Забойный датчик сигнализатора встречи угольных пластов Советский патент 1985 года по МПК E21B47/12 

У1

О: 4а СП

со

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

Наиболее близким техническим решением к изобретению является забойный датчик с полым корпусом, внутренней герметичной капсулой, содержащей подпружиненный инерционный элемент со сменными регулировочными грузами и торцовыми демпферными полостями, соединенными выполненным в инерционном элементе каналом, содержащим дроссель, а также гкщрозатвором, выполненньм с виде гильзы с подводящими и отводящими каналами и помещенного в нее золотника с кольцевой проточкой и расположенными по обе ее стороны уплотнениями, соединенного с инерционным элементом посредством штока и.

Однако надежность работы известного датчика понижается вследствие попадания загрязненртй из промывочной жидкости в зазор между золотником и гильзой гидрозатвора, что способствует заеданию и заклиниванию золотника гидрозатвора, а также вследствие повьшенного механического износа кольцевых уплотнительных элементов забойного датчика, обусловленного высокочастотными колебаниями золотника и штокаJ передаваемьмн от инерционного элемента, и попаданием в рабочую зону уплотнений механических загрязнений из промывочной жидкости. В свою очередь, повьпиеннь Й износ уплотнений забойного датчика вызывает попадание промьшочной жидкости и содержащихся в ней загрязнений в демпферкые торцоBbse полости инерционного элемента в процессе бурения и утечку демпферной жидкости из указанных полостей в процессе хранения и транспортировки забойного датчика. Кроме того, забойный датчик имеет сравнительно большую длину и металлоемкость.

Целью изобретения является повьпаение надежности работы забойного датчика, снижение его габаритов и экономия материалов за счет совмещения гидрозатвора с инерционным элементом и капсулой.

Поставленная цель достигается тем, что в забойном датчике сигнализатора встречи угольных пластов, содержащем

полый корпус, внутреннюю герметичную капсулу, подпружиненный инерционный элемент со сменными регулировочиьа.ш грузами, две полости с демпферной жидкостью, расположенные по торцам инерционного элемента, соединенные выполненным в инерционном элементе каналом с дросселем, а также гидрозатвор, выполненный в виде гильзы с подводящими и отводящими каналами и золотника с кольцев®й проточкой и уплотнениями, расположенными по обе стороны от кольцевой проточки, гильза гидрозатвора совмещена с капсулой, а уплотнения выполнены в виде эластичных чулкообразных диафрагм, при этом золотник гидрозатвора является инерционньгг-i элементом.

На .фиг. 1 изображена конструктивная схема забойного датчика сигнализатора встречи угольных пластов; на фиг. 2 - гидрозатвор забойного датчика в положении, соответствующем переходу бурового снаряда из породы кровли в угольный пласт; на фиг. 3 то же, при переходе бурового снаряда из угольного пласта в породу

Сигнальное устройство-1 снабжено датчиком 2 давления, подключеиньм к линии 3 нагнетания бурового насоса 4 В скважине над буровым снарядом расположен Эабойный датчик, содержащий полый корпус 5 с верхним переходником 6, входнь1м каналом 7 и нижкш переходником 8 с выходньи каналом 9 и размещенную в корпусе 5 капсулу 10 с помещенным в ней инерционньм элементом 11 с образованием полостей 12 и 13 с демпферной жидкостью,, расположенных по торцам инерцио}1ного элемента 11 и соединенных друг с другом вьшолненным в ине ционном элементе 1 каналом 14, содержащим регулироночный дроссель, выполненныр например, в виде дроссельной решетки содержащей набор дроссельных шайб 15, установленных с зазором 16, который обеспечивается разделительными шайбами 17о Инерционньй элемент 11 снабжен сменными регулировочными грузами 18 и пружинной подвеской, включающей верхнюю пружину 19, установлепную в полости 12 капсулы 10, и пружину 20, установлеГПп/ю в полости 13 капсулы. Капсула 10 соединена с корпусом 5 верхними 21 и 22 ребрами крепления и устлиовчсна концентрично с указл);ным корпусом 31 с образ(5ваиисм ко.чьпспых каиал(тв 23 и 24 для прохода промыночной жидкос которые в зависи:-к)сти от положения инерционного злемелпя 1 1 соединяютс друг с другом идл разъединяются. Забойньп датчик снабжен золотниковым гидроз-атвором, включаюп им гильзу и помещенный в нее золотник, причем гильза гидрозатвора конструк тивно совмещена с капсулой 10, а зодотник с инерционным элементом 11, для чего на инерционном элемен те 11 выполнена кольцевая проточка 25, а в капсуле 10 выполнены подводящие 26 и отводяатие 27 каналы, гидравлически связанные друг с другом через кольцевую проточку 25 инерционного элемента 11 В гидрозатворе по обеим сторонам колыдевой проточки 25 установлены уплотнения, вьиюлиенные в виде эластичЕсых чулкообразных диафрагм 28 и 29, каждая из которых защемлена по периферии в капсуле 10 а по центру - в инерционном элементе 11. В конструкции- предусмотрена смазка внутренних поверхностей диафрагм 28 и 29, перекатывающихся по стенкам капсулы 10 и г-нердионного элемента 1 1 в проиессе работр забойного датчика, а Также гидравлическая разгрузка указап -1ьгл диафрагм от давления промывочной жидкости, Пля этих целей внутренние полости 30 и 31 уплотненю1 28 и 29 подключены соответственно каналами 32 и 33 к Канаду 14 Демпферное масло, попадая из канала .14 в полости 30 и 31, обеспечивает смазкурабочих поверхностей уплотнений 28 и 29, сн1жаюш,ую их износ, PiMecre с тем демпферное масло в полостях 30 и 31 воспринкмает давление, действующее на уплоткемия 28 и 29 со стороны промывочной жидкости и в силу своей несжимаемости препятствует растяжению и гидроразрыву указанных уплотнений силами давления промывочной жидкости. Для полного исключения возможности гидроразрыва диафрагм 28 и 29 в забойном датчике предусмотрены меры, обеспечивающие создание начального давления в полос тях 12 и 13 и связанных с ними полостях 30 и 31. Указанное начальное давление можно создавать, например, путем уменьшения объема полости 12 после заливки капсулы 10 демпферной жидкостью. Для этого верхняя крьшка 34 капсулы 10 с {абжается пробкой-плунжером 34 с фиксирукнцей 1айко1( 35, я в нижней крьпаке капсулы устанавливается подпружиненньй клапан 36 с входным канагюм 37, закрытым заглушкой 38, После заливки капсулы 10 демпферной жидкостью на ме-сто заглушки 38 вворачивается штуцер, соединенньй с контрольным манометром, причем указанньй штуцер снабжается наконечником (толкателем), которьо,нажимая на шариковый клаиан 36, соединяет полость 13 капсулы 10 с манометром. Затем вращением пробки-плунжера 34 перемещают ее в сторону плоскости 12, что сопровождается уменьшением объема последней и соответствующим ростом давления в гидравлических полостях и каналах капсулы Ю, наблюдаемым по контрольному манометру. После дocт rжeния в капсуле 10 )ia4ajnj Horo давления пробку 34 фиксируют гайкой 35 от проворачивания и отсоединяют от капсулы 10 контрольны манометр, после чего клапан 36 возвращается пружиной в исходное положение. Начальное разгрузочное давление во внутренней полости капсулы 10 можно создавать также путем подкачки в нее демпферного масла -через обратный клапан 36, в этом случае для этого треЬуется источник давления, например ручная помпа (насос). Кроме того, при заправке капсулы 10 демпферной жидкостью предусматриваются меры, исключающие попадание в демпферн то жидкость возду1иных пузырьков и ее насьш;ение воздухом, -Тем самым, исключается емость демпферной жидкости и возможность гидроразрыва диафрагм 28 и 29. Датчик работает следукядим образом. При бурении пороПы кровли угольного пласта буровой снаряд вместе с забойным датчиком совершает поступательное движение с практически постоянной скоростью. При этом инерционный элемент 1t находится в среднем исходном положении (фиг. 1), при котором его кольцевая проточка 25 сообщает каналы 26 и 27, давая возможность промывочной жидкости проходить через кольцевые каналы 23 и 24 и выходной канал 9 к буровому снаряду. Осевые колебания инерционного элемента 11, возбуждаемые колебаниями бурового снаряда, сопровождающими процесс разрушения горной породы на. забое скважины, гасятся за счет сил сопротивления вязкого J трения демпферной жидкости, перетекающей из полости 12 в полость 13 и в обратном направлении по каналу через дроссельные шайбы 15 дроссель ной решетки в процессе колебания инерционного Э1 емента 11. При переходе бурового снаряда из породы Kpt)Bjni -в угольный пласт скорость поступательного перемещения бурового снаряда и соединенного с ним забойного датчика резко возраст ет, вследствие чего корпус 5 забойного датчика получает ускорение. При этом инерционный элемент 11 в силу инерции стремится сохранить спое начальное положениеj что зызыBfveT перемеш.ение корпуса 5 вниз относ.лтгяьно 1- иерционного элемента 1 1, Это приводит к перемещению колпэцевой проточки 25 инерционгюго элемента I I Б верхнее положение (фкг. 2),, при котором отводящий канал 27 ri-щрозатвора перекрьшается инерциопньйм элементом 11, что вызывает разобп ение каналов 26 и 27 гидрозатвора и перекрытие пот.ока промывочной жидкости в забойном дат чике, формирующее сигнальный импуль давления, двнжупщйся с высокой скоростью по столбу промывочной жидкости 3 колонне к поверхностному датчику 2 давления. Выходной сигнал датчика 2 поступает на сигнальное устройство 15 которое подает инфор.мадиониьп (световой звуковой, визуально-паблюдаемый и т.п.) сигнал о встрече угольного пласта После подачи сигнала бурение прекращают, буровой снаряд подни1н{а1от из скважины, забойньв датчик соединяют с двойным колонковым снарядом, предназиаченньм для отбора керновьж про угля, и производят перебурк-у угольн го пласта (при перебурке некондмционных угольных пластов и прослоев сплошным забоем без отбора керновых проб данная операция не производит и после встречи угольного пласта бурение может не прекращаться)„ Б процессе перебурки угольного пласта инерционный элемент 11 находится в своем средне1ч неходком положении (фиг, 1), обеспечивая про хождение промывочной /кидкости по ка налам 23, 24 и 9 к буровому снаряду При переходе бурового снаряда и угольного пласта в породу скорость поступательного перемеп1йния бурово 53 снаряда и забойного датчика резко снижается, вследствие чего корпус 5 забойного датчика начинает двигаться с замедлением. При этом в силу инерции элемента 11 корпус 5 перемещается вверх относительно последнего. Это приводит к перемещению кольцевой проточки 25 инерционного элемента 11 в нижнее положение (фиг, 3), при котором подводящий канал 26 гидрозатBopji перекрывается инерционным элементом 11, что вызывает разобщение каналов 26 и 27 забойного датчика. В результате происходит перекрытие потока промывочной жидкости в забойном датчике Формирующее импульс давления, восприлтимаемьй датчиком 2, выдающттм выходной сигнал на сигнальпоя устройство Т, информирующее бурового NsacTspa об окончании перебурки угольного пласта. В процессе осевых колебаний и перемещений ииерционного элемента 11 эластичные диафраг /гы 28 и 29 перекатываются по поверхности капсулы 10 и инерционного элемента 11 (фиг. 2 и 3) и обеспечивают при этом глухую защи1у зазоров между капсулой 10 и инерционным элементом 11 от попадания в них промывочной жидкости и загрязнений, исключая тем самым возможность заедания и заклинивания инерциокмого элемента 11 в капсуле 10, а также возможность смещения демпферной жидкости в полостях 12 и 13 с промывочной жидкостью. Вместе с тем диафрагмы 28 и 29 защищают демпферную жидкость в полостях 12 и 13 от загрязнения механически1-1и примесями, содержащршися в промывочной жидкости и тем самым исключает возможность засорения дроссельных шайб 15 дроссельной решетки указанными примесями. Кроме Toros диафрагмы 28 и 29 исключают возможность утечки демпферной жидкости из полостей 12 и 13 капсулы 10, При этом используемые в предлагаемом сигнализаторе эластичные диафрагменные уплотнения 28 и 29 более надежны и долговеч ы в сравнении с кольцевыми уплотнениями, поскольку они обеспечивают глухую запшту зазоров сопряженных деталей забойного датчика и демпферной .жидкости и, вместе с их износ протекает менее интенсивно,, так как рабочие поверхности угглотнений. подвергаемые износу (контактирующие с капсулой 10 711 и инерционным элементо1-г 11), защищены от промывочной жидкости и содержащихся в ней загрязнений и снабженЕл смазкой через каналы 32 и 33, Кроме того, высокая надежность и долговечность используемых диафрагменных уплотнений 28 и 29 обуславливается также тем, что их механический износ не сопровождается потерей герметичности. 53 Предлагаемое техническое решение позволяет снизить металлоемкость и осевой габарит (длину) забойного датчика сигнализатора за счет совмещения золотника гидрозатвора с инерционным элементом, а гильзы гидрозатвора - с капсулой забойного датчика и увеличить надежность и долговечность датчика за счет зластичных чулкообразных диафрагменных уплотнений,

ЗАБОЙНЫЙ ДАТЧИК СИГНАЛИЗАТОРА ВСТРЕЧИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ, содержащий полый корпус, внутреннюю герметичную капсулу, подпрзтжиненный инерционный элемент со сменными регулировочными грузами, две полости с демпферной жидкостью, расположенные по торцам инерционного элемента, соединенные выполненным в инерционном элементе каналом с дросселем, а также гидрозатвор, выполненный, в виде гильзы с подводящими и отводящими каналами и золотника с кольцевой проточкой и уплотнениями, расположенными по обе стороны от кольцевой проточки, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности работы и экономии -материалов, гильза гидрозатвора совмецена с капсулой, а уплотнения вьтолнены в виде эластичных чулкообразных диафрагм, о при этом золотник гидрозатвора является инерционньм элементом.

23