Устройство для бурения и зондирования грунтов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ И ЗОНДИРОВАНИЯ ГРУНТОВ, содержащее бурильную колонну с буровым наконечником и пенетрационный узел, включающий гидроцилиндр с распределительным золотником и порщнем с измерительным зондом, блок преобразования и передачи информации, отличающееся тем, что, с целью повыщения производительности исследований и надежности , гидроцилиндр жестко соединен с бурильной колонной со стороны бурового наконечника и перфорирован в зоне последнего , при этом между гидроцилиндрбм и бурильной колонной образована полость, а блок преобразования и передачи информации размещен внутри порщня и измерительного зонда.. S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4©g Е 21 С 39/00, Е 02 D 1/00, Е 21 В 49/02

Qppwg

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3650868/22-03 (22) 10.10.83 (46) 15.01.85. Бюл. № 2 (72) Т. А. Грязнов и Л. В. Селиванов (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (53) 622.242.3:622.243.68 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 247177, кл. Е 21 В 49/02, 1966.

2. Marsland А., Windle D Developments

in offehore site investigation. Oceanology

international exhibition and conference.

Brighton, 1982, ч. 1, р. 169, fig. 4 (прототип).

„SU 1134.713 А (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ И

ЗОНДИРОВАНИЯ ГРУНТОВ, содержащее бурильную колонну с буровым наконечником и пенетрационный узел, включающий гидроцилиндр с распределительным золотником и поршнем с измерительным зондом, блок преобразования и передачи информации, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности исследований и надежности, гидроцилиндр жестко соединен с бурильной колонной со стороны бурового наконечника и перфорирован в зоне последнего, при этом между гидроцилиндром и бурильной колонной образована полость, а блок преобразования и передачи информации размещен внутри поршня и измерительного зонда.

1134713

Изобретение относится к геологическим исследованиям, а именно к устройствам, обеспечивающим получение непрерывной по глубине информации о физико-механических свойствах грунтов в процессе проходки скважины.

Известно устройство для зондирования грунтов, включающее пенетрационный узел с блоком передачи информации и гидравлической системой, обеспечивающей его вдавливание в грунт (1).

Такое устройство позволяет исследовать в процессе проходки скважины физико-механические свойства песчано-глинистых пород, но неприменимы для изучения пород выше

Ш категории буримости и не обеспечивает проходки грунтов с получением информации на глубину более 30 м.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее бурильную колонну с буровым наконечником и пенетрационный узел, включающий гидроцилиндр с распределительным золотником и поршнем с измерительным зондом, блок преобразования и передачи информации (2) .

Недостатками указанного устройства являются малая производительность исследований, так как тратится много времени на выполнение спускоподъемных операций и закрепление пенетрационного узл а, а также низкая надежность систем крепления устройства в буровой трубе и системе спуска-подъем а.

Цель изобретения — повышение производительности исследования грунтов и надежности работы устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для бурения и зондирования грунтов, содержащем бурильную колонну с буровым наконечником и пенетрационный узел, включающий гидроцилиндр с распределительным золотником и поршнем с измерительным зондом, блок преобразования и передачи информации, гидроцилиндр жестко соединен с бурильной колонной со стороны бурового наконечника и перфорирован в зоне последнего, при этом, между гидроцилиндром и бурильной колонной образована полость,.а блок преобразования и передачи информации размещен внутри поршня и измерительного зонда.

На чертеже представлено устройство, общий вид.

Устройство для бурения и зондирования грунтов содержит бурильную колонну 1, в нижней части которой жестко закреплен гидроцилиндр 2, образующий с ней полость 3.

В гидроцилиндре 2 размещен поршень 4, штоком которого служит измерительный зонд 5. В верхней части гидроцилиндра 2 установлен распределительный золотник 6, управляемый блоком 7 переключения золотника. Бурильная колонна 1 снабжена буро5

Зо

55 вым наконечником 8. Надпоршневая полость

9 гидроцилиндра 2 имеет гидравлическую связь с золотником 6 посредством окон 10 и 11. Подпоршневая полость 12 гидроцилиндра 2 посредством отверстий 13 и 14 имеет гидравлическую связь соответственно с полостью 3 и с зазором 15, образованным между измерительным зондом 5 и корпусом бурового наконечника 8. Распределительный золотник 6 посредством патрубков 16, 17 и 18 гидравлически связан соответственно с внутренней полостью 19 бурильной колонны 1, с полостью 3 и с затрубным пространством 20. С последним через патрубок 21 сообшается также внутренняя подпоршневая полость управляющего блока 7. Блок 7 содержит поршень 22, поджатый снизу пружиной 23, надетой на шток 24, который жестко связан с поршнями 25 золотника 6.

Надпоршневая полость блока 7 сообщается с внутренней полостью 19 бурильной колонны 1 через отверстие 26. В нижней части зонда 5 установлен изолятор 27; электрически разделяющий корпус зонда от конического наконечника. Внутри зонда 5 смонтирована аппаратура для передачи информации по телеметрическому каналу связи.

Вдоль образующей гидроцилиндра 2 через определенный шаг установлены магниты, а внутри поршня 4 смонтирован герконовый отметчик глубины, срабатывающий в момент прохождения рядом с магнитом.

Устройство работает следующим образом.

Бурильную колонну устанавливают в буровой станок, опускают на грунт и подсоединяют к насосу, нагнетающему промывочную жидкость (допускается использование только пресной воды без твердых примесей и глины). В полость 19 колонны 1 воду подают под давлением, не превышающим величины, при которой начинается срабатывание блока 7 переключения золотника, т.е. не превышающим сопротивления сжатию пружины 23. Вода при этом из полости 19 бурильной колонны 1 через патрубок 16 поступает в золотник 6 и через открытое окно 10 — в надпоршневую полость 9 гидроцилиндра 2. Под воздействием давления воды поршень 4 начинает двигаться вниз. При этом из подпоршневой полости 12 вода уходит через отверстия 14 и зазор между зондом 5 и корпусом бурового наконечника 8.

В процессе движения зонда 5 начинают действовать его измерительные преобразователи, а электронная схема, размещенная в полости поршня 4 и зонда 5, обеспечивает непрерывную передачу информации о характеристиках грунта по телеметрической линии связи на приемно-регистрирующую аппаратуру. Для этого конусный наконечник электрически изолирован от корпуса зонда 5 изолятором 27. Частотно-модулированное

1134713 импульсное напряжение, несущее информацию, подается на конусный наконечник.

С наконечника импульсное напряжение через грунт передается на антенну приемного устройства регистрирующей аппаратуры.

Вторым проводом является корпус зонда 5 и бурильной колонны 1.

Измерительный преобразователь гаммагамма каротажа позволяет контролировать момент выхода (или входа) конуса зонда 5 из бурового наконечника, так как при выходе детектора из устройства в грунт резко возрастает уровень рассеянного излучения, регистрируемого детектором гамма-квантов. Наоборот, при входе зонда с детектором,. в буровой наконечник уровень рассеянного излучений резко падает. Максимальное давление буровой жидкости, действующее на поршень 4, при вдавливании зонда 5 регулируется таким образом, чтобы усилие, действующее на-зонд при встрече наконечника с прочной породой, не привело к аварийной ситуации. При возрастании лобового усилия до предельного значения и выше зонд останавливается, о чем сигнализирует прекращение работы отметчика глубины зондирования. Такая же ситуация возникает д при достижении поршнем нижнего предельного положения. Чтобы заставить поршень 4, а вместе с ним и зонд 5, двигаться вверх, насос переключают на подачу промывочной жидкости под более высоким давлением, уровень которого устанавливают так, чтобы под его воздействием поршень 22 блока 7 переключения золотника, преодолевая сопротивление сжатию пружины 23, переместился в нижнее положение, переключая золотник в положение, соответствующее режиму извлечения зонда. В этом положении вода через золотник 6, патрубок 17, полость

3 между гидроцилиндром 2 и бурильной колонной 1, через отверстия 13 в нижней части гидроцилиндра поступает в подпоршчевое пространство 12 и давит на поршень 4 снизу. 40

Вода из надпоршневой полости 9 выходит наружу в затрубное пространство 20 через открытое окно 11 и патрубок 18. Давление промывочной жидкости устанавливают таким, чтобы оно было достаточным для извлечения зонда с учетом снижения давления из-за утечки жидкости через отверстия 14.

В момент подхода к верхнему крайнему положению с помощью бесконтактного выключателя отключают питание блоков измерительной схемы зонда, потребляющих наибольшую мощность (например, блока передачи). Затем устройство переводят в режим бурения, при этом поршень с зондом давлением промывочной жидкости удерживается в верхнем положении, а промывочная жидкость расходуется только Для промывки забоя, поступая к нему через отверстия 14.

Бурение производят на глубину последнего зондирования, после чего давление промывочной жидкости снижают до величины, при которой поршень 22 блока 7 под действием пружины 23 отжимается в исходное положение и цикл погружения зонда 5 повторяется снова.

Поскольку при использовании предлагаемого устройства нет необходимости при каждом цикле производить его спуск и подъем, значительно уменьшается в целом время исследования грунтов на скважине. Использование, воды вместо масла в качестве рабочего тела в гидравлической системе делает устройство экологически чистым. Блок 7 переключения золотника является в то же время предохранителем, не допускающим возрастания вдавливающего усилия выше определенного допустимого значения. При возрастании по какой-либо причине давления промывочной жидкости блок 7 переключает золотник в режим извлечения. Зондирование прекращается, и зонд убирается внутрь бурильной трубы. Кроме того, отсутствие кабелей для управления и передачи информации повышает надежность устройства.! 134713

zz

7

Р1

Я

17

Составитель H. Якимович

Редактор И. Рыбченко Техред И. Верес Корректор О. Луговая

Заказ 10052/30 Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП <Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4