Сигнализатор встречи угольных пластов в процессе бурения Советский патент 1984 года по МПК E21B47/12 

Изобретение относится к горному делу, а ймеенно к сигнализаторам встречи угольных пластов в процессе бурения скважин, и может быть использовано при геологоразредочных работах на угольных месторождениях.

Известны сигнализаторы встречи уголь ных пластов, основанные на поверхностном контроле механических параметров бурений (скорости проходки, осевой нагрузки, крутящего момента на приводе буровой колонны и т. п.) {I.

Данные сигнализаторы недостаточно эффективны при встрече угольных пластов на больших глубинах в связи с большим запаздыванием информационного сигнала о встрече угольного пласта, передаваемого с забоя по колонне бурильных труб. Это приводит к частичному или полному пропуску угольных пластов, а в конечном итоге-к снижению качества кернового опробования угольных месторождений и значительным затратам, связанным с дополнительным опробованием пропущенных пластов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является сигнализатор встречи угольных плatтoв, включающий забойный датчик с полым корпусом, внутренней герметичной капсулой, содержащей подпружиненный инерционный элемент, сменные регулировочные грузы к нему и поршневой демпфер с каналом, демпферной жидкостью и дросселем, а также цилиндроконическим гидрозатвором, жестко соединенным с инерционным элементом посредством штока 2J.

В этом сигнализаторе забойный датчик имееет сравнительно сложную конструкцию, большую металлоемкость и большую длину. Кроме того, данный сигнализатор формирует сигнал только о встрече угольного пласта и не позволяет вырабатывать информационный сигнал о переходе бурового снаряда из угольного пласта в породу, что снижает функциональные возможности сигнализатора. Отсутствие возможности подачи указанного сигнала не позволяет с достаточной точностью определять в процессе бурения мощность перебуриваемого угольного пласта или прослоя и не дает возможности своевременно прекращать бурение при переходе бурового снаряда из угольногопласта в породу, что приводит к истиранию отобранной снарядом угольной пробы при ее контакте с забоем в процессе вращения снаряда и, в конечном итоге, искажениюрезультатов кернового опробования угольных пластов.

Целью изобретения является снижение металлоемкости и габарита забойного датчнка сигнализатора за счет совмещения гид равлического демпфера колебаний с инерционным элементом, а такжее расширение

функциональных возможностей забоАнОго датчика за счет получения сигналов о границе перехода угольного пласта в породу.

Поставленная цель достигается тем, что 5 в сигнализаторе встречи угольных пластов в процессе бурення, включающем забойный датчик с полым корпусом, внутренне герметичной капсулой, содержащей подпружиненный инерционный элемент, сменные регулировочные грузы к нему и поршневой

демпфер с каналом, де мпферной жидкостью и дросселем, а также цилиндрОконнческим гидрозатвором, жестко соединенным с инерционным элементом посредством штока, гид; розатвор забойного датчика выполнен в виде

j полой гильзы, снабженной золотником с кольцевой проточкой и суфлерным каналом, а гильза соединена с капсулой, при этом в гильзе выполнены подводящие и отводящие каналы с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой золотника, пор0 щень демпфера совмещен с инерционным элементом, в котором выполнен сквозной канал с дросселем, причем демпфернаяжидкость размещена в капсуле по обе стороны инерционного элемента.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема предлагаемого сигнализатора; на фиг. 2 - .золотниковый затвор забойного датчика сигнализатора в положении, соответствующем переходу бурового снаряда из породы кровли в угольный пласт; на

0 фиг. 3 - то же, при переходе бурового снаряда из угольного пласта в породу.

Ус-тройство включает расположенный в скважине над буровым снарядом забойный датчик, содержащий полый корпус 1 с верхним переходником 2, входным каналом

5 3 и нижним переходником 4 с выходным каналом 5, размещенные в корпусе 1 гильзу 6 с установленным в ней золотником 7 и герметичную капсулу 8 с помешенным в ней инерционным элементом 9, соединенным штоком 10 с золотником 7, а также размещен0 ное на пульте бурового мастера сигнальное устройство 11, снабженное датчиком 12 давления, подключенным к линии нагнетания 13 бурового насоса 14. В корпусе 1 имеется канал для прохода промывочной

.. жидкости к буровому снаряду, включающий кольцевые каналы 15 и 16, которые в:: зависимости от положения золотника 7 сое- ; диняются друг с другом или разделяются. На золотнике 7 выполнена кольцевая проточка 17, а в гильзе б выполнены подводя0 Щие 18 и отводящие 19 каналы, гидравлически связанные друг с другом через кольцевую проточку 17 золотника 7. Золотник 7 снабжен уплотнениями 20 и 21, препятствующими попаданию промывочной жидкости в надзолотниковую 22 и подзолотниковую 23

5 полости гильзы 6, сообщенные суфлерным каналом 24, по которому промывочная жидкость, просачивающаяся через уплотнения 20 И 21, может перемещаться при движении золотника 7 из полости 22 в полость 23 и иаоборот - из полости 23 в полость 22. Инерциониый элемент 9 снабжен пружинной подвеской, включающей верхнюю пружину 25, размещенную в полостн 26 капсулы 8, и нижнюю пружину 27, рйзмещенную . в ПОЛОС1И 28 указанной капсулы. Инерционный элемент 9 снабжен также гидравлическим поршневым демпфером колебаний, который конструктивно совмещен с самим инерционным элементом, для чего внутренная полость герме1;ичной капсулы 8 н инерционный элемент 9 выполнены цилиндрическими и образуют пару поршень 9 - цилиндр 8, первый из которых служит поршнем демпфера, а второй - его цилиндром. При этом пружинные полости 26 и 28 капсулы 8 служат гидравлическими поршневыми полостями демпфера, для чего указанные полости заполнены рабочей жидкостью (например, маслом на минеральной основе, трансформаторным масЛом и т. п.) и сообщены друг с другом выполненным в поршневом инерционном элементе 9 каналом 29, в котором уста-новлен регулировочный дроссель 30, обеспечивающий возможность регулирования .степени демпфирования колебаний инерционного элемента 9, вызываемых колебаниями бурового снаряда в процессе буримая. Для обеспечения выполнения стендовых и .эксплуатационных регулировок динамических характеристик забойного датчика инерционный элемент 9 снабжен набором сменных регулировочных грузов 31. Шток 10 снабжен уплотнением 32, исключающим возможность утечки рабочей жидкости из полости 26 демпфера в полость 23 гильзы 6. Капсула 8 расположена концентрично с корпусом 1 и соединена с последним верхним 33 и нижним 34 ребрами крепления. Сигнализатор работает следуюншм образом. При бурении породы кровли угольного пласта буровой снаряд вместе с забойным датчиком совершает поступательное движение с практически постоянной скоростью. При этом инерционный элемент 9 находится в среднем исходном положении, при котором кольцевая проточка 17 золотника 7 сообщает каналы 18 и 19 гильзы 6, давая возможность промывочной жидкости поступать через кольцевые каналы 15 и 16 и выходной канал 5 к буровому снаряду. Осевые колебания инерционного элемента 9, возбуждаемые колебаниями бурового снаряда, сопровождающими процесс разрушения горной породы, гасятся за счет сил сопротивления вязкого трения рабочей жидкости демпфера, перетекающей из полости 26 в полость 28 и в обратном направлении по зазору между инерционным элементом 9 и капсулой 8 и по каналу 29 через дроссель 30 в процессе колебания инерционного элемента 9. При переходе бурового снаряда из породы кровли в угольный пласт скорость поступательного перемещения бурового снаряда и соединенного с ним забойного датчика резко возрастает, вследствие чего корпус I забойного датчика получает ускорение. При этом инерционный элемент 9 в силу инерции стремится сохранить свое начальное положение, что вызывает перемещение корпуса I вниз относительно инерционного элемента 9 и, соответственно, перемещение гильзы 6 вниз относительно золотника 7, удерживаемого инерционным элементом 9. Это приводит к перекрытию нижним пояском-золотника 7 выходного канала 19 гил1 зы 6, вызывающему разобщение каналов 15 и 16 и перекрытие потока промывочной жидкости в забойном датчике (фиг. 2), формирующее импульс давления по столбу прамывочной жидкости в колонне к поверхностному датчику 12 давления. ВыхОхЯной сигнал датчика 12 поступает на сигнальное устройство II, которое подает информационт ный (световой, звуковой, визуально-наблюдаемый и т. п.) сигнал о встрече угольного пласта. После подачи сигнала бурение прекращают, буровой снаряд поднимают из скважины, забойный датчик соединяют с двойным колонковым снарядом, предназначенным для отбора керновых проб угля, и производят перебурку угольного пласта (при перебурке некондиционных угольных пластов и прослоев сплошным забоем без отбора керновых проб данная операция не производится и после встречи угольного плас-. та бурение может не прекращаться). В процессе перебурки угольного пласта инерционный элемент 9 и золотник 7 находятся в своем среднем исходном положении (фиг. I), обеспечивая прохождение промывочной жидкости по каналам 15, 16 и 5 к буровому снаряду. При переходе бурового снаряда из угольного пласта в породу скорость поступательного перемещения бурового снаряда и забойного датчика резко tнижaeгcя, вследствие чего корпус 1 забойного датчика начинает двигаться с замедление.м. При этом в силу инерции элемента 9 корпус I перемещается вверх относительно пос.педнего и, соответственно, гильза 6 перемещается вверх относитеельно золотника 7, удерживаемого инерционным элементом 9, что приводит к перекрытию верхним пояском золотника 7 входного канала 18 гильзы 6, вызывающему разобщение каналов 15 и 16 и перекрытие потока промывочной жидкости в забойном датчике (фиг. 3), формирующее импульс давления, воспринимаемый датчиком 12 давления, выдающим вы.ходной сигнал на сигнальное устройство II, информирующее бурового мастера об окончании перебурки угольного пласта.

Предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию и снизить металлоемкость и осевой габарит (длину) забойного датчика сигнализатора за счет совмещения в его забойном датчике гидравлического демпфера с инерционным элементом. Вместе с тем, предлагаемое техническое решение расширяет функциональные возможности сигнализатора за счет обеспече ия возможности подачи информационного сигнала о переходе бурового снаряда из угольного пласта в породу, что позволяет

повысить точность определения в процессе бурения мощности перебурнваемою угольного пласта или прослоя и дает возможность своевременно прекращать бурение при переходе бурового снаряда из угольного пласта в породу, благодаря чему исключается возможность истирания и рйзрушення отобранной снарядом угольной пробы при ее контакте с забоем в процессе вращения снаряда, что позволяет повысить достоверность результатов кернового опробования угольных месторождений.

СИГНАЛИЗАТОР ВСТРЕЧИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ, включающий забойный датчик с по,лым корпусом, внутренней герметичной капсулой, содержащей подпружиненный инерционный элемент, сменные регулировочные гру.эы к нему и поритевой демпфер с каналом, демпферной жидкостью и дросселем, а также нилиндроконическим гидрозатвором, жестко соединенным с инерционным элементом посредством нгтока, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей забойного да 1чика за счет гтолучения сигналов о границе перехода уго.льного пласта в породу, а также снижения его габарита и металлоемкости за счет совмещения гидравлического демпфера колебаний с инерционным элементом, гидрозатвор забойногп датчика выполнен Б виде гильзы, снабженной золотником с кольцевой проточкой и суфлерным каналом, а гильза соедине га с капсулой, при этом в гильзе выполнены подводящие и отводящие каналы с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой золотника, поршень дем11фера совмещен с инерционным элементом, в котором выполнен сквозной канал с дросселем, при|(Л чем демпферная жидкость размещена в капсуле по обе стороны инерционного эле-мента.