Забойный датчик сигнализатора встречи угольных пластов

Забойный датчик сигнализатора встречи угольных пластов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1.ЗАБОЙНЫЙ ДАТЧИК СИГНАЛИЗАТОРА ВСТРЕЧИ УГОЛЬНЫХ Ш1АСТОВ, выполненный в виде полого цилиндрического корпуса, внутри которого расположен полый подвижный в осевом направлении шлицевой вал с упругим элементом и запорный узел, при этом шлицевой вал со стороны последнего имеет радиальные отверстия для прохода промывочной жидкости, о тличающийся тем, что,с целью повышения надежности и достоверности определения момента перехода породоразрушающего инструмента из породы в уголь, он снабжен полым подпружиненным; предохранительным гидроклапаном, выполненным в виде цилиндр-поршня, стенки которого перфорированы тремя группами радиальных отверстий для прохода промьшочной жидкости, а запорный узел расположен внутри предохранитель-, ного гидроклапана и выполнен в виде штока с поршнем, установленным на нем с возможностью регулировки в осевом направлении. 2. Датчик по , о т л и ч al (П ю щ и и с я тем, что, с целью обеспечения возможности регулирования амплитуды гидравлических импульсов , он снабжен набором сменных регулировочных колец, установленных внутри корпуса между предохранительньм гидроклапаном и пружиной.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4 (g)) Е 2 1 В 47/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOlNY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАНА ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3634283/22-03 (22 ) 04.07.83 (46 ) 23.02.85. Бюл. М 7 (72 ) В.Н.Удовиченко (71 ) Трест "Дальвостуглеразведка". (53 ) 622,232(088.8 ) . (56) 1.Авторское свидетельство СССР

М 945427, кл. E 21 С 35/24, 1980.

2. Гайдуков Ю.И., Мазаев П.К.

Рекомендации по методике и технике встречи угольных пластов при бурении, Ростов-на-Дону, Донбасс, HKlI, 1977, с.6-20. (54 ) (57 ) I .ЗАБОЙНЫЙ ДАТЧИК СИГНАЛИЗАТОРА ВСТРЕЧИ УГОЛЬНЫХ IIJIACTOB выполненный в виде полого цилиндрического корпуса, внутри которого расположен полый подвижный в осевом направлении шлицевой вал с упругим элементом и запорный узел, при этом шлицевой вал со стороны последнего имеет радиальные отверстия для прохода промывочной жидкости, „„SU„„1141188 А о т л н ч а ю шийся тем,. что; с целью повышения надежности и достоверности определения момента перехода породоразрушающего инструмента из породы в уголь, он снабжен польы подпружиненным. предохранительным гидроклапаном, выполненным в виде цилиндр-поршня, стенки которого перфорированы тремя группами радиальных отверстий для прохода п1)омывочной жидкости, а запорный узел расположен внутри предохранитель-. ного гидроклапана и выполнен в виде штока с поршнем, установленяим на нем с возможностью регулировки в осевом направлении.

2. Датчик по п.l, о т л и ч а .— ю шийся тем, что, с целью обеспечения возможности регулирования амплитуды гидравлических импульсов, он снабщен набором сменных регулировочных колец, установленных внутри корпуса между предохранительны гидроклапаном н пружиной.

1141

Изобретение относится к горной технике, а именно к сигнализаторам встречи угольных нластов в разведочных скважинах, и может быть использовано при прове (енин буровых работ в процессе поисков и разведки угольных месторождений, Известно устройство сигнализации границ угольных пластов, включающее датчик давления, подключенный к линии нагнетания. промывочной жидкости, и расположенный между колонной бурильных труб и буровым снарядом забойный датчик . Сигнал о встрече границы угольного пласта в виде возрастания давления промывочной жидкости генерируется датчиком при резком увеличении механической скорости бурения посредством перекрытия канала для прохода промывочной жидкости подпружиненным запорным органом с инерционным элементам и, Недостаток устройства заключается в том, что оно работоспособно только на угольных месторождениях с контрастным переходом из маркирующего горизонта, сложенного крепкими породами, в уголь как более мягкую среду. При наличии зоны переходных пород, 30 сглаживающих увеличение скорости бурения и скорости движения датчика, эффективность работы устройства значительно снизится.

К недостаткам, снижающим качество работы устройства, относится

35 также характеристика сигнала о встрече границы угольного пласта, В практике буровых работ при.разведке угольных месторождений известны случаи увеличения давления промывочной 40 жидкости в процессе бурения из-за подклинивания керна, зашламования промывочн.1х.каналов породоразрушаюшего инструмента. Такие повышения дав. ления внутри рейса встречаются часто 45 при бурении по трещиноватым породам, вязким глинам и могут восприниматься как сигнал о встрече угольных гластов. Скорость же бурения по таким породам на ряде месторождений равна скорости бурения по углю.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является забойный датчик сигнализатора встречи угольных пластов, выполненный в виде полого цилиндрического корпуса, внутри которого расположен полый, подвижный в осевом направлении щли188 2 цевой вал с упругим элементом и запорный узел, при этом шлицевой вал со стороны последнего имеет радиальные отверстия для прохода промывочной жидкости, На поверхности установлен блок сигнализации, состоящий иэ подключенного к линии нагнетания промывочной жидкости датчика давления, выход которого соединен со средствами световой и звуковой сигнализации. Упругим элементом являет ся пакет тарельчатых пружин, сжатие которых пропорционально реакции забоя на породоразрушающий инструмент при переходе из:породы кровли в угольный пласт t2J .

Недостатками такого сигнализатора встречи угольных пластов являются его низкие точность, надежность и долговечность, что обусловлено недостатками конструкции датчика, кроме того, характер формируемого в виде повышения давления промывочной жидкости в два раза сигнала о встрече угольного пласта. Такое повышение давления в угленосиой зоне может быть вызвано рядом причин: подклинивание керна, зашламование промывочных каналов коронки и др. При использовании такого сигнализатора всякое повышение давления до указанного предела может быть воспринято как сигнал о встрече угольного пласта. Принимая во внимание факт равенства технических скоростей бурения по углям и отдельным вмещающим породам, количество ложных срабатываний сигнализатора будет существенным, что в конечном итоге замедлит темпы разведочных работ.

Недостаточная долговечность датчика определяется малым ресурсом рабочего времени гидравлического узла (запорный орган и гидравлическая гайка }.В результате механического износа через 20 м бурения зазор между запорным органом и гайкой увеличивается, что приводит к снижению амплитуды импульсов давления из-за больших утечек жидкости через указанный зазор, Износ запорного органа приводит к необходимости смены ведущей по значимости детали датчика сигнализатора — шлицевого вала.

Практика эксплуатации указанного сигнализатора показала низкую механическую прочность отдельных соединений датчика, в частности рез»3 l 14 1 1 бового соединения шлицевого вала с верхним переходником, что явилось причиной обрывов бурового инструмен. та в указанном соединении и создания в скважинах аварийных ситуаций.

Цель изобретения — повышение надежности и достоверности определения момента . перехода породоразрушающего инструмента из породы в уголь за счет получения прерывистого сигнала встречи.

Указанная цель достигается тем, что забойный датчик сигиализатора встречи угольных пластов, выполненный в виде полого цилиндрического корпуса, внутри которого расположен полый подвижный в осевом направлении шлицевой вал с упругим элементом и запорний узел, при этом шлицевой вал со стороны последнего имеет ра20 диальиые отверстия для прохода про мывочной жидкости, снабжен полым подпружиненным предохранительным гидроклапаном, выполненным в виде цилиндр-поршня, стенки которого перфорированы тремя группами радиальных отверстий для прохода промывочной жидкости, а запорный узел расположен внутри предохранительного гидроклапана и выполнен в виде штока с поршнем, установленным на нем с воз- З0 можностью регулировки в осевом направлении, Забойный датчик снабжен набором сменных регулировочных колец, установленных внутри корпуса между предо-., 35 хранительным гидроклапаном и пружиной.

На фиг,l изображена принципиальная схема сигнализатора угля; на фиг.2 — забойный датчик, разрез; на фиг,3 -5 — взаимные положения де- 40 талей гидравлического узла, характеризующие режимы работы забойного датчика.

Сигнализатор включает (фиг. 1) расположенный. между породоразрушаю- 4 щим .инструментом 1 и колонной бурильных труб 3 забойный датчик 2.

Установленный на поверхности блок 4 сигнализации имеет датчик 5 давления, подключенный к нагнетательной маги-. 50 страли 6 бурового насоса 7. Нагнета- . тельная магистраль через подвесной сальник 8 соединена с ведущей штангой 9 и через нее с колонной бурильных труб 3. Последнян приводится во 5S вращение буровым станком 10 опускается и извлекается из буровой скважины 11 с использованием мачты 12.

88 4

Блок 4 сигнализации имеет источники звукового 13 .и светового 14 сигналов.

Забойный датчик (фиг.1 ) включает муфту 15 замка, упорный переходник

l6, шлицевой вал 17, шлицевой переходник 18, верхний патрубок 19, пакет тарельчатых пружин 20, средний переходник 21, уплотнение 22, гайку

23 уплотнения, средний патрубок 24, контргайку 25, шток 26, поршень 27 малый, шайбу 28, гайки 29, кольцо

30 поршневое, цилиндр-поршень 31 переходник-цилиндр 32, кольца 33 регулировочные, пружину 34, патрубок

35 нижний, переходник 36 нижний, ниппель 37 замка, Осевая нагрузка передается через датчик по следующим деталям муфта

l5 замка, верхняя часть шлицевого вала 17, тарельчатые пружины 20,средний переходник 21 и далее по корпусу датчика через ниппель 37 замка на породоразрушающий инструмент ° Нагрузка на пружины ограничена упорным переходником 16 .

Крутящий момент через датчик передается. в последовательности: муфта

15 замка, шлицевой вал 17, шлицевой переходник 18 и далее по корпусу дат" чика.

За счет расположения пружин ниже шпицевого соединения упрочнена нагру. женная часть шлицевого вала 17. Для прохода промывочной жидкости шлицевой вал 17 имеет сквозное осевое от-. верстие и два радиальных отверстия в нижней части. В цилиндре-поршне

31 выполнены осевое и три группы радиальных отверстий для прохода промывочной жидкости, Запорный орган датчика, выполненный в виде штока 26 с износо- устойчивым быстросъемным поршнем

27, крепится к нижней части шлицевого вала 17 резьбовым соединением, позвбляющим изменить исходное положение первого и регулировать граничные значения рабочих зои датчиI ка.

Деталь, служащая цилиндром для поршня 17, имеет на своей наружной поверхности поршневое кольцо 30 и выполняет функции поршня в переходнике-цилиндра 32.

Совместно с пружиной 34 и переходником-цилиндром 32 цилиндр-поршень 31 образует предохранительный гидроклапан, а .в комплексе

1141

При уменьшении реакции забоя тарельчатые пружины разжимаются и

S с запорным, органом в виде штока 26 с поршнем 27 — гидравлическую систему.

Для регулирования амплитуды гидравлических импульсов предохранитель5 ный гидроклапан снабжен набором сменных регулировочных колец.

С целью предупреждения перетоков промывочной жидкости из гидравлической системы датчика в пружинно-шлице-1О вую часть в среднем переходнике

21 установлено уплотнение 22.

Сигнализатор угля работает следую. щим образом.

На фиг,2 показано положение деталей датчика, соответствующее режиму спуска бурового снаряда в скважину,да. подхода к забою и промывки скважины без нагрузки. Движение промывочной жидкости через датчик (показано

20 стрелками) осуществляется беспрепятственно к забою скважины, Тарельчатые пружины при этом разжаты.

При бурении по вмещающим породам, находящимся в кровле угольного пласта, тарельчатые пружины сжаты пропорционально реакции забоя скважины.

С изменением механических свойств вмещающих пород меняются соответственно реакция забоя и деформация пакета пружин. При увеличении нагрузок на забой и обратной связи реакции забоя выше предела, определенного конструкцией датчика, нагрузка на тарельчатые пружины не передается и деформация их остается постоянной. З

Положение элементов гидравлической системы датчика в указанном режиме изображено на фиг.3, Промывочная жидкость через датчик беспрепятственно проходит к забою скважины.

Изменение реакции забоя в сторону уменьшения при переходе породоразрушающегс инструмента из породы в уголь, обусловленное различными механическими свойствами слоя породы, лежащего непосредственно над углем,. и самого угля в определенных преI г делах постоянно для конкретного угольного месторождения ° Именно на такие пределы изменения реакции забоя SO и регулируется датчик. Корректировка пределов в ту или другую сторону для различных угольных месторождений осуществляется сменой исходного положения запорного органа. 55

188 6 запорный орган, связанный со шлицевым .валом, переместится вверх.

Положение элементов гидравлической системы датчика, соответствуюшее моменту перехода породораэрушающего инструмента из породы в уголь, изображено на фиг.4.

Циркуляция промывочной жидкости через .гидравлическую систему прекращается, что сопровождается импульсом давления, распространяющимся по столбу промывочной жидкости со скоростью 1200 м/с.

При достижении возрастающим давлением величины, на которую отрегулирован предохранительный гидроклапан, цилиндр-поршень 31 перемещается вниз, сжимая пружину 34, и занимает положение, указанное на фиг.5, откры вая каналы для прохода промывочной жидкости через гидравлическую систему датчика. После падения давления ниже величины срабатывания предохранительного гидроКлапана цилиндр-поршень 31 под действием пружины 34 занимает исходное положение и цикл повторяется.

Таким образом, в момент встречи угольного пласта в забойном датчике формируются и по столбу промывочной жидкости мгновенно передаются прерывистые гидравлические импульсы определенной амплитуды, Блок сигнализации, подключенный к нагнетательной магистрали бурового насоса, подает согласно импульсам давления прерывистый световой и звуковой сигнал.

Достоинством предлагаемого датчика сигнализатора является отличие сигнала в момент встречи угольного пласта от возможного повышения давления промывочной жидкости при самоподклинивании керна, зашламования промывочных каналов породоразрушающего инструмента и др. в процессе бурения по углевмещающим пэродам,сокращение, таким образом, числа ложных срабатываний сигнализаторов встречи угольных пластов и повы-, шение надежности определения момента перехода породоразрушающего инструмента из породы в уголь, Воэможность предварительного регулирования исходного положения запорного органа, а также амплитуды импульсов предохранительного гидроклапана в забойном датчике позволяет проводить стендовую настройку сигнализатора на пределы изменения реакции забоя при встрече угольного пласта, характерные для каждого конкретного угольного месторождения, что гарантирует точность работы сигнализатора угля.

Рввкие изменения механической скорости бурения, крутящего момента и других параметров одурения при встрече угля не являются обязательными для надежной работы данного за141188 8 бойнаго датчика, так как принцип его действия основан на изменении реакции забоя за счет разницы в проч ности угля и породы, лежащей непосредственно над ним.

Конструкция датчика сигнализатора повышает его долговечность за счет увеличения ресурса рабочего времени шлицевого вала, тарельча1О тых пружин и запорного органа и снижает объем ручного труда.!

141)88

Заказ 4б 3/25 Тираж 540

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал 1ПД1 "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Составитель И,Назаркина

Редактор С.Патрушева Техред Т.Фанта Корректор E. Сирохман