Устройство для нанесения ориентирующей метки на буровой керн

 

Использование: бурение с отбором ориентированного керна из вертикальных и слабонаклонных скважин. Сущность изобретения: устройство состоит из замкнутого цилиндрического корпуса 1 с маркирующим зубом 3 на днище и приспособлением для крепления к тросу 5 на верхней крышке. Внутри корпуса 1 размещен трехстепенной уравновешенный гироскоп 8. Роль внешней рамки карданного подвеса гироскопа В играет корпус 1. При спуске устройства в скважину оно сохраняет постоянную ориентировку, которая задается ему на поверхности при раскручивании гироскопа 1 зя ф-лы, 2 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Комитет Российской Федерации ио патентам и товарным знакам (21) 4883111/03 (22) 16.11.90 (46) 15.11,93 Бюл. Na 41-42 (71) Свердловский горный институт имВ.В.Вахрушева

P2) Сковородников И.Г. (73) Уральский горный институт им.В В.Вахрушева (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ОРИЕН. ТИРУЮЩЕЙ МЕТКИ HA БУРОВОЙ КЕРН (57) Использование: бурение с отбором ориентированного керна из вертикальных и слабонакпонных (В) КЦ (1Ц 2002942 Cl (5Ц 5 Е21В2 1б скважин. Сущность изобретения: устройство состоит из замкнутого цилиндрического корпуса 1 с маркирующим зубом 3 на днище и приспособлением дпя крепления к тросу 5 на верхней крышке. Внутри корпуса 1 размещен трехстепенной уравновешенный гироскоп 8. Роль внешней рамки карданного подвеса гироскопа 8 играет корпус 1. При спуске устройства в скважину оно сохраняет постоянную ориентировку, которая задается ему на поверхности при раскручивании гироскопа 1 за ф-лы, 2 ип.

2002942

Изобретение относится к горному делу, Известны устройства для нанесения на керн ориентирующей метки, положение которой определено относительно направления магнитного меридиана. Эти устройства содержат указатель направления магнитного меридиана в виде магнитной стрелки с арретирующим устройством и невращающуюся керноприемную трубу с маркирующим зубом. Колонковая труба обязательно должна быть из немагнитного материала, Достоинством этих устройств является возможность применения как в наклонных, так и в вертикальных скважинах, а недостатKQM — высокая сложность конструкции, обусловленная большим количеством деталей и узлов, и необходимость выполнения колонковой трубы иэ немагнитного материала.

Известны устройства для нанесения на керн ориентирующей метки, поло>кение которой определено относительно апсидальной плоскости скважины, т.е. вертикальной плоскости, проходящей через ось скважины в данной точке, Эти устройства более просты по конструкции. Поло>кение ориентирующей метки относительно апсидальной плоскости фиксируют в них с помощью отвеса, свободно катающегося шарика или следов мениска жидкости. Как правило, эти устройства также опускают в скважину внутри колонковой трубы бурового снаряда.

Устройствам этого типа присущи два недостатка . во-первых, при их применении требуется проведение дополнительных измерений (инклинометрии скважин) для ollределения положения самой апсидальной плоскости относительно стран света, и, Вовторых, эти устройства неприменимы в вертикальных или слабонаклонных (с отклонением от вертикали менее 5 — 10 ) скважинах, так как в вертикальных скважинах можно провести сколько угодно апсидальных плоскостей.

Известно устройство для нанесения ориентирующей метки на буровой керн, содержащее цилиндрический корпус, на днище которого располагается заостренный стержень (маркирующий зуб), а на крышке— приспособление для крепления к "простому тросу", Внутри корпуса устройства размещена эксцентрично расположенная масса.

Устройство опускают в скважину на тросе, шнуре или кабеле перед началом выбуривания керна. Эксцентрично расположенная масса при спуске устройства в скважину под действием силы тяжести поворачивает корпус устройства так, что маркирующий зуб располагается s апсидальной плоскости. Устроиство применимо в скважинах, отклоняющихся от вертикали не менее. чем на 10 .

Таким образом, устройство-прототип имеет явное преимущество перед другими устройствами ориентирования керна относительно апсидальной плоскости. Это преимущество заключается в его автономности (спуск в скважину "на простом тросе", а не внутри бурового снаряда), что обеспечивает более простую конструкцию устройства и снижение затрат времени на нанесение на керн ориентирующей метки.

Однако, этому устройству также, как и остальным устройства этого типа. присущи

"5 два уже упоминавшихся недостатка, Невозможность ориентирования керна в вертикальных или слабонаклонных буровых скважинах и необходимость дополнительных инклинометрических наблюдений.

Цель изобретения -обеспечение ориентирования керна вертикальных и слабонаклонных скважин, Поставленная цель достигается тем. что в устройстве, включающем замкнутый цилиндрический корпус с размещенным на его днище маркирующим зубом, а на верхней крышке — приспособлением для крепления к тросу, внутри корпуса размещен трехстепенной уравновешенный гидроскоп, момент инерции которого превосходит момент инерции корпуса, причем внешняя рамка карданного подвеса гироскопа выполнена 8 виде замкнутого корпуса устройства.

Для повышения точности ориентирования керна из замкнутого корпуса откачан воздух.

Как известно, трехстепенной уравновешенный, т.е. подвешенный за центр тяжести, гироскоп обладает способностью

40 сохранять ту ориентировку, которая была задана ему при раскручивании ротора. В предложенном устройстве внешняя рамка карданного подвеса гироскопа совмещена с корпусом, выполнена в виде корпуса устройства. По этой причине гироскоп получает третью степень свободы, т.е. возможность . поворота вокруг вертикальной оси EF вместе с корпусом устройства. По этой причине предложенное устройство при спуске в

50 скважину сохраняет ту ориентировку, которая была задана ему на поверхности, при раскручивании ротора гироскопа, Для облегчения поворота корпуса устройства относительно вертикальной оси момент инерции корпуса выполнен меньшим момента самого гироскопа за счет увеличения массы ротора гироскопа.

Метка, нанесенная на керн с помощью предложенного устройства, ойределяет его положение относительно заранее заданно2002942 го направления. в котором еще на поверхности был сориентирован гироскоп, например направления магнитного меридиана.

Для применения предложенного устройства не требуется отклонения скважины от вертикали, отпадает и надобность в инклинометрических наблюдениях, Для уменьшения сопротивления среды вращению гироскопа из корпуса откачан воздух, что повышает точность ориентировки керна.

На фиг.1 изображено предложенное устройство в прямоугольной изометрической проекции с частичным вырезом передней стенки корпуса, общий вид; на фиг,2 — буровая вышка и скважина в продольном разрезе со спущенным в нее предложенным устройством.

Устройство состоит из замкнутого цилиндрического корпуса 1, на днище 2 которого эксцентрично размещен заостренный маркирующий зуб 3, а в центре верхней крышки 4 — приспособление для крепления троса 5. Это приспособление включает s себя кольцо б и карабин 7 для облегчения поворота устройства относительно троса 5.

Вместо троса может быть использован канатик или каротажный кабель.

Внутри корпуса 1 размещен гироскоп 8, выполненный в виде электромотора (гиромотор). Гироскоп вращается около горизонтальной оси AB. Ось АВ гироскопа закреплена во внутренней рамке 9 карданного подвеса, которая может поворачиваться около другой горизонтальной оси CD, перпендикулярной АВ, Ось CD упирается в подшипники на внутренней стенке корпуса

1, который образует внешнюю рамку трехстепенного уравновешенного гироскопа 8.

Таким образом, поворот гироскопа 8 около третьей вертикальной оси EF может осуществляться только вместе с корпусом 1 устройства. Для осуществления возможности такого поворота момент инерции гироскопа за счет увеличения массы ротора гиромотора выполнен превышающим момент.инерции самого корпуса.

Именно эти особенности устройства карданного подвеса гироскопа(выполнение внешней рамки в виде корпуса и превышение момента инерции гироскопа над моментом инерции корпуса) и обеспечивают сохранение устройством постоянной, заданной ему заранее при раскручивании гиромотора ориентировки.

Положение маркирующего зуба совпадает с направлением одного из концов оси вращения гироскопа, например конца А, Между зубом 3 и днищем 2 корпуса размещена амортизирующая прокладка 10, На верхней крышке 4 корпуса расположен

15 су 5 (или каротажному кабелю), затем закрепляют его в установочном

45

55

35 трехштырьковый штепсельный разъем 11, через который подводится питание к гиромотору. Из корпуса 1 откачивается воздух для уменьшения сопротивления среды вращению гироскопа и увеличения времени его вращения после отключения питания, Нанесение ориентирующей метки на керн с помощью описанного устройства осуществляют в следующем порядке.

Перед спуском устройства в скважину

12 последнюю промывают однородным глинистым pBcTsopQM для очистки забоя 13 от шлама.

Корпус 1 устройства прикрепляют к троинклинометрическом столе, располагают вертикально и ориентируют маркирующим зубом 3 по направлению какого-либо поверхностного ориентира или непосредственно по магнитной стрелке, например, зубом 3 на север.

Через штепсельный разъем 11 подключают гиромотор к источнику питания — преабра зователю напряжения, вырабатывающему трехфазный ток повышенной частоты (400 — б00 Гц). Включают питание гиромотора и разгоняют его в течение 10-15 мин до номинального числа оборотов (20-30 тыс. об! мин).

После раскручивания гиромотора отсоединяют кабель от штепсельного разъема

11, и придерживая устройство в подвешенном состоянии эа кабель 5. освобождают корпус из зажимов установочного инклинометрического стола и переносят к устью скважины 12.

Не меняя вертикального положения корпуса 1 устройства, опускают последнее в скважину 12, сматывая трос 5 с лебедки 14 через блок-баланс 15. Скорость спуска поддерживают достаточно высокой и по мере возможности постоянной порядка 2000—

2500 м/ч. Поскольку раскрученный гироскоп сохраняет свое вращение по инерции в течение 20 — 25 мин, а вертикальные скважины имеют обычно небольшую глубину, максимум 500 — 600 м, то в течение всего спуска в скважину гироскоп сохраняет всему устройству ту ориентировку, которая эадана ему перед спуском в скважину.

Войдя в соприкосновение с забоем скважины, маркирующий зуб 3 наносит на забой 13 ориентирующую метку. Положение этой метки относительно стран света заранее задано.

Устройство извлекают на поверхность, наматывая кабель или трос 5 на лебедку 14.

После этого производят спуск в скважину бурового инструмента и ведут бурение с от2002942

© о р м У" а v 3 о 6 p e T e н и 10 ри корпуса размещен трехстепенной, 1. УСТРОЙСТВО дЛЙ НАНЕСЕНИЯ уравновешенный гироскоп, момент wepОРИЕНТИРУЮЩЕЙ МЕТКИ НА БУРОВОЙ ции которого пр в ™омент инерции

КЕРН, включающее замкнутый цилиндри- корпуса, причем внешняя рамка карданно- ческий корпус,с размещенным на его дни-, го подвеса гироскопа выполнена в виде ще маркирующим зубом, а на верхней 15 замкнутогокорпусаустройства. крышке - приспособлением для крепления 2. Устройство no n.1, отличающееся к тросу, отличающееся тем, что, с целью тем, что. с целью повышения точности ориобеспечения ориентирования керна верти- . ентирования керна, из замкнутого корпуса кальных и слабонаклонных скважин, внут- .откачан воздух, 20

11

//

Составитель. А.Маттис

Тех ред M. Моргентал Корректор Е. Папп

Редактор

Заказ 3223

Тираж . Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101 бором керна беэ каких-либо отклонений от обычной технологии. Метка, сохранившаяся на верхнем торце керна, иэвлЕченного иэ скважины, указывает его ориентировку в пространстве, большим достоинством устройства является его автономность и то, что его применение не требует никаких переделок в конструкции бурового снаряда, которым ведется проходка скважины. (56) Юшков А.С. Кернометрия. M. Недра, 5 1989, с.8-114, Заявка Франции hL 2459874, кл. Е 21 В

47/026. 1986,