Устройство для бурения и пенетрационного каротажа грунтов Советский патент 1988 года по МПК E21C39/00 E21B49/00 

фиксатором 21 и клапаном с возможностью поворота, имеет шток 22 распределительного золотника, выполненный полым с радиальными окнагж 24 и 25 у торцов и открытым нижним торцом 23. Последний сообщен с над- порганевой полостью (П) 28 гидроцилиндра 11 , надпоршневая П 31 и подпоршне- вая П 34 золотника сообщены соответственно с П 33 бурильной колонны и затрубным пространством. Окна 24, 25, сообщены с кольцевой П 13 между гидроцилиндром 1} и колонной 9 и расположены на расстоянии, меньшем высоты поргшя 12 на суммарную ширину окон 24,25. Устр-во содержит буровой наконечник 10, в стенке которого в зоне канала выхода измерительного зонда 15 выполнены два о.тверстия 38. В одном из последних расположен фиксатор 21, контактирующий с уширительным кольцом 16 зонда 15, другое перекрывается клапаном рычага 20 Для повьнпе- ния точности оценки глубины внедрения зонда вдоль внутренней поверхности

зонда 15 установлен ряд герконов 18 электрически связанных с накопит итем 17 информации и кольцевым магнитом 19. Последний установлен на наконечнике 10 и охватывает зонд 15. Накопитель 17 размещен в поршне 12, что позволяет обойтись без линии связи с поверхностью и этим снижается расход энергии от аккумуляторов зонда 15. Для повьшения производительности и точности измерения физико-механически свойств грунтов устр-во имеет микро процессор, датчик расхода, датчик величины крутящего -момента, стабилизатор расхода рабочей жидкости и допол- Шiтeльный накопитель информации. Отметчик глубины в качестве которого используют герконы 18 с магнитом 19, прост конструктивно и позволяет автоматизировать включение и выключени-е питания зонда 15, Он имеет постоянную скорость вдавливания и тем самым обеспечивает точность измерений показателей свойств грунта. 2 з.п, ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для получения информации о физико-механических свойствах грунтов в процессе проходки скважины. Цель изобретения - повышение надежности. Пая этого на буровом наконечнике 10 установлен рычаг 20 с JJ сл 4ь о 00

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам,

обеспечивакщим получение информации физико-механических свойствах грунто в процессе проходки скважины.

Цель изобретения повышение надежности, точности оценки глубины внедрения зонда, а также производительности и точности измерения физико-механических свойств грунтов.

На фиг.1 показана блок-схема устройства для бурения и пенетрационно- го каротажа грунтов на фиг,2 - бу- ркотьная колонна, расположенная в забое, разрез.

Устройство содержит буровой агрегат 1 с блоком 2 управления и насосом 3, стабилизатор 4 расхода рабочей жидкости и датчик 5 расхода рабочей жидкости, соединенные с насосом 3, датчик 6 величины крутящего момента, связанный с буровым агрегатом 1, дополнительный накопитель 7 информации, микропроцессор 8, входы которого соединены с датчиком 5 расхода рабочей жидкости и датчиком 6 величины кр-утящего момента, а выходы - с блоком 2 управления, стабилизатором 4 расхода рабочей жидкости и

5 дополнительным накопителем 7 ин(1юрм ции , бурильную колонну 9 с буровым наконечником 10, гидроцилиндр 11 с поршнем 12, жестко закрепленный в бурильной колонне так, что между ним

to и бурильной колонной образована кольцевая полость 3, сообщенная с под- поршневой полостью гидроцилиндра 11 через окно 14 в его корпусе, измери- тельньй зонд 15 с уширительным коль15 цом 16, соединенный с поршнем 12 гидроцилиндра 11, накопитель 1-7 информации, расположенньй в поршне 12, ряд герконов 18, установленных вдоль внутренней поверх1юсти корпуса зонда

20 15 и электрически связанных с накопителем 17 информации, кольцевой магнит 9, установленнь;й на буровом наконечнике 10 и охватывающий измерительный зонд 15, рычаг 20 с фиксато25 ром 21 и клапаном, установленный на

буровом наконечнике 10 с возможность поворота, и распределительный золотник, включающий полый иток 22 с открытым нижним торцом 23 и радиальными окнами 24 и 25 у торцов, пружину 26, взаимодействующую со штоком 22, и пошень 27. Полость штока 22 через открытый торец 23 сообщена с надпоршне- вой полостью 28 гидроцилиндра 11 и через окно 25 и канал 29 может сообщаться с затрубным пространством 30. Надпоршневая полость 31 распределительного золотника сообщена через окна 32 с полостью 33 бурильной колонны 9, а подпориневая полость 34 сообщена каналом 35 с затрубным пространством 30. В боковой поверхности корпуса распределительного золотника выполнены окна 36 и 37, сообщенные с кольцевой полостью 13 и расположенные на расстоянии, меньшем высоты поршня 27 золотника на суммарную ширину.окон 36 и 37. В стенке бурового наконечника 10 в зо- не канала выхода измерительного зонда 15 выполнены два отверстия ЗЯ: в одном из отверстий расположен фиксатор 21, взаимодействующий с уширителным кольцом 16 зонда 15, а другое от верстие 38 установлено соосно и перекрывается клапаном рычага 20.

Устройство работает следующим образом.

Бурильная колонна 9 обычным способом забуривается в грунт,На заданном уровне бурение прекращается (на фиг,2 колонна 9 изображена в исходном состоянии). В бурильную колонну 9 насосом 3 (фиг.1)подается вода под давлением Р , обеспечиваю шм вдавливание зонда 15 в грунты, имекщие проность ,до 3-й категорииГ буримости. Усилие поджатия пружины 26 выбрано таким, чтобы под воздействием давления Р, поршень 27 со штоком 22 золотника оставались в исходном состоянии Вода из, полости 33 через окно 24, полый шток 22 и его нижний открытьй торец 23 поступает в надпоршневую полость 28 гидроцилиндра 11, толкая поршень 12 вниз. При этом вода из подпоршневой полости гидроцилиндра 11 через окна 14, кольцевую полость 13, окно 36, подпорщневую полость |34 золотника и канал 35 вытесняется IB затрубное пространство 30. Под давлением зонда 15 с уширительным кольцом 16 фиксятор 21 отходит, освобож

2о 25 п

0

5

дая зонд 15, и возвращается до упора, перекрывая клапаном рычага 20 отверстие 38. Информация, получаемая измерительным зондом 15 в процессе его вдавливания в грунт, поступает в накопитель 17 информации. Одновременно туда же поступают импульсы, вырабатываемые рядом герконом 18, взаимодействующих с кольцевым магнитом 19. Первое поступление сигналов от цепи герконов 18 включает энергопитание схемы зонда 15, к моменту входа наконечника зонда 15 в забой схема готова к работе.Прекращение поступления импульсов от цепи герконов 18 является командой на выключение питания схемы. Некоторые функциональные узлы, например накопитель 17 информации, могут оставаться

при необходимости под напряжением. Микропроцессор 8 анализирует сигнал, поступающий от датчика 5 расхода рабочей жидкости и выдает управляющий сигнал на стабилизатор 4 расхода рабочей жидкости, стабилизируя тем самым скорость вдавливания зонда 15, временно микропроцессор В переводит величину расхода в глубину вдавливания зонда 15 и передает эту информацию на дополнительный накопитель 7 информации и на цифровое табло, на котором индицируется глубина каротажа з-а текущий цикл и суммарная глубина каротажа по скважине. При достижении поршня 12 с зондом 15 крайнего нижнего положения или возраста- кия лобового сопротивления грунта до заднего предела расход рабочей жидкости прекращается. Эта информация поступает о т датчика 5 на микропроцессор 8, который вырабатывает , управляквдий сигнап и передает его в блок 2 управления. Меняется режим работы насоса 3, который через паузу, необходимую для срабатывания выключателя питания схемы зонда 15, начинает подавать рабочую жидкость под давлением Р. При его воздействии-поршень 27 золотника перемещается в крайнее нижнее положение, сначала перекрывая окно 36, соединяющее подлоршневую полость гидроцилиндра И с затрубным пространством 30 затем открывая окно, соединяющее ее с полостью 33. Одновременно закрывается верхнее окно 24 гатока 22 золотника и открывается нижнее окно 25, тем самым рабочая жидкость под давлением Р поступает через окна 32

и 37р кольцевую полость 13, окна 14 В подпориневую полость гидроцилиндра 11,заставляя поршень 12 с зондом 15 перемещаться вверх. Вода из над- поршневой полости 28 гидроцилиндра ll 1 через гаток 22, окно 25 к канал 9 вытесняется в затрубное прос транст :зо 30, Ил, глинаJ налипание на кор- lyc зонда 15 смываются струей, про- чодящей через зазор между корпусом :юнда 15 и буровым наконечником 10. :1ри подходе поршня 12 к крайнему :}ерхнему положению уширительное коль- 16, взаимодействуя с ф1 гксатором П, полностью открывает отверстие 38 и затем фиксирует зонд 15 в верхнем положении, частично прикрывая отверс™ 38, При полном открытии отверстия 38 расход рабочей жидкости :)езко увеличивается, Соответствз ю НИИ сигнал с датчика 5 расхода поступает в микропроцессор В, вырабаты- :}ающий сигнал управления для блока :J управления, который переключает (5уровой агрегат 1 в режим , , 1атчик 6 величины крутящего момента

ередает информацию через микропро- i;eccdp 8 на даполнительньй накопитель информации. Промывочная жидкость бурении поступает к долоту через 1фиоткрытое отверстие 38. При дости- 7Еении заданного интервала глубины ((уренне прекращается8 цикл повторяет- 1Я,

Благодаря тому, что поршень 27 и ijiTOK 22 золотника одновременно выпол функции управления и коммута- 1)(ии каналов движения рабочей жидкое- фи, их конструкция значительно упро- 1(1ается и повышается надежность. При йереключении золотника в режим извле- ||ения зонда 15 в момент закрытия ок-- ijta 24 и открытия окна 25 появляется Исполнительная сила, равная произзе- ;5(ению давления воды Р на площадь по Шеречного сечения штока 22 золотника улучшающая устойчивость золотника в йереключенном состоянии. Введение ок йа 36 между кольцевой полостью 3 и подпоршневой полостью 34 золотника а также перекрытие отверстия 38 клапном улучшает надежность работы уст Л)ойства в режиме вдавливания зонда 15, так как вода из-под поршневой по йости гидроцилиндра I1 вытесняется ме под долото, а в затрубное прост- 1ранство 30 вьше гидроцилиндра 11, Этим достигается снижение гидравли-

- ,- 10

15

20

4341036

ческих потерь и ликвидируется вредная выталкивающая сила.

Размещение накопителя 17 информации в корпусе поршня 12 гидроцилиндра 1 позволяет обойтись без линии связи с поверхностью, чем сш-гжается расход энергии от аккумуляторов зонда 5 и повьшшется надежность работы устройства. Отметчик глубины, в ка-, честве которого используются геркога-. 18 с кольцевым магнитом 19, прост по устройству и позволяет автоматизнро- -. вать включение и выключение питания cxei-fci зонда 15. Таким обр аз ом в режимах извлечения зонда 15 и бурения, занимающих значительную долю рабочего , энергия пт аккумуляторов не расходуется или расходуется в малом количестве, что увеличивает время ис- пользован1 1я аккх муляторов и уменьшает количество з ар а/дно-разрядных циклов, I

Микропроцессор 8.позволяет аптоматизирозать процесс бурения - пенет- рационного каротажа, что повышает производительность, В сочетании с датчиком 5 расхода рабочей жидкости и стабилизатором 4 расхода рабочей жидкости микропроцессор 8 обеспечивает . постоянство скорости Бдавлива- гтя зонда 15, что является важным условием обеспечения точности измерений показателей свойств , В сочетании с датчиком 6 величины крутящего момелта и дополнительным накопителем 7 информации микропроцессор 8 обеспечивает получение информации о механических свойствах грунтов, не 4Q поддающихся проходке зсндированием НС проходимых бурением.

25

30

35

Формула изобретения

1, Устройство для бурения и пене- трационного каротажа грунтов, содержащее бурильную колонну с буровым наконечником, связанный с ней буровой агрегат с насосом и блоком управления, гидроцилиндр с поршнем г жестко закрепленньй в бурильной колонне так, что между ним и бурильной колонной образована кольцевая полость, сообщенная с подпориневой полостью гид- родилиндраэ измкрителып й зонд с уширительным кольцом, доединенньй с поршнем гидроцилиндра, распределитех;ь- ньй золотник с подпруж1-1иеннь1м штоком и поршнем5 сообщенньй с полостями

гидроцилиндра и бурильной колонны и имеющий окна, выполненные в его корпусе, и накопитель информадаи, отличающееся тем, что, с целью повьппения надежности, оно снабжено рычагом с фиксатором и клапаном, установленным на буровом наконечнике с возможностью поворота, шток распределительного золотника выполней полым с радиальными окнами у торцов и открытым нижним торцом, сообщенным с надпорганевой полостью гидроцилиндра, надпоршневая и подпортневая полости золотника сообщены соответственно с полостью бурильной колонны и затрубным пространством, окна в корпусе золотника сообщены с кольцевой . полостью между гидродалиндром н бурильной колонной и расположены на расстоянии, меньщем высоты поршня золотника на суммарную ширину окон, при этом в стенке бурового наконечника в зоне канала выхода измерительного зонда выполнены два отверстия, в одном из которых расположен фиксатор, кон- тактирукщий с уширительным кольцом зонда, а другое перекрывается клапаном.

qp

.llw.J

Фиг. r

Bx,2