Устройство для бурения и зондирования грунтов Советский патент 1985 года по МПК E21C39/00 E02D1/00 E21B49/02 

СО 4

Изобретение относится к геологическим исследованиям, а именно к устройствам, обеспечивающим получение непрерывной по глубине информации о физико-механических свойствах грунтов в процессе проходки скважины.

Известно устройство для зондирования грунтов, включающее пенетрационный узел с блоком передачи информации и гидравлической системой, обеспечивающей его вдавливание в грунт 1.

Такое устройство позволяет исследовать в процессе проходки скважины физико-механические свойства песчано-глинистых пород, но неприменимы для изучения пород выше III категории буримости и не обеспечивает проходки грунтов с получением информации на глубину более 30 м.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее бурильную колонну с буровым наконечником и пенетрационный узел, включающий гидроцилиндр с распределительным золотником и поршнем с измерительным зондом, блок преобразования и передачи информации 2.

Недостатками указанного устройства являются малая производительность исследований, так как тратится много времени на выполнение спускоподъемных операций и закрепление пенетрационного узла, а также низкая надежность систем крепления устройства в буровой трубе и системе спуска-подъема.

Цель изобретения - повышение производительности исследования грунтов и надежности работы устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для бурения и зондирования грунтов, содержащем бурильную колонну с буровым наконечником и пенетрационный узел, включающий гидроцилиндр с распределительным золотником и поршнем с измерительным зондом, блок преобразования и передачи информации, гидроцилиндр жестко соединен с бурильной колонной со стороны бурового наконечника и перфорирован в зоне последнего, при этом ,между гидроцилиндром и бурильной колонной образована полость, .а блок преобразования и передачи информации размещен внутри поршня и измерительного зонда.

На чертеже представлено устройство, общий вид.

Устройство для бурения и зондирования грунтов содержит бурильную колонну 1, в нижней части которой жестко закреплен гидроцилиндр 2, образующий с ней полость 3. В гидроцилиндре 2 размещен порщень 4, штоком которого служит измерительный зонд 5. В верхней части гидроцилиндра 2 установлен распределительный золотник 6, управляемый блоком 7 переключения золотника. Бурильная, колонна 1 снабжена буровым наконечником 8. Надпорщневая полость 9 гидроцилиндра 2 имеет гидравлическую связь с золотником 6 посредством окон 10 и П. Подпоршневая полость 12 гидроцилиндра 2 посредством отверстий 13 и 14 имеет гидравлическую связь соответственно с полостью 3 и с зазором 15, образованным между измерительным зондом 5 и корпусом бурового наконечника 8. Распределительный золотник 6 посредством патрубков 16, 17 и 18 гидравлически связан соответственно с внутренней полостью 19 бурильной колонны 1, с полостью 3 и с затрубным пространством 20. С последним через патрубок 21 сообщается также внутренняя подпоршневая полость управляющего блока 7. Блок 7 содержит поршень 22, поджатый снизу пружиной 23, надетой на шток 24, который жестко связан с порщнями 25 золотника 6. Надпоргпневая полость блока 7 сообщается с внутренней полостью 19 бурильной колонны 1 через отверстие 26. В нижней части зонда 5 установлен изолятор 27; электрически разделяющий корпус зонда от конического наконечника. Внутри зонда 5 смонтирована аппаратура для передачи информации по телеметрическому каналу связи.

Вдоль образующей гидроцилиндра 2 через определенный щаг установлены магниты, а внутри порщня 4 смонтирован герконовый отметчик глубины, срабатывающий в момент прохождения рядом с магнитом.

Устройство работает следующим образом.

Бурильную колонну устанавливают в буровой станок, опускают на грунт и подсоединяют к насосу, нагнетающему промывочную жидкость (допускается использование только пресной воды без твердых примесей и глины). В полость 19 колонны 1 воду подают под давлением, не превышающим величины, при которой начинается срабатывание блока 7 переключения золотника, т.е. не превышающим сопротивления сжатию пружины 23. Вода при этом из полости 19 бурильной колонны 1 через патрубок 16 поступает в золотник б и через открытое окно 10 - в надпоршневую полость 9 гидроцилиндра 2. Под воздействием давления воды поршень 4 начинает двигаться вниз. При этом из подпоршневой полости 12 вода уходит через отверстия 14 и зазор между зондом 5 и корпусом бурового наконечника 8.

В процессе движения зонда 5 начинают действовать его измерительные преобразователи, а электронная схема, размещенная в полости порщня 4 и зонда 5, обеспечивает непрерывную передачу информации о характеристиках грунта по телеметрической

линии связи на приемно-регистрирующую аппаратуру. Для этого конусный наконечник электрически изолирован от корпуса зонда 5 изолятором 27. Частотно-модулированное

импульсное напряжение, несущее информацию, подается на конусный наконечник. С наконечника импульсное напряжение через грунт передается на антенну приемного устройства регистрирующей аппаратуры. Вторым проводом является корпус зонда 5 и бурильной колонны 1.

Измерительный преобразователь гаммагамма каротажа позволяет контролировать момент выхода (или входа) конуса зонда 5 из бурового наконечника, так как при выходе детектора из устройства в грунт резко возрастает уровень рассеянного излучения, регистрируемого детектором гамма-квантов. Наоборот, при входе зонда с детектором, в буровой наконечник уровень рассеянного излучений резко падает. Максимальное давление буровой жидкости, действующее на поршень 4, при вдавливании зонда 5 регулируется таким образом, чтобы усилие, действующее на зонд при встрече наконечника с прочной породой, не привело к аварийной ситуации. При возрастании лобового усилия до предельного значения и выще зонд останавливается, о чем сигнализирует прекращение работы отметчика глубины зондирования. Такая же ситуация возникает при достижении порщнем нижнего предельного положения. Чтобы заставить порщень 4, а вместе с ним и зонд 5, двигаться вверх, насос переключают на подачу промывочной жидкости под более высоким давлением, уровень которого устанавливают так, чтобы лод его воздействием порщень 22 блока 7 переключения золотника, преодолевая сопротивление сжатию пружины 23, переместился в нижнее положение, переключая золотник в положение, соответствующее режиму извлечения зонда. В этом положении вода через золотник 6, патрубок 17, полость 3 между гидроцилиндром 2 и бурильной колонной 1, через отверстия 13 в нижней части гидроцилиндра поступает в подпорщневое пространство 12 и давит на порщень 4 снизу. Вода из надпорщневой полости 9 выходит

наружу в затрубное пространство 20 через открытое окно 11 и патрубок 18. Давление промывочной жидкости устанавливают таким, чтобы оно было достаточным для извлечения зонда с учетом снижения дав-пения из-за утечки жидкости через отверстия 14. В момент подхода к верхнему крайнему положению с помощью бесконтактного выключателя отключают питание блоков измерительной схеК1Ы зонда, потребляющих наибольщую мощность (например, блока передачи). Затем устройство переводят в режим бурения, при этом порщень с зондом давлением промывочной жидкости удерживается в верхнем положении, а промывочная жидкость расходуется только Для промывки забоя, поступая к нему через отверстия 14. Бурение производят на глубину последнего зондирования, после чего давление промывочной жидкости снижают до величины, при которой порщень 22 блока 7 под действием

пружины 23 отжимается в исходное положение и цикл погружения зонда 5 повторяется снова.

Поскольку при использовании предлагаемого устройства нет необходимости при каждом цикле производить его спуск и подъем, значительно уменьшается в целом время исследования грунтов на скважине. Использование, воды вместо масла в качестве рабочего тела в гидравлической системе делает устройство экологически чистым. Блок 7 переключения золотника является в то же время предохранителем, не допускающим возрастания вдавливающего усилия выще определенного допустимого значения. При возрастании по какой-либо причине давления промывочной жидкости блок 7 переключает золотник в режим извлечения. Зондировайие прекращается, и зонд убирается внутрь бурильной трубы. Кроме того, отсутствие кабелей для управления и передачи информации повышает надежность устройства.

75

.,

..-::у .::.:...;

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ И ЗОНДИРОВАНИЯ ГРУНТОВ, содержащее бурильную колонну с буровым наконечником и пенетрационный узел, включающий гидроцилиндр с распределительным золотником и порщнем с измерительным зондом, блок преобразования и передачи информации, отличающееся тем, что, с целью повыщения производительности исследований и надежности, гидроцилиндр жестко соединен с бурильной колонной со стороны бурового наконечника и перфорирован в зоне последнего, при этом между гидроцилиндрбм и бурильной колонной образована полость, а блок преобразования и передачи информации размещен внутри порщня и измерительного зонда.. S