Устройство для исследования грунта забоя скважины Советский патент 1991 года по МПК E21B49/00 

Ь Ма в rpe,M(H птер/о-ось Шк I 5- креплены да i ч i псррме щен- in пи ока от ьосительно ШК 1 в виде потенциометра 23 подвижный контакт 24 которого механиче ски соединен со штоком 5 Перемещения втулки 6 относитепьно индентора 4 измерч ются датчиком выполненным в виде обкла док 19, 20 конденсатора Обкпат,ка 19 соединена со ш соком 5, а обкладка 0 - с втулкой 6 Конденсатор датчика эпекгриче ски связан через блокировочный конденсатор 28 г ш юко i 5 и черет линию Ч связи с

м (i 1П1 ° 1 no i ен и юиет|лче

t j-.cn i 11 HMI v MI ч ндt н i O 4 , и , , it 6 переплете я с ШК 1 через х ) 1 i опору 16 ОПС 10 отру V и ниок Г Спк.чт i иг ( втулкой 6 инденюр 4 вчте. внутрь LLIK1 С вывода потенц э

t нимается напряжрние частое оюрого определяется величиной ок mro г ре ния ipynta no noeepxnjcn/i у тулки 6 Уве лпченме емкопч конденсатора датчика сьидетелытяу( i о величт, - упругого ОТ- ИОрс) i рун f d I гЛ

Изобретение относится к горному делу и предназначено для исследования прочностных свойств горных пород, слагающих забой скважины. Цель - увеличение надежности, точности и расширение функциональных возможностей. На торце полой шнековой колонны (ШК) 1 устройства закреплен буровой инструмент 2 с осевым отверстием 3, в котором с возможностью перемещения вдоль оси ШК 1 установлен инденюр 4. К индентору 4 прикреплен одним концом шток 5. с которым связаны упругий элемент (УЭ) в виде пружин 7 и 8 и опорно-подшипниковая система (ОПС) 10. Концентрично индентору 4 и с возможностью перемещения вдоль него установлена цилиндрическая втулка 6, связанная с УЭ 13 В полости ШК 1 закреплен верхним торцом допонительный УЭ 11. Между штоком 5 и ОПС 10 установлена сферическая опора 13, а между ОПС ЮиУЭ 11 -сферическая опора т 11 s (Л с ю 15 7J о го СП ю 00 о

l/i3of i MI i i с i i i i

Ц ЧЯГ MO( II- I f C14 |i , , i 1Ij, , Я

НИР ПрО СГчн, i i n,nf риЦ

||агзчяц 1х t tn i Pri MI -,

I/1Г г п n n, 11 .l1 i i I i I i, п г

IP i м i pout MI) iyi iMii кг i иць1

Т} i i l l ) П i Ч О Р1

Ij i pип vpf3rii (j t

ti f 11/, то .о и и рас миррннр t1 H io/ir

-Id Ч1 N ri Ч IO( Tp 1

На ф ir 1 iua 1яир г ем- -; т н дня исследоп i ti я гр/н э чнчшч i

Hd фИГ ЭПР- Т v СК HI i г Ч П i i nniipH i

датчиков линейных прр1Л1 :чцсн ш

УСТГОЙГТ ) О IT А 1Т ПОЛУЮ И П ПР

колонну 1 с т оеплен i на ее i jnue C oo вым ингтО кп 7 в Игорем вшполненп

ОГрОпРЦ11П1( М ( r-lr 1 i -i Д°Р TC lJ УС (Л Ч-11- и I oib pi i FU .

о с i n« i.i-ii i ii MI

ОПС HHLi I I l i JHI i t к ЛГК.4 iM I

чС Ц I ч | Ч (I Ч Г К

У t i J r if КО Щ1 ПИ 1110 It

flet or, i i п 10 к -i icii-ю ПР

ВДОЛЬ JPF УП, yi ИЙ 3n JMPHT i 111ПЛН011НЫИ

в пиде дв- х vot актирующих тарельчатых пружин и о i шрых пружине i7 опира ето на Bbicryi g и чтка 5 а пружина 0 опи Г зется i дп/и1ндричоС пй SHVIUM G опорно-лодшнп исковую спетому 10 РРЗ ie щенную в помпсти КОПОННУ 1 допопнитель- ный упруии э/темент 11 верхний торец которого контактирует с вы. «упом 12 на внутренней поверхности колонны 1 первую подпружиненную сферическую опору П вкгадьии 14 oropiM сиедп о нлом м а о о1 ма 1S i опорно нодшигн. сие T8i ic-n i1 (.фер чесчу опору 1П плоима 1 которой г ьека г противоположной f т

HOC iTeit-l I ПГ ОЫ V CTOpi М( ОП1 |1НО

подши л ICT , м 10 а 1с1 контакт ния/пчи торном /юполниi О 111 - , .

1 I . 1|

г 1 flrv -M trn.if h,

n i п i e -i t i 111

f ) i n p q Ii |, x |

1 1РДЧН. m i 1111 к

i ем IIP;ч i p i

i

, Ц1 p 11 I

) IH ji (л. 1

1Я i( 10 к ,) П Ч Ii } -1

i , , oft i 0

i iЦ1| iiif°

1 I Hi О I f I U| )l Jl l 1KI I i ч

i i;f-, toijipHMH i iriKd IMнг ч entdi ii

им i Rt- полк, HI iin в Ч|ПР i eiiuiioF lei c.1 / -г репленного ч в - i p. теч ira-i pN

HO i KO/TcHHb 1 1 m/li1 ,,fo ,

1/1 Loe iHp .n п е, 11 f i я о i 21 ( j штоком 5

onaenciiup 1 f( ) подсоед ш н к

nei .ронмои V6 27 /оюрои

связан чере блокировочный

ПИ fl/MIl ЯП) Я i О Ч - ( f ПГЛ

Q

(ч 11 ( по; г i- м i , (

IT

ii I i I 1 I Ц | f -ч1

л i i, i и и е н и , е

t

-), DM ( in

ПИ( г, Л It ( , ГО| 1 1 llf1 J I И i t l/ i

-1 | рремрнног инчмкен м BI i )- иг OR и U, nFitHix ,, )тчииОВ пере. IP ца

- ЧИН фпрмируЮТГ COOlt c l ЧЬВГ

дах резистора и nf)rii/i ит р лис iOpa 3 1 и конденсатора 30

1Мпековая ко .онна 1 прг ппоходк0 гр -и

I Э П i , НЯЖМНЬ1 РДМг РНЙ С VpOBhIN l-l

Ь когч (не noK3Q-iH)

Устрсмсгво р богае. Сле ./юшим oFipa ом

В процессе работы устройства к шнеко вой колонне 1 прикпадываетсч сг ч ъ ц «не el она гфив1 дит ii вра. PHHI w,1

.ИНКОМ раГПО И р. 1 И-i ПО -(.нг i

омли Индеыор им ч -

PHt рг«К)Г1 a ° р3 J Jr4 Cr J

чгормчживаюгся .i HPIп н ме i-tufi Ч - м .H entoi1 i i f ,epj

шнекпьии KOii(jHiihi I м рн 1 Ч

12 дополнительный упругий элемент 11 сферическую опору 16 опорно подшипни ковую систему 10 сферическую опору 13 и шток 5 Под влиянием реакции грунта ин- дентор 4 совмесiно с цилиндрической втул кой 6 выталкивается внутрь шнековой колонны 1 При этом подви иыи контакт 4 скользит по расходу потенциометра 23, изменяя величину сопротивления где части потенциометра между точками А и В (фиг 1) Под воздействием упругого отпора грунта втулка 6 смещается вдоль индентора 4 что вызывает увеличение емкости измеритель ного конденсатора 21, образованного обкладками 19 и 20 Изменение емкости этого конденсенора 21 с помощью электронной схемы 26 преобразуется в изменение часто ты сигнала на выходе / первого датчика линейных перемещении (ДЛИ) С выхода ДЛП через линию 29 электрической связи полученный HI чал подается к подвижному контакту 94 тпенцмоие ра 21 С вывода ft потенции iCip.i 2 j (фиг i) i нимаетгя напря жение 4aciOia которого определяется вели чиной боково О грения i рунта по поверхности цилиндрической втулки 6

Обозначим через LO максимальный вы лет инде( тора 4 относительно плоскости зн боя cvBri f Д L изм1 ч ie этого

ВЫЛеТЭ ПОМ iTIcr iO, I 1 ИМВОЛЬ

ми R и Г 1ч IM UP. отдетг г удель ное лобовое сопротивление среды погружения индентора л « удель н о реак цию упругого отпора г реды Тогда имеем

AI L, Л(Ј Alkq - 4

где ч /xt г- сг п элемен f I 1

d наружчыи д /рЭМР1| ы IKH Ь i диэ .ierp гнюЩсИ /( 1нцемтор л н )i при щей лоЬов е гомпот впение rpyi тт

у коэффициен трения горних пород по поверхьогти втулки b В свою о ередь смеще ine Al втулки 6 относительно инден тора 4 определяется ураене шем

I о Al- )у(()

где к жеспосг упруюгг эле иен i я ч - пру жин 7 и 8

Решал 11) и (2) получаем 4

, - R f Td ( L c

ДОПОУ I

A) ); T (1) Н(л о упруго

I j

pi

(, b id

Л k

i

lk 1 j Л j

л i or реде/itn к

1J

к oi iw ВРОИ

iri К if ( OOfn li))t НИЯМ I ( ))

н. i фрмию i t ЩРНИМ AL 1.Д

щИТГЯ С

Mf A i

-I I

P 1Ю., Г

Источник 32 rif ременного напряжение (ф .( /) чрсппо 1 ш питает цепь из после довэтельно соединенных резистора 31 с со противлением г потенциометра 23 конденсаторов 30 и 20 с емкостями соотве ственно Сзои С 28 Прмам С2яСзо Сгв + С напряжрн -1е (Jp на резисторе 31

UR U,{r - где),

где где ппротивпениечасти пигенциоме i 0 pa 23 между выводами А и В (фиг 1),

U - выходное напряжение источника 3 Учитывая что гдв ГАВ( - Д1/1о) где ГАВ сопротивление указанной части потенциометра 23 при Д1 0 находим

5 LoM (0)(1- ) (4)

. 4в

Емкость изме и it-пьиого а нсатор 71 С -fS/(0 - Al )

20

Ч ПрОН 1

Q ч 2f

i l« i, ti eh epipuei иго элек «- ноч 6 ДПГ

(I

, А

(5)

Л

iC ( о i-f фицие т пропорц гт lipc. Г 0 величина А

А 1ъ/;ь

ОР

Ппиращеш t н «„то

/ v

П

Pk

1

IP tl) .1 и ча н

t . , //Ь

I|J ( u,t О

), prдолги ie ii i OMi ti R и Т тнои°ыпми(3) ( ; г-од-пп к нахожI- О riHLlUC -|Я HdnOJ X Hi IИ i U/ И ПрИi -и ч ч стогы У, что осуществляется д и i ннимч iv- 1 гвм i ) л к i элект:, , 043 р НИ

Ic i P образом у f|)(j к твс ofipt. печива олг-и ч,at эннс г тп( ) Р цельного i i л kit и i-1 1Ы чвлива

ii iTi pa t jm i i иi i отпора

ji , вчце г ii t, p i прении

0 , I- | 1OHJ/HX iKJ МО-г, U 41 ИЗОiii L5tCiie n Tr- or e высо1 u-itiCv ii из 1eppн in rdf кзк на их

i osra 4 не ipe ме ринековой ко jciieHs с« тети0 высокую

. Ано и. (Э.ч эк пр 1 в( трече тпример,

«репкчии включен чяг н yt тнмельные

элементы системы автоматически выводятся за счет сжатия дополнительного упругого элемента из зоны контакта с включением до момента его разбуривания шнековой колонной.

Формула изобретения Устройство для исследования грунта забоя скважины в процессе бурения, содержащее полую шнековую колонну с закрепленным на ее торце буровым инструментом, имеющим осевое отверстие, инден- тор, установленный в отверстии бурового инструмента с возможностью перемещения вдоль оси колонны, шток, прикрепленный одним концом к индентору, упругий элемент и опорно-подшипниковую систему, связанные со штоком, отличающееся тем, что, с целью увеличения надежности, точности и расширения функциональных возможностей, оно снабжено цилиндрической

втулкой, установленной концентрично индентору с возможностью перемещения вдоль него и соединенной с упругим элементом, дополнительным упругим элементом,

верхний торец которого закреплен в полости шнековой колонны, двумя сферическими опорами, первая из которых установлена между штоком и опорно-подшипниковой системой, а вторая - между опорно-подшипниковой системой и дополнительным упругим элементом, и двумя датчиками линейных перемещений, первый из которых выполнен в виде обкладок конденсатора, закрепленных соответственно на штоке и

цилиндрической втулке, а второй выполнен в виде потенциометра, закрепленного на внутренней поверхности шнековой колонны, и подвижного контакта, механически соединенного со штоком и электрически

связанного с выходом первого датчика линейных перемещений.

Й/8.2