Керноориентатор

Керноориентатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii) 969893 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.04. 81 (2! ) 3272446/22-03 с присоединением заявки №вЂ”

Р1 М К з

Е 21 В 47/02 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 622. 241. . 7 (088.8) Опубликовано 30.10.82, Бюллетень ¹ 40

Дата опубликования описания 30.10.82,(72) Авторы изобретения

Л.Г.Шолохов, О.В.Ошкордин и A A.Áoäðûõ

Свердловский орден а Трудового Красного Зн ени

J горный институт им. В. В. Вахрушева; и Произ дственное геологическое объединение Уралгеология =— ! (71) Заявители (54) KEPHOOPHEHTATOP

Изобретение относится к бурению геологоразведочных скважин и может быть использовано для получения ориентированного керна в наклонных, искривленных скважинах при геологической съемке, поисках и разведке месторождений полезных ископаемых.

Известны устройства для получения ориентированного керна, содержащие в своем составе узел маркировки керна и регистратор апсидального направления, фиксирующий положение метки, наносимой на поверхность керна в процессе бурения относительно апсидальной плоскости скважины (1).

Недостатком указанных устройств является их низкая надежность и трудоемкость отбора ориентированного керна.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для нанесения ,ориентированной метки на керн, спускаемое с колонной бурильных труб и состоящее иэ верхнего переходника, зубчатой муфты, срезаемого штифта, корпуса, долота, отбурочного снаряда, постоянного магнита, магнитоуправляемого контакта, автономного источника тока, регистратора апсидального напряжения, выполненного в виде ориентирующего стержня из металла с положительным собственным элект родным потенциалом, погруженного в раствор электролита, зеркало поверхности которого является чувствительным элементом регистратора апсидального направления, причем раствор электролита залит в специальную Jlo лость долота(23, Известное устройство имеет недостаток, заключающийся в том, что ориентация керна может осуществляться только один раэ перед началом рейса бурения, поскольку ориентация керна производится по большей оси эллипса мениска осадка меди, образующегося один раз в результате выдержки устройства на забое. Иежду тем при разведке месторождений, сложенных сильно. трещинноватыми породами, зачастую отсутствует возможность нанесения метки на забой скважины из-за отсутствия монолитных пород на забое. Кроме того, нанесенная на забое метка разрушается в процессе бурения трещиноватых пород. При разведке месторождений, сложенных сильно трещиноватыми горными порода« ми, наличие одной ориентированной метки является недостаточным, так

969893

15 ,20

5Î

65 как не позволяет проследить изменчивость пространственной ориентации элементов строения горных пород в рейсе бурения длиной 3-10 м. В связИ с этим применение прототипа в трещиноватых горных породах и на месторождениях с сильно изменчивым строением исключено.

Цель изобретения — обеспечение непрерывного ориентирования керна.

Указанная цель достигается тем, что известное устройство для нанесения ориентированной метки на керн снабжено диэлектрическим штоком с храповыми рейками, расположенным на ориентирующем стержне, причем диэлектрический шток установлен с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с колонной бурильных труб °

На фиг.l изображен керноориентатор продольный разрез; на фиг.2 — шлицевое соединение, поперечное сечение.

Керноориентатор состоит из верхнего переходника 1, выполненной заод.но с ним цилиндрической .тяги 2 с симметрично закрепленными на ее внутренней поверхности собачками 3.

Цилиндрическая тяга 2 размещена в наружном корпусе 4 и зафиксирована центратором 5. В нижней части корпуса 4 размещено шлицевое соединение, шлицевой вал.6 которого соединен с корпусом 4, а шлицевая втулка 7 с наружной колонковой трубой 8, оснащенной коронкой 9 и кернорвателем

10 ° Внутри нарух<ной колонковой трубы

8 размещена внутренняя невращающаяся керноприемная труба 11 в нижней части которой на резьбе закреплено сменное кольцо 12 с твердосплавным маркирующим резцом 13. Керноприемная труба 11 имеет шарикоподшипниковую опору 14 и соединена посредством трубы 15.с капсулой 16, размещенной внутри корпуса 4. Центрация капсулы 16 внутри корпуса 4 обеспечивается втулкой 17 выполненной из антифракционного материала (например, бронза).

В полость а капсулы 16 помещен перфорированный пакет с медным купоросом Cu>S04-18 и помещен ориентирующий стержень 19, выполненный из металла, имеющего положительный собственный электродный потенциал (например, хромированная нержавеющая сталь). Стержень 19 изолирован от корпуса 4 и капсулы 16 диэлектрической втулкой 20 и диэлектрическим штоком 21, выполненными из прочного диэлектрика (например, из текстолита) и сориентирован относительно маркирующего резца 13 (например, шток 21 и втулка 20 имеют направляющую грань (не показана), препятствующую их повороту друг относительно друга) ° Внутри втулки 20 установлен пружинный фиксатор 22, а внутри диэлектрического штока 21 расположены автономный источник 23 электрического тока (например, батерея из 2-х элементов .Сириус ) и контактный стержень

24 таким образом, что отрицательный контакт источника 23 тока через контактный стержень 24 соединен с ориентирующим стержнем 19 ° В стенку капсулы 16 вмонтирован клапан 25, предназначенный для устранения перепада давления между полостью а капсулы 16 и внутренней полостью 4.

Полость а.капсулы 16 имеет в верхней части форму конуса, позволяющую сохранить в рабочем диапазоне на некотором расстоянии от втулки 20 границу между воздухом и жидкостью, которая играет роль чувствительного элемента ориентатора, при сжатии воздуха под действием гидростатического давления столба промывочной жидкости., Посколь- ку перепад давления между полостью а капсулы 16 и внутренней полостью корпуса 4 компенсируется клапаном 25 для удерх<ания воздуха внутри капсулы

16 достаточно обычной самоуплотняющейся резиновой манх<еты 26. В верхней части диэлектрического штока 21 симметрично расположены несколько (две-четыре) храповые рейки 27, установленные с возможностью взаимодействия с собачками 3 через отверстия в металлическом корпусе-токосъемнике 28, установленном с помощью резьбы на диэлектрической втулке 20.

В верхней части корпуса-токосъемника 28 установлена диэлектрическая капсула 29, в которой помещен магнитоуправляемый контакт 30 (например, геркон ИК В-l), соединенный гибким изолированным проводом 31 с положительным полюсом источника 23 тока, а другим концом б с корпусомтокосъемником 28. На внутренней поверхности тяги 2 размещен кольцевой магнит 32 таким образом, что в верхнем положении он устанавливается против магнитоуправляемого контакта

30 и замыкает электрическую цепь: + источника 23 тока, привод 31,, магнитоуправляемый контакт 30, корпус-токосъемник 28, тяга 2, корпус 4, капсула 16, электролит + (раствор

Си S04 ) в полости а ориентирующий стержень 19, контактный стержень 24 источника 23 тока.

Керноориентатор работает следующим образом.

Перед спуском снаряда в скважину в капсулу 16 помещают перфорированный пакет 18 с порошкообразным медным купоросом Си 80 . Если глубина скважины незначительна (до 100 м), то в полость d заливается некоторое

969893 количество воды. При больших глубинах более 100 м вода не заливается из того расчета, что под действием гидростатического давления столба промывочной жидкости воздуха в полости а.сожмется и образуется воздушная камера, размеры которой .обеспечат погружение рабочей части стержня 19 в образующийся в процессе бурения в полости а электролит водный раствор.

Размеры воздушной камеры полости а регулируются набором стержней

18 различной длины и диаметра для различных глубин бурения, а также формой полости а капсулы 16.

Во время спуска снаряда в скважину по мере возрастания гидростатического давления полость а постепенно заполняют водой, которая. под действием ударов и вибрации интенсивно переменивается и начинает постепенно растворять медный купорос в пакете 18, образуя раствор электролита. Поскольку в процессе спуска магнит 32 располагается вблизи магнитоуправляемого контакта 30 и цепь источника 23 тока является замкнутой, происходит постепенное равномерное омеднение стержня 19, являющееся условием получения качественного ориентирующего мениска. При постановке снаряда на забой скважины тяга 2 вместе с корпусом 4 и шлицевым валом 6 перемещается вниз. Собачки 3 ограждены в нижнем положении от храповых реек 27, корпусом-токосъемником 28, а магнит 32 перемещается вниз относительно магнитоуправляемого контакта 30. При этом цепь источника тока является разомкнутой.

В процессе бурения, осуществляемом по обычной технологии, резец

l3 наносит на поверхность керна спиральную борозду, что обусловлено медленным вращением внутренней керноприемной трубы 11 под действием момента трения в подшипниковых опорах

14 и 17. Во время бурения происходит растворение медного купороса в паке« те 18 и образование раствора электролита. В определенный момент времени после выбуривания столбика керна необходимой длины (например, 0,250,5 м) прекращается вращение снаряда и подача промывочной жидкости.

Снаряд приподнимают над забоем на

5-10 см (до захвата керна кернорвателем 10), в результате чего шлицевой вал 6, корпус 4 с тягой 2 перемещаются вверх. При этом собачка

3 через отверстия в корпусе-токосъемника 28 входят во взаимодействие с храповыми рейками 27 и выдвигают шток 21 вместе со стержнем 19 вверх на величину хода шлицевого соединения (дет. б и 7) . В новом положении шток 21 фиксируется пружинным фиксатором 22. В полость а через клапан 25 поступает некоторое

5 количество промывочной жидкости

I равное объему выдвинутого стержня.

Поддержание необходимой концентрации электролита обеспечивается постепенным растворением купороса в пакете 18. Шпицевой вал 6, воздействуя на капсулу 16, перемещает вверх наружную колонковую 8 и внутреннюю керноприемную трубу 11. При этом резец 13 оставляет на поверхности керна вертикальную борозду. Постоянный магнит 32 устанавливают вблизи капсулы 29 напротив магнитоуправляемого контакта 30. Под действием магнитного поля магнита 32 магнитоуправляемый контакт 30 заьыкает электрическую цепь: + источника 23 тока, провод 31, магнитоуправляеьый контакт 30, корпус-токосъемник

28, тяга 2, корпус 4, капсула 16, электролит в полости а,ориентирующий стержень 19, контактный стержень 24. источника 23 тока. В результате электролиза на поверхности ориентирующего стержня 19 отлагается медь.

Мениск горизонтальной поверхности

30 жидкого электролита на поверхности стержня 19 имеет вид эллипса, отличающегося по цвету и толщине от осадка меди внутри электролита, большая ось которого расположена в апсидальной

35 плоскости, чем и достигается ориентация вертикальной борозды, оставляемой резцом 13. Положение резца 13 фиксировано относительно стержня 19 и имеется воэможность на поверхности измерить угол между большей осью эллипса мениска осадка меди и следом .резца 13 на поверхности керна. По окончании выдержки 10-15 мин, во время которых формируется яркий, чет45 ко выделяемый мениск, снаряд опускается на забой, магнит 32 опускается вниз, магнитоуправляелый контакт 30 развлекает электрическую цепь и отложение меди прекращается. После

Е этого бурение продолжается. В определенные моменты цикл ориентации керна повторяется, при этом на ориентирующем стержне 19 последовательно откладываются новые четкие мениски осадка меди через интервалы, равные ходу шлицевого соединения (дет.б и 7). Ксличество циклов ориентации керна в одном рейсе опреде.ляется конструктивными параметрами стержня 19 диэлектрического штока 21

40 и шлицевого разъема (дет.б и 7).

После подъема керна на поверхность от нулевой образуюшей ориентирующего стрел. ня 19 замеряют углы отклонения точек минимумов эллипсов осад65 ка меди и соотносятся с вертикальны-

969893 ми бороздкамн на последовательно извлекаемых из внутренней керноприемной трубы 11 образцах керна. Таким образом, в процессе бурения получается сплошное ориентированное пересечение.

Внедрение керноориентатора позволит значительно расширить область кернометрических исследований, повысить их точность, надежность и производительность, повысить качество, полноту и достоверность геологической информации.

Формула изобретения

1<ерноориентатор, опускаемай с колонной бурильных труб, содержащий верхний переходник, корпус, магнитоI управляемый контакт и постоянный магнит, регистратор апсидального направления, состоящий из капсулы с раствором электролита и ориентирующего стрежня, отличающийся тем, что, с целью обеспечения непрерывного ориентирования керна, он снабжен диэлектрическим штоком с храповыми рейками, расположенным на ориентирующем стержне, причем диэлект о рический шток установлен с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с колонной бурильных труб.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

15 1. Казанцев N.Н. Кернометрия.

Алма-Ата, ° Казахстан, 1966, с. 80-120.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2894584/03, 25.09.80.

969893

2/

/7 а.

<Рая 2

ВНИИПИ Закаэ 8339/36 Тираж 623 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4