Устройство для бурения и зондирования грунтов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН Р 1/00 Е 21 В 49/02 С 39/О ОПИСА ЗОБРЕТЕНИ ЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССР247177, кл. Е 21 В 49/02, 1966.2. Магз 1 апд А., %1 пде Р РечеортепЬ 1 п ойейоге в 11 е 1 пчезИда 11 оп. Осеапо 1 одч 1 п 1 егпа 11 опа 1 ехЬ 1 Ы 11 оп апд соп 1 егепсе. Вг 1 дИоп, 1982, ч. 1, р. 169, 11 д. 4 (прототип).(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ И ЗОНДИРОВАНИЯ ГРУНТОВ, содержащее бурильную колонну с буровым наконечником и пенетрационный узел, включающий гидроцилиндр с распределительным золотником и поршнем с измерительным зондом, блок преобразования и передачи информации, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности исследований и надежности, гидроцилиндр жестко соединен с бурильной колонной со стороны бурового наконечника и перфорирован в зоне последнего, при этом между гидроцилиндром и бурильной колонной образована полость, а блок преобразования и передачи информации размещен внутри поршня и измерительного зонда.Изобретение относится к геологическим исследованиям, а именно к устройствам, обеспечивающим получение непрерывной по глубине информации о физико-механических свойствах грунтов в процессе проходки скважины.Известно устройство для зондирования грунтов, включаюшее пенетрационный узел с блоком передачи информации и гидравлической системой, обеспечивающей его вдавливание в грунт 1.Такое устройство позволяет исследовать в процессе проходки скважины физико-механические свойства песчано-глинистых пород, но неприменимы для изучения пород выше 111 категории буримости и не обеспечивает проходки грунтов с получением информации на глубину более 30 м.Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее бурильную колонну с буровым наконечником и пенетрационный узел, включающий гидроцилиндр с распределительным золотником и поршнем с измерительным зондом, блок преобразования и передачи информации 2 . Недостатками указанного устройства являются малая производительность исследований, так как тратится много времени на выполнение спускоподъемных операций и закрепление пенетоационного узла, а также низкая надежность систем крепления устройства в буровой трубе и системе спуска-подъем а.Цель изобретения - повышение производительности исследования грунтов и надежности работы устройства.Указанная цель достигается тем, что в устройстве для бурения и зондирования грунтов, содержащем бурильную колонну с буровым наконечником и пенетрационный узел, включающий гидроцилиндр с распределительным золотником и поршнем с измерительным зондом, блок преобразования и передачи информации, гидроцилиндр жестко соединен с бурильной колонной со стороны бурового наконечника и перфорирован в зоне последнего, при этом, между гидроцилиндром и бурильной колонной образована полостьа блок преобразования и передачи информации размещен внутри поршня и измерительного зонда.На чертеже представлено устройство, общий вид.Устройство для бурения и зондирования грунтов содержит бурильную колонну 1, в нижней части которой жестко закреплен гидроцилиндр 2, образующий с ней полость 3. В гидроцилиндре 2 размещен поршень 4, штоком которого служит измерительный зонд 5. В верхней части гидроцилиндра 2 установлен распределительный золотник 6, управляемый блоком 7 переключения золотника. Бурильная колонна 1 снабжена буро 5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 вым наконечником 8. Надпоршневая полость 9 гидроцилиндра 2 имеет гидравлическую связь с золотником 6 посредством окон 10 и 11. Подпоршневая полость 12 гидроцилиндра 2 посредством отверстий 13 и 14 имеет гидравлическую связь соответственно с полостью 3 и с зазором 15, образованным между измерительным зондом 5 и корпусом бурового наконечника 8. Распределительный золотник 6 посредством патрубков 16, 17 и 18 гидравлически связан соответственно с внутренней полостью 19 бурильной колонны 1, с полостью 3 и с затрубным пространством 20. С последним через патрубок 21 сообшается также внутренняя подпоршневая полость управляющего блока 7. Блок 7 содержит поршень 22, поджатый снизу пружиной 23, надетой на шток 24, который жестко связан с поршнями 25 золотника 6. Надпоршневая полость блока 7 сообщается с внутренней полостью 19 бурильной колонны 1 через отверстие 26. В нижней части зонда 5 установлен изолятор 27; электрически разделяющий корпус зонда от конического наконечника. Внутри зонда 5 смонтирована аппаратура для передачи информации по телеметрическому каналу связи.Вдоль образующей гидроцилиндра 2 через определенный шаг установлены магниты, а внутри поршня 4 смонтирован герконовый отметчик глубины, срабатывающий в момент прохождения рядом с магнитом.Устройство работает следующим образом,Бурильную колонну устанавливают в буровой станок, опускают на грунт и подсоединяют к насосу, нагнетающему промывочную жидкость (допускается использование только пресной воды без твердых примесей и глины). В полость 19 колонны 1 воду подают под давлением, не превышающим величины, при которой начинается срабатывание блока 7 переключения золотника, т.е, не превышающим сопротивления сжатию пружины 23. Вода при этом из полости 19 бурильной колонны 1 через патрубок 16 поступает в золотник 6 и через открытое окно 10 - в надпоршневую полость 9 гидроцилиндра 2. Под воздействием давления воды поршень 4 начинает двигаться вниз. При этом из подпоршневой полости 12 вода уходит через отверстия 14 и зазор между зондом 5 и корпусом бурового наконечника 8. В процессе движения зонда 5 начинают действовать его измерительные преобразователи, а электронная схема, размещенная в полости поршня 4 и зонда 5, обеспечивает непрерывную передачу информации о характеристиках грунта по телеметрической линии связи на приемно-регистрирующую аппаратуру. Для этого конусный наконечник электрически изолирован от корпуса зонда 5 изолятором 27. Частотно-модулированноеимпульсное напряжение, несущее информацию, подается на конусный наконечник, С наконечника импульсное напряжение через грунт передается на антенну приемного устройства регистрирующей аппаратуры. Вторым проводом является корпус зонда 5 и бурильной колонны 1.Измерительный преобразователь гамма- гамма каротажа позволяет контролировать момент выхода (или входа) конуса зонда 5 из бурового наконечника, так как при выходе детектора из устройства в грунт резко возрастает уровень рассеянного излучения, регистрируемого детектором гамма-квантов. Наоборот, при входе зонда с детектором,.в буровой наконечник уровень рассеянного излучений резко падает. Максимальное давление буровой жидкости, действующее на поршень 4, при вдавливании зонда 5 регулируется таким образом, чтобы усилие, действующее на.зонд при встрече наконечника с прочной породой, не привело к аварийной ситуации. При возрастании лобового усилия до предельного значения и выше зонд останавливается, о чем сигнализирует прекращение работы отметчика глубины зондирования. Такая же ситуация возникает 2 при достижении поршнем нижнего предельного положения. Чтобы заставить поршень 4, а вместе с ним и зонд 5, двигаться вверх, насос переключают на подачу промывочной жидкости под более высоким давлением, уровень которого устанавливают так, чтобы под его воздействием поршень 22 блока 7 переключения золотника, преодолевая сопротивление сжатию пружины 23, переместился в нижнее положение, переключая золотник в положение, соответствующее режиму извлечения зонда. В этом положении вода через золотник 6, патрубок 17, полость 3 между гидроцилиндром 2 и бурильной колонной 1, через отверстия 13 в нижней части гидроцилиндра поступает в подпоршчевое пространство 12 и давит на поршень 4 снизу. 40 Вода из надпоршневой полости 9 выходит наружу в затрубное пространство 20 через открытое окно 11 и патрубок 18. Давление промывочной жидкости устанавливают таким, чтобы оно было достаточным для извлечения зонда с учетом снижения давления из-за утечки жидкости через отверстия 14. В момент подхода к верхнему крайнему положению с помощью бесконтактного выключателя отключают питание блоков измерительной схемы зонда, потребляющих наибольшую мощность (например, блока передачи). Затем устройство переводят в режим бурения, при этом поршень с зондом давлением промывочной жидкости удерживается в верхнем положении, а промывочная жидкость расходуется только Для промывки забоя, поступая к нему через отверстия 14. Бурение производят на глубину последнего зондирования, после чего давление промывочной жидкости снижают до величины, при которой поршень 22 блока 7 под действием пружины 23 отжимается в исходное положение и цикл погружения зонда 5 повторяется снова. Поскольку при использовании предлагаемого устройства нет необходимости при каждом цикле производить его спуск и подъем, значительно уменьшается в целом время исследования грунтов на скважине. Использование, воды вместо масла в качестве рабочего тела в гидравлической системе делает устройство экологически чистым. Блок 7 переключения золотника является в то же время предохранителем, не допускающим возрастания вдавливающего усилия выше определенного допустимого значения. При возрастании по какой-либо причине давления промывочной жидкости блок 7 переключает золотник в режим извлечения. Зондирование прекращается, и зонд убирается внутрь бурильной трубы. Кроме того, отсутствие кабелей для управления и передачи информации повышает надежность устройства.