Способ механического каротажа и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК E21B49/00 

со

оо

оо

Изобретение относится к области геофизических исследований и может быть использовано при поисках и разведке месторождений, в частности для определения мощности полезного ископаемого, поя чения исходных данных о механических свойствах скальных горных пород при проектировании и усовершенствовании способов проходки горных выработок и скважин, выборе типа породоразрушающего инструмента.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности и расширение области применения каротажа для определения механических свойств горных пород в скважине.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема устройства для осуществления способа; на фиг, 2 - устройство пантографным механизмом перемещения рабочего элемента; на фиг. 3 - стадии формирования профиля стенки скважины; на фиг. 4 - устройство в сква

Акустическая развязка рабочего элемента 7 с корпусом 2 зонда и скважиной 13 достигается резиновой прокладкой 17 и кольцами 18.

Для раскрытия рычага 5 устройство снабжено электромагнитом 19 и тягой 20, входящей в зацепление с защелкой 21 подвижного элемента 6, Величину линейного перемещения подвижного элемента 6 относительно продольной оси зонда контролируют по величине разности потенциалов, снимаемой ползуном 22 штока 10 с датчика 23 перемещений.

Механические колебания резца 7, преобразованные датчиком 8 вибраций в электрические сигналы, подаются на предварительный усилитель 24 и далее по кабелю 25 на наземную регистрирующую аппаратуру.

На фиг. 2 показано устройство, в котором подвижный элемент 6 связан с пантографным механизмом 26 и тя

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин и может быть использовано для изучения механических свойств горных пород. Цель изобретения - повышение разрешающей способности и расширение области применения механического каротажа скважин. Способ основан на измерении амплитуды и/или частоты колебаний рабочего элемента при контактировании его со стенкой скважины во время движения скважинного зонда со скоростью до 0,15 м/с. В результате силового воздействия рабочим элементом на . стенке скважины формируют профиль микровпадин и микровыступов. Устройство снабжено скважинным зондом, про- филеформируинцим узлом, оснащенным рабочим элементом, выполненным в виде резца, жестко связанного с датчиком вибраций, силовым узлом и регистрирующей аппаратурой. Перед проведением работ в скважине устройство эталонируют на образцах пород с известными механическими свойствами. 2 с.п. ф-лы, 5 ил. i (Л

жине, общий вид; на фиг, 5 - диаграм- 25 гой 27, которые обеспечивают нормаль

ма твердости горных пород, совмещенная с разрезом скважины.

Устройство для осуществления способа включает скважинный зонд 1 (фиг, 1), цилиндрический корпус 2 которого имеет продольный вырез 3 для установки профилеформирующего узла 4, включающего рычаг 5, с которым соединен подвижный элемент 6, оснащенный рабочим элементом, выполненным в виде резца 7, жестко связанного с датчиком 8 вибраций, и силовой узел 9, состоящий из подпружиненного штока 10 и пружины 11. Профиле- формирующий узел 4 установлен в корпусе 2 скважинного зонда 1 с возможностью перемещения в радиальной штос- кости и кинематически связан посредством рычага 5 с датчиком перемещения подвижного элемента 6 и силовым узлом 9.

Подвижньй элемент 6 фиксируется на рычаге 5 винтом 12, что обеспечивает нормально заданное положение продольной оси резца 7 относительно оси корпуса 2 для номинального диаметра скважины 13. Прижим резца 7 к стенке 14 скважины 13 осуществляется посредством силового узла 9, Шток 10 перемещается в направляющих 15 и для компенсации внешнего избыточного давления при работе в водозаполненных скважинах снабжен гидрокомпенсатором 16.

0

5

0

5

5

0

нов положение продольной оси резца 7 относительно стенки 14 при изменении диаметра скважины 13. Для преодоления силы трения рабочего элемента 7 и корпуса 2 со стенкой 14 скважины 13 устройство снабжено грузом 28.

Устройство работает следующим образом.

После спуска устройства на требуемую глубину скважины 13 обмотку электромагнита 19 (фиг. 1) через кабель 25 подсоединяют к источнику электрического тока и освобождают рычаг 5, который под действием пружины 11

прижимает резец 7 к стенке 14.

1

Стабилизация отношений амплитуд сигналов, измеряемых на двух образцах пород разной твердости в рабочем диапазоне частот, наступает при скорости взаимодействия рабочего элемента с породой 0,05 м/с. При такой скорости представляется, возможным выделять прослои пород и руд мощностью 0,05 м, сохраняя разрешающую способность по амплитуде, соответствующей реальным величинам твердости исследуемых пород.

Верхний предел скорости О,15 м/с определяется, исходя из разрешающей способности выделения в разрезах скважин маломощных прослоев и про- пластков полезных ископаемых (полиметаллы, фосфорит, уголь) мощностью 0,15-0,2 м.

Предложенньй способ механического каротажа скважин состоит в том, что под действием горизонтального усилия Р (фиг. 3), создаваемого пружиной 11 (фиг. 1), и вертикального усилия PY, создаваемого через кабель 25 лебедкой каротажной станции (не показана), резец 7 при движении от произвольно выбранной на стенке 14 скважины 13 точки А внедряется в горную породу стенки 14. При достижении точки В усилия Р становятся недостаточно

для микрорезания слоем Р„. оезеи 3

L и.

так

как Ру, резец 3 выходит в точ- ку С. При дальнейшем движении резца 3 процесс микрорезания повторяется по пути С, Bj,, С|,, и на стенке скважины образуются лунки, представляющие собой микрополости в виде эллиптического конуса с вершиной в точке В и большой осью ЛС основания.

СкорсУсти Vp по пути АВ и V р по ВС являются результирующими векторами горизонтальной и вертикальной состав- ляющих скоростей. Вектор результирующей скорости VP меняет свое направление в точке В, ив ней появляется им- .пульс силы F, нормально направленный к стенке 14 скважины 13,

Перемещаясь вдоль стенки 14 скважины 13, резец 7 под действием возникающих импульсов силы F совершает механические колебания, которые преобразуются датчиком 8 вибраций в электрические сигналы. В зависимости от не ханических свойств горных пород, например твердости, меняется профиль лунки (длина большой оси основания, угол при вершине), что обусловливает при постоянных конструктивных парамет pajc устройства изменение амплитуды и частоты колебаний резца 7.

,

jgj2Q

25

-

30

35

40

Использование предложенного способа и устройства для его осуществления, кроме повышения разрешающей способности и расширения области применения, позволяет повысить достоверность оценки категории пород по буримости, так как в основе реализации предложенного способа лежат сходные с бурением динамические процессы микроразрушения пород.

Формулаизобретения

г5

Ik

Фиг. 3

25

(pi/s. ii

TSepdocmb, РГ

WOO то 3000 НПО

Н,м

Фи. 5