Керноориентатор многократного действия

 

1. КЕРНООРИЕНТАТОР МНОГОКРАТНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащий наружную трубу, соединенную одним концом с переходником, другим - с воронкой, внутреннюю керноприемную трубу с маркировочным механизмом и датчиком положения апсидальной плоскости с подвижной пятой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности в работе , он снабжен установленным во внутренней трубе под датчиком положения апсидальной плоскости контейнером с блоком управления датчика и маркировочного механизма, при этом блок управления включает автономный источник питания, связанный через выключатель с логическим блоком и входом цифрового датчика режима, состоящего из последовательно соединенных электроакустического преобразователя , детектора и схемы сравнения , а выход цифрового датчика режима подключен к логическому блоку, соединенному со связанными между собой схемами управления электромагнитными приводами датчика положения апсидальной плоскости и маркировочного механизма, к которым подключен i через выключатель автономный источник питания. (Л .2. Керноориентатор по п.1, о тличающийсй тем, что маркировочный механизм выполнен в виде размещенного во внутренней трубе корпуса с прорезью и полостью внутри, в которой размещен подпружиненный относительно втулки, подпружиненной относи.ельно корпуса, шток при этом во втулке подвижно установлен от4 ND метчик, взаимодействующий со штоком. 00 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) 1д1) E 21 В 25/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (11

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3338249/22-03 (22) 15.09.81 (46) 23. 07.84. Бюл. ¹ 27 (72) Ф.А. Бобылев, Э.Н. Шехтман и И.M. Tponnep (71) Казахский научно †исследовательский институт минерального сырья (53) 622.243.64 (088.8) (56) 1. Патент США ¹ 3450216, кл. 175-14, опублик. 1969.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3211659/22-03, кл. Е 21 В 25/16, 1980 (прототип). (54)(57) 1. КЕРНООРИЕНТАТОР МНОГОКРАТНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащий наружную трубу, соединенную одним концом с переходником, другим — с воронкой, внутреннюю керноприемную трубу с маркировочным механизмом и датчиком положения апсидальной плоскости с подвижной пятой, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и надежности в работе,он снабжен установленным во внутренней трубе под датчик ì положения апсидальной плоскости контейнером с блоком управления датчика и маркировочного механизма, при этом блок управления включает автономный источник питания, связанный через выключатель с логическим блоком и входом цифрового датчика режима, состоящего из последовательно соединенных электроакустического преобразователя, детектора и схемы сравнения, а выход цифрового датчика режима подключен к логическому блоку, соединенному со связанными между собой схемами управления электромагнитными приводами датчика положения апсидальной плоскости и маркировочного механизма, к которым подключен через выключатель автономный источник

O питания. .2. Керноориентатор по п. 1, о тл и ч а ю щ и и с М тем, что маркировочный механизм выполнен в виде размещенного во внутренней трубе корпуса с прорезью и полостью внутри, в которой размещен подпружиненный относительно втулки, подпружиненной относи.ельно корпуса, шток при этом ма во втулке подвижно установлен отметчик, взаимодействующий со штоком.

1104238

К недостаткам известного устройства следует отнести установку над внутренней трубой дроссельной втулки, уменьшающей сечение канала для прохода промывочной жидкости, что необходимо для создания достаточного (причем значительного) перепада давления. При применении сравнительно вязких растворов это служит предпосылкой зашламования нагнетательного канала и прекращения процесса бурения. Кроме того, в устройстве существует возможность несинхронности нанесения метки и ее регистрации, а это способствует из-за радиальИзобретение относится к области горного дела, а именно к средствам для отбора ориентированного керна с многократным нанесением и регистрацией положения меток при колонковом бурении наклонных скважин.

Известны устройства для ориентирования керна в течение ."ейса, содержащие наружную колонковую трубу с резцом для нанесения меток на керн 10 и устройство для регистрации их положения относительно апсидальной плоскости, в которых используется автономное электропитание для привода движения фотопленки и включения ос- 15 ветительной лампочки, причем настройка на определенные интервалы срабатывания этих элементов происходит до бурения, т .е. на поверхности f1) .

К недостаткам устройств с настрой- 20 кой на поверхности следует отнести невозможность получения ориентированного. керна точно на заданной глубине (т.е. отсутствует оперативное управление керноориентатором), и, кроме 2 того, существует риск "холостых съемок во время случайных остановок бурового снаряда, так как приводной механизм фотоаппарата продолжает работать. 30

Известно устройство с механической регистрацией положения апсидальной плоскости и метки, содержащее наружную трубу, внутреннюю керноприемную трубу с механизмом для нанесения метки на керн, перемещаемым действием давления промывочной жидкости, а также их регистрацией в датчике положения апсидальной плоскости, в котором пята, движущаяся от того же давления, вминает свободный шарик в регистрирующий элемент из мягкого металла (21 .

t ных флуктуаций внутренней трубы при ее постепенной подаче неточному определению апсидальной плоскости.

При этом увеличение расхода промывочной жидкости при операции регист. рации приводит к усилению вибрации в датчике положения апсидальной плоскости, а значит также мешает шарику занять точное положение в апсидальной плоскости.

Целью изобретения является повышение точности и надежности работы керноориентатора.

Указанная цель достигается тем, что керноориентатор многократного действия, содержащий наружную трубу, соединенную одним концом с переходником, вторым — с коронкой, внутреннюю керноприемную трубу с маркировочным механизмом и датчиком положения апсидальной плоскости с подвижной пятой, снабжен установленным во внугренней трубе под датчиком положения апсидальной плоскости конвейером с блоком управления датчика и маркировочного механизма, при этом блок управления включает автономный источник питания, связанный через выключатель с логическим блоком и с входом цифрового датчика режима, состоящего из последовательно соединенных электроакустического преобразователя, детектора и схемы сравнения, а выход цифрового датчика режима подключен к логическому блоку, соединенному со связанными между собой схемами управления электромагнитными приводами датчика положения апсидальной плоскости и маркировочного механизма, к которым подключен через выключатель автономный источник питания.

При этом маркировочный механизм выполнен в виде. размещенного во внутренней трубе корпуса с прорезью и полостью внутри, в которой размещены подпружиненный относительно втулки шток, подпружиненной относительно корпуса, при этом во втулке подвижно установлен отметчик, взаимодействующий со штоком.

На фиг.1 изображен керноориентатор, общий вид в разрезе, на фиг.2 блок управления датчика положения апсидальной плоскости, на фиг.З блок-схема цифрового датчика ревкома, на фиг.4 — датчик положения апсидальной плоскости в нерабочем полоДатчик положения апсидальной плоскости содержит (фиг.4) крышку

22 а, подпружиненную пяту 23 с конической (например, под углом 5 ) нижней частью, катушку 24 электромагнитного привода (совокупность пяты 23 и катушки 24 представляет собой электромагнитный привод датчика положения ансидальной плоскости). Ниже катушки пята выполнена из немагнитного материала. Датчик положения апсидальной плоскости содержит также свободный шарик 25, съемный регистрирующий элемент 26 из мягкого металла, имеющий риску (фиг.10), и механизм рассредоточения отпечатков шарика на регистрирующем элементе, включающий цилиндрический держатель 27, на внутренней поверхности которого с равным шагом t по высоте выбрано заданное число канавок (для простоты показано 6), подпружиненную тягу 28, стойку 29, связанный с тягой подвижный фиксатор, включающий обойму 30 и подвижную собачку 31, удерживаемую от проворота штифтом 32 с возможностью ее движения в продольной прорези обоймы, и связанный со стойкой 29 неподвижный фиксатор, .включающий обойму 33, собачку 34 и аналогичный предыдущему штифт 32. Собач- ки 3 1 и 34 установлены с возможностью взаимодействия с канавками держателя 27. Штифты 35 для держателя и элемента 26 обеспечивают постоянное нахождение риски последнего в одной плоскости с наносимыми на керн метками. Подводящие провода 10 подсоединяются к заизолированным клеммам 36 катушки 24 и (с некоторой слабиной) к штырям 12, закрепленным на изоляционной прокладке.

За цикл срабатывания датчика положения апсидальной плоскости принимается опускание и подъем пяты, при опускании которой до соприкосновения с верхним торцом стойки 29 шарик может вдавливаться во внутреннюю поверхность элемента на заданную глубину отпечатка S (фиг.s).

Иаркировочный механизм (фиг.7) содержит катушку 37 электромагнитного привода и подпружиненный шток

38 (совокупность штока 38 и катушки

37 представляет собой электромагнитный привод маркировочного механизма). Ниже катушки шток выполнен из з 1104238 4 жении, разрез; на фиг.5 — то же, в момент получения первого отпечатка шарика в апсидальной плоскости на регистрирующем элементе, на фиг.6 — то же, в момент получения второго отпечатка, на фиг. 7 — маркировочный механизм в нерабочем поло— жении, разрез, на фиг. 8 — то же, в момент первого касания отметчиком керна; на фиг. 9 — то же, в положении после нанесения метки; на фиг.10 — схема взаимного расположения отпечатков. шарика в апсидальной плоскости на регистрирующем элементе и меток на керне; на фиг.11 образец ориентированного керна.

Керноориентатор содержит (фиг.1) внутреннюю невращающуюся в процессе бурения трубу 1, наружную трубу 2 с переходником 3 и коронкой 4. Труба

1 связана с переходником подшипниковым узлом 5 и содержит непроворачиваемые в ней датчик 6 положения апсидальной плоскости и контейнер 7 с блоком управления датчика положения апсидальной плоскости и маркировочного механизма 8. В конической расточке 4 находится рвательное кольцо 9. Датчик положения апсидальной плоскости и маркировочный механизм соединены подводящими приводами

10 с контактными гнездами 11 контейнера соответственно через контактные штыри 12 и 13, причем последние заделаны в изоляционную прокладку, укрепленную на переборке трубы 1, и защищены от попадания жидкости. Пары штырь-гнездо служат для создания общей электрической цепи сборки: датчик положения апсидальной плос40 кости, контейнер, маркировочный механизм. Блок управления в контейнере 7 (фиг.2) включает н себя автономный источник 14 питал.*я,цифровой датчик 15 режима (ДР),логический

45 блок 16, схемы управления электромагнитными приводами датчика положения апсидальной плоскости 17 и маркировочного механизма 18, а также кнопку

19 с замыкающим контактом, выступающую

50 над верхним торцом контейнера (жирные линии показывают энергетическую, а тонкие — информационную цепь) . цифровой датчик режима собран, например, по следующей схеме (фиг.3):

) ° 55 электроакустический преобразователь

20, детектор 21 и схема 22 сравнения .

1104238 немагнитного материала. Маркировочный механизм содержит также корпус

39 с прорезью, в которой может перемещаться,подпружиненный (например, плоской пружиной) механический от- 5 метчик 40 с режущей вершиной 4 1 (например, в виде зачеканенного керна алмаза), закрепленный в подпружиненной втулке 42, причем пружина последней имеет большую жесткость, чем жесткость пружины штока 38.

Устройство работает следующим образом.

После сборки с контейнером (постоянно находящимся в трубе 1, пока не источится питание) кнопка 19 утапливается и включает аппаратуру управления, логическая схема 16 устанавливается в исходное состояние, т.е. на ожидание команды на срабатывание 20 датчика положения апсидальной плоскости и маркировочного механизма.

Взаимное расположение в сборке контактных пар штырь-гнездо обеспечивает постоянное нахожцение в одной плоскости отметчика 40 и риски на регистрирующем элементе 26.

В операции бурения на преобразователь 20 поступает акустический шум от работающих механизмов бурового З0 станка, бурового насоса, трения коронки о забой и т.д. Преобразователь преобразует этот шум в переменное электрическое напряжение, поступающее на детектор 21, где оно выпрямля-з ется. Уровень выпрямленного постоянного напряжения на выходе детектора

21 пропорционален уровню акустического шума. Это напряжение поступает на схему 22 сравнения, на другой 40 вход которой подается опорное напряжение U „ „ причем схема датчика режима настроена так (регулировкой

U я я ), что при работающих станке и насосе напряжение на выходе де- 4 тектора всегда больше опорного, и датчик режима выдает сигнал логического "0", что свидетельствует о режиме бурения.

Операция нанесения метки (срабатывание маркировочного механизма) и регистрации для нее положения апсидальной плоскости (срабатывание датчиfca положения апсидальной плоскости) происходит по команде, ко55 торая представляет собой совокупность, например, следующих действий: выключение двигателей насоса и станка, т.е. агрегатов, создающих акустический шум, включение этих двигателей, повторное их выключение.

Все эти действия должны выполняться в течение определенного времени, например 1 мин. Срабатывание маркировочного механизма и датчика положения апсидальной плоскости происходит через некоторое время, например 30с после подачи команды, т.е. после повторного выключения двигателей.

Блок управления в операции нанесения и регистрации метки работает следующим образом.

Уровень напряжения на выходе детектора 21 при пропадании акустического шума от агрегатов и связанных с ними шумов на забое резко уменьшается, становясь меньше U „ „ (могут остаться лишь случайные шумы, однако они не окажут влияния на работу схемы 22 .сравнения, так как опорное напряжение выбрано заведомо большим, чем напряжение на выходе детектора, соответствующее любым шумам, не связанным с работой агрегатов), и схема 22 вырабатывает в схему 16 сигнал логической "1", что свидетельствует об отсутствии режима бурения. По появлении этой "1" схема 16 начинает ожидать вторичного появления "1" с датчика режима (которая формируется при включении и выключении двигателей) в течение некоторого времени, например 1 мин (повторение сигнала с датчика режима нужно, чтобы отстроиться от исчезновения шума, не связанного с командой нанесения и регистрации, например из-за внезапного отключения электроэнергии на буровой и т.д.). Если в течение 1 мин с датчика режима "1" не поступит, логическая схема возвращается в исходное состояние. При поступлении же "1" (т.е. повторном включении и выключении двигателей) логический блок с некоторой задержкой, например 30с (это время необходимо для успокоения шарика 25 в датчик положения апсидальной плоскости после снятия вибраций, причем в течение 30с логическая "1" с датчика режима не должна сниматься, т.е. не должны включаться двигатели, в противном случае схема 16 переходит в исходное состояние), вырабатывает сигнал в блоки 17 и 18 управления, 1104238

4S посыпающие по этому сигналу импульсы тока в катушки 37 и 24, что позволяет соответственно нанести метку на керн и зарегистрировать для нее положение апсидальной плоскости. 5

Метод кодирования команды Для логического блока 16 практич"ски исключает ложное срабатывание маркировочного механизма и датчика положения апсидальной плоскости (в том числе 10 и после первоначальной подачи питания) при управлении работой керноориентатора с поверхности.

Маркировочный механизм производит нанесение метки на керне следующим образом.

Шток 38 (фиг.7) под действием электромагнитных сил движется вниз, отодвигая своей конической частью отметчик 40 в сторону до упора последнего своей вершиной 41 в цилиндрическую поверхность керна (фиг.8). Длина отметчика выбрана такой, что даже при максимальном его ходе (n 1 мм) он своей тыльной частью застопорит ход штока в подпружиненной втулке

42, которая в момент указанного стопорения (до этого она стояла на месте из-за большей жесткости своей пружины, чем штока) также начинает вместе с отметчиком движение вниз до упора в ограничитель корпуса 39 (фиг.9). Величина хода втулки л 7 мм.

Срабатывание маркировочного меха— низма позволяет нанести на поверх35 ности керна метку в виде неглубокой царапины. После нанесения меток все подвижные элементы маркировочного механизма под действием своих пружин возврашаются в исходное положение. 40

Регистрация в датчике положения апсидальной плоскости нанесенной метки происходит следующим образом.

Под действием электромагнитных сил пята 23, опускаясь до упора в верхний торец стойки 29, своей конической частью вдавливает шарик в элемент 26 на расстояние 0 от его верхнего края (фиг.5),а нижней плоскостью утапливает выступающий

50 конец тяги 28 на величину, несколько большую шага t. При этом в связанном с тягой подвижном фиксаторе собачка 31, утопленная в исходном положении в первой сверху канавке держателя 27 (фиг.w), испытывает

/ 5S на своем скосе (например, под углом

45О) силу, отодвигающую ее к продольной оси датчика, в результате чего собачка перескакивает в следующую нижележащую канавку держателя. Штифт 32, закрепленный ф собачке и движущийся в прорези обоймы

30, сохраняет неизменным взаимное положение канавки и скоса собачки.

После получения отпечатка пята под действием своей пружины поднимается в исходное положение, тяга

28 своей пружиной также перемещается, вверх, и при этом собачка 31, упираясь в верхнюю плоскость второй сверху канавки, поднимает на шаг дЕржатель, а вместе с ним и элемент 26. Собачка 34 неподвижного фиксатора при движении держателя вверх своим скосом (например, под углом 45 ) отодвигается к продоль0 ной оси датчика, затем перескакивает в следующую нижележащую канавку и фиксируется пружиной в этом положении. При новом цикле нанесения метки находящийся в апсидальной плоскости шарик вдавливается в элемент 26 на высоте E +t от его верхнего края (фиг.6).

Кинематика последующих циклов повторяется (третий отпечаток наносится на высоте 8 +2t и т .д .),причем взаимодействие подвижного и неподвижного фиксаторов с держателем обеспечивает его последовательный ход (c шагом t) только вверх (ход вниз стопорится неподвижным фиксатором). B заключительном цикле срабатывания фиксаторы выходят из самой нижней канавки. После срыва керна, осуществляемого подачей снаряда вверх с заклиниванием рвательного кольца в конической проточке коронки, керноориентатор поднимается на поверхность. При рассоединении датчика положения апсидальной плоскости и контейнера кнопка 19 обесточивает блок управления. Из датчика положения апсидальной плоскости извлекается держатель с регистрирующим элементом.

Для нанесения на выбуренном и поднятом на поверхность керне следа апсидальной плоскости скважины по отдельным меткам и соответствующим им отпечаткам на элементе 26 необходимо замерить, например по часовой стрелке, углы Ц,- i/< месяцу риской на элементе и центрами отпечатков и последовательно отложить их на кусках. керна в том же направлении (фиг.10).

1104238

Для подготовки устройства к следующему отбору ориентированного керна специальным стаканом (не показан), надеваемым на стойку 29, с внутренней конической расточкой и прорезя- 5 ми для фиксаторов утапливают собачки последних к центру датчика. Потом держатель с новым элементо.-. 26 опускается до упора в дно датчика положения апсидальной плоскости. Стакан извлека- о ют, собачки расходятся и входят в верхнюю канавку держателя. После навинчивания крышки 22 с1 датчика подводящие провода 10 закрепляются на соответствующих контактах штыря 12.

Датчик положения апсидальной плоскости сочленяется с контейнером, и керноориентатор подготовлен к новому циклу отбора ориентированного керна.

Исключение дроссельной втулки над внутренней трубой, необходимой для создания значительного перепада давления в операциях нанесения меток и срыва керна, устраняет риск зашламования нагнетательного канала и остановки процесса бурения из-за включения керноориентатора в состав бурового снаряда, а следовательно, повышает надежность работы самого прибора.

Практически синхронное нанесение метки и регистрация ее в датчике положения апсидальной плоскости из-за отсутствия движения внутренней трубы и мгновенного срабатывания обоих электромагнитных проводов, а также снижение вибрации в момент регистра.— ции метки благодаря вык;.очению станка и насоса повышает точность определения положения апсидальной плоскости.

При этом повышается эффективность применения керноориентатора, что позволяет бурить меньшее количество скважин, чем достигается большой экономический эффект.

1 104238

lAP

ММ

Акус ки

11042 38

1104238

1104238

Риску сРиг 10

Составитель Г. Алексеева

Техред M.Tenep Корректор А. Тяско

Реда кт ор В. Дан ко

Тираж 5б5 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5175/22

Филиал ППН "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4