Керноориентатор многократного действия Советский патент 1985 года по МПК E21B25/16 

сд

4 00 N5

Изобретение относится к горному делу, а именно к средствам для отбора ориентированного керна с многократным нанесением меток и регистрацией их положения относительно апсидальной плоскости при колонковом бурении наклонных скважин.

Известно устройство для ориентирования керна в течение рейса, содержащее во внутренней керноприемной трубе маркировочный блок (МБ), включающий механический отметчик и его электропривод со щтоком и катушкой, наносящий метку (царапину) на керне и блок регистрации (БР) апсидальной плоскости 1.

К недостаткам устройства следует отнести возможность срабатывания МБ «в пустоту в связи с тем, что отдельные участки керна перед отметчиком могут быть сколотыми по боковой поверхности (особенно в случае крутопадающих пластов). И тогда несовпадение количества меток на керне и регистрации углов между ними и апсидальной плоскостью в БР затрудняет надежное ориентирование керна.

Известен также керноориентатор многократного действия, содержащий связанную с переходником наружную трубу, коаксиально с ней установленную с образованием межтрубного пространства внутреннюю трубу, маркировочный блок, блок управления, связанный с маркировочным блоком и блоком регистрации апсидальной плоскости, состоящий из датчика режима работы бурового снаряда, связанного с логическим блоком 2.

К недостаткам известного керноориентатора следует отнести ограничение области его применения при отборе ориентированного керна в породах высокой категории буримости, не склонных к разрушению, например окварцованных, где из-за необходимости механического воздействия отметчика на керн, неизбежно имеющий различный диаметр в зависимости от разработки коронки, возможны либо нанесение нечетной метки, трудно определимой на поверхности керна, либо поломка отметчика.

Цель изобретения - повыщение надежности керноориентирования на породах высокой категории буримости.

Указанная цель достигается тем, что керноориентатор многократного действия, содержащий связанную с переходником наружную трубу, коаксиально с ней установленную с образованием межтрубного пространства внутреннюю трубу, маркировочный блок, блок управления, связанный с маркировочным блоком и блоком регистрации апсидальной плоскости, состоящий из датчика режима работы бурового снаряда, связанного с логическим блоком, снабжен порщнем, установленным соосно в корпусе маркировочного блока с возможностью его осевого перемещения и изменения длины, а корпус выполнен с боковым капиллярным отверстием и заполнен индикаторным веществом, при этом порщень установлен над отверстием, его верхний торец имеет возможность сообщения с межтрубным пространством, а нижний - возможность контактирования с индикаторным веществом.

На фиг. 1 изображен керноориентатор, общий вид в разрезе; на фиг. 2 - структурная схема керноориентатора; на фиг. 3 - МБ в исходном положении, разрез; на фиг. 4МБ в момент нанесения первой метки; на фиг. 5 - МБ после нанесения первой метки; на фиг. 6 - БР в исходном положении, разрез; на фиг. 7 - БР в момент получения первого отпечатка щарика в апсидальной плоскости на регистраторе; на фиг. 8 - схема взаимного расположения отпечатков щарика на регистраторе и меток на керне; на фиг. 9 образец ориентированного керна.

Керноориентатор (фиг. 1) содержит наружную трубу 1 с переходником 2 и коронкой 3, в которой расположено рвательное кольцо 4. Невращающаяся внутренняя керноприемная труба 5 связана через подшипниковый узел 6 с переходником и содержит непроворачиваемый в ней БР 7 и установленный под ним контейнер 8 с источником 9 автономного питания (фиг. 2), к которому через выключатель 10 (фиг. 1 и 2) подключен блок 11 управления (фиг. 2). Блок 11 содержит датчик режима работы бурового снаряда (ДР) 12, состоящий из последовательно соединенных электроакустического преобразователя 13, детектора 14 и схемы 15 сравнения, выход ДР подключен к логическому блоку 16 со схемой 17 управления БР и схемой 18 управления МБ. Выходы схем 17 и 18 соединены соответственно с БР 7 и МБ 19, расположенным в прорези нижнего конца трубы 5(фиг. 1). На фиг. 2 жирные линии показывают силовую, а тонкие - информационную цепь. БР и МБ соединены (фиг. 1) соответственно своими подводящими проводами 20 и 21 через контактные штыри 22 и 23 с контактными гнездами контейнера 8.

МБ содержит (фиг. 3) в корпусе 24 порщень 25, например, цилиндрический, из

предварительно поляризованной пьезокерамики с ярко выраженным поперечным пьезоэффектом, имеющий электрические обкладки 26, расположенные на боковой поверхности порщня и электрически соединенные проводом 21 со схемой 18. Верхний торец поршня имеет возможность сообщаться с межтрубным пространством (которое в скважине заполнено промывочной жидкостью). В боковой стенке корпуса 24 ниже порщня выполнено капиллярное отверстие 27

Под поршнем содержится индикаторное вещество 28 с высокой адгезионной способностью по отношению к материалу керна и не растворяющееся в промывочной жидкости. Индикаторное вещество полностью занимает весь объем под поршнем и не содержит в себе газовых включений.

БР содержит (фиг. 6) корпус 29 с крышкой 30, внутри которой помещены подпружиненная пята 31 с нижней конической частью и соленоид 32 (совокупность пяты и соленоида представляет собой электромагнитный привод БР, который связан с выходом схемы 17). БР содержит также свободный шарик 33, съемный непроворачиваемый регистратор 34 из мягкого материала, имеющий риску (фиг. 8), и механизм рассредоточения отпечатков шарика на регистраторе, включающий непроворачиваемый держатель 35, на внутренней поверхности которого с равным шагом t по высоте выбрано заданное количество канавок (для простоты показано 5), подпружиненную тягу 36, стойку 37, связанный с тягой подвижный фиксатор, включающий обойму 38 и подпружиненную собачку 39, удерживаемую от поворота штифтом 40, с возможностью ее движения в продольной прорези обоймы и связанный со стойкой 37 неподвижный фиксатор, включающий обойму 41, собачку 42 и аналогичный предыдущему штифт. Собачки 39 и 42 установлены с возможностью их взаимодействия с канавками держателя 35. Подводящие провода 20 подсоединяются к изолированным клеммам 43, а также (с некоторой слабиной) к контактным штырям 22, закрепленным на изоляционной прокладке.

За цикл срабатывания БР принимается опускание и подъем пяты, при опускании которой до соприкосновения с верхним торцом , стойки 37 шарик может вдавливаться во внутреннюю поверхность регистратора 34 на заданную глубину S (фиг. 7).

Конструктивно предусмотрено, чтобы в общей компоновке обеспечивалось постоянное нахождение в одной плоскости бокового отверстия МБ и риски на регистраторе (фиг. 8).

Керноориентатор работает следующим образом.

После сборки БР с контейнером (постоянно находящимся в трубе 5, пока не истощится питание ) кнопка выключателя 10 утапливается и подключает источник 9 питания к блоку 11, при этом блок 16 устанавливается в исходное положение, т.е. на ожидание команды на срабатывание МБ и БР.

В операции бурения на преобразователь 13 поступает акустический шум от работающих механизмов бурового агрегата, трения коронки о забой и т.д. Переменное напряжение с выхода преобразователя поступает на вход детектора 14, где оно выпрямляется.

Уровень выпрямленного постоянного напряжения на выходе пропорционален уровню акустического шума. Это напряжение поступает на схему 15 сравнения, на другой 5 вход которой подается опорное напряжение Uon, причем схема ДР настроена так (регулировкой Uon), что при работающих станке и насосе напряжение на выходе детектора всегда больше Uon, и ДР выдает сигнал логического нуля («О), что свидетельствует

0режиме бурения.

Операция нанесения меток на керне (срабатывания МБ) и регистрации угла между этой меткой и апсидальной плоскостью (срабатывание БР) происходит по команде, представляющей собой совокупность, например, следующих действий: выключение двигателей насоса и станка, т.е. агрегатов, создающих акустический щум; включение этих двигателей; повторное их выключение, причем все эти действия должны выполняться в

0 течение определенного времени, например

1мин. Срабатывание МБ и БР происходит через некоторое время, например 30 с, после подачи команды, т.е. после повторного выключения двигателей.

5 Блок управления в операции нанесения и регистрации метки работает следующим образом.

Уровень напряжени я на выходе детектора 14 при пропадании акустического шума от агрегатов и связанных с ними шумов на забое резко уменьшается, становясь меньше Uon (могут оставаться лищь случайные шумы, однако они не окажут влияния на работу схемы 15, т.к. опорное напряжение выбг рано заведомо больщим, чем напряжение на выходе детектора. Соответствующее любым шумам, не связанным с работой агрегата), и схема 15 вырабатывает в блоке 16 сигнал логической единицы («1), что свидетельствует об отсутствии режима бурения. По

0 появлении «I блок 16 начинает ожидать вторичного появления «1 с ДР (которая формируется при включении и выключении двигателей) в течение некоторого времени, например 1 мин (повторение сигнала с ДР

5 нужно для того, чтобы отстроиться от исчезнования шума, не связанного с командой нанесения и регистрации, например из-за внезапного отключения электроэнергии на буровой и т.д.). Если в течение 1 мин с ДР «1 не поступает, логический блок возвращается в исходное состояние. При поступлении же «1 (т.е. повторном включении и выключении двигателей) логический блок с некоторой задержкой, например 30 с (это время необходимо для успокоения шарика

33 в БР после снятия вибраций, причем в течение этих 30 с логическая «1 с ДР не должна сниматься, т.е. не должны включаться двигатели, в противном случае, блок 16

переходит в исходное состояние), вырабатывает сигнал одновременно в схемы 17 и 18.

Схема 18 посылает по этому сигналу импульс напряжения на обкладки 26, что позволяет нанести метку на керн, а схема 17 - импульс тока в электромагнитный привод БР,; что позволяет зарегистрировать угол между данной меткой на керне и апсидальной плоскостью.

МБ производит нанесение меток на керн следующим образом.

При поступлении импульса напряжения на обкладки 26 поршень увеличивает свой геометрический размер в осевом направлении (фиг. 4). При этом объем под поршнем, заполненный индикаторным веществом, уменьшается, и давление в нем резко возрастает. В результате через отверстие 27 выбрызгивается порция индикаторного вещества (фиг. 4) под действием силы, обусловленной превышением давления индикаторного вещества над давлением промывочной жидкости (эта сила существенно больше силы вязкого трения в капиллярном отверстии 27). Подъем поршня в момент его удлинения исключается, т.е. скорость изменения геометрического размера поршня превышает скорость распространения волн давления в индикаторном веществе и, следовательно, выравнивание давлений в промывочной жидкости и индикаторном веществе происходит за счет выбрызгивания последнего.

После окончания действия импульса поршень укорачивается и принимает первоначальный размер, при этом давление индикаторного вещества под поршнем становится меньше, чем давление промывочной жидкости над ним, и поршень под действием разности давлений перемещается вниз (фиг. 5) до выравнивания указанных давлений (засасывание индикаторного вещества через отверстие 27 в момент укорочения поршня исключается, так как сила, действующая на него, обусловленная превышением давле: ПИЯ промывочной жидкости над индикаторным веществом, существенно меньше, чем сила вязкого трения в отверстии 27).

Описанный цикл может быть повторен при поступлении следующей команды с поверхности до полного исчерпания индикаторного вещества. Крайне малая его порция (порядка 10 см), достаточная, для визуализации метки, позволяет нанести практически неограничентгое количество меток за рейс (даже при небольшом объеме индикаторного вещества, например см).

Регистрация в БР угла между меткой на керне и апсидальной плоскостью происходит следующим образом.

Под действием электромагнитных сил пята 31, опускаясь до упора в верхний торец

стойки 37, своей конической частью вдавливает шарик в регистратор 34 на расстоянии от его верхнего края (фиг. 7), а нижней плоскостью утапливает выступающий конец с тягр 36 на величину, несколько больщую шага t.

При этом в связанном с тягой подвижном фиксаторе собачка 39, утопленная в исходном положении в первой сверху канавке держателя 35 (фиг. 6), испытывает на своем скосе силу, отодвигающую ее в продольной оси БР, в результате чего собачка перескакивает в следующую канавку держателя. После получения отпечатка пята под действием своей пружины поднимается в исходное положение, тяга 36 также перемещается своей пружиной в исходное положение вверх, и при этом собачка 39, упираясь в верхнюю плоскость второй сверху канавки, поднимает на шаг держатель, а вместе с ним и регистратор 34. Собачка 42 при движении

0 держателя вверх своим скосом отодвигается к продольной оси БР, затем перескакивает в следующую нижележащую канавку и фиксируется пружиной в этом положении (вза. имное положение элементов БР после подъема пяты не показано в силу его очевидности). При новом цикле нанесения метки находящийся в апсидальной плоскости шарик вдавливается в регистратор на высоте t+t (третий отпечаток наносится на высоте E+2t и т.д.). В заключительном цикле срабатыва0 ния БР фиксаторы выходят из самой нижней канавки.

После нанесения заданного количества меток керн срывают подачей снаряда вверх с заклиниванием рвательного кольца в конической расточке коронки.

При рассоединении БР с контейнером кнопка 9 обесточивает блок 11, из БР извлекают регистратор.

Для нанесения на выбуренном и поднятом на поверхность керне нижнего следа ап0 сидальной плоскости скважины по отдельным меткам и соответствующим им отпечаткам на регистраторе 34 необходимо замерить, например, по часовой стрелке углы между риской на регистраторе и центрами меток и последовательно отложить их на кусках керна в том же направлении (фиг. 8). Для подготовки керноориентатора к следующему отбору ориентированного керна следует заменить регистратор в БР. Предлагаемое устройство позволяет существенно расширить область кернометрии, т.е. примерно на 20% увеличить отбор образцов ориентированного керна, что повышает качество геологоразведочных работ, уменьшает объемы дорогостоящего бурения и обуславливает экономический эффект от

применения керноориентатора.

КЕРНООРИЕНТАТОР МНОГОКРАТНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащий связанную с переходником наружную трубу, коаксиально с ней установленную с образованием межтрубного пространства внутреннюю трубу, маркировочный блок, блок управления, связанный с маркировочным блоком и блоком регистрации апсидальной плоскости, состоящий из датчика режима работы бурового снаряда, связанного с логическим блоком, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности керноориентирования на породах высокой категории буримости, он снабжен поршнем, установленным соосно в корпусе маркировочного блока с возмож ностью его осевого перемещения и изменения длины, а корпус выполнен с боковым капиллярным отверстием и заполнен индикаторным веществом, при этом поршень установлен над отверстием, его верхний торец имеет возможность сообшения с межтрубI ным пространством, а нижний - возможность контактирования с индикаторным веществом.

- Г--Л

Фаг.4

Фиг. 5

U ф U

Фиг.7

Риска