Устройство для контроля направления бурения скважин Советский патент 1980 года по МПК E21B47/22 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАПРАВЛЕНИЯ БУРЕНИЯ

1

Изобретение относится к контролю направленности бурения скважин. Оно может быть использовано, например, при контроле движения буровых снарядов шнекобуровых и буросбоечных машин.

Известно устройство контроля положения бурового снаряда относительно заданной траектории бурения, описанное в способе, основанном на передаче электромагнитной энергии через разрабатываемый горный массив и регистрации прошедшей через него энергии приемником 1.

Недостатками этого способа и устройства являются отсутствие возможности определения координат бурового снаряда относительно заданной траектории бурения и значительное влияние помех на точность измерений. Указанным способом возможно определять только направление, в котором расположен в данный момент буровой снаряд относительно приемника энергии, излучаемой через буровой снаряд. Геологические нарушения, треш.иноватость и анизотропия физических свойств горного массива, поглош,ают значительную часть излучаемой энергии, а наличие металлических объектов (например, крепи выработок)

СКВАЖИН

в непосредственной близости от приемника искажает распределение этой энергии в пространстве и обуславливает помехи приему сигналов.

Указанные недостатки не позволяют исJ пользовать устройство контроля для объектов (снарядов), находящихся на значительных расстояниях от приемника, увеличивают трудоемкость процедуры контроля и делают его вообше невозможным.

Известно устройство для контроля направления бурения скважин, включающее передатчик магнитной энергии, приемники вертикального и горизонтального отклонения скважин, блок управления исполнительными механизмами и индикатор 2.

Недостатком устройства явл;зется низ15кая точность контроля положения бурового снаряда относительно заданной траектории бурения.

Цель изобретения - повышение точности контроля.

Это достигается тем, что устройство снаб20жено соединенными с выхода.ми приемников вертикального и горизонтального отклонений скважины двумя блоками первичного деления, блоком вторичного деления, двумя сумматорами, фильтром и коммутатором, входы которого соединены с выходами блоков первичного деления, а выходы со входом блока управления исполнительными механизмами и входами сумматоров, выходы которых подключены ко входам блока вторичного деления, подключенного через фильтр к индикатору. На фиг. 1 изображено устройство контроля положения бурового снаряда, напри:мер, шнекобуровой машины для подземных : работ, отрабатывающей пласт полезного ис копаемого; на фиг. 2 - вид по стрелке А i на фиг. 1 (расположение приемников элект;ромагнитной энергии в месте предполага:емого выхода бурового снаряда). В пласте полезного ископаемого 1 проведены подготовительные выработки 2 и 3 , в первой из которых установлена шнекобу:ровая машина 4 с буровым ставом 5. На основании маркшейдерских замеров в месте предполагаемого выхода бурового снаряда :установлены в диаметрально различных направлениях приемники контроля вертикального 6 и 7 и горизонтального 8 и 9 отклоне: НИИ, соединенные с выходами блоков делений напряжений 10 и 11, выходы которых сое;динены с входом коммутатора 12, соединенного своими выходами с входами сумматоров ; 13 и 14, выходы которых соединены с входом вторичного блока делений 15. Выход вторичного блока деления через фильтр 16 соеди; нен с индикатором 7. Кроме того, выход коммутатора 12 соединен с входом блока управления 18, а передатчик 19 - с буровым ста,вом 5, который снабжен, буровым снарядом 20. Передатчик 19 может быть также установлен в буровом снаряде 20, а приемники 6, 7, 8 и 9 в этом случае могут быть установлены как на месте предполагаемого выхода снаряда, так и у устья скважины. Траек- ория бурения 21 задается маркшейдерским замером. Приемники 6, 7, 8 и 9 располагают с некоторым радиусом от точки 22 (см. фиг. 2) предполагаемого выхода (входа) бурового снаряда 20. В простейшем случае может быть использовано четыре приемника. При этом два из приемников 6 и 7 располагают по вертикали, а другие два приемника 8 и 9 - по горизонтали относительно точки выхода 22 бурового снаряда 20. Контроль положения бурового снаряда относительно заданной траектории бурения осуш.ествляется следуюшим образом. При заглублении бурового снаряда 20 в скважину включают передатчик 19. Электромагнитная энергия, проходя через разрабатываемый горный массив 1, регистрируется приемниками 6, 7, 8 и 9 и преобразуется в электрическое напряжение. В случае следования бурового снаряда 20 строго по заданной траектории бурения 21 напряжения на выходе приемников б, 7, 8 и 9 и блоков деления 10 и 11 будут изменяться в одинаковой степени. При отклонении бурового снаряда 20 от заданной траектории бурения 21 па выходе соответствуюш,их приемников напряжение изменится. При вертикальном отклонении снаряда 20, например, вверх (см. фиг. 2) напряжение увеличится на выходе приемника 6 и уменьшится на выходе приемника 7. Изменится выходной сигнал блока деления 10, величина которого будет характеризовать величину относительного отклонения бурового снаряда 20 от заданной траектории бурения 21. При горизонтальном отклонении снаряда 20 от заданной траектории бурения 21, например, вправо напряжение увеличится на выходе приемника 9 и уменьшится на выходе приемника 8, при этом изменится выходной сигнал блока деления 11. При одновременном вертикальном и горизонтальном отклонениях бурового снаряда 20 выходные нагфяжения блоков деления 10 и 11 изменяются одновременно. Выходные си. блоков деления 10 и 11 через коммутатор 12 и сумматоры 13 и 14 поступают на .чный блок деления 15. В первом сумматоре 13 осуществляется сложение выходных напряжений блоков 10 и 11, во втором сумматоре 14 осушествляется вычитание этих же сигналов. Таким образом, с выхода блока вторичного деления 15 снимается электрическое напряжение, пропорциональное следующему отношению: . дч- aiU - -atU4 Ж-Hi. UiUj-UjO гдеК - величина отклонения бурового снаряда от заданной траектории;Ui, Ua,- выходные напряжения приемUjnU. НИКОВ 6, 7 и 8, 9 вертикального и горизонтального отклонений отзаданной траектории 21; -Q- - выходной сигнал блока деле ния 11 горизонтального отклонения;-j-j- -выходной сигнал блока деле ния 10 вертикального отклонения. При отсутствии смещений бурового снаряда 20 и равенстве выходных сигналов всех приемников знаменатель отношения стремится к нулю, а стало быть выходное напряжение блока вторичного деления стремится к максимальному значению. Выходной сигнал блока вторичного деления 15 через фильтр 16, предназначенный для выделения среднего значения сигнала, поступает на индикатор 17, по которому определяют величину отклонения бурового снаряда 20 от заданной траектории бурения 21, а по отношению напряжений диаметрально расположенных приемников б, 7 и 8, 9 - координаты вертикального и горизонтального смещений бурового снаряда от заданной траектории бурения. Результаты измерений могут быть использованы в системах управления направленным движением буровых снарядов. Причем в эти системы могут вводиться как промежуточные сигналы с блоков 10 и 11, так и конечные сигналы с блока 16. В последнем случае точность управления будет более высокой. Исполь :1вание устройства контроля позволит значительно снизить влияние различного рода помех на точность измерений. За счет регистрации не абсолютных, а относительных значений выходных напряжений приемников. Использование результатов измерений в свою очередь позволит увеличить глубину бурения. Вследствие исключения возможности увода бурового снаряда от заданной траектории бурения станет возможным сократить потери угля в недрах, уменьшить объем подготовительных работ и увеличить производительность труда рабочих. Формула изобретения Устройство для контроля направления бурения скважин, включающее передатчик электромагнитной энергии, приемники вертикального и горизонтального отклонения скважин, блок управления исполнительными механизмами и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено соединенными с выходами приемников вертикального и горизонтального отклонений скважины двумя блоками первичного деления, блоком вторичного деления, двумя сумматорами,, фильтром и коммутатором, входы которого соединены с выходами блоков первичного деления, а выходы со входом блока управления исполнительными механизмами и входами сумматоров, выходы которых подключены ко входам .блока вторичного деления, подключенного через фильтр к индикатору. Источник информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 385251, кл. G 01 Y 3/00, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР 145504, кл. Е 21 D 13/14, 1962 (протоип) .