ИНКЛИНОМЕТР ДЛЯ НИСХОДЯЩИХ СКВАЖИН Российский патент 2009 года по МПК E21B47/02 G01C9/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для определения пространственного положения стволов нисходящих скважин, пробуренных преимущественно для проходки отрезных и вентиляционных восстающих выработок методом секционного взрывания скважинных зарядов и взрывного разрушения рудных блоков пучками скважин.

Известен инклинометр для нисходящих скважин, содержащий цилиндрический корпус, на крышке которого закреплен каротажный кабель (см. А.Л.Авруцкий, С.А.Волков и др. Справочник мастера колонкового бурения. - М.: Госгортехиздат, 1960. С.421-424. Рис.234).

Недостаток такого инклинометра состоит в том, что он не определяет азимутальное отклонение скважин, пробуренных в магнитной среде железорудного массива.

Известен также инклинометр для нисходящих скважин, содержащий корпус с каротажным кабелем и гигроскопическую систему внутри корпуса (см. В.Х.Исаченко. Инклинометрия скважин. - М.: Недра, 1987. С.78-62).

Недостатками этого инклинометра являются его конструктивная сложность, трудоемкость изготовления, высокая стоимость. Более того, в результате длительного соприкосновения корпуса со стенками скважины происходит смещение ориентации прибора. И поскольку прибор чувствителен к толчкам, которые усугубляют смещение ориентации, то эффективность определения азимутального отклонения скважин добычного блока железорудных шахт снижается из-за динамического воздействия на корпус ударных воздушных волн от взрывов при проходке выработок, технологических и взрывов вторичного дробления, производимых на удаленных участках шахты.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и числу общих сходных признаков является инклинометр для нисходящих скважин, содержащий корпус на каротажном кабеле, соосно вмонтированные внутри корпуса на узле подвески электромагнит и отвес, связанную с подвижным сердечником электромагнита иглу и держатель бумажного диска, расположенный перед острием иглы (см. Н.И.Куличихин и Б.И.Воздвиженский. Разведочное бурение. - М.: 1949. С.480-481. Рис.454).

Недостатки данного инклинометра выражены в том, что он:

- достаточно сложен по конструкции;

- не определяет азимутальное отклонение скважин, пробуренных в магнитной среде железорудного массива;

- не производит за один спуск более трех замеров.

Единый технический результат изобретения состоит:

- в упрощении конструкции;

- в обеспечении определения азимутального отклонения скважин, пробуренных в магнитной среде железорудного массива;

- в расширении технической возможности прибора за счет увеличения числа замеров за один спуск.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном инклинометре, содержащем корпус на каротажном кабеле, соосно смонтированные внутри корпуса на узле подвеса электромагнит и отвес, связанную с подвижным сердечником электромагнита иглу и держатель бумажного диска, расположенный перед острием иглы, каротажный кабель размещен внутри шланга с оплеткой, в полости которого герметично заключена вязкая жидкость, а электромагнит установлен над узлом подвеса с возможносью перемещения его подвижного сердечника с иглой вверх, при этом игла выполнена клиновидного сечения и снабжена механизмом проворота. Игла связана с подвижным сердечником посредством стержня, и механизм проворота выполнен в виде двух надетых на стержень взаимодействующих шайб, одна из которых жестко закреплена на стержне, а вторая - на корпусе электромагнита, при этом на первой шайбе установлены под углом к ее нижней плоскости отрезки из упругого материала.

Новым в техническом решении является то, что каротажный кабель размещен внутри шланга с оплеткой, в полости которого герметично заключена вязкая жидкость, а электромагнит установлен над узлом подвеса с возможностью перемещения его подвижного сердечника с иглой вверх, при этом игла выполнена клиновидного сечения и снабжена механизмом проворота, игла связана с подвижным сердечником посредством стержня, а механизм проворота выполнен в виде двух надетых на стержень взаимодействующих шайб, одна из которых жестко закреплена на стержне, вторая - на корпусе электромагнита, при этом на первой шайбе установлены под углом к ее нижней плоскости отрезки из упругого материала.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан предлагаемый инклинометр, вертикальный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - узел 1 на фиг.1; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3.

Инклинометр содержит корпус, образованный верхним 1 и нижним 2 цилиндрами, соединительной резьбовой втулкой 3 и крышкой 4. На крышке 4 накидная гайка 5 удерживает переходник 6, на котором закреплен гидравлический рукав 7 высокого давления с металлической оплеткой, именуемый далее - шланг. В полости шланга 7 проложен двужильный кабель 8. Полость шланга герметична и заполнена под давлением вязкой жидкостью 9, например машинным маслом. Переходник 6 оснащен уплотнением 10 и прижимным патрубком 11. Каждая жила кабеля 8 пропущена сквозь переходник 6 и отверстие в крышке 4 внутрь корпуса и подсоединена к одной из двух контактных упругих пластин 12. Пластины 12 изолированно закреплены на держателе бумажного диска и контактируют с кольцевыми шинами 13. Шины 13 изолированно установлены на поверхности цилиндра 1. Держатель бумажного диска состоит из стола 14, пенопластовой шайбы 15 и бумажного диска 16. Стол 14 винтами 17 скреплен с крышкой 4. На винты 17 надеты распорные втулки 18.

В расточку резьбовой втулки 3 установлен двухосный узел подвески 19. На фиг.1 узел подвески 19 показан без линий второго плана. На узле подвески 19 соосно смонтированы электромагнит 20 и отвес 21, при этом электромагнит размещен над узлом подвески. Двухосный узел подвески 19 обеспечивает свободный наклон отвеса 21 и соосного с ним подвижного сердечника 22 электромагнита 20 в любую сторону от вертикальной оси корпуса инклинометра. Подвижный сердечник 22 посредством стержня 23 связан с иглой 24, имеющей клиновидное сечение. Сердечник 22 установлен в корпусе электромагнита 20 с возможностью перемещения вверх, что реализуется в момент подачи постоянного тока на обмотку катушки 25. Обмотка катушки 25 соединена с кольцевыми шинами 13 гибкими маломоментными проводниками 26.

Бумажный диск 16 расположен перед острием иглы 24 на расстоянии, досягаемом при ее движении вверх. В процессе перемещения игла просекает бумажный диск 16, оставляя на нем перфорацию клиновидной формы. Бумажный диск 16 разделен на углы и представляет собой шкалу в виде концентрических окружностей с диаметральной стреловидной линией. Диск 16 фиксированно уложен на пенопластовой шайбе 15. При этом направленность стрелки на диске 16 согласуется с направлением стрелки линии визирования, которая в виде риски диаметрально прочерчена на наружной поверхности крышки 4.

На стержне 23 установлен механизм проворота иглы 24, выполненный в виде двух надетых на стержень 23 взаимодействующих шайб (см. фиг.3 и фиг.4). Верхняя шайба 27 жестко закреплена на стержне 23, нижняя 28 - на корпусе электромагнита 20. На шайбе 27 установлены под углом к ее нижней плоскости нитевидные отрезки 29 из упругого материала, например из стали. Концы отрезков 29, закрепленные в теле шайбы 27, на фиг.4 обозначены пунктирными линиями. Шайбы 27 и 28 выполнены из эластичного материала. Для удобства монтажа-демонтажа прибора его корпус оснащен шестигранным выступом 30.

Действие механизма проворота поясняется следующим. Косонаправленные отрезки 29 упираются своими торцами в шайбу 28 и, удерживая в подвешенном состоянии систему подвижных деталей 22, 23, 24 и 27, обеспечивают зазор между днищем корпуса электромагнита 20 и торцом сердечника 22. После каждого замера система подвижных деталей падает вниз с высоты свободного хода подвижного сердечника 22 и всей своей массой прогибает упругие отрезки 29, которые при ударе принимают положение, близкое к горизонтальному, и, контактируя с поверхностью неподвижной шайбы 28, своими торцами проворачивают шайбу 27 и вместе с ней проворачивают в одном направлении всю систему подвижных деталей. В результате при каждом последующем замере игла 24 оставляет на бумажном диске клиновидную перфорацию, повернутую на угол проворота. Изменением длины отрезков 29 получают варианты углов проворота иглы 24.

Функционально шланг 7 в конструкции прибора служит в качестве стабилизатора его корпуса в азимутальном направлении. Надежную и эффективную стабилизацию по азимуту в данном устройстве предусматривается осуществлять, например, по способу, предложенному ранее (см. А.С. СССР №1518650, кл. F42D 3/04, Е21В 25/16, 07.09.87). В совокупности с этим функциональную роль шланга 7 поясняют следующие факторы. Крышка 4 снабжена именно гидравлическим рукавом высокого давления с металлической оплеткой, отвечающим, например, ГОСТу 25452-90 и содержащим одну или несколько оплеток. Конструктивно такой шланг уже обладает существенной жесткостью на скручивание, но более того, вязкая жидкость 9, герметично заключенная в полости шланга под избыточным давлением, делая пряди оплетки предварительно напряженными, дополнительно повышает его сопротивление кручению. Такой шланг сохраняет поперечную гибкость и свободно наматывается на барабан лебедки (на чертеже не показана). Функциональные возможности такого шланга проверены на практике, в процессе спуска-подъема прибора по скважине диаметральная линия визирования на крышке 4 сохраняет свою ориентацию, заданную перед спуском в каком-либо направлении.

Инклинометр работает следующим образом.

Измерения выполняют в процессе опускания прибора по скважине, в момент замера по кабелю 8 кратковременно подают постоянный ток. Первое измерение производят из положения когда:

- прибор висит на шланге 7 вертикально над устьем скважины;

- стрелка линии визирования на крышке 4 направлена на ориентир. Первым замером определяют точку "нуля". Получая на бумажном диске 16 первую просечку, фиксируют этим реальный нулевой центр оси иголки 24 и изначальное направление острия клиновидной перфорации. Каждое последующее измерение осуществляют после спуска прибора на глубину принятого интервала. Контроль глубины спуска ведут по кольцевым меткам, закрепленным на шланге через промежутки, соответствующие интервалу замеров. Для нисходящих скважин глубиной до 70 метров пригоден интервал в 10 метров, при таком интервале вероятность совпадения или наложения просечек на шкале диска 16 минимальная. В точке замера спуск останавливают на 8 секунд - время, гарантирующее прекращение колебаний отвеса 21. Если необходимо сократить срок колебания отвеса 21, то на днище цилиндра 2 наливают машинное масло до погружения в него нижней части отвеса 21.

Опущенный в скважину прибор занимает в точке замера положение, соответствующее зенитному направлению оси скважины - что обеспечивается достаточной базовой длиной цилиндрического корпуса инклинометра. Отвес 21, на котором соосно установлена игла 24, всегда располагается вертикально независимо от наклона корпуса прибора. При наклоне прибора на некоторый угол центр бумажного диска 16 отходит от вертикальной оси иглы 24 на расстояние, соответствующее этому углу на шкале диска 16. Фиксация положения оси иглы 24 относительно поверхности диска 16 осуществляется путем включения тока. При этом игла 24 движется вертикально вверх и просекает диск 16, оставляя на нем клиновидную перфорацию.

После подъема инклинометра отвинчивают крышку 4, извлекают бумажный диск 16 и заменяют новым. По ориентации клиновидных просечек на шкале диска 16 по отношению к "нулевой" просечке определяют последовательность и глубину каждого замера. А расположение каждой просечки на шкале показывает зенитный угол отклонения и направление отклонения оси скважины на данной глубине.

В итоге, зная интервал замера, зенитный угол отклонения на интервале и азимут отклонения оси скважины на интервале и учитывая направление ориентации линии визирования перед спуском, получают полную информацию о пространственном положении скважины в горном массиве.

Изготовленный образец предлагаемого инклинометра для нисходящих скважин испытан в условиях рудника Шерегешского управления. Измерения проводились на восьми скважинах глубиной по 60 метров, пробуренных станком НКР-100 МА для проходки восстающей выработки методом секционного взрывания.

На измерение восьми скважин потребовалось около 2,5 часов. Интервал замера составлял 10 м, а угол проворота иглы - 45°. Было получено восемь бумажных дисков, на шкале каждого из них имелось по семь клиновидных меток (перфораций). Результаты замеров были представлены в графическом виде. Где на плане, содержащим в масштабе 1:10 расположение устьев, на каждую скважину построены горизонтальные проекции их троекторий. Такой чертеж давал информацию не только о пространственной конфигурации каждой скважины, но и о взаиморасположении и расстоянии между стволами скважин на любом метре их длины.

Достоверность полученных данных об азимуте отклонения скважин и расстояниях между ними на глубине 60 метров была проверена и получила подтверждение после подсечки скважин выработкой, пройденной на нижнем горизонте. Информация о пространственном положении этих скважин послужила безошибочному проектированию взрывов каждой секции при проходке восстающей выработки.

Таким образом, предлагаемый инклинометр для нисходящих скважин с указанной совокупностью признаков обеспечивает достижение результата, заключающего в упрощении конструкции, в обретении способности измерения азимута отклонения скважин в магнитном массиве и в увеличении числа замеров за один спуск.

Предлагаемый инклинометр промышленно применим в горнодобывающей промышленности для определения пространственного положения стволов нисходящих скважин, пробуренных для проходки восстающих выработок методом секционного взрывания скважинных зарядов и взрывного разрушения рудных блоков пучками скважин.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для определения пространственного положения стволов нисходящих скважин, пробуренных преимущественно для проходки отрезных и вентиляционных восстающих выработок методом секционного взрывания и взрывного разрушения рудных блоков пучками скважин. Технический результат изобретения - упрощение конструкции инклинометра, обеспечение определения азимутального отклонения скважин, пробуренных в магнитной среде железорудного массива и расширение технической возможности прибора за счет увеличения числа замеров за один спуск его в скважину. Инклинометр содержит корпус на каротажном кабеле. Соосно внутри корпуса на узле подвеса смонтированны электромагнит (ЭМ) и отвес. С подвижным сердечником ЭМ связана игла. Каротажный кабель размещен внутри шланга с оплеткой, в полости которого герметично заключена вязкая жидкость. Перед острием иглы расположен держатель бумажного диска. Причем ЭМ установлен над узлом подвеса с возможностью перемещения подвижного сердечника с иглой вверх. Игла выполнена клиновидного сечения и снабжена механизмом проворота и связана с подвижным сердечником посредством стержня. Механизм проворота иглы выполнен в виде двух надетых на стержень шайб. Одна шайба жестко закреплена на стержне, а вторая - на корпусе ЭМ. При этом на первой шайбе установлены под углом к ее нижней плоскости нитевидные отрезки из упругого материала. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Инклинометр для нисходящих скважин, содержащий корпус на каротажном кабеле, соосно смонтированные внутри корпуса на узле подвеса электромагнит и отвес, связанную с подвижным сердечником электромагнита иглу и держатель бумажного диска, расположенный перед острием иглы, отличающийся тем, что каротажный кабель размещен внутри шланга с оплеткой, в полости которого герметично заключена вязкая жидкость, а электромагнит установлен над узлом подвеса с возможностью перемещения его подвижного сердечника с иглой вверх, при этом игла выполнена клиновидного сечения и снабжена механизмом проворота.

2. Инклинометр по п.1, отличающийся тем, что игла связана с сердечником посредством стержня и механизм проворота выполнен в виде двух надетых на стержень взаимодействующих шайб, одна из которых жестко закреплена на стержне, а вторая - на корпусе электромагнита, при этом на первой шайбе установлены под углом к ее нижней плоскости нитевидные отрезки из упругого материала.