневай полости гидроцилиндра

11 через окна 14, кольцевую полость

13, окно 36, подпоршневую полость ,34 золотника и канал 35 вытесняется ,в затрубное пространство 30. Под давлением зонда 15 с уширительным кольцом 16 фиксатор 2 1 отходит, освобождая зонд 15, и возвращается до упора, перекрывая клапаном рычага 20 отверстие 38 ° Информация, получаемая иэ мерительным зондом 15 в процессе его вдавливания в грунт, поступает в накопитель 17 информации. Одновременно туда же поступают импульсы, вырабатываемые рядом герконом 18, взаимодействующих с кольцевым магнитом 19. Первое поступление сигналов от цепи герконов

18 включает энергопитание схемы зонда

15, к моменту входа наконечника зонда

15 в забой схема готова к работе.Прекращение поступления импульсов от цепи герконов 18 является командой на выключение питания схемы. Некоторые в функциональные узлы, например накопитель 17 информации, могут оставаться при необходимости под напряжением.

Микропроцессор 8 анализирует сигнал, поступающий от датчика 5 расхода рабочей жидкости и выдает управлякиций сигнал на стабилизатор 4 расхода рабочей жидкости, стабилизируя тем садним скорость вдавливания зонда 15, Одно временно микропроцессор 8 переводит величину расхода в глубину вдавливания зонда 15 и передает эту информацию на дополнительный накопитель 7 информации и на цифровое табло, на котором индицируется глубина каротажа з-а текущий цикл и суммарная глубина каротажа по скважине. При достижении поршня 12 с зондом 15 крайнего нижнего положения или возрастания лобового сопротивления грунта до заднего предела расход рабочей жидкости прекращается. Эта информаа ция поступает от датчика 5 на микропроцессор 8, который вырабатывает управляюший сигнал и передает его в блок 2 управления. Меняется режим работы насоса 3, который через паузу, необходимую для срабатывания выключателя питания схемы зонда 15, начинает подавать рабочую жидкость под давлением Р . При его воздействии -поршень ?7 золотника перемещается в крайнее нижнее положение, сначала перекрывая окно 36, соединяющее подпоршневую полость гидроцклиндра

11 с затрубным пространством 301 затем открывая окно, соединяющее ее с поло стью 33. Одновременно s акрыв ается верхнее окно 24 штока 22 золотника и открывается нижнее окно 25, тем самим рабочая жидкость под давлением Р поступает через окна 32

5 1434 и 3?, кольцевую полость 13. окна 14

В подпоршневую полость гидроцилиндра 11,заставляя поршень 12 с зондом

15 перемещаться вверх. Вода иэ надпоршневой полости 28 гидроцилиндра

5 11 через шток 22, окно 25 и канал

129 вытесняется в эатрубное пространство 30. Ил, глина, налипание на корус зонда 15 смываются струей, проодящей через зазор между корпусом онда 15 и буровым наконечником 10. ри подходе поршня 12 к крайнему ерхнему положению уширительное кольо 16, взаимодействуя с ф» .ксатором

1, полностью открывает отверстие 38 затем фиксирует зонд 15 в верхнем оложе нии, частично прикрыв ая о тв ер с= ие 38, При полном открытии отверсия 38 расход рабочей жидкости езко увеличивается, Гоответствуюй сигнал с датчика 5 расхода посупает в микропроцессор 8, вырабатыающий сигнал управления для блока управления, который переключает 2В уровой агрегат 1 в режим бурения. атчик 6 величины крутящего момента

t ередает информацию через микропроессор 8 на дополнительный накопитель информации. Промывочная жидкость Зо ри бурении поступает к долоту через иоткрытое отверстие 38. При достиении заданного интервала глубины урение прекращается, цикл повторяетЯ, Благодаря тому, что поршень 27 и

Зб »ток 22 золотника одновременно выпол» яют функции управления и коммутации каналов движения рабочей жидкости, их конструкция значительно упро". щается и повышается надежность. При переключении золотника в режим извлечения зонда 15 в момент закрытия окфа 24 и открытия окна 25 появляется дополнительная сила, равная произведению давления воды Р н.а площадь пойеречного сечения штока 22 золотника,, улучшающая устойчивость золотника в !

»!ереключенном состоянии. Введение окна 36 между кольцевой полостью 13

59 я подпоршневой полостью 34 золотника, а также перекрытие отверстия 38 клапа»ном улучшает надежность работы устфойства в режиме вдавливания зонда

15, так как вода из-под поршневой пс.йости гидроцилиндра 11 вытесняется

5В

Йе под долото, а в затрубное прост, ранство 30 выше гидроцилиндра 11.

Этим достигается снижение гндравли103 ческих потерь и ликвидируется вредная выт ал кивающая сила.

Размещение накопителя 17 информации в корпусе поршня 12 гидроцилиндра

11 позволяет обойтись без линии свяt зи с поверхностью, чем снижается расход энергии от аккумуляторов зонда

15 и повышается надежность работы устройства. Отметчик глубины, в качестве которого используются геркон»!

18 с кольцевым магнитом 19, прост по устройству и позволяет автоматизиро"-, вать включение и выключение питания схемы зонда 15. Таким образом, в режимах извлечения зонца 15 и бурения, занимающих значительную долю рабочего никла, энергия от аккумуляторов не расходуется нли расходуется в малом количестве, что увеличивает время использования аккумуляторов и уменьшает количество эарадно-разрядных циклов.

Микропроцессор 8 позволяет автоматизировать процесс бурения - пенет-. рационного каротажа, что повыш ет производительность. В сочетании с датчиком 5 ра хода рабочей жидкости и стабилизатором 4 расхода ра-.o÷åé жидкости микропроцессор 8 обеспечивает.постоянство скорости вдавливания зонда 15 что является — àæíûì условием обеспечения точности измерений показателей свойств грунтов, В сочетании с датчиком 6 величины крутящего момента и дополнительным накопителем 7 информации микропроцессор

8 обеспечивает получение информации о механических свойствах грунтов, не поддавая»хся проходке зондированием, нс проходимых бурением, Формул а изобретения

Устройство для бурения и пенетрационного каротажа грунтов, содержащее бурильную колонну с буровым наконечником„ связанный с ней буровой агрегат с насосом и блоком управления, гидроцилнндр с поршне»» жестко закрепленный в бурильной колонне так, что между ним и бурильной колонной образована кольцевая полость, сообщенная с подпоршневой полостью гид" роцнлнндра,, изме»>ителькьй зонд с ушнрительным кольцом, оединенн»»й с поршнем гндроцилиндра, распределительный золотник с подпру>ю»ненным штоко»» и поршнем, сообщенный с голостями

1434!ОЗ гидроцилиндра и бурильной колонны и имеющий окна, выполненные в его корпусе, и накопитель информации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено рычагом с фиксатором и клапаном, установленным на буровом наконечнике с возможностью поворота, шток распределительного золотника вы- fQ полнен полым с радиальными окнами у торцов и открытым нижним торцом, сообщенным с надпорпневой полостью гидроцилиндра, надпоршневая и подпоршневая полости золотника сообщены соответст- 15 венно с полостью бурильной колонны и затрубным пространством, окна в корпусе золотника сообщены с кольцевой полостью между гидроцилиндром и бурильной колонной и расположены на расстоянии, меньшем высоты поршня золотника на суммарную ширину окон, при этом в стенке бурового наконечника в зоне канала выхода измерительного зонда выполнены два отверстия, в одном из которых расположен фиксатор, контактирующий с уширительным кольцом зонда, а другое перекрывается клапаном.

?. Устройство по п.l, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности оценки глубины внедрения зонда, оно снабжено рядом герконов, установленных вдоль внутренней поверхности корпуса зонда и электри" чески связанных с накопителями информации, и кольцевым магнитом, установленным на буровом наконечнике и охватывающим зонд, а накопитель информации размещен в поршне гидроцилиндра.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч ающееся тем, что, сцельюповышения производительности и точности измерения физико-механических свойств грунтов, оно снабжено микропроцессором, датчиком расхода рабочей жидкости, датчиком величины крутящего момента, стабилизатором расхода рабочей жидкости и дополнительным накопителем информации, причем входы микропроцессора соединены с датчиком расхода рабочей жидкости и датчиком крутящего момента, а выходы — с блоком управленйя, стабилизаторомм расхода рабочей жидкости и дополнительным накопителем информации.

1434103

Составитель В.Тальвойш

Техрвд Л.Сердюкова

Корректор В.Романенко

Редактор М.Петрова

Заказ 5529!34 Тираж 459 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5, Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4