Забойный датчик сигнализатора встречи угольных пластов Советский патент 1986 года по МПК E21B47/12 E21B47/18 

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

Цель изобретения - повышение надежности устройства в работе путем выполнения гидрозатвора в виде винтовых цилиндрических пружин сжатия, причем перекрытие потока промывочной жидкости осугцествля- ется за счет уменьшения межвитковых зазоров пружин при сжатии последних силой инерции инерционного элемента.

На чертеже представлена конструктивная схема забойного датчика сигнализатора встречи угольных пластов.

Забойный датчик расположен над буровым снарядом. Датчик содержит полый корпус 1 с верхним переходником 2, входным каналом 3, нижним переходником 4 и выходным каналом 5, внутреннюю герметичную капсулу 6 с входными 7 и выходными 8 отверстиями для прохода промывочной жидкости, размешенный в капсуле 6 инерционный элемент 9 с кольцевой проточкой К), гидравлически связывающей входные 7 и выходные 8 отверстия капсулы 6, с пружинной 25 подвеской из двух цилиндрических пружин 11 и 12 и полости 13 и 14 с демпферной жидкостью по торцам инерционного элемента 9, соединенные выполненным в инерционном элементе 9 каналом 15, содержащим

зазор, исключающий контакт и износ пружин и капсулы при работе датчика. Геометрические и силовые характеристики пружин 11 и 12, а также длина кольцевой проточки 10, масса инерционного элемента 9 вместе с регулировочными грузами 18 и величина гидравлического сопротивления регулировочного дросселя 16 демпфера колебаний инерционного элемента подобраны с обеспечением возможности смыкания витков нижней

10 пружины 12 в крайнем верхнем положении инерционного элемента 9 (при переходе буровым снарядом границы «порода-уголь) и витков верхней пружины 11 - в его крайнем нижнем положении (при переходе буровым снарядом границы «уголь-порода).

Таким образом, каждая из пружин 11 и 12 выполняет в конструкции датчика роль запорного органа, перекрывающего в нужный момент поток промывочной жидкости, идущий к забою скважины. Для регулирования

2Q начального зазора между витками пружин 1 I и 12 и усилия их предварительного сжатия указанные пружины снабжены торцовыми регулировочными щайбами (не показаны), изменяющими высоту пружин в нейтральном положении инерционного элемента 9.

При бурении породы кровли угольного пласта забойный датчик вместе с буровым снарядом совершает поступательное движение с практически постоянной скоростью. При этом инерционный элемент 9 находится в среднем исходном положении, при котором

регулировочный дроссель 16, выполненный, его кольцевая проточка 10 сообщает входные 7 и выходные 8 отверстия капсулы 6, обеспечиЕШЯ возможность прохода промывочной жидкости через кольцевой канал 21, входные отверстия 7 капсулы 6, спиральное окно между витками пружины 11, кольцевую проточку 10, спиральное окно между витка.ми пружины 12, выходные отверстия 8 капсулы 6 в кольцевой канал 22 к выходному каналу 5 и далее к забою. Осевые колебания инерционного элемента 9, передаваемые ему от

например, в виде набора дроссельных щайб 17. Инерционный элемент 9 снабжен сменными регулировочными грузами 18, а капсула 6 соединена с корпусом 1 верхними 19 и нижними 20 ребрами крепления и установлена концентрично с корпусом с образованием кольцевых каналов 21 и 22 для прохода промывочной жидкости, которые, в зависимости от положения инерционного элемента 9, гидравлически соединяются друг

35

с другом или разъединяются. По обеим сто- 40 бурового снаряда через корпус 1, капсулу 6

ронам кольцевой проточки 10 инерционного элемента 9 установлены уплотнения, выполненные в виде эластичных чулкообразных диафрагм 23 и 24. Для обеспечения смазки внутренних поверхностей указанных диафрагм и их разгрузки от перепада давления внутренние полости 25 и 26 уплотнений 23 и 24 подключены соответственно каналами 27 и 28 к каналу 15.

Датчик снабжен соединенным с инерци45

и пружинную подвеску, гасятся за счет сил сопротивления вязкого трения демпферной жидкости, перетекающей из полости 13 в полость 14 и в обратном направлении по ка- на.лу 15 через дроссельные шайбы 17 дросселя 16 в процессе колебания инерционного элемента 9.

При переходе бурового снаряда из породы кровли в угольный пласт скорость поступательного движения бурового снаряда и

онным элементом 9 запорным органодМ (гид- ,.„ забойного датчика резко возрастает, вследрозатвором), конструктивно совмещенным с пружинной подвеской инерционного элемента. При этом пружины 11 и 12 указанной подвески установлены в кольцевой проточке 10 инерционного элемента 9 между бурствие чего корпус 1 с капсулой 6 получают ускорение. При этом инерционный элемент 9 в силу своей инерции стремится сохранить свое начальное положение, что приводит к перемещению капсулы 6 с корпусом 1 вниз

тиками 29 и 30 указанной проточки и отделе- 55 относительно инерционного элемента 9. Уканы одна от другой общей опорой 31, закрепленной на капсуле 6 между ее входными 7 и выходными 8 отверстиями. Между пружинами 11, 12 и капсулой 6 имеется радиальный

занное относительное перемещение вызывает сжатие нижней пружины 12 и смыкание ее витков, что, в свою очередь, вызывает перекрытие потока промывочной жидкости в за

зазор, исключающий контакт и износ пружин и капсулы при работе датчика. Геометрические и силовые характеристики пружин 11 и 12, а также длина кольцевой проточки 10, масса инерционного элемента 9 вместе с регулировочными грузами 18 и величина гидравлического сопротивления регулировочного дросселя 16 демпфера колебаний инерционного элемента подобраны с обеспечением возможности смыкания витков нижней

пружины 12 в крайнем верхнем положении инерционного элемента 9 (при переходе буровым снарядом границы «порода-уголь) и витков верхней пружины 11 - в его крайнем нижнем положении (при переходе буровым снарядом границы «уголь-порода).

Таким образом, каждая из пружин 11 и 12 выполняет в конструкции датчика роль запорного органа, перекрывающего в нужный момент поток промывочной жидкости, идущий к забою скважины. Для регулирования

Q начального зазора между витками пружин 1 I и 12 и усилия их предварительного сжатия указанные пружины снабжены торцовыми регулировочными щайбами (не показаны), изменяющими высоту пружин в нейтральном положении инерционного элемента 9.

При бурении породы кровли угольного пласта забойный датчик вместе с буровым снарядом совершает поступательное движение с практически постоянной скоростью. При этом инерционный элемент 9 находится в среднем исходном положении, при котором

его кольцевая проточка 10 сообщает входные 7 и выходные 8 отверстия капсулы 6, обеспечиЕШЯ возможность прохода промывочной жидкости через кольцевой канал 21, входные отверстия 7 капсулы 6, спиральное окно между витками пружины 11, кольцевую проточку 10, спиральное окно между витка.ми пружины 12, выходные отверстия 8 капсулы 6 в кольцевой канал 22 к выходному каналу 5 и далее к забою. Осевые колебания инерционного элемента 9, передаваемые ему от

и пружинную подвеску, гасятся за счет сил сопротивления вязкого трения демпферной жидкости, перетекающей из полости 13 в полость 14 и в обратном направлении по ка- на.лу 15 через дроссельные шайбы 17 дросселя 16 в процессе колебания инерционного элемента 9.

При переходе бурового снаряда из породы кровли в угольный пласт скорость поступательного движения бурового снаряда и

забойного датчика резко возрастает, вследствие чего корпус 1 с капсулой 6 получают ускорение. При этом инерционный элемент 9 в силу своей инерции стремится сохранить свое начальное положение, что приводит к перемещению капсулы 6 с корпусом 1 вниз

относительно инерционного элемента 9. Указанное относительное перемещение вызывает сжатие нижней пружины 12 и смыкание ее витков, что, в свою очередь, вызывает перекрытие потока промывочной жидкости в забойном датчике, формирующее сигнальный импульс давления, передающийся с высокой скоростью по столбу промывочной жидкости в буровой колонне к поверхностному сигнальному устройству, оповещающему бурового мастера о встрече угольного пласта.

После получения с забоя сигнала о встрече угольного пласта бурение прекращают, буровой снаряд поднимают из скважины, забойный датчик соединяют с двойным колонковым снарядом, предназначенным для отбора проб угля, и производят перебурку угольного пласта (при перебурке некондиционных угольных пластов и прослоев после встречи угольного пласта бурение можно вести дальще без остановки и подъема бурового снаряда на поверхность). В процессе перебурки угольного пласта инерционный элемент 9 находится в среднем исходном

положении, обеспечивая прохождение промывочной жидкости через забойный датчик к буровому снаряду.

При переходе бурового снаряда из угольного пласта в породу скорость поступательного перемещения бурового снаряда и забойного датчика резко снижается, вследствие чего корпус 1 с капсулой 6 начинают двигаться с замедлением. При этом в силу инерции элемента 9 корпус 1 с капсулой 6 перемещаются относительно него вверх, что приводит к сжатию верхней пружины 11 и смыканию ее витков, вызывающему перекрытие промывочной жидкости в забойном датчике, формирующее сигнальный импульс давления, который после прихода к поверхностному сигнальному устройству оповещает бурового мастера об окончании перебурки угольного пласта.