Устройство для определения напряжений в стенках буровой скважины

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЫЙ НОМИТЕТ СССОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ ОСУДАРСТВПО ДЕЛАМ ВИДЕТЕЛЬ оарстий и 1. о Крас кий го овател ефтяной проьв И.Исм беков шов,Р,Л.И СССР 1982 тель ств С 39/00 ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ(71) Ордена ТрудовоЗнамени азербайджанвенный научно-исследпроектный институт нленности(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В СТЕНКАХ БУРОВОЙ СКВАЖИНЫ(57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить информативность устройства путем измерения напряженного состояниягорных пород во взаимно перпендикулярных напряжениях. Для этого в двух.камерном жестком корпусе (К) 1 с отверстиями 2, 3 и 4 телескопическиустановлены два подпружиненных пружинами (П) 16 и 17 штока (Ш) 6 и 10с отверстиями 7, 8 и 11, 12. Жесткость П 6 больше жесткости П 17.На наружной поверхности Кзакре12 плена оправа 13, в окнах которой ус тановлены камеры 14 К 1 с прижимными опорами 15. Датчик перемещений выполнен в виде наконечника 24 и перфорированного К 23. Наконечник 24 имеет две пары расположенных диаметрально противоположно одно другому отверстий 27 и 28, Для предот" вращения кругового смещения Ш 6 и 10 относительно К 1 друг друга они скреплены шлицами 21 и 22. Для измерения напряжений по оси Х-Х или У-У в бурильной колонне создают соответственно низкое или высокое давление. За счет сжатия П 17 или П 7355116 происходят относительные перемещения Ш 6 и 10 и совмещение соответствующих отверстийШ 6 и 10,наконечника 24 и К 1. При этом заполняются рабочей жидкостью соответствующие камеры 14, По мере их расширения опоры 15 прижимаются к стенкам скважины в направлениях Х-Х или У-У, При достижении заданного усилия распора опор 15 происходит перепад давления в камере 26 К 23, который воспринимается установленным в ней сильфоном, и через пружинный преобразователь давление передается на регистрирующую аппаратуру, 6 ип, 1Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для,измерения напряженно- деформированного состояния горных пород в скважинах, и выявляются усовершенствованием изобретения по авт.св. В 1139842. Целью изобретения является повышение информативности путем измерения напряженного состояния во взаимно перпендикулярных направлениях.На фиг, 1 изображено устройство в транспортном положении, общий вид с разрезом, на фиг, 2-5 - устройство в рабочих положениях; на фиг.6- датчик перемещений устройства, общий вид с разрезом.Устройство содержит цилиндрический зонд (фиг. 1) сОстОЯЩий из корпуса 1 с отверстиями 2 и 3, сливного отверстия 4 с обратным клапанбм 5, основного подпружиненного полого штока 6 с отверстиями 7 и 8 (нагнетательное отверстие 7 оснащено клапаном 9), дополнительного подпружиненного полого штока 10 с отверстиями 11 и 12, оправы 13, в окнах которой установлены расширяющиеся камеры 14 из упругого материала с прижимными опорами 15, выполненными в виде цилиндрического сегмента, пружин 16 и 17, конусного седла 18, уплотнительных манжет между полыми штоками и корпусом, а также корпусом и оправой 19, переводника 20.Для предотвращения кругового смеще 5 1 О 15 20 25 30 35 ния полых штоков 6 и 10 Относитель"но корпуса они закреплены шлицами21 и 22.Датчик перемещений (фиг. 6) состоит из корпуса 23, наконечника 24,.выполненного в виде конусной пробки,и головки 25 для крепления кабеля.В наконечнике 24 имеется камера26 с отверстиями 27 и 28. В перегородке 29 установлен сильфон ЗО,Кат,мера 31 между перегородкой и геликсной манометрической пружиной 32 через отверстие 33 заполняется маслом,служащим средой для передачи давления пружине 32, Вывод измерительного элемента 34 подключен к генератору 35 переменной частоты и усилителю 36 мощности, Для электрического соединения датчика перемещений сназемной аппаратурой служат штепсельный разъем 37 и кабель 38, На корпусе может быть закреплена направляющая планка 39, в этом случае навнутренней поверхности основногоподпружиненного полого штока 6 выполняется канавка (не показана) дляпланки 39. На корпусе 23 размещеныманжетные кольца 40,Устройство работает следующим образом,Цилиндрический зонд монтируютв нижней части бурильной колонны испускают в скважину. Такая конструкция обеспечивает проведение измерений во время коротких перерывовв процессе бурения. Для этого бурильную колонну следует останавливать так, чтобы зонд находился натом участке, где необходимо определение компонентов напряжений горныхпород. Прижимные опоры зонда ориентируют в выбранных направлениях, ив бурильную колонну с поверхностина кабеле 38 спускают датчик перемещений, который попадает на конусное седло 18 на штоке 6 и закрывает проход жидкости из бурильной колонны,Пружины 16 и 17 рассчитаны наразличные давления (высокое и низкое), причем минимальное давление,необходимое для сжатия пружины 16,балыке, чем максимальное давлениеполного сжатия пружины 17, Поскольку при приложении низкого давленияпружина 16 не сжимается, та давление (усилие) через уступ в штоке 10передается пружине 17, сжатие которой приводит к одновременному перемещению обоих штоков (фиг, 2,3).Тогда отверстия 11 и 7, а также 8 и12, совпадающие в исходном состоянии, совпадают с отверстиями 2 и 3на корпусе 1, при этом отверстие 4закрывается смещенным вниз концомполого штока 10Рабочая жидкостьчерез открытый клапан в нагнетательнам отверстии 7 поступает в расширяющиеся камеры 14, предназначенные для измерения напряжений по осиХ-Х. Одновременно жидкость черезотверстия 3, 12 и 8, совпадающие врабочем положении с отверстием 27в наконечнике 24, поступает в камеру 26 датчика перемещений. При этомполость между корпусом датчика перемещений и внутренней поверхностьюполого штока 6 герметизируется спомощью уплотнительных манжетныхколец 40. По мере заполнения камеры14 расширяются, и пара опор 15 прижимается к стенке скважины. Последостижения заданного усилия распораприжимных опор гидросистема изолируется и определенный объем жидкостиоказывается замкнутым, Реакцией наэто является изменение в преобразователе давления, которое в этом слу"чае соответствует исходному напряженному состоянию. Условие несжимаемости рабочей жидкости позволяетсвязать перепад внутненнего давления в преобразователе с приращениемнапряжений в месте установки прижим 0 15 2025 3050 ных опор 5. Приращение напряжений передается на сильфон 30, а также промежуточной камере 31, заполненной маслом Геликсная манаметричес- кая пружина 32, раскручиваясь наугол, пропорциональный перепадудавления, поворачивает на тот жеугол ось измерительного элемента 34,сигнал с которого поступает на входгенератора 35 переменной частоты ина его выходе получается сигнал,частота которого является функциейвходного напряжения. Сигнал определенной частоты после усиления по кабелю 38 поступает на вход наземнойрегистрирующей аппаратуры,После завершения измерений в одном направлении необходимо измеритьнапряжение в горных породах в направлении, перпендикулярном первому.Для этого внутри бурильной колонны необходимо создать более высокое давление, Тогда подпружиненный полый шток 6 вместе с датчиком перемещений смещается вниз относительно подпружиненного полого штока 10 и корпуса 1, что влечет засобой смещение отверстия 7 относительно отверстий 11 и 2, а также отверстия 8 относительна отверстий 12 и 3, отключение датчика перемешений от пары расширяющихся камер 14 в направлении Х-Х, одновременное совпадение отверстий 7, 11 и 2, а также 8, 12 и 3 и подключение датчика перемещений ка второй паре расширяющихсякамер 14 в направлении У-У, При этом отверстия 28 в наконечнике 24 и отверстия 8 на подпружиненном полам штоке 6, совпадающие в исходном положении, совпадают с отверстиями 12 на дополнительном полом штоке 10 и 3 на корпусе 1. Тогда жидкость череэ обратный клапан 9 в нагнетательном отверстии 7 поступает в расширяющиеся камеры 14 и одновременно в камеру 26 в наконечнике 24 через отверстия 3, 12, 8, 28, совпадаюшие в рабочем положении. По .мере заполнения камеры расширяются и две противоположные опоры в направлении У-У прижимаются к стенке скважины. Прижимные опоры в направлении Х-Х остаются в исходном состоянии, т.е. прижатыми к стенкам скважины. После 55 достижения заданного усилия распара опор в направлении У-У повышение давления в системе прекращается. Это давление также фиксируется как ин.1273551 При полркенои Фмэюж Фоlмнию Х-Я У-ТЙРи тлреннии нцлвм ЮФФАЮФРиз, 3 юСоставитель Г.АлексеевТехред В.Кадар актор М,Циткин Корректор тя каз 6403/28 Тираж 470 ПодписиВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035., Москва, Ж,.Раушская наб., д. 4/5 оиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород ек тная,формация об исходном напряжении состоянии для измерения напряжений гор"ных пород в направлении У-У, и реги"стрируется приращение напряжения вместе установки устройства.После завершения измерений производится снятие давления в системеи подъем датчика перемещения, Благодаря пружинам 16 и 17 штоки б и 10возвращаются в исходное положение,При этом жидкость, находящаяся в расширяющихся камерах, через отверстия 4 и обратный клапан 5 вытесняется в бурильную колонну, Обратныйклапан 5 предотвращает поступлениежидкости в расширяющиеся камеры впроцессе бурения. Прижимные опорыза счет упругости камер 14 возвра щаются в исходное положение,20Таким образом, обеспечивается определение абсолютных вепичин компонентов напряжения в двух взаимно перпендикулярных направлениях оДной установкой устройства в скважине, дЯаличие фактических данных о напряжениях в различных направлениях дает воэможность прогноза расчетной схемы и выбора оптимальных параметров обсадных труб с целью повышения их прочности против неравномерности горного давления деформирующихся горных пород. Формула изобретения Устройство для определения напряжений в стенках буровой скважины по, авт.св, У 1139842, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повыше" ния информативности путем измерения напряженного состояния во взаимно перпендикулярных направлениях, оно снабжено дополнительным цодпружинен" ным полым штоком, установленным телескопически между основным штоком и корпусом, а на наконечнике датчика перемещений выполнены дополнитель ные отверстия, расположенные ниже основных и находящиеся с последними во взаимно перпендикулярных направлениях, при этом жесткость пружины ,основного штока больше жесткости Ьружины дополнительного штока.