Керноориентатор многократного действия

(19) (11) З(51) Е 21 В 25/16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 11К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Казахский научно в исследовательский институт минерального сырья(56) 1. Патент США3450216,кл. 175-14, опублик. 1969,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке3211659/22 - 03,кл. Е 21 В 25/16, 1980 (прототип).(54)(57) 1. КЕРНООРИЕНТАТОР МНОГОКРАТНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащий наружную трубу, соединенную одним концомс переходником, другим - с воронкой,внутреннюю керноприемную трубу смаркировочным механизмом и датчиком положения апсидальной плоскостис подвижной пятой, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности и надежности в работе,он снабжен установленным во внутренней трубе под датчикм положенияапсидальной плоскости контейнеромс блоком управления датчика и маркировочного механизма, при этом блок управления включает автономный источник питания, связанный через выключатель с логическим блоком и входом цифрового датчика режима, состоящего из последовательно соединенных электроакустического преобразователя, детектора и схемы сравнения, а выход цифрового датчика режима подключен к логическому блоку, соединенному со связанными между собой схемами управления электромагнитными приводами датчика положения апсидальной плоскости и маркировочного механизма, к которым подключен через выключатель автономный источникй питания.2. Керноориентатор по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с М тем, что маркировочный механизм выполнен в виде размещенного во внутренней трубе корпуса с прорезью и полостью внутри, в которой размещен подпружиненный относительно втулки, подпружиненной ф относи.ельно корпуса, шток при этом меа во втулке подвижно установлен отметчик, взаимодействующий со штоком. ,ф1104238 Риска иг а Составитель Г. Техред М.Тепер 5 б 5 Подписноетвенного комитета СССРретений и открытий-35, Раушская наб., д, 4/ аэ 5175/22 ТиражВНИИПИ Государпо делам изо13035, Москва,город, ул. Проектна Редактор В, Данк лиал ППП "Патент" сеева Корректор А. Тяс40 К недостаткам известного устройства следует отнести установку над внутренней трубой дроссельной втулки, уменьшающей сечение канала для прохода промывочной жидкости, что необходимо для создания достаточного (причем значительного) перепада давления. При применении сравнительно вязких растворов это служит предпосылкой зашламования нагнетательного канала и прекращения процесса бурения. Кроме того, в устройстве суще ствует возможность несинхронности нанесения метки и ее регистрации, а это способствует из-за радиальИзобретение относится к области горного дела, а именно к средствам для отбора ориентированного керна с многократным нанесением и регистрацией положения меток при колонковом бурении наклонных скважин,Известны устройства для ориентирования керна в течение ,"ейса, содержащие наружную колонковую трубу с резцом для нанесения меток на керн 1 О и устройство для регистрации их положения относительно апсидальной плоскости, в которых используется автономное электропитание для привода движения фотопленки и включения ос ветительной лампочки, причем настройка на определенные интервалы срабатывания этих элементов происходит до бурения, т .е. на поверхности 1 .К недостаткам устройств с настрой кой на поверхности следует отнести невозможность получения ориентированного. керна точно на заданной глубине т.е, отсутствует оперативное управление керноориентатором), и, кроме г того, существует риск "холостых съемок во время случайных остановок бурового снаряда, так как приводной механизм фотоаппарата продолжает работать. 30Известно устройство с механической регистрацией положения апсидальной плоскости и метки, содержащее наружную трубу, внутреннюю керноприемную трубу с механизмом для нанесения метки на керн, перемещаемым действием давления промывочной жидкости, а также их регистрацией в датчике положения апсидальной плоскости, в котором пята, движущаяся от того же давления, вминает свободный шарик в регистрирующий элемент из мягкого металла 2 . ных флуктуаций внутренней трубы приее постепенной подаче неточному определению апсидальной плоскости.При этом увеличение расхода промывочной жидкости при операции регист.рации приводит к усилению вибрациив датчике положения апсидальнойплоскости, а значит также мешаетшарику занять точное положение вапсидальной плоскости.Целью изобретения является повышение точности и надежности работыкерноориентатора,Указанная цель достигается тем,что керноориентатор многократногодействия, содержащий наружную трубу,соединенную одним концом с переходником, вторым - с коронкой, внутреннюю керноприемную трубу с маркировочным механизмом и датчиком положения апсидальной плоскости с подвижной пятой, снабжен установленнымво внугренней трубе под датчикомположения апсидальной плоскости конвейером с блоком управления датчикаи маркировочного механизма, приэтом блок управления включает автономный источник питания, связанныйчерез выключатель с логическим блоком и с входом цифрового датчика режима, состоящего из последовательносоединенных электроакустического преобразователя, детектора и схемы сравнения, а выход цифрового датчика режима подключен к логическому блоку,соединенному со связанными междусобой схемами управления электромагнитными приводами датчика положенияапсидальной плоскости и маркировочного механизма, к которым подключен через выключатель автономный источникпитания.При этом маркировочный механизмвыполнен в виде. размещенного во внутренней трубе корпуса с прорезью иполостью внутри, в которой размещеныподпружиненный относительно втулкишток, подпружиненной относительнокорпуса, при этом во втулке подвижно установлен отметчик, взаимодействующий со штоком. На фиг.1 изображен керноориентатор, общий вид в разрезе, на фиг,2 блок управления датчика положения апсидальной плоскости; на фиг.З блок-схема цифрового датчика реюма, на фиг.4 - датчик положения апсидальной плоскости в нерабочем полоДатчик положения апсидальной плоскости содержит (фиг.4) крышку 22 а, подпружиненную пяту 23 с конической (например, под углом 5 ) нижней частью, катушку 24 электромагнитного привода (совокупность пяты 23 и катушки 24 представляет собой электромагнитный привод датчика положения ансидальной плоскости). Ниже катушки пята выполнена из немагнитного материала. Датчик положения апсидальной плоскости содержит также свободный шарик 25, съемный регистрирующий элемент 26 из мягкого металла, имеющий риску (фиг,10), и механизм рассредоточения отпечатков шарика на регистрирующем элементе, включающий цилиндрический держатель 27, на внутренней поверхности которого с равным шагом 1 по высоте выбрано заданное число канавок (для простоты показано 6), подпружиненную тягу 28, стойку 29, связанный с тягой подвижный фиксатор, включающий обойму 30 и подвижную собачку 31, удерживаемую от проворота штифтом 32 с возможностью ее движения в продольной прорези обоймы, и связанный со стойкой 29 неподвижный фиксатор, .включающий обойму 33, собачку 34 и аналогичный предыдущему штифт 32. Собач- ки 3 1 и 34 установлены с возможностью взаимодействия с канавками держателя 27. Штифты 35 для держателя и элемента 26 обеспечивают постоянное нахождение риски последнего водной плоскости с наносимыми на кернметками, Подводящие провода 10подсоединяются к заизолированнымклеммам 36 катушки 24 и (с некоторой слабиной) к штырям 12, закрепленным на изоляционной прокладке.За цикл срабатывания датчика положения апсидальной плоскости принимается опускание и подъем пяты, при опускании которой до соприкосновения сверхним торцом стойки 29 шарик можетвдавливаться во внутреннюю поверхность элемента на заданную глубинуотпечатка Я (фиг.5). Маркировочный механизм (фиг.7) содержит катушку 37 электромагнитного привода и подпружиненный шток 38 (совокупность штока 38 и катушки 37 представляет собой электромагнитный привод маркировочного механизма). Ниже катушки шток выполнен из э 1104238 4жении, разрез; на фиг,5 - то же,в момент получения первого отпечатка шарика в апсидальной плоскостина регистрирующем элементе; нафиг,6 - то же, в момент получениявторого отпечатка, на фиг. 7 - маркировочный механизм в нерабочем положении, разрез, на фиг. 8 - то же, вмомент первого касания отметчикомкерна; на фиг. 9 - то же, в положении после нанесения метки; нафиг.10 - схема взаимного расположения отпечатков. шарика в апсидальной плоскости на регистрирующем элементе и меток на керне; на фиг.11образец ориентированного керна,Керноориентатор содержит (фиг.1)внутреннюю невращающуюся в процессебурения трубу 1, наружную трубу 2 спереходником 3 и коронкой 4. Труба1 связана с переходником подшипниковым узлом 5 и содержит непроворачиваемые в ней датчик 6 положенияапсидальной плоскости и контейнер 7с блоком управления датчика положения апсидальной плоскости и маркировочного механизма 8. В коническойрасточке 4 находится рвательноекольцо 9. Датчик положения апсидальной плоскости и маркировочный механизм соединены подводящими приводами10 с контактными гнездами 11 контейнера соответственно через контактныештыри 12 и 13, причем последниезаделаны в изоляционную прокладку,укрепленную на переборке трубы 1, изащищены от попадания жидкости. Парыштырь-гнездо служат для созданияобщей электрической цепи сборки:датчик положения апсидальной плос 40кости, контейнер, маркировочный механизм. Блок управления в контейнере 7 (фиг.2) включает н себя автономный источник 14 питаы.я,цифровойдатчик 15 режима (ДР),логический45блок 16, схемы управления электромагнитными приводами датчика положенияапсидальной плоскости 17 и маркировочного механизма 18, а также кнопку19 с замыкающим контактом, выступающую50над верхним торцом контейнера(жирные линии показывают энергетическую, а тонкие - информационнуюцепь).Цифровой датчик режима собран,например, по следующей схеме (фиг.3):немагнитного материала. Маркировочный механизм содержит также корпус39 с прорезью, в которой может перемещаться,подпружиненный (например,плоской пружиной) механический отметчик 40 с режущей вершиной 4 1 (например, в виде зачеканенного кернаалмаза), закрепленный в подпружиненной втулке 42, причем пружина последней имеет большую жесткость, чемжесткость пружины штока 38.Устройство работает следующим образом.После сборки с контейнером (постоянно находящимся в трубе 1, пока 15не источится питание) кнопка 19 утапливается и включает аппаратуру управления, логическая схема 16 устанавливается в исходное состояние, т.е. наожидание команды на срабатывание 20датчика положения апсидальной плоскости и маркировочного механизма.Взаимное расположение в сборке контактных пар штырь-гнездо обеспечиваетпостоянное нахожцение в одной плоскости отметчика 40 и риски на регистрирующем элементе 26,В операции бурения на преобразователь 20 поступает акустический шумот работающих механизмов бурового 30станка, бурового насоса, трения коронки о забой и т.д. Преобразовательпреобразует этот шум в переменноеэлектрическое напряжение, поступающее на детектор 21, где оно выпрямля-З 5ется. Уровень выпрямленного постоянного напряжения на выходе детектора21 пропорционален уровню акустического шума. Это напряжение поступаетна схему 22 сравнения, на другой 40вход которой подается опорное напряжение Ппричем схема датчикарежима настроена так (регулировкойПокорн ), что при работающих станке и насосе напряжение на выходе детектора всегда больше опорного, идатчик режима выдает сигнал логического "0", что свидетельствует о режиме бурения.50Операция нанесения метки (срабатывание маркировочного механизма) и регистрации для нее положения апсидальной плоскости (срабатывание датчика положения апсидальной плоскости) происходит по команде, ко 55 торая представляет собой совокупность, например, следующих действий: выключение двигателей насоса и станка, т.е. агрегатов, создающих акустический шум, включение этих двигателей, повторное их выключение. Все эти действия должны выполняться в течение определенного времени, например 1 мин, Срабатывание маркировочного механизма и датчика положения апсидальной плоскости происходит через некоторое время, например 30 с после подачи команды, т.е. после повторного выключения двигателей.БлОк управления в операции нанесения и регистрации метки работает следующим образом. Уровень напряжения на выходе детектора 21 при пропадании акустического шума от агрегатов и связанных с ними шумов на забое резко уменьшается, становясь меньше Поговоря (могут остаться лишь случайные шумы, однако они не окажут влияния на работу схемы 22 .сравнения, так как опорное напряжение выбрано заведомо большим, чем напряжение на выходе детектора, соответствующее любым шумам, не связанным с работой агрегатов), и схема 22 вырабатывает в схему 16 сигнал логической "1", что свидетельствует об отсутствии режима бурения. По появлении этой "1" схема 16 начинает ожидать вторичного появления "1" с датчика режима (которая формируется при включении и выключении двигателей) в течение некоторого времени, например 1 мин (повторение сигнала с датчика режима нужно, чтобы отстроиться от исчезновения шума, не связанного с командой нанесения и регистрации, например из-за внезапного отключения электроэнергии на буровой и т.д.). Если в течение 1 мин с датчика режима "1" не поступит, логическая схема возвращается в исходное состояние. При поступлении же "1" (т.е. повторном включении и выключении двигателей) логический блок с некоторой задержкой, например 30 с (это время необходимо для успокоения шарика 25 в датчик положения апсидальной плоскости после снятия вибраций, причем в течение 30 с логическая "1" с датчика режима не должна сниматься, т.е. не должны включаться двигатели, в противном случае схема 16 переходит в исходное состояние), вырабатывает сигнал в блоки 17 и 18 управления,15 посыпающие по этому сигналу импульсы тока в катушки 37 и 24, что позволяет соответственно нанести метку на керн и зарегистрировать для нее положение апсидальной плоскости, 5Метод кодирования команды для логического блока 16 практич"ски исключает ложное срабатывание маркировочного механизма и датчика положения апсидальной плоскости (в том числе 10 и после первоначальной подачи питания) при управлении работой керноориентатора с поверхности.Маркировочный механизм производит нанесение метки на керне следующим 5 образом.Шток 38 (Фиг.7) под действием электромагнитных сил движется вниз, отодвигая своей конической частью отметчик 40 в сторону до упора последнего своей вершиной 41 в цилиндрическую поверхность керна (фиг,8). Длина отметчика выбрана такой, что даже при максимальном его ходе (ъ 1 мм) он своей тыльной частью застопорит р ход штока в подпружиненной втулке 42, которая в момент указанного стопорения (до этого она стояла на месте из-за большей жесткости своей пружины, чем штока) также начинает вместе с отметчиком движение вниз до упора в ограничитель корпуса 39 (фиг.9). Величина хода втулки ъ 7 мм. Срабатывание маркировочного меха - низма позволяет нанести на поверх 35 ности керна метку в виде неглубокой царапины, После нанесения меток все подвижные элементы маркировочного механизма под действием своих пружин возвращаются в исходное положение.Регистрация в датчике положения апсидальной плоскости нанесенной метки происходит следующим образом.Под действием электромагнитных сил пята 23, опускаясь до упора в верхний торец стойки 29, своей конической частью вдавливает шарик в элемент 26 на расстояние 1 от его верхнего края (Фиг.5),а нижней плоскостью утапливает выступающий50 конец тяги 28 на величину, несколько большую шага с. При этом в связанном с тягой подвижном фиксаторе собачка 31, утопленная в исходном положении в первой сверху канавке держателя 27 (Фиг.), испытывает/ 55 на своем скосе (например, под углом 45 ) силу, отодвигающую ее к продольной оси датчика, в результате чего собачка перескакивает в следующую нижележащую канавку держателя . Штифт 32, закрепленный е собачке и движущийся в прорези обоймы30, сохраняет неизменным взаимноеположение канавки и скоса собачки.После получения отпечатка пятапод действием своей пружины поднимается в исходное положение, тяга28 своей пружиной также перемещается. вверх, и при этом собачка 31,упираясь в верхнюю плоскость второй сверху канавки, поднимает на шагдЕржатель, а вместе с ним и элемент 26. Собачка 34 неподвижногофиксатора при движении держателявверх своим скосом (например, подуглом 45 ) отодвигается к продольОной оси датчика, затем перескакиваетв следующую нижележащую канавку ификсируется пружиной в этом положении. При новом цикле нанесения меткинаходящийся в апсидальной плоскостишарик вдавливается в элемент 26 навысоте 1 +С от его верхнего края(фиг.6).Кинематика последующих цикловповторяется (третий отпечаток наносится на высоте 1 +2 с и т .д .),причемвзаимодействие подвижного и неподвижного Фиксаторов с держателемобеспечивает его последовательныйход (с шагом ) только вверх (ходвниз стопорится неподвижным фиксатором). В заключительном циклесрабатывания Фиксаторы выходят изсамой нижней канавки. После срывакерна, осуществляемого подачей снаряда вверх с заклиниванием рвательного кольца в конической проточкекоронки, керноориентатор поднимается на поверхность, При рассоединении датчика положения апсидальнойплоскости и контейнера кнопка 19обесточивает блок управления. Издатчика положения апсидальной плоскости извлекается держатель с регистрирующим элементом,Для нанесения на выбуренноми поднятом на поверхность керне следа апсидальной плоскости скважиныпо отдельным меткам и соответствующим им отпечаткам на элементе 26необходимо замерить, например почасовой стрелке, углы Ч,. ь междуриской на элементе и центрами отпечатков и последовательно отложитьих на кусках. керна в том же направлении (фиг.10), 1104238 10Для подготовки устройства к следующему отбору ориентированного керна специальным стаканом (не показан), надеваемым на стойку 29, с внутренней конической расточкой и прорезя ми для фиксаторов утапливают собачки последних к центру датчика. Потом держатель с новым элементо.". 26 опускается до упора в дно датчика положения апсидальной плоскости. Стакан извлека ют, собачки расходятся и входят в верхнюю канавку держателя. После навинчивания крышки 22 О датчика подводящие провода 10 закрепляются на соответствующих контактах штыря 12. Датчик положения апсидальной плоскости сочленяется с контейнером, и керноориентатор подготовлен к новому циклу отбора ориентированного керна. 20 Исключение дроссельной втулки надвнутренней трубой, необходимой длясоздания значительного перепада давления в операциях нанесения метоки срыва керна, устраняет риск зашламования нагнетательного канала и остановки процесса бурения из-за включения керноориентатора в состав бурового снаряда, а следовательно, повышает надежность работы самогоприбора,Практически синхронное нанесениеметки и регистрация ее в датчике поло.жения апсидальной плоскости из-заотсутствия движения внутренней трубыи мгновенного срабатывания обоихэлектромагнитных проводов, а такжеснижение вибрации в момент регистрации метки благодаря вык;.очению станка и насоса повышает точность определения положения апсидальной плоскости.При этом повышается эффективностьприменения керноориентатора, чтопозволяет бурить меньшее количествоскважин, чем достигается большой экономический эффект, 1104238