Устройство для определения напряжений в стенках буровой скважины Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 E21B49/00 

плена оправа 13, в окнах которой установлены камеры 14 К 1 с прижимными опорами 15. Датчик перемещений выполнен в виде наконечника 24 и перфорированного К 23, Наконечник 24 имеет две пары расположенных диаметрально противоположно одно другому отверстий 27 и 28. Для предотвращения кругового смещения Ш 6 и 10 относительно К 1 друг друга они скреплены шлицами 21 и 22, Для измерения напряжений по оси Х-Х или У-У в бурильной колонне создают соответственно низкое или высокое давление. За счет сжатия П 17 или П

16 происходит относительные перемещения Ш 6 и 10 и совмещение соответствующих отверстий Ш 6 и 10,наконечника 24 и К 1. При этом заполняются рабочей жидкостью соответствующие камеры 14. По мере их расширения опоры 15 прижимаются к стенкам скважины в направлениях Х-Х или У-У. При достижении заданного усилия распора опор 15 происходит перепад давления в камере 26 К 23, который воспринимается установленным в ней сильфоном, и через пружинный преобразователь давление передается на регистрирующую аппаратуру, 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить информативность устройства путем измерения напряженного состояния горных пород во взаимно перпендикулярных напряжениях. Для этого в двухкамерном жестком корпусе (к) 1 с отверстиями 2, 3 и 4 телескопически установлены два подпружиненньтх пружинами (П) 16 и 17 штока (ш) 6 и 10 с отверстиями 7, 8 и П, J2. Жесткость П 16 больше жесткости П 17. На наружной поверхности К I закре

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к уст.ррйствам для .измерения напряженнодеформированного состояния горных пород в скважинах, и выявляются усовершенствованием изобретения по авт.св. № 1139842.

Целью изобретения является повышение информативности путем измерения напряженного состояния во взаимно перпендикулярных направлениях.

На фиг., 1 изображено устройство в транспортном положении, общий вид с разрезом; на фиг. 2-5 - устройство в рабочих положенияхJ на фиг.6датчик перемещений устройства, общий вид с разрезом.

Устройство содержит цилиндрический зонд (фиг. 1), состоящий из корпуса 1 с отверстиями 2 и 3, сливного отверстия 4 с обратным клапанбм 5, основного подпружиненного полого штока 6 с отверстиями 7 и 8 (нагнетательное отверстие 7 оснащено клапаном 9), дополнительного подпружиненного полого щтока 10 с отверстиями 11 и 12, оправы 13, в окнах которой установлены расширяющиеся камеры 14 из упругого материала с прижимными опорами 15, вьтолненными в виде цилиндрического сегмента, пружин 16 и 17, конусного седла 18, уплотнительных манжет между полыми штоками и корпусом, а также корпусом и оправой 19, переводника 20.

Для предотвращения кругового смещения полых штоков 6 и 10 относительно корпуса они закреплены шлицами 2 и 22.

Датчик перемещений (фиг. 6) состоит из корпуса 23, наконёчни1 а 24,. выполненного в виде конусной пробки, и головки 25 для крепления кабеля. В наконечнике 24 имеется камера

26 с отверстиями 27 и 28. В перегородке 29 установлен сильфон 30.Кат, мера 31 между перегородкой и геликсной манометрической пружиной 32 через отверстие 33 заполняется маслом,

служащим средой для передачи давления пружине 32. Вывод измерительного элемента 34 подключен к генератору 35 переменной частоты и усилителю 36 мощности. Для электрического соединения датчика перемещений с наземной аппаратурой служат штепсельный разъем 37 и кабель 38. На корпусе может быть закреплена направляющая планка 39, в этом случае на

внутренней поверхности основного подпружиненного полого щтока 6 выполняется канавка (не показана) для планки 39. На корпусе 23 размещены манжетные кольца 40.

Устройство работает следующим образом.

Цилиндрический зонд монтируют в нижней части бурильной колонны и спускают в скважину. Такая конструкция обеспечивает проведение измерений во время коротких перерывов

3

в процессе бурения. Для этого бурильную колонну следует останавливать так, чтобы зонд находился на том участке, где необходимо определение компонентов напряжений горных пород. Прижимные опоры зонда ориентируют в выбранных направлениях, и в бурильную колонну -с поверхности на кабеле 38 спускают датчик перемещений, который попадает на конусное седло 18 на штоке 6 и закрывает проход жидкости из бурильной колонны.

Пружины 16 и 17 рассчитаны на различные давления (высокое и низкое), причем минимальное давление, необходимое для сжатия пружины 16, больад, чем максимальное давление полного сжатия пружины I7. Поскольку при приложении низкого давления пружина 16 не сжимается, то давление (усилие) через уступ в штоке 10 передается пружине 17, сжатие которой приводит к одновременному перемещению обоих штоков (фиг. 2,3). Тогда отверстия 11 и 7, а также 8 и 12, совпадающие в исходном состоянии, совпадают с отверстиями 2 и 3 на корпусе 1, при этом отверстие 4 закрывается смещенным вниз концом полого штока 10. Рабочая жидкость через открытый клапан в нагнетательном отверстии 7 поступает в расширяющиеся камеры 14, предназначенные для измерения напряжений по оси Х-Х. Одновременно жидкость через отверстия 3, 12 и 8, совпадающие в рабочем положении с отверстием 27 в наконечнике 24, поступает в камеру 26 датчика перемещений. При этом полость между корпусом датчика перемещений и внутренней поверхностью полого штока 6 герметизируется с помощью уплотнительных манжетных колец 40, По мере заполнения камеры 14 расширяются, и пара опор 15 прижимается к стенке скважины. После достижения заданного усилия распора прижимных опор гидросистема изолируется и определенный объем жидкости оказывается замкнутым. Реакцией на это является изменение в преобразователе давления, которое в этом случае соответствует исходному напряженному состоянию. Условие несжимаемости рабочей жидкости позволяет связать перепад внутненнего давления в преобразователе с приращением напряжений в месте установки прижим735514

ных опор I5. Приращение напряжений передается на сильфон 30, а также промежуточной камере 31, заполненной маслом.. Геликсная манометричес5 кая пружина 32, раскручиваясь на угол, пропорциональный перепаду давления, поворачивает на тот же угол ось измерительного элемента 34, сигнал с которого поступает на вход 0 генератора 35 переменной частоты и на его выходе получается сигнал,часто та которого является функцией входного напряжения. Сигнал определенной частоты после усиления по ка15 белю 38 поступает на вход наземной регистрирующей аппаратуры.

После завершения измерений в одном направлении необходимо измерить напряжение в горных породах в на20 правлении, перпендикулярном первому. Дпя этого внутри бурильной колонны необходимо создать более высокое давление. Тогда подпружиненный полый шток 6 вместе с датчиком перемеще5 НИИ смещается вниз относительно подпружиненного полого штока 10 и корпуса 1, что влечет за собой смещение отверстия 7 относительно отверстий II и 2, а также отверстия 8 относительно отверстий 12 и 3, отключение датчика перемещений от пары расширяющихся камер 14 в направлении Х-Х, одновременное совпадение отверстий 7, 11 и 2, а также 8, 12 и 3 и подключение датчика переме щений ко второй паре расширяющихся камер 14 в направлении У-У. При этом отверстия 28 в наконечнике 24 и отверстия 8 на подпружиненном полом штоке 6, совпадающие в исходном положении, совпадают с отверстиями I2 на дополнительном полом штоке 10 и 3 на корпусе 1. Тогда жидкость через обратный клапан 9 в нагнетательном отверстии 7 поступает в расширякяциеся камеры 14 и одновременно в камеру 26 в наконечнике 24 через отверстия 3, 12, 8, 28, совпадающие в рабочем положении. По .мере заполнения камеры расширяются и две про0 тивоположные опоры в направлении У-У прижимаются к стенке скважины. Прижимные опоры в направлении Х-Х остаются в исходном состоянии, т.е. прижатыми к стенкам скважины. После

достижения заданного усилия распора опор в направлении У-У повышение дав|ления в системе прекращается. Это давление также фиксируется как инт