Устройство для определения напряжений в стенках буровой скважины

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить информативность устройства путем измерения напряженного состояния горных пород во взаимно перпендикулярных напряжениях. Для этого в двухкамерном жестком корпусе (к) 1 с отверстиями 2, 3 и 4 телескопически установлены два подпружиненньтх пружинами (П) 16 и 17 штока (ш) 6 и 10 с отверстиями 7, 8 и П, J2. Жесткость П 16 больше жесткости П 17. На наружной поверхности К I закре

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЙИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ю(Щ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю (61 ) 1139842 (21) 3864543/22-03 (22) 04.03.85 (46) 30.11.86. Бюл. Ф 44 (7l) Ордена Трудового Красного

Знамени азербайджанский государственный научно-исследовательский и|проектный институт нефтяной промышленности (72) P.Ì.Ìàìåäîâ, Ш.И.Исмайылов, Л.М.Орман, P.À.Ìåëèêáåêoâ и P.Ë.Èñмаилова (53) 622.235(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1139842, кл. Е 21 С 39/00, 1982. (19) (И) (51) 4 Е 21 С 39/00, Е 21 В 49 00 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В СТЕНКАХ БУРОВОЙ СКВАЖИНЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить информативность устройства путем измерения напряженного состояния горных пород во взаимно перпендикулярных напряжениях. Для этого в двухкамерном жестком корпусе (К) 1 с отверстиями 2, 3 и 4 телескопически установлены два подпружиненных пружинами (П) 16 и 17 штока (I!I) 6 и 10 с отверстиями 7, 8 и II 12. Жесткость П 16 больше жесткости П 17.

На наружной поверхности К 1 закре®

12 плена оправа 13, в окнах которой ус тановлены камеры 14 К 1 с прижимными опорами 15. Датчик перемещений выполнен в виде наконечника 24 и перфорированного К 23. Наконечник

24 имеет две пары расположенных диаметрально противоположно одно другому отверстий 27 и 28, Для предотвращения кругового смещения Ш 6 и

10 относительно К 1 друг друга они скреплены шлицами 21 и 22. Для измерения напряжений по оси Х-Х или

У-У в бурильной колонне создают соответственно низкое или высокое давление. За счет сжатия П 17 или П

73551

16 происходят относительные перемещения Ш 6 и 10 и совмещение соответствующих отверстий Ш 6 и 10,наконечника 24 и К 1. При этом заполняются рабочей жидкостью соответствующие камеры 14. По мере их расширения опоры 15 прижимаются к стенкам скважины в направлениях Х-Х или

У-У. При достижении заданного усилия распора опор 15 происходит перепад давления в камере 26 К 23, который воспринимается установленным в ней сильфоном, и через пружинный преобразователь давление передается на регистрирующую аппаратуру, 6 кп, 1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для,измерения напряженнодеформированного состояния горных пород в скважинах, и выявляются усовершенствованием изобретения по авт.св. Ф 1139842.

Целью изобретения является повышение информативности путем измерения напряженного состояния во взаимно перпендикулярных направлениях. . На фиг, 1 изображено устройство в транспортном положении, общий вид с разрезом, на фиг, 2-5 — устройство в рабочих положениях; на фиг.6датчик перемещений устройства, общий вид с разрезом.

Устройство содержит цилиндрический зонд (фиг. 1) сОстоящий из кор пуса 1 с отверстиями 2 и 3, сливного отверстия 4 с обратным клапанбм 5, основного подпружиненного полого штока 6 с отверстиями 7 и 8 (нагнетательное отверстие 7 оснащено клапаном 9), дополнительного подпружиненного полого штока 10 с отверстиями 11 и 12> оправы 13, в окнах которой установлены расширяющиеся камеры 14 из упругого материала с прижимными опорами 15, выполненными в виде цилиндрического сегмента, пружин 16 и 17, конусного седла 18, уплотнительных манжет между полыми штоками и корпусом, а также корпусом и оправой 19, переводника 20. ния полых штоков 6 и 10 Относитель" но корпуса они закреплены шлицами

21 и 22.

Датчик перемещений (фиг. 6) состоит из корпуса 23, наконечника 24,. выполненного в виде конусной пробки, и головки 25 для крепления кабеля.

В наконечнике 24 имеется камера

26 с отверстиями 27 и 28. В перегородке 29 установлен сильфон ЗО,Кат. мера 31 между перегородкой и геликсной манометрической пружиной 32 через отверстие 33 заполняется маслом, служащим средой для передачи давления пружине 32, Вывод измерительного элемента 34 подключен к генератору 35 переменной частоты и усилителю 36 мощности, Для электрического соединения датчика перемещений с наземной аппаратурой служат штепсельный разъем 37 и кабель 38. На корпусе может быть закреплена направляющая планка 39, в этом случае на внутренней поверхности основного подпружиненного полого штока 6 выполняется канавка (не показана) для планки 39. На корпусе 23 размещены манжетные кольца 40, Устройство работает следующим образом, Цилиндрический зонд монтируют в нижней части бурильной колонны и спускают в скважину. Такая конструк. ция обеспечивает проведение измерений во время коротких перерывов

1О

35 для предотвращения кругового смеще1273551

50 в процессе бурения. Для этого бурильную колонну следует останавливать так, чтобы зонд находился на том участке, где необходимо определение компонентов напряжений горных пород. Прижимные опоры зонда ориентируют в выбранных направлениях, и в бурильную колонну с поверхности на кабеле 38 спускают датчик перемещений, который попадает на конусное седло 18 на штоке 6 и закрывает проход жидкости из бурильной колонны, Пружины 16 и 17 рассчитаны на различные давления (высакае и низкое), причем минимальное давление, необходимое для сжатия пружины 16, балыке, чем максимальное давление полного сжатия пружины 17, Поскольку при приложении низкого давления пружина 16 не сжимается, та давление (усилие) через уступ в штоке 10 передается пружине 17, сжатие которой приводит к одновременному перемещению обоих штоков (фиг, 2,3).

Тогда отверстия 11 и 7, а также 8 и

12, совпадающие в исходном состоянии, совпадают с отверстиями 2 и 3 на корпусе 1, при этом отверстие 4 закрывается смещенным вниз концом полого штока 10 ° Рабочая жидкость через открытый клапан в нагнетательнам отверстии 7 поступает в расширяющиеся камеры 14, предназначенные для измерения напряжений по оси

Х-Х. Одновременно жидкость через отверстия 3, 12 и 8, совпадающие в рабочем положении с отверстием 27 в наконечнике 24, поступает в камеру 26 датчика перемещений. При этом полость между корпусом датчика перемещений и внутренней поверхностью полого штока 6 герметизируется с помощью уплотнительных манжетных колец 40. По мере заполнения камеры

14 расширяются, и пара опор 15 прижимается к стенке скважины. После достижения заданного усилия распора прижимных опор гидросистема изолируется и определенный объем жидкости оказывается замкнутым, Реакцией на это является изменение в преобразователе давления, которое в этом слу" чае соответствует исходному напряженному состоянию. Условие несжимаемости рабочей жидкости позволяет связать перепад внутненнего давления в преобразователе с приращением напряжений в месте установки прижимных опор 15. Приращение напряжений передается на сильфон 30, а также промежуточной камере 31, заполненной маслом.. Геликсная манаметричес- кая пружина 32, раскручиваясь на угол, пропорциональный перепаду давления, поворачивает на тот же угол ось измерительного элемента 34, сигнал с которого поступает на вход генератора 35 переменной частоты и на его выходе получается сигнал,частота которого является функцией входного напряжения. Сигнал определенной частоты после усиления по кабелю 38 поступает на вход наземной регистрирующей аппаратуры, После завершения измерений в одном направлении необходимо измерить напряжение в горных породах в направлении, перпендикулярном первому.

Для этого внутри бурильной колонны необходимо создать более высокое давление. Тогда подпружиненный полый шток 6 вместе с датчиком перемещений смещается вниз относительно подпружиненного полого штока 10 и корпуса 1, что влечет за собой смещение отверстия 7 относительно отверстий 11 и 2, а также отверстия 8 относительна отверстий 12 и 3, отключение датчика перемещений от пары расширяющихся камер 14 в направлении Х-Х, одновременное совпадение отверстий 7, 11 и 2, а также 8, 12 и 3 и подключение датчика перемещений ка второй паре расширяющихся камер 14 в направлении У-У, При этом отверстия 28 в наконечнике 24 и отверстия 8 на подпружиненном полам штоке 6, совпадающие в исходном положении, совпадают с отверстиями

12 на дополнительном полом штоке 10 и 3 на корпусе l. Тогда жидкость череэ обратный клапан 9 в нагнетательном отверстии 7 поступает в расширяющиеся камеры 14 и одновременно в камеру 26 в наконечнике 24 через отверстия 3, l 2, . 8, . 28, .совпадаюшие в рабочем положении. По .мере заполнения камеры расширяются и две противоположные опоры в направлении У-У прижимаются к стенке скважины. Прижимные опоры в направлении Х-Х остаются в исходном состоянии, т.е. прижатыми к стенкам скважины. После достижения заданного усилия распара опор в направлении У-У повышение дав ления в системе прекращается. Это давление также фиксируется как ин -.1273551

Формула изобретения

При полоскании кимаю

Ю/жни к-к Y-1 йрииолрккении никково жжению л

23

Ю

И и

И

rs

8 и

И

В

tt фиа. В

Фию.В а

Составитель Г.Алексеева

Редактор М.Циткина Техред В.Кадар Корректор В.Бутяга

Заказ 6403/28 Тираж 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР no делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,.Раушская наб., д. 4/5,Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4, формация об исходном напряжении состоянии для измерения напряжений гор-" ных пород в направлении У-У, и реги" стрируется приращение напряжения в месте установки устройства.

После завершения измерений производится снятие давления в системе и подъем датчика перемещения. Благодаря пружинам 16 и 17 штоки 6 и 10 возвращаются в исходное положение.

При этом жидкость, находящаяся в рас ширяющихся камерах, через отверстия 4 и обратный клапан 5 вытесняется в бурильную колонну. Обратный клапан 5 предотвращает поступление жидкости в расширяющиеся камеры в процессе бурения. Прижимные опоры за счет упругости камер 14 возвра° щаются в исходное положение, 20

Таким образом, обеспечивается определение абсолютных вепичин компонентов напряжения в двух взаимно перпендикулярных направлениях оДной установкой устройства в скважине, 25

Наличие фактических данных о напряжениях в различных направлениях дает воэможность прогноза расчетной схемы и выбора оптимальных параметров обсадных труб с целью повышения их прочности против неравномерности горного давления деформирующихся горных пород.

Устройство для определения напряжений в стенках буровой скважины по, авт.св. 11 1139842, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повыше"" ния информативности путем измерения напряженного состояния во взаимно перпендикулярных направлениях, оно снабжено дополнительным подпружиненным полым штоком, установленным телескопически между основным штоком и корпусом, а на наконечнике датчика перемещений выполнены дополнитель ные отверстия, расположенные ниже основных и находящиеся с последними во взаимно перпендикулярных направлениях, при этом жесткость пружины

,основного штока больше жесткости

Ьружины дополнительного штока.