Прибор для ориентировки выбуренного керна по азимуту и зенитному углу Советский патент 1947 года по МПК E21B7/04 E21B47/22 G01B5/24 

Уже известны приборы для измерения угла и азимута наклона буровых скважин при выемке ориентированных кернов, снабженные магнитной стрелкой, фиксируемой во время производства замеров в своем положении посредством застывающего легкоплавкого сплава, расплавляемого перед производством замера нагревательным приспособлением.

Настоящее изобретение касается усовершенствования подобного рода известных приборов и заключается в применении в приборе в качестве нагревательного приспособления патронов с известью, снабженных отверстиями для прохода воды внутрь патронов.

На фиг. 1 изображен вид предлагаемого прибора спереди, частично в разрезе, на фиг. 2 - разрез его по линии АА, на фиг. 3 - разрез по линии ББ, на фиг. 4 - разрез по линии ВВ, на фиг. 5 - магнитная система нрибора в увеличенном масштабе, на фиг. б - измерительный столик для исследования как отпечатков с кернов, так и самих кернов.

Прибор состоит (фиг. 1-б) из направляющего стакана 7, снабженного внутри в его нижней части ленточной резьбой J7, и внутреннего стакана 46, снабженного снаружи для соединения с направляющим стаканом ленточной резьбой.

Внутренний стакан имеет столик 20 с закраинами W для помещения стеклянной чашки 5 с цилиндрической крышкой 4. Стеклянная чашка 5 гипсовой или цементной заливкой 18 соединяется неподвижно со столиком 20. Закраины 19 столика имеют снаружи резьбу 77 для соединения с предохранительным колпаком 36.

Столик 20 цилиндрической шейкой 22 соединен со стаканом 46. Близ своего нижнего края стенки предохранительного колпака 36 имеют сквозные отверстия 27 для циркуляции воды, нагревающейся в известковых патронах 24.

Внутри стеклянной чашки помещен легкоплавкий сплав (парафин или сплав Вуда) 75, наполовину заполняющий чашку 5. В сплав 15 впаян деревянный нижний поплавок 13 с пропущенным через него стальным

15

заостренным штифтом 10. Штифт удерживается в нижнем поплавке с помощью гаечки. На штифт надет диск с отверстиями 14 (фиг. 5), предохраняющий края нижнего поплавка 7J от соприкосновения со стенками стеклянной чашки 5.

В деревянный поплавок врезана магнитная стрелка 12. На деревянный поплавок наклеено зеркальце 77, на поверхности которого нанесены черные риски 45, параллельные магнитной стрелке 12.

На острие штифта на агатовой чашечке 37 висит вторая магнитная стрелка 9, к обоим концам которой прикреплены проволочные усики 38, впаянные в сплав Вуда или парафин.

На агатовой чашечке сверху прикреплен полый стеклянный верхний поплавок 7, снабженный несколькими красными рисками 44, параллельными оси магнитной стрелки 9. Поверх сплава Вуда налит слой воды 5, поддерживающий верхний поплавок.

Известковые патроны 24 представляют собой две цинковые подковообразные коробки с крышками 23. Наружные стенки коробок имеют два ряда круглых отверстий 27 для пропуска воды в коробки, заполняемые негашеной известью 25. Крышки коробок также имеют несколько отверстий для циркуляции горячей воды. Коробки удерживаются в своих гнездах нижним краем предохранительного колпака 36 и регулирующим кольцом 26, снабженным двумя рядами круглых отверстий. Кольцо свободно надевается на патроны 24. Незначительным поворотом его можно в большей или меньшей степени прнкрывать отверстия 27 патронов и тем регулировать приток в них воды.

Для предохранения краев патронов 24 от снятия при завинчивании колпака 36 в гнезде их уложена пружинящая шайба 28.

Деревянная (дубовая) штанга 32, длиной 60 см, удерживается во внутреннем стакане 46 разрезной чекой 33. На своем нижнем конце деревянная штанга имеет нижнюю камеру 34, снабженную на внутренних стенках двумя кольцевыми пазами 35 для

16

предохранения от выпадения пластичной массы, составленной из сплава канифоли с солидолом. Пластичная масса заполняет нижнюю камеру 34.

Для предохранения стеклянной чашки 5 при ударе прибора о забой между деревянной штангой и внутренним стаканом 46 помещена упругая прокладка 30, составленная из бронзовой разрезной шайбы и резиновых дисков. Подобная же Зпругая прокладка помещается между деревянной штангой и разрезной чекой 33.

Назначение деревянной штанги - отделить магнитные стрелки от забоя, где могут оставаться обломки стального бурового инструмента и буровая стальная дробь.

Измерительный столик прибора состоит из трех колец: верхнего подвижного 41, среднего подвижного 40 и нижнего неподвижного 39.

Верхнее подвижное кольцо 41 может вращаться по оси прибора; оно снабжено дугообразной шкалой 42 с прорезанной вдоль шкалы сквозной щелью 47. На шкале неподвижно закреплена лупа 43, оптическая ось которой лежит в плоскости дугообразной шкалы и направлена на середину зеркальца 77.

Наружная поверхность верхнего кольца имеет градусные деления от О до 360°.

Среднее кольцо 40 люжет вращаться по оси прибора независимо от верхнего кольца 41. Наружная поверхность среднего кольца 40 имеет нониусные деления. Оба подвижных кольца снабжены арретирами. Внутренняя поверхность нижнего кольца имеет резьбу для соединения с закраинами столика.

Все металлические части прибора изготовлены из немагнитного металла (алюминий, латунь, бронза). При серийном производстве почти все части прибора могут изготовляться из пластмассы.

Прибор опускается в скважину либо на штангах, либо на троссе. Последний способ опускания может быть применен только в том случае, если забой скважины хорошо очищен от шламма. При наличии большого количества шламма в забое ориентировка керна ведется одновременно с промывкой забоя. При измерении кривизны скважины прибор опускается на тросе; промывка при этом не требуется.

При ориентировке керна последовательность операции следующая. Забой очищается промывкой от щламма. Прибор опускается к забою и насаживается на керн. Излом этого керна оставляет отпечаток на поверхности сплава канифоли с солидолом, заполпяющего нижнюю камеру 34 прибора. Вода, присутствующая в скважине или нагнетаемая в нее, проникает через отверстия 27 внутрь патронов 24 с известью и, действуя на СаО, переводит его в Са(ОН)2. Выделяющееся при этой реакции тепло повышает температуру стенок прибора до 100-120°. Сплав Вуда (парафин) в стеклянной чащке плавится и освобождает впаяпные в него поплавок 13 и усики 38 магнитной стрелки 9. Поплавок, плавая в жидком сплаве Вуда (парафине) принимает горизонтальное положение, а магнитные стрелки Р и 72 ориентируются под определенным углом к магнитному меридиану и друг к другу.

При наличии в забое скважины крупных магнитных тел (обломки бурового инструмента), способных вызвать отклонение магнитной стрелки, угол между стрелками 9 к 12 меняется, сигнализируя необходимость очистки забоя с помощью постоянного магнита.

По окончании реакции СаО и Са(ОН)2 выделение тепла патронами с известью прекращается, и температура стенок прибора падает ниже 60°. Сплав Вуда (парафин) застывает и, захватывая поплавок и усики магнитной стрелки Р, фиксирует направление магнитного меридиана и положение горизонтальной плоскости.

Прибор извлекается из скважины. Поворотом на 45° внутренний стакан с деревянной штангой разъединяется с направляющим стаканом и вынимается из него.

Предохранительный колпак 36 захватывается пальцами за гребень 2 и отвинчивается. На его место на2 Свод в. 7.

винчивается измерительный столик. Через лупу 43 и щель наблюдают отражение дугообразной щкалы 42 и зеркальце 7/, поворачивая при этом верхнее кольцо 47 до тех пор, пока изображение шкалы не превратится из дугообразного в прямое. В этом положении плоскость шкалы 42 перпендикулярна плоскости зеркальца 77 и совпадает с большой осью эллипса, образованного поверхностью застывшего в наклонной скважине сплава Вуда при пересечении этой поверхностью внутренней цилиндрической поверхности стеклянной чашки 5.

По горизонтальной риске на линзе лупы и нанесенному на ней нониусу отсчитывают показание дугообразной шкалы, т. е. зенитный угол наклона скважины и керна.

Азимут наклона скважины и керна определяется следующим образом. Верхнее кольцо 41 арретируется. Поворотом среднего кольца 40 ноль его нониуса подводится к нолю щкалы верхнего кольца 41 и затем среднее кольцо арретируется. Верхнее кольцо освобождается и поворачивается до тех пор, пока красные риски поплавка 7 не станут параллельными вертикальной риске на линзе лупы. По шкале верхнего кольца и нониусу среднего кольца отсчитывается угол поворота верхнего кольца.

Далее аналогичным образом определяется угол между больщой осью эллипса и направлением черных рисок зеркальца 77. Азимут наклона скважины керна равен углу между больщой осью эллипса и биссектрисой между направлением красных и черных рисок.

После извлечения прибора из скважины бурение продолжается и керн, с которого был получен отпечаток, извлекается. По извлечении последпего из скважины излом его верхнего конца совмещается с его отпечатком в нижней камере прибора.

Для полной уверенности в том, что отпечаток излома действительно получен с керна, не утратившего связь с породой, а не с обломка керна, оторвавщегося и оставщегося на забое, следует измерение повторить

17

по следующему керну, т. е. ориентировать керн по обоим его концам. Прикладыванием г-образного лекала к прибору положение северного конца магнитной стрелки выносится на боковую поверхность керна, совмещенного с его отпечатком на поверхности сплава канифоли с солидолом, заполняющего нижнюю камеру 34. Положение северного конца стрелки прочерчивается затем на боковой поверхности керна.

С помощью несложного приема прибором могут быть измерены также азимуты и зенитные углы любых плоскостей, пересекающих керн плоскостей напластования и сланцеватости жил и прожилок, кливажа, плоскости ориентированных шлифов, вырезанных из керна.

Перемещение поплавков по поверхности сплава в стеклянной чащке 5 не отражается на точности показания прибора, так как параллельные риски на зеркальце 7/ автоматически центрируют прибор.

Искажение формы мениска на поверхности сплава Вуда при переходе края мениска с цилиндрических стенок стеклянной чашки на крышку и дно ее не может отражаться на

точности показания прибора, так как деления дугообразной шкалы не наносятся на нее по транспортиру, а тарируются на собранном приборе по углам между вертикалью и стенками направляющего стакана при постепенном наклонении прибора.

Аналогичным образом в шкалу вводятся поправки на преломление лучей в стенках и крышке стеклянной чашки 5.

Использованный патрон с известью может быть восстановлен легким прокаливанием извести, причем Са(ОН)2, теряя воду, переходит в СаО.

Предмет изобретения

Прибор для ориентировки выбуренного керна по азимуту и зенитному углу, снабженный магнитной стрелкой, фиксируемой во время производства замеров в своем положении посредством застывающего легкоплавкого вещества, расплавляемого перед производством замера нагревательным приспособлением, отличающийся применением в качестве нагревательного приспособления патронов с известью, снабженных отверстиями для прохода воды внутрь патронов.

Фиг. 5

44

Отв. редактор М. М. Акйшин 20

Фиг. 6

4J

Редактор И. Д. Тихомиров