Прибор для измерения кривизны и азимута искривления буровых скважин Советский патент 1940 года по МПК E21B47/22 G01C1/10 

В большинстве случаев при производстве буровых работ большое зиачение имеет определение элементов залегания пластов. Эти определения делаются обычно посредством грунтоносов, извлекающих на поверхность колонку породы. Грунтонос навертывается на штанги, спускается в скважину и задавливается на 10-15 см в породу ниже забоя. При подъеме штанг вверх керн породы, вошедшей в грунтонос, обрывается и выносится на поверхность. Будучи вынут из грунтоноса или выжат из него, керн этот дает представление об углах падения пластов; для того же, чтобы судить об азимуте угла падения, надо извлечь грунтонос из скважины так, чтобы он совершенно не врашался. С этой целью после вдавливания или броска грунтоноса штанги поднимаются наверх ориентированными по странам света. Обычно весь процесс производится на глаз: мелом делается черта на ниппеле верхней свечи и штанги поднимаются вверх; когда первая свеча будет поднята, черта на глаз ориентируется постранам света, затем на ниппеле второй свечи мелом

же проводится новая черта так, чтобы она, примерно, совпала с первой чертой, т. е. нижнюю черту стараются прочертить так, чтобы она лежала в одной вертикальной ориентировочной плоскости с верхней чертой. Когда вторая черта будет проведена, первая свеча отвинчивается и штанги поднимаются дальше. Когда будет поднята и, вторая свеча, линия, прочерченная на ее ниппеле, ориентируется, как и линия первой свечи, затем на ниппеле третьей свечи делается новая метка и т. д.

Очевидно, что такой метод определения ответственнейших данных, на основании которых нередко делается представление о структуре района, не может быть признан целесообразным: многолетний опыт бурения показал, что элементы залегания пластов, нанесенные на карту по данным грунтоноса, расходятся весьма значительно - нередко угол между двумя крайними направлениями падений пластов превышает ПО-140°.

Такое расхождение отдельных показаний грунтоносов объясняется не только тем, что ориентировка штанг

на глаз весьма неточна, но также и тем, что мы во всех случаях предполагаем вертикальное положение грунтоноса в скважине, что едва ли имеет место в действительности: если грунтонос при ударе о забой отклонится от вертикали в сторону падения пласта, то угол падения, определенный нами, будет больше истинного на величину угла, образованного вертикальной линией и осью грунтоноса; при отклонении грунтоноса в обратную сторону угол соответственно будет преуменьшен.

Если грунтонос . отклонится от вертикали по линии простирания, то будет иметь место искажение не только угла падения, но и направления линии простирания.

При малых углах падения пластов или же при горизонтальном залегании их мы можем получить совсем превратное представление о структуре, получая обратное падение, или строить углы там, где их совершенно нет.

Возможно максимально уточнить картиро(вочные работы и дать в руки разведчикам возможно простой прибор, позволяюш;ий достаточно точно определять нужные элементы залегания с поправкой на положение грунтоноса, с вполне определенным ориентированием получаемых результатов по странам света, и имеет целью настоящее изобретение.

Настояш,ее изобретение представляет собою прибор для измерения кривизны и азимута искривления буровых скважин, в частности, такой, в котором измерение искривления скважин производится по окрашиванию жидкостью бумажного цилиндра, а определение азимута - фотографированием положения магнитной стрелки, и заключается в том, что, с целью одновременного взятия в скважине ориентированных кернов породы, нижний конец прибора соединен с грунтоносом.

На чертеже фиг. 1 изображает верхнюю часть прибора в продольном разрезе; фиг. 2 - нижнюю часть; фиг. 3 - соединение верхней части прибора со штангами.

Предлагаемый прибор состоит из двух частей: верхней и нижней, которые могут быть применены одна независимо от другой, нижняя - как обычный грунтонос, а верхняя - как прибор, измеряющий кривизну скважин. Будучи же соединены вместе, они дают возможность пользоваться одновременно и грунтоносом и прибором, измеряющим кривизну.

Для ориентировки обеих частей прибора относительно стран света в нижней части (фиг. 2), в середине ее, помещена в ниппеле 4О магнитная стрелка 42, укрепленная на легком диске и вращающаяся вместе с ним на острие иглы 41. Диск, вдоль краев северного конца стрелки, имеет ряд небольших отверстий. На дне выточки в ниппеле , в котором помещена стрелка 42 с диском, поставлен острый шпенек 46.,

В верхней части выточки ставится плоское круглое стекло 44, а над стеклом - разрезная медная кольцевая пружинка 43, удерживающая стекло от выпадания.

На нижнюю часть ниппеля 40 навернут наружный кожух 47 грунтоHdca.

Внутрь этого кожуха вставлена раздвижная часть 48 грунтоноса, состоящая из цилиндра, разрезанного вдоль образующей на две одинаковые половинки, скрепленные друг с другом CBiepxy шарнирами 49. Внизу на наружный кожух 47 навернут стальной башмак .50.

Внизу внутренней раздвижной части 48 приклепана или припаяна пластинка 51, входящая в соответствующий вырез в нижней части наружного кожуха 47, что обеспечивает всегда одинаковое положение раздвижного цилиндра в кожухе.

На верхнюю часть ниппеля компаса 40 навернут медный патрубок 52 с фигурной выточкой внутри. В этом патрубке по|мещается электрическая лампочка 5.3 от карманного фонаря, ввернутая в соответствующий патрон, который укреплен в эбонитовой или фибровой круглой пластинке 54. Патрон посредством медной круглой тонкой пластинки 55, припаянной к нему, соединен с телом патрубка 52.

Над эбонитовой пластинкой 54 помещены три батарейки 56 от карманHoroi фонаря. Батарейки соединены между собой последовательно, боковые стенки их изомированы от патрубка 52, будучи обернуты восковой бумагой или калькой 57, и для придания жесткости помещены между деревянными пластинками 58, стянутыми резиновыми кольцами 59.

Нижний элемент 56 дном своим (цинк) соединен с изолированным контактом цоколя лампочки, а другой контакт нитью накала, припаянный к самому цоколю через патрон или пластинку 55, соединен с телом патрубка 52. , Следовательно, если внутренний (положительный) провод верхнего элемента 56 соединить с телом патрубка 52, лампочка загорится.

Верхняя часть прибора (фиг. 1) выполнена из железа и состоит из ряда патрубков 1-2-3-4, сальникового ниппеля 6 и переводника на штанги 5.

В сальниковом ниппеле 6 помещены сальниковые гайки 8 и кольцо 7, сжимающие набивку. Через сальник проходит стержень 15, несущий сверху навинчивающуюся гсловку 16, а снизу резиновую пробку 17. Стержень этот проходит через весь патрубок 4. Пробка 17 закрывает отверстие в дне 11, которое ввинчено в нижнюю часть патрубка 4. В патрубок этот через отверстие, закрываемое винтом 9, наливается 65 см слабо подкрашенной БодЬ1, разведенных чернил и пр.

Патрубок 4 свинчен с патрубком 5. Этот патрубок имеет внизу ввинчиваемое дно 12 с трубовидным отростком /2, к которому припаяна трубка 18. В дне 12, у самого отростка /i-. и с наружной стороны его сделаны четыре отверстия диаметром по 2 мм. В центральной части сделано отверстие диаметром 10 мм, в которое в вставлена медная трубка 18, сверху прикрытая колпачком 19. Под колпачком 19 в стенках трубки /8 по направлению к оси; сделаны четыре отверстия по 3 мм в диаметре на высоте 5 см от дна.

Внутрь патрубка 3 вставлен ступенчатый цилиндр 20. Вокруг ближайших друг к другу ступенек обертывается лист плотной бумаги: 21 (размером 7 X 9/2 см). Чтобы бумага

не развернулась, сверху и снизу она стягивается резимовыми колечками 22. Когда бумагу надо снять, цилиндр 20 вынимается и резиновые колечки перемещаются, соответственно, на верхнюю и нижнюю ступеньки. В нижнем буртике цилиндра 20 простроганы канавки, по которым внутренняя полость цилиндра сообщается с наружной. В ступеньке ниже верхнего буртика сделаны два отверстия по направлению к оси. В верхнем буртике цилиндра 20 укреплены две шпильки 23 (диаметром 2-3 мм), выступающие наружу (на 1-2 ..м) и входяьцке в соответствующие пазы, сдвланные в верхней части патрубка 3; шпильки эти обеспечивают всегда однообразную постановку цилиндра.

Патрубок 5 свинчен с патрубками 2 и /. Патрубок 1 имеет сверху ввинчивающееся дно IS с припаянной к нему медной или железной трубкой 24, В центральной части дна сделано отверстие диаметром 10 мм, в которое пропущена медная трубка 25. На медную трубку надет пробковый поплавок 26, сверху которого укреплено эбонитовое кольцо 27, несущее на себе медное кольцо 28.

За поплавком на трубку 25 надета спиральная пружинка 29 из проволоки диаметром 1 мм; Пружинка эта упирается внизу в поплавок, а сверху в шайбу 30, навинчиваемую на верхний край трубки 25. Внутрь трубки 25 вставлен медный изолированный провод 31, помещенный в свинцовой обкладке (обычный телефонный провод). Свинцовая обкладка припаяна оловом к медной трубке сверху и снизу. К медной проводящей части провода 31 сверху припаян пружинный контакт 32, который крепится так, чтобы он мог прижаться к медному кольцу 28 при подъеме поплавка вверх. Шайба 30 постоянно соединена гибким проводом 55 с медным кольцом 28. Дно 13 имеет два сквозных отверстия диаметром по 2 мм, расположенные снаружи трубки 24. В нижней своей части патрубок 1 имеет второе ввинчивающееся дно 14. В средней части дна сквозь него пропущена медная трубка 34. Длина этой последней подобрана так, что

она входит на 1-1/2 см в трубку 24 и на /2 см выступает ниже дна 14. Кроме того в дне 14 сделано отверстие, нарезанное под болт 7 или отверстие это плотно закрывается винтом 35.

Сквозь трубку 34 пропущен изолированный провод 36 со свинцовой обкладкой, которая припаяна сверху и снизу к трубке 34 или залита в ней смолой.

Сверху к медной проводящей части провода 36 припаяна спиральная пружинка 37, которая при навинчивании верхнего дна 13 создает надежный контакт с проводником 31. Для более надежной изоляции контакта 37 от случайного прикосновения со стенкой трубки 24, внутри последней вставлена и приклеена резиновая или прессшпановая трубка 38. Внизу провод 36 имеет также спиральную пружинку, обеспечивающую контакт с положительным проводом батареи 56. К положительному проводу верхней батареи 56 припаяна медная круглая пластинка 39.

Сборка прибора производится следуЕОЩим образом.

Прежде всего надлежит расположить все внутренние детали в соответствующих патрубках.

Особое внимание должно быть уделено сборке деталей, расположенных в сальниковом ниппеле 6 и патрубке 4; сальник должен быть хорощо зажат и пробка 17 должна плотно прикрывать отверстие в доныщке 11.

Поплавок 26, помещаемый в патрубо1к 2, монтируется на верхнем донышке, ввинчиваемом в патрубок /. Пружина 29 поплавка должна быть подобрана так, чтобы поплавок начинал подниматься вверх тогда-, когда он будет погружен в жидкость на 15 мм.

Для того, чтобы возможно упростить ориентировку по странам света показаний прибора на патрубке 3, против пазов, в которых помещаются шпильки 23, по наружной поверхности его с одной стороны делается продольная риска Р; такая же риска делается на двух ближайших друг к другу ступеньках цилиндра 20.

Свинтив все железные патрубки

друг с другом, навинчивают на нижний железный патрубок / медную часть прибора. Плотно скрепив патрубки между собой, продолжают риску Р, сделанную на патрубке 3, вдоль всего снаряда вниз, т. е. риска пройдет по патрубкам 2-/, затем перейдет на нижнюю часть по патрубку 52, компасный ниппель 40 и кожух грунтоноса 47. Острый щпенек 46, вчеканенный в дно компаса 4О, должен быть расположен так, чтобы он лежал на линии, соединяющей центр с риской.

Перед спуском прибора в скважину поступают так: отвинчивают патрубок 4 вместе со всеми деталями, находящимися выше него, вынимают ступенчатый цилиндр 20, берут листок плотной бумаги размером 7 X X 9/2 или 7 X 9,4 см, навертывают этот листок вокруг ближайших друг к другу ступенек цилиндра и закрепляют бумагу на этих ступеньках резиновыми кольцами 22. Навертывая бумагу на цилиндр, следят, чтобы стык краев бумаги прише-дся как раз против риски, сделанной на соответствующих ступеньках цилиндра. Проделав все это, опускают цилиндр в патрубок 5. От нижней части прибора отвинчивают грунтонос и компасный ниппель, снимают кольцевую пружинку 43, стекло 44 и осторожно вынимают стрелку с диском 42. Затем берут круглый листок бромосеребряной (фотографической) или чз вствительной бумаги, применяемой для светокопий, и кладут иа дно компаса. Эта операция должна производиться в полутемном месте, чтобы свет не повлиял на чувствительную к нему часть бумаги. Бумага заранее нарезается или выбивается пробойником в виде кружков диаметром 37,5-38 мм; желательно в центре листа делать отверстие диаметром 1 - IVa мл1, в которое проходило бы острие компасной стрелки. Острый шпенек 46 проколет в бумажном кружке дырку против риски на теле прибора. Коода это будет проделано, кладут на место стрелку. Стекло и укрепляют его кольцевой пружинкой. На компас со стороны стрелки надевают бумажный колпачок (колпачок этот склеивается

заранее из бумаги). Можно иметь несколько () компасных ниппелей, в которые заранее вложена чувствительная бумага. Перед ввинчиванием ниппеля компаса на верхний медный патрубок 52, снимают колпачок, быстро подносят компас к патрубку и ввинчивают его. Процесс постановки на место бумажного кружка настолько прост, что всю эту операцию можно; производить непосредственно в буровой; достаточна отойти в наиболее темное место и прикрыть руки куском темной или красной материи. Когда кружок бумаги будет вставлен, а стрелка, стекло и пружинка будут поставлены на место, компас прикрывается ладонью руки, подносится к соответствующему патрубку и свинчивается с ним. После этого к нижней части компаса привинчийается собранная нижняя часть медного снаряда - грунтонос. При сборке грунтоноса, прежде чем вставлять в кожух 49 разрезную часть 48, последняя внутри и снаружи должна быть хорошо смазана тавотом.

В верхней части патрубки /, 2 и 3 после свинчивания друг с другом не должны в процессе эксплоатации прибора ра звинчиваться; о1ни разъединяются только в случае нео1бходимости ремонта помещенных внутри их деталей. Верхний медный патрубок 52 навинчивается на железный патрубок / и отвертывается от него тогда, когда явится необходимость вывинтить винт 35. Патрубок 4, соединенный с переводником 5, навинчивается на прибор перед спуском снаряда в скважину. Патрубки 4 и 5 разъединяются, ткогда явится необходимость ремонта сальника. Собрав прибор, проверяют, плотно ли пробка 17 прикрыла отверстие в донышке 11; убедившись в этом, отвинчивают винтик 9 на патрубке 4 и через винтовое отверстие резиновым баллоном или пипеткой вливают внутрь патрубка 4 65 см слегка подкрашенной жидкости.

После этого плотно завинчивают винтик Я проверяют, не пропускает ли пробка 17 жидкости и если пропускает, плотнее вдавливают пробку в отверстие, затем навинчивают патрубок 4, соединенный с патрубкомпереводником 5, на прибор, в переводник ввинчивают ниппель 60 и вставляют сверху через ниппель железный 10 мм стерженек 62 с головкой, который нижним концом своим встанет на головку сальникового стержня 15. Дальше на ниппель навинчивают штангу 5/и обычным порядком спускают в скважину. Не доведя снаряд на 50-60 см до забоя, резко сбрасывают его вниз; вследствие этого, грунтонос на 15-20 см врежется в забой.

Выждав 1-2 минуты, чтобы успокоилась стрелка компаса, бросают в штанги железный стерженек длиной 20-30 Oi и диаметром 10-12мм. Стерженек этот с силой ударит в головку стерженька 62; последний заставит поддаться вниз сальниковый стержень 15 и пробка откроет отверстие, которое она прикрывала. Жидкость устремится вниз и начнет заполнять пространство внутри ступенчатого цилиндра 20, пройдет в канавки под нижним торцем его и начнет подниматься вверх вокруг бумажного листа 21. Одновременно жидкость будет выливаться вниз в поплавковую камеру патрубка 2 через четыре отверстия, сделанные в донышке, на которое опирается ступенчатый цилиндр. Поступление жидкости в камеру патрубка 3 будет гораздо больше, чем вытекание из него. Жидкость, дойдя до некоторого уровня, отметит на бумажном цилиндрике положение горизонтальной плоскости. Количество жидкости рассчитано так, чтобы она, если бы не было отверстий в донышке 12, заполнила патрубок 5 до уровня, отмеченного чертой а-Ь, но так как жидкость может вытекать, то горизонтальная черта, отмеченная ею, будет несколько ниже этого уровня. Отметив уровень своего высшего стояния на бумажном цилиндрике, жидкость начнет понижать свой уровень, стекая в камеру патрубка 2, в которой помещен поплавок; воздух, вытесняемый ею, сможет идти вверх по трубке 18 и выходить через отверстия, сделанные вверху ее. Колпачок 19 над этой трубкой не дает жидкости попасть внутрь ее.

Перетекая в камеру поплавка, жидкость вытекает из него через два таких же отверстия, сделанные в донышке, на котором смонтирован по,плавок. Иначе говоря, приток жидкости будет в два раза больше расхода ее. Всего в камеру поплавка за некоторое время поступит 65 см жидкости, за это же время вытечет, приблизительно, 32,5 см жидкости, оставшегося количества ее вполне достаточно, чтобы поднять поплавок на 15 Л1м вверх, что обеспечит надежное замыкание контакта 32 с кольцом 28. Как только произойдет это замыкание, лампочка, помеш;енная в медном патрубке над компасом, загорается, лучи света пройдут через отверстия, сделанные в диске стрелки у северного ее конца, и зафиксируют ее положение. Лампочка будет гореть до тех пор, пока не произойдет размыкание контакта 32 с кольцом 28, что случится тогда, когда уровень жидкости- в камере поплавка соответственно упадет и поплавок опустится вниз; жидкость вытечет из поплавковой камеры в камеру патрубка 1, где и будет находиться, пока не будет выпуш,ена оттуда через отверстие, закрытое винтом 35.

Весь процесс протекания жидкости займет несколько десятков секунд.

Выждав для большей надежности 2-3 минуты, поднимают прибор наверх обычным путем, нисколько не заботясь об ориентировке штанг.

Когда прибор будет извлечен на noBepjXHOcTb, показания его могут бьпъ определены без особого труда. Прежде BcerOi отвинчивают грунтонос, затем компас, быстро закрывают стекло ладонью или колпачком, затем отвинчивают патрубок 4, вынимают ступенчатый цилиндр 20 и снимают с него бумагу. Вырезают ножом ИЗ- башмака 50 породу, находящуюся в нем, свинчивают башмак 50, вынимают раздвижной цилиндр, раскрывают его и; извлекают керн грунта. Следует заметить, что на этом керне будут ясные следы в виде продольных линий, совпадающих с линией, по которой разрезан цилиндр; этот цилиндр можно вставлять в кожух 47 так, что

риска на теле кожуха 48 грунтоноса будет лежать в плоскости этого разреза.

Вынув породу, тотчас же ножом делают метку у линии следа на колонке грунта, которая обращена к риске. Прийдя в коллекторскую или тут же в буровой в наиболее темном месте, вынимают бумажный кружок из компаса, кладут его в воду, если он сделан из бумаги для светокопии, и в проявитель, если он выполнен из фотобумаги. Следы света появятся в виде ряда точек, окаймляющих северный конец стрелки.

Кружок этот берут, кладут па стол, повернув его так, чтобы следы стрелки были направлены на север; тогда след от шпильки 46 покажет направление риски, проведенной по прибору. Берут колонку породы и ставят ее на кружок так, чтобы сделанная на нем метка совпала с меткой от шпильки 46 на кружке. Центр колонки грунта и центр бумажного кружка должны совпадать; этого достигнуть весьма легко, если положить кружок на кусок картона с рядом концентрических окружностей, проведенных карандашом ИЛИ: тушью; ориентируясь на эти окружности, неггрудно достигнуть полного совпадения центров.

Установив ;колонку, как нужно, обычным путем , горным компасом определяют нужные элементы.

Предмет изобретения.

1.Прибор для измерения кривизны и азимута искривления буровых скважин путем окрашивания жидкостью бумажного цилиндра и фотографирования положения магнитной стрелки, отличающийся тем, что, с цешью одновременного взятия в скважине ориентированных кернов породы, прибор своим нижним концом соединен с грунтоносом.

2.В приборе по п. 1 применение груза для управления впуском красящей жидкости в камеры с бумажным цилиндром и замыканием контактов цепи лампочки,- освещающей магнитную стрелку.