СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОРШНЕВЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРОБООТБОРНИКОВ Российский патент 1994 года по МПК E21B25/00 E21B49/00 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к исследованиям в области техники и технологии взятия проб из мягких горных пород, илов и других нелитифицированных отложений.

Известен стенд, на котором при отборе керна из породы измеряются динамическое усилие, приложенное к керноотборному инструменту и проходка [1].

Недостатком этого стенда является то, что отбор керна может осуществляться только при вращении нагруженного усилием керноотборного инструмента в породах со средней твердостью и более крепких.

Известен также стенд для исследования свойств керна при взятии проб из мягких горных пород, илов и т.п. [2], принятый за прототип. Стенд содержит гидравлический поршневой пробоотборник, состоящий из корпуса с размещенной в нем пробоотборной трубой, один конец которой выполнен в виде конической головки, другой - в виде поршня, причем последний крепится с помощью срезных штифтов на штоке, жестко соединенным с корпусом, преобразователь давления, измеряющий давление жидкости в нагнетательной камере, гидравлический насос и бункер с породой.

По показаниям преобразователя давления на стенде снималась зависимость давления в нагнетательной камере от времени в процессе полного цикла работы инструмента. Исходя из величин пройденного пробоотборной трубой расстояния и затраченного на этот путь времени, определялась средняя скорость внедрения.

Недостатком указанного стенда является то, что:
по давлению в нагнетательной камере нельзя определять усилие внедрения пробоотборной трубы в породу, поскольку после срезания штифтов работа движущей силы, равной произведению давления в линии нагнетания на площадь поршня, затрачивается не только на преодоление сопротивления породы внедрению пробоотборной трубы, но и на преодоление гидравлических сопротивлений, и различных видов трения, возникающих при движении пробоотборной трубы в полости корпуса;
невозможно определить кинетическую энергию, которой обладает пробоотборная труба при соприкосновении с породой и при внедрении в нее, а также величину углубления пробоотборной трубы в породу, поскольку стенд не оснащен первичными преобразователями, позволяющими измерять мгновенную скорость трубы, или пройденный путь в любой момент времени.

Цель изобретения - повышение качества проб мягких горных пород, илов и других нелитифицированных отложений, процента их выноса за счет исследования пробоотборника по параметрам усилий сопротивления внедрению трубы в породу.

Поставленная цель достигается тем, что бункер с породой снабжен опорами качения, первичными преобразователями усилия и перемещения, при этом опоры качения установлены на основании для размещения на них бункера с породой, первичный преобразователь усилия размещен между основанием и наружной поверхностью бункера и жестко связан с ними, а на наружной поверхности керноприемной трубы расположены сигнальные метки, выполненные, например, в виде рейки, выступы которой взаимодействуют с первичным преобразователем перемещения, расположенным вблизи торцовой поверхности корпуса пробоотборника.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый стенд отличается тем, что он снабжен первичными преобразователями усилия перемещения, а его бункер - опорами качения, при этом опоры качения установлены на основании для размещения бункера, первичный преобразователь усилия размещен между основанием и наружной поверхностью бункера с породой и жестко связан с ними, а на наружной поверхности трубы расположены сигнальные метки, выполненные, например, в виде рейки, выступы которой взаимодействуют с первичным преобразователем перемещения, расположенным вблизи торцовой поверхности корпуса пробоотборника.

Таким образом, заявляемый стенд соответствует критерию изобретения "Новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 представлен общий вид стенда, а на фиг. 2 - узел, где установлен первичный преобразователь перемещения пробоотборной трубы.

Стенд включает в себя ложемент 1, предназначенный для установки и фиксации корпуса пробоотборника 2, внутри которого располагается шток 3 с посадочной головкой 4 на одном и уплотнением 5 на другом концах. На штоке монтируется пробоотборная труба 6 с поршнем 7, воспринимающем давление нагнетаемой жидкости. Последний фиксируется на штоке с помощью срезных штифтов 8. Конец пробоотборной трубы выполнен в виде конической головки 9, что облегчает ее вход в исследуемый грунт. На наружной поверхности трубы выполнена рейка 10 с выступами 11.

Первичный преобразователь перемещения 12 устанавливается перпендикулярно к рейке 10 с зазором и располагается вблизи торцовой поверхности корпуса пробоотборника.

Бункер с породой 13 размещен на опорах качения 14, которые, в свою очередь, установлены на основании 15. Первичный преобразователь 16 размещен между основанием 15 и наружной поверхностью емкости с породой 11 и жестко связан с ними.

Первичные преобразователи линиями связи соединены с электронной аппаратурой и быстродействующими регистраторами.

Стенд для исследования гидравлических поршневых пробоотборников работает следующим образом.

При нарастании давления в гидравлической системе стенда увеличивается сила воздействия нагнетаемой жидкости на поршень 7 пробоотборной трубы 6. Нагнетаемая жидкость попадает в рабочую камеру поршня через отверстия в посадочной головке 4. При достижении давления в системе нагнетания величины, соответствующей прочности штифтов 6, происходит их срезание. Поступающая из системы нагнетания жидкость с высоким ускорением разгоняет пробоотборную трубу, выталкивая ее из корпуса в направлении бункера, и труба входит в контакт с породой.

В процессе движения трубы с помощью первичных преобразователей усилия и перемещения измеряются величина внедрения трубы в породу и развиваемая при этом сила сопротивления породы.

Так, при движении пробоотборной трубы происходит поочередное приближение сигнальной метки к бесконтактному преобразователю перемещения. Если преобразователь выполнен магниторезистивным, а метки - в виде металлической рейки с выступами и впадинами, то при прохождении выступа рейки под полюсным наконечником преобразователя магнитный поток, пронизывающий выступ рейки и преобразователь, увеличивается, а при прохождении впадины - уменьшается. Изменение величин магнитного потока приводит к изменению сопротивления магниторезисторов, установленных поперек направлений этих потоков. Магниторезистор преобразователя включен в цепь постоянного тока и соответствующее изменение напряжения на нем поступает на измерительный усилитель, а с его выхода - на быстродействующий регистратор.

При движении трубы в породе на породу действует динамическое усилие, которое передается на стенки емкости. Поскольку емкость с породой установлена на подшипниках 14 и жестко соединена с концом тензометрической балки 16, работающей на изгиб, усилие, прикладываемое к емкости, будет передаваться на балку, а сама емкость в процессе перемещения пробоотборной трубы в породе будет иметь микроперемещения. Исследуемые электрические сигналы с тензометрической балки подаются на вход измерительного усилителя постоянного тока, а с его выхода - на быстродействующий регистратор.

Предлагаемый стенд для измерения перемещения пробоотборной трубы в породе и возникающих при этом сил сопротивления породы позволяет более эффективно изучать процесс пробоотбора из мягких горных пород, илов и других нелитифицированных отложений, создавать новые высокоэффективные конструкции гидравлических поршневых пробоотборников, разрабатывать высокопроизводительные технологии их применения.

Использование: изобретение относится к буровой технике, а именно к стендовым исследованиям в области техники и технологии взятия проб из мягких горных пород, илов и других нелитифицированных отложений. Сущность изобретения: стенд включает в себя ложемент 1, предназначенный для установки и фиксации корпуса пробоотборника 2. Внутри корпуса располагается шток 3 с посадочной головкой 4 на одном и уплотнением 5 на другом концах. На штоке монтируется пробоотборная труба 6 с поршнем 7, воспринимающем давление нагнетаемой жидкости. Последний фиксируется на штоке с помощью срезных штифтов 8. Конец пробоотборной трубы выполнен в виде конической головки 9, что облегчает ее вход в исследуемую породу. На наружной поверхности трубы выполнена рейка 10 с выступами 11. Первичный преобразователь перемещения 12 устанавливается перпендикулярно к рейке 10 с зазором и располагается вблизи торцевой поверхности корпуса пробоотборника. Бункер с породой 13 размещен на опорах качения 14, которые установлены на основании 15. Первичный преобразователь усилия 16 размещен между основанием 15 и наружной поверхностью емкости с породой 11 и жестко связан с ними. При определенной величине давления штифты срезаются и труба 6 входит в контакт с породой 13. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОРШНЕВЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРОБООТБОРНИКОВ, включающий подвижную пробоотборную трубу, установленную в корпусе, и емкость с породой, размещенную на основании, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности отбора проб из мягких горных пород, илов и других нелитифицированных отложений за счет исследования пробоотборника по параметрам сопротивлений внедрению в породу, он снабжен подшипниковыми опорами и первичными преобразователями усилия и перемещения, при этом подшипниковые опоры установлены на основании для размещения на них емкости с породой, первичный преобразователь перемещения расположен на торцевой поверхности корпуса пробоотборника, первичный преобразователь усилия размещен между основанием и наружной поверхностью емкости с породой и жестко связан с ними, а на наружной поверхности пробоотборной трубы нанесены сигнальные метки для взаимодействия с первичным преобразователем перемещения, расположенным на торцевой поверхности корпуса пробоотборника. 2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что сигнальные метки выполнены в виде рейки с выступами и впадинами.