Кернометр Советский патент 1984 года по МПК E21B47/22 

2. Кернометр по п. 1, отличающийся тем, что в качестве узла вычисления видимых углов структурного элемента использован блок преобразования положения стержней в электрический сигнал, выходы которого подключены к аналоговому коммутатору, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с запоминающим блоком, двусторонне связанным с арифметическо-логическим блоком, подключенным к выходу блока управления, два

других выхода которого подключены к запоминающему блоку и аналоговому коммутатору.

3. Кернометр по пп. I и 2, отличающийся тем, что в качестве рещающего блока использован арифметическо-логический блок связанный с блоком индикации, блоком управления и запоминающим блоком, входы которого подключены к другому выходу блока управления и блоку ввода значений азимутального и зенитного углов.

1. КЕРНОМЕТР, содержащий, основание, на котором установлен стакан. блок ввода значений азимутального и зе- , нитного углов скважины, связанный с решающим блоком, блок ввода значения видимых углов структурного элемента на керне, включающий узел копирования формы структурного элемента и связанный с ним узел вычисления значений видимых углов структурного элемента, блок индикации, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения азимута и угла падения структурного элемента на керне, узел копирования формы структурного элемента на керне выполнен в виде набора стержней, которые размещены по внутренней поверхности стакана с возможностью осевого перемещения вдоль него. (Л 1с со ас

1

Изобретение относится к горному делу, а более конкретно к приборам для определения элементов залегания горных пород по ориентированному керну, полученному при бурении геолого-разведочных скважин.

Известен кернометр, содержащий основание, на котором установлен стакан, подвижный хомут, стойку, узел копирования формы структурного элемента на керне в виде за мерочной плоскости с треугольным вырезом, к которой крепится устройство индикации, содержащее компас и шаклу углов падения, а основание имеет блок ввода азимутального и зенитного углов в виде соответствующих щкал 1.

Однако замерочная плоскость не дает возможности с необходимой точностью измерить угол и азимут падения слоев пород, а иногда вообще не в состоянии выполнить своей задачи из-за того, что на следе измеряемого элемента может отсутствовать верхняя (или верхняя и нижняя) точка его перегиба и, кроме того, след между точками перегиба зачастую существенно отличается от линейного. Точность понижается также от того, что при введении значений азимута и зенитного угла скважины, а также считывания азимута и угла падения слоев пород возможно искажение информации, связанное с субъективностью отсчета.

Наиболее близким к изобретению является кернометр, содержащий основание, на котором установлен стакан, блок ввода значений азимутального и зенитного углов скважины, связанный с рещающим блоком, блок ввода значения видимых углов структурного элемента на керне, включающий узел копирования формы структурного элемента и связанный с ним узел вычисления значе1 ий видимых углов структурного элемента, блок индикации 2.

Известным устройством невозможно с необходимой точностью замерить элементы залегания горных пород из-за больщой степени субъективности при линеаризации узлом копирования следов, особенно при их сложном рисунке, а также из-за возможности определенного смещения эластичных

элементов при наложении на керн и ощибок ввода и считывания информации. Кроме того, имеются эксплуатационные неудобства (связанные к тому же с непроизводительными потерями времени), возникающие при

установке керна в заданное положение по инклинометрическим данным, а также при работе с узлом копирования из-за почти неизбежной его «подгонки поохватываемому следу (с неоднократным разведениемсведение.м держателей, закреплением эластичных элементов фиксаторами и т. д.). Цель изобретения - повыщение точности измерения азимута и угла падения структурного элемента на керне.

Поставленная цель достигается тем, что

в кернометре узел копирования формы структурного элемента на керне выполнен в виде набора стержней, которые размещены по внутренней поверхности стакана с возможностью осевого перемещения вдоль него.

В качестве узла вычисления видимых углов структурного элемента использован блок преобразования положения стержней в электрический сигнал, выходы которого подключены к аналоговому коммутатору, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с запоминающим блоком, двусторонне связанным с арифметрическологическим блоком, подключенным к выходу блока управления, два других выхода которого подключены к запоминающему блоку и аналоговому коммутатору.

В качестве решающего блока использован арифметическо-логический блок, связанный с блоком индикации, блоком управления и запоминающим блоком, входы которого подключены к другому выходу блока

управления и блоку ввода значений азимутального и зенитного углов.

На фиг. 1 изображен кернометр, общий вид в исходном положении в аксонометрической проекции (нулевой стержень для наглядности заштрихован); на фиг. 2 - кернометр ( в операции вычисления азимута и угла падения структурного элемента); на фиг. 3 - структурная электрическая схема кернометра.

Кернометр состоит (фиг. 1) из основания 1, в котором расположены блок 2 ввода значений азимутального и зенитного углов скважины в виде цифровой клавиатуры (содержащей также клавиши управления работой кернометра)) блок индикации 3 с отображением информации в цифровой форме. На основании крепится цилиндрический стакан 4, в котором размещены узел копирования формы структурного элемента на керне в виде стержней 5. расположенных по окружности с равным щагом (например, через 10°), и зажим (например цангового типа; не показан) для закрепления керна. Стержни, в-исходном положении несколько выступающие над стаканом, имеют возможность осевого перемещения вдоль него с фиксацией в любом положении. Один из стержней, условно называемый нулевым, маркирован (на фиг. 1 и 2 защтрихован). В основании, кроме того, расположен узел вычисления значений видимых углов структурного элемента и (фиг. 2), состоящий из аналогового коммутатора 6 (фиг. 3), выход которого через аналого-цифровой преобразователь 7 соединен с запоминающим блоком 8, двусторонне-связанным с арифметическо-логическим блоком 9, подключенным к выходу блока управления 10, два других выхода которого подключены к запоминающему блоку и входу аналогового коммутатора, другие входы которого подключены к выходам блока 11 преобразования геометрического положения стержней (т. е. высоты их подъема от исходного положения) в электрический сигнал, представляющего собой набор датчиков перемещения, например реостатных, связанных со стержнями 5.

В основании также расположен решающий блок, состоящий из арифметическогологического блока 9 (фиг. 3), связанного с блоком индикации 3, блоком управления 10 и запоминающим блоком 8, входы которого подключены к другому выходу блока управления и блоку 2 ввода значений азимутального и зенитного углов.

Измерения с помощью кернометра ведут следующим образом.Керн с нанесенной на нем заранее с помощью разметочного устройства отметкой нижнего следа апсидальной плоскости закрепляют в цанговом зажиме стакана 4, совместив предварительно указанную отметку с продольной осью нулевого стержня (фиг. 1).

После этого поднимают стержни (фиг. 2) до совмещения их верхних концов со следом структурного элемента (конструктивно предусмотрено постоянное прилегание верхних концов к цилиндрической поверхности керна, что исключает ошибку совмещения из-за параллакса). Стержни, которые не возможно совместить со следом (например, из-за отсутствия последнего на линии перемещения стержней) оставляют в исходном положении.

После установки стержней в нужное по0 ложение, т. е. копирования формы структурного элемента, с помощью блока 2 вводят в запоминающий блок 8 параметры, необходимые для вычислений, т. е. значения азимутального Х.и зенитногоJ3углов (не показаны) скважины (по данным инлинометрических измерений). Затем нажатием соответствующей клавиши запускают программу вычисления азимута и угла JL падения структурного элемента (не показаны).

При этом узел вычисления видимых уг0 лов У, и Ji структурного элемента начинает работать следующим образом.

По команде блока управления через коммутатор 6 происходит последовательное подключение выходов блока 11 к аналого-цифровому преобразователю 7 и запоминание величин сигналов с датчиков перемещения, пропорциональных высоте их подъема от исходного положения и преобразованных в цифровую форму, в запоминающем блоке 8. После запоминания сигналов со всех дат0 чиков по командам блока управления арифметическо-логический блок, оперируя данными о высоте подъема стержней от их исходного положения (причем положение стержней, оставшихся в исходном положении, не учитывается по высоте), а также

5 об угловом расстоянии каждого стержня от нулевого и диаметре керна (эта информация постоянно хранится в запоминающем блоке), некоторым математическим методом, например методом последовательных при0 ближений, определяют параметры такого эллипса (т. е. линеаризированного следа), точки которого оптимальным образом связаны с точками реального следа структурного элемента, на котором находятся верхние концы стержней.

5 После вычисления видимых углов У, и 2. характеризующих положение эллипса, по командам блока управления решающий блок, оперируя с находящимисяв запоминающем блоке значениями У, , У, dL и ,

П вычисляет азимут If, и угол Я падения структурного элемента по определенному алгоритму, например по формулам

4, ,, cig(ША

где

inp tq ЗГ1± Г90-) cosjb

Л- arctg -.

Значения 1|д и Л выводятся на блок индикации 3.

Применение узла копирования в виде набора подвижных стержней, расположенных по Окружности стакана, обеспечивает объективное копирование траектории следа любой сложности (в том числе без точек перегиба следа, н1 замкнутой и т. п.).

Использование предлагаемого кернометра позволяет осуществить измерение положения исследуемого элемента с максимальной точностью, так как здесь использованы математические методы обработки вводимых и вычисленных данных в цифровой форме по программе, имеющей достоинства аналитических методов. Например, допускаемую существующими конструкциями кернометров ощибку определения азимута падения, достигающую 30°, предлагаемая конструкция позволяет уменьщить, по крайней мере, в 10 раз, что повыщает информативность ориентированного керна и, как следствие, качество геолого-разведочных работ. Работа с прибором не требует воспроизведёния на поверхности положения керна на забое, что сокращает время измерений и повышает эксплуатационные удобства (что особенно существенно в полевых условиях).