Керноориентатор

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 969893/22-0 Гос рственныи комитеСССРелам изобретенийи открытий(2 ори но Опубликовано 30,10.82, Бюллетень М 40 Дата опубликования описания 30. 10,82 3)УДК б.В.Ошкордин и А.А.Бодры Л. Г Лолох Свердловский ордена Трудовогогорный институт им. В.В.Вахрушгеологическое объединение У(71) Заявители КЕРНООРИЕНТАТО металм элект де ориентирующего стержня изла с положительным собственныродным потенциалом, погруженного враствор электролита, зеркало поверхности которого является чувствительным элементом регистратора апсидального направления, причем растворэлектролита залит в специальную полость долота 123,Известное устройство имеет ндостаток, заключающийся в том, чтоориентация керна может осуществлятся только один раэ перед началомрейса бурения, поскольку ориентациякерна производится по большей осиэллипса мениска осадка меди, образующегося один раз в результате выдержки устройства на забое. Иеждутем при разведке месторождений,сложенных сильно. трещинноватыми породами, зачастую отсутствует возможность нанесения метки на забой скважины из-за отсутствия монолитных пород на забое. Кроме того, нанесеннаяна забое метка разрушается в процессе бурения трещиноватых пород. Приразведке месторождений, сложенныхсильно трещиноватыми горными порода"ми, наличие одной ориентированнойметки является недостаточным, так е ьойств и тру- ного 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 керн и регистратор апсидального направления, фиксирующий положение метки, наносимой на поверхность керна в процессе бурения относительно апсидальной плоскости скважины 1.Недостатком указанных устрявляется их низкая надежность доемкость отбора ориентирован 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, высипенного в виасного Зн ениа;и Произ дственное. -" геология.5 10 15 Ю 35 40 45 5 О 55 60 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 втрещиноватых 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 трубНа фиг,1 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 нарухной колонковой трубы 8 размещена внутренняя невращающаяся керноприемная труба 11 в нижней части которой на резьбе закреплено сменное кольцо 12 с твердосплавным маркирующим реэцом 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 Си 804-18 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)Внутривтулки 20 установлен пружинный фиксатор 22, а внутри диэлектрическогоштока 21 расположены автономный источник 23 электрического тока(например, батерея из 2-х элементовф.Сириус) и контактный стержень24 таким образом, (то отрицательный контакт источника 23 тока черезконтактный стержень 24 соединен сориентирующим стержнем 19В стенку капсулы 16 вмонтирован клапан 25,предназначенный для устранения перепада давления между полостью акапсулы 16 и внутренней полостью 4.Полость а.капсулы 16 имеет в верхнейчасти форму конуса, позволяющую сохранить в рабочем диапазоне на некоторомрасстоянии от втулки 20 границу между воздухом и жидкостью, которая играет роль чувствительного элементаориентатора, при сжатии воздуха поддействием гидростатического давлениястолба промывочной жидкости., Посколь-ку перепад давления между полостью акапсулы 16 и внутренней полостью корпуса 4 компенсируется клапаном 25для удержания воздуха внутри капсулы16 достаточно обычной самоуплотняющейся резиновой манжеты 26. В верхней части диэлектрического штока 21симметрично 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), соединенный гибким изолированным проводом 31 с положительным полюсом источника 23 тока, а другим концом б с корпусом- токосъемником 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 Сц 804 ) в полости а ориентирующий стержень 19, контактный стержень 24источника 23 тока.Керноориентатор работает следующим образом.Перед спуском снаряда в скважину в капсулу 16 помещают перфорированный пакет 18 с порошкообразным медным купоросом Си 804. Если глубина скважины незначительна (до 100 м), то в полость а заливается некотороеколичество 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 интенсив. но 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 б 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 .13 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, 0,25- 0,5 м) прекращается вращение снаряда и подача прожврчной жидкости. Снаряд приподнимают над забоем на 5-10 см (до захвата керна кернорвателем 10), в результате чего шлицевой вал б, 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 ачерез клапан 25 поступает некоторое 5количество промывочной жидкостиРравное объему выдвинутого стержня.Поддержание необходимой концентрации электролита обеспечивается постепенным растворением купороса впакете 18. Шпицевой вал б, воздействуя на капсулу 16, перемещает вверхнаружную колонковую 8 и внутреннююкерноприемную трубу 11. При этомрезец 13 оставляет на поверхностикерна вертикальную борозду. Постоян ный магнит 32 устанавливают вблизикапсулы 29 напротив магнитоуправляемого контакта 30. Под действиеммагнитного поля магнита 32 магнитоуправляемый контакт 30 заьыкаетэлектрическую цепь: +11 источника 23 тока, провод 31, магнитоуправляеьый контакт 30, корпус-токосъемник28, тяга 2, корпус 4, капсула 16,электролит в полости а,ориентирующийстержень 19, контактный стержень 24,ф- источника 23 тока. В результатеэлектролиза на поверхности ориентирующего стержня 19 отлагается медь.Мениск горизонтальной поверхности 30 жидкого электролита на поверхностистержня 19 имеет вид эллипса, отличающегося по цвету и толщине от осадкамеди внутри электролита, большая оськоторого расположена в апсидальной 35 плоскости, чем и достигается ориентация вертикальной борозды, оставляемой резцом 13. Положение резца 13фиксировано относительно стержня 19и имеется воэможность на поверхностиизмерить угол между большей осьюэллипса мениска осадка меди и следомрезца 13 на поверхности керна. Поокончании выдержки 10-15 мин, вовремя которых формируется яркий, чет ко выделяемяй мениск, снаряд опускается на забой, магнит 32 опускаетсявниз, магнитоуправляеьый контакт 30разьвкает электрическую цепь и отложение меди прекращается. После 56 этого бурение продолжается. В определенные моменты цикл ориентациикерна 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 параметрамистержня 19 диэлектрического штока 21 40 и шлицевого разъема (дет.б и 7).После подъема керна на поверхностьот нулевой образуюшей ориентирующегострел.ня 19 замеряют углы отклонения точек минимумов эллипсов осад ка меди и соотносятся с вертикальны-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 изобретенияКерноориентатор, опускаемяй с колонной бурильных труб, содержащий верхний переходник, корпус, магнитоуправляемый контакт и постоянный магнит, регистратор апсидального направления, состоящий из капсулы с раствором электролита и ориентирующегострежня, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью обеспечения непрерывного ориентирования керна, онснабжен диэлектрическим штоком схраповыми рейками, расположенным наориентирующем стержне, причем диэлекто рический шток установлен с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с колонной бурильных труб.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе15 1. Казанцев 1 Л,Н. Кернометрия.Алма-Ата, .Каэахстанф, 1966,с. 80-120,2, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2894584/03, 25.09,80,