Забойный сигнализатор Советский патент 1976 года по МПК E21B45/00 

Известен забойный сигнализатор, вклюГ

чающий беспроводный электрический канал связи и соединенные с бурильной колонной и буровым наконечником датчики осевой нагрузки.

Предлагаемый сигнализатор отличается тем, -что соединение датчиков с бурильной колонной и буровым наконечником БЫПОЛ нено в виде двух KOHueHTpH4ecKti.v цил гадров, один из которых через упорные пальцы и толкатель связан с датчиком осевой нагрузки, другой через винт подачи, ходовую гайку и штыревую муфту - с датчиком крутядз.его момента, а датчик давления промывочной жидкости снабжен штыревой муфтой.

Это повышает точность измерений трех технологических параметров (осевой наг рузки, крутящего момента и гидродинамического давления промывочной жидкости) за счет выполнения соединений датчиков указанных параметров с помощью независимых подвесок со скользящими: опорами в телескопическом устройстве (концентрических ш1Л1тадрах}. Телескопическое уст-

1ройство позволяет буровому нанонеч:5и--;7 с колонковой трубой свободно, ые.записи:.о елустановившегося движения бурильной К:::лон. ;ки резко переходить от вмещающие гюг-сд IK пласту полезного ископаемого. Это r-icEr.iHc. чает тормозящее влияние трения (завис 1ние) бурильной колонны н обеспечнБаэ .своевременное (практически мгновенное) Появление сигнала об изменении гюказ ::.-Лч

;забойных датчиков при встрече пласта угпг: с помощью беспроводного электричес::ксго канала связи забой- устье буровой .КЕЗжины.

На фиг. 1 показаны изолятор и к.ок.гей

нер передатчика; на фиг. 2 -- датчи;с прйосразователь осевой нагрузки; на фиг.-3 телескопическое устройство и датчяк-npecri;: разователь крут5Ш1его момента; на фкг.; - датчик™преобразователь гидродикамичес -га .

го давления промывочной жидкости.

: Забойный сигнализатор состоит тс isoOJ/p. тора и контейнера передатчика (см. фиг. 1,1, .датчика -преобразователя осевой кагрузк:; (см. фиг. 2), телескопического устрокст: э тяиюго момента (см.фиг. З) и дятчика-п{ обраэователя динамического давления жидкости (см.фиг. 4). Изолтор содержит переходник 1 на бурк. трубы, втулки 2 квадратного с© чения с изоляци иными прокладками, изоля ционные вставки 3, муфты 4 квадратноп сечения и переходник 5. Контейнер передатчика имеет антенную r довку 6, антенный вывод 7, боок 8 передатчи ка, блок 9 питания, герметичный корпус 10, пробки 11, внешний корпус 12 и со динительный ниппель 13. Датчик - преобразователь осевой нагрузки состоит из верхней пробки 14, серий ного электрического манометра 15 типа Д-220, гидроцилиндра 16, поршня 17, герметичного корпуса 18 и внешнего корпуса 19. Телескопическое устройство содержи;г толкатель 20, соединительную втулку 21 с упорными пальцами 22, буксу 23, винт 24 подачи, ходовую геЛку 25, концентрические цилиндры внутренний 26 и наружный 27, : верхний 28 и нижний29 шть/ревых полумуфт Датчик-преобразовртель, крутящего момента имеет гндроцилиндр 30 с поршнем 31 и электрический манометр 32. .Датчик- преобразователь i гидродинами, ческого давления промывочной жидкости состоит из соединительного ниппеля 33, верхней пробки 34, герметичного корпуса 35, электрического манометра 36, гидроиилиндра 37 с поршнем 38, штока 39, поршня 40, нижней пробки 41, внешнего корпуса 42 и переход-гака 43, Сигнализатор работает следующим образом. В процессе бурения осевая нагрузка i: момент вращения, составляющие усилие подачи, передаются через бурильные трубы, изолятор и корпус 12 передатчика на ниппель 13. Осевая нагрузка с ниппеля через пробку 14 и корпус 18 передается гидроцилиндру 16, а затем через поршень 17, толкатель 20, упорные пальцы 22, буксу23 наружный цилиндр 27, внешний корпус 42 датчика, переходник 43 - на буровой мшкоЦ нечник и Jaбoй скважины. При обратной свя эй реакция осевой Нагрузки воспринимается поршнем 17, который сжимает масло, находящееся в цилиндре 16. Давление масла передается на гибкий элемент( мембрануJ манометра 15, где движение. мембраны преобразуется в изменение положения движка реостата, включенного в электрическую схему передающего устройства. Изменение нап ряжения с выхода реостата -по проводам пос тупает :ia передатчик, где кодируется (модуг-лруется сигнал. Кодированный сигнал в виде импульсов переменного электрического тока благодаря распр х:транению электромагнитной волны вдоль колонны буриль ных труб в окружающем пространстве пере« дается на поверхность, где с помощью npj емао-дешифрир}ющей аппаратуры регистрируются измеряемые параметры. Чувствнтеяь ные элементы датчика осевой нагрузки воспринимают только осевую составляющую усилия подачи, передавав м;ло на забой скважины. Момент врейхения на чувствительные элементы датчика не влияет, так. как гидроцилиндр 16 имеет скользящее соединение с толкателем 20 и упорными пальиами те1Лескопического устройства (см.фиг.3|. Момент вращения с ниппеля 13 через корпус 19 передается на втулку 21 и винт 24 подачи телескопического устройства. Винт 24 подачи многоходовой реяьбой сое динен с гайкой 25. При вращении винта по.дачи ходовая гайка с гидроцилиндром 30, внутрэнним цилиндром 26 и полумуфтой 28 двигаются поступательно по винту-л При .этом штыри полумуфты 28 скользят по полу муфте 29. Движение этого узла в сторону ви та подачи.(вверх сжимает в гидроцилиндр 30 под поршнем 31 масло. Поршень при этом остается неподвижным. В тот момент, когда сопротивление ;ж ;Того масла стан1.т равным сопротивлен.шо вращения бурового наконечника на забое, трение в витках многоходовой резьбы возрастет настолько, что винт подачи на :нет вращать ходовую гайку, поступательное движение которой прекратится. Вращение с ходовой гайки передается внутреннему цилиндру 26, погумуфте 28 и ниппелю 33, внешнему корпусу 42 и через переходник 43 на буро вой наконечник. Осевая нагрузка на работу датчика мо«мента вращения не влияет, так как цилиндр 27с буксой 23 имеет свободн/.о сколььйщую посадку на втулке 21, а ходовая гайка с цилиндром 26 и полумуфтой 28подвешена на винте подачи. Изменение сопротивления моменту г.ращения бурового снаряда на забое скважины немедленно отражается на. давлении масла в гидpoцилиндpJдатчика крутящего момента и преобразуется в элек- рическое. напряжение в манометре 32аналогично преобразованию величины осевой нагрузки в манометре 15. Изменения электрического напряжения поступают на передатьчйк, где сигнал модулируется и передается на наземный приемно-дешифрирующий пульт. давление промывочной жидкости в колонковой трубе воспринимается поршнем 40, што ком 39, передается на поршень 38 и сжимает масло гидроцилиндра 37. Давление масла преобразуется в электрическое напряжение элзктроманометром 36 аналогично системе датчиков осевой нагрузки и крутяишго момента. С электроманометра иг менение напряжения поступает на передатчик, где происходит модуляция сигнала, пос тупаюшего вместе с сигналами датчиков, осевой нагрузки и крутящего момента на наземный приемно - дешифрирующий пульт. Гидростатическое давление промывочной жидкости внутри бурильной колонны, дейсТ вующее на поршень 40 и шток 39, уравноувешивается затрубным гидростатическим давлением промывочной жидкости, действую щим на поршень 40 с противоположной сто роны, так какВнутренняя полость переходника 43 сообщается с затрубным пространством в сквая.лне. В момент встречи пласта угля сигнализатор работает следующим образом. При достижении буровым наконечником пласта забойный сигнализатор фиксирует иэ 1 менение условий буримости по уменьшению : осевой нагрузки и крутящего момента на забое скважины и увеличению гидродинамч1ческого давления промывочной жидкости. , При этом кратковременно скорость углуб- ления бурового наконечника повышается и происходит это независимо от установившейся скорости перемещения бурильной колонны, так как буровой наконечник совмест но с датчиком давления жидкости и датчиком крутящего момента имеет свободный ход за с чет скользящей подвески в телес- копическом устройстве. В это время букса 23 перемещается по соединительной ; втулке 21, уменьшая давление толкателя на поршень гидроцилиндра датчика осевой нагрузки, а гайка 25 с цилиндром 26 и I полумуфтой 28 перемещается вниз по винту 124, уменьшая давление масла в цилиндре датчика крутящего момента. Происходит реэ:кое внедрение резцов бурового наконечника в пласт угля, вызывающее уменьшени пл щади сечения промывочных каналов йод торiuoM буровой коронки, что приводит к уве- уличению гидродинамического давления промывочной жидкости внутри бурильной крлон:нь и увеличению давления масла в цилин нре датчика давления жидкости. Изменение I давления масла в гидроцилиндрах датчиковIпреобразователей, пропорциональное велич1 |Не измеряемого параметра, преобразуется IB электрические сигнчлы, поступающие по {беспроводному электрическому каналу связи на наземный приемно-Дешифрирующий пульт iraQ фиксируется момент встречи пласта уг- ля буровым наконечником. Формула изобретения Забойный сигнализатор, включающий :беспроводный электрический канал связи и 1соединенные с бурильной колонной н буровым наконечником датчики осевой нагрузки, крутя 1щего момента и давления, о т ли ч а ю « щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений , соединение датчиков с бурильной колонной и буровым /{аконечником выполнено в виде двух концентрических цилиндров, один нз которых через упорные пальцы и толкатель связан с датчиком осевой нагрузки, другой через винт подачи, ходовую гайку и щтыревую муфту-с датчиком кру 1тящего момента, а датчик давления промы|БОЧНОЙ жидкости снабжен штыревой

Фи-г.2