Забойный датчик сигнализатора встречи угольных пластов

Сааэ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК В 471 1(51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Всесоюзный иаучно-исследовательский геологоразведочный институтугольных месторождений(56) 1. Авторское свидетельство СССРпо заявке В 3567367/22-03,кл. Е 21 В 47/12, 24.03,83,.(54)(57) ЗАБОЙНЫЙ ДАТЧИК СИГНАПИЗАТОРА ВСТРЕЧИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ, содержащий полый корпус, внутреннюю герметичную капсулу, подпружиненныйинерционный элемент со сменнымирегулировочными грузами, две полости,Я 01154453 с демпферной жидкостью, расположенные по торцам инерционного элемента, соединенные выполненным в инерционном элементе каналом с дросселем, а также гидрозатвор, выполненный, в виде гильзы с подводящими и отводящими каналами и золотника с кольцевой проточкой и уплотнениями, расположенными по обе стороны от кольцевой проточки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыщения надежности работы и экономии -материалов, гильза гидрозатвора совмещена с капсулой, а уплотнения выполнены в виде эластичных чулкообразных диафрагм, при этом золотник гидрозатвора является инерционным элементом.Изобретение относится к горному делу, а именно к сигнализаторам встречи угольных пластов в процессе бурения скважин, и может быть использовано при геологоразведочных работах на угольных месторождениях.Наиболее близким техническим решением к изобретению является забойный датчик с полым корпусом, внутренней герметичной капсулой, содержащей подпружиненный инерционный элемент со сменными регулировочными грузами и торцовыми демпйерными полостями, соединенными выполненным в инерционном элементе каналом, содержащим дроссель, а также гидрозатвором, выполненным с виде гильзы с подводящими и отводящими каналами и помещенного в нее золотника с кольцевой проточкой и расположенными по обе ее стороны уплотнениями, соединенного с инерционным элементом посредством штока Г 1.Однако надежность работы известного датчика понижается вследствие попадания загрязнений из промывочнойФжицкости в зазор между золотником и гильзой гидрозатвора, что способствует заеданию и заклиниванию золотника гидрозатвора, а также вследствие повышенного механического износа кольцевых уплотнительных элементов забойного датчика, обусловленного высокочастотными колебаниями золотника иштокаперепаваемыми от инерционного элемента, и попаданием в рабочую зону уплотнений механических загрязнений из промывочной жидкости, В свою очередь, повышенный износ уплотнений забойного датчика вызывает попадание промывочной жидкости и содержащихся в ней загрязнений в демпферные торцовые полости инерционного элемента в процессе буренин и утечку демпферной жидкости из указанных полостей впроцессе хранения и транспортировки забойного датчика. Кроме того, забойный датчик имеет сравнительно большую длину и металлоемкость.Целью изобретения является повышение надежности работы забойного датчика снижение его габаритов и экономия материалов за счет совмещения гидрозатвора с инерционным элементом и капсулой.Поставленная цель достигается тем, что в забойном датчике сигналиэатора встречи угольных пластов, содержащем.полый корпус, внутреннюю герметичнуюкапсулу, подпружиненный инерционныйэлемент со сменными регулировочн.гмигрузами, две полости с демпферной жидкостью, расположенные по торцам инерционного элемента, соединенные выполненным в инерционном элементе каналом сдросселем, а также гидрозатвор, выполненный в виде гильзы с подводящими и отводящими каналами и золотника с кольцевой проточкой и уплотнениями, расположенными по обе стороны от кольцевой проточки, гильза гидрозатворасовмещена с капсулой, а уплотнениявыполнены в виде эластичных чулкообразных диафрагм, при этом золотникгидрозатвора является инерционнымэлементом,5 10 15На Фиг. 1 изображена конс груктивная схема забойного датчика сигнали 20 затора встречи угольных пластов; нафиг. 2 - гидрозатвор забойного датчика в положении, соответствующем 25 переходу бурового снаряда из породыкровли в угольный пласт; на Фиг, 3то же, при переходе бурового снарядаиз угольного пласта в породу.Сигнальное устройство 1 гиабжено 50 датчиком 2 давления, подключенньп клинии 3 нагнетания бурового насоса 4,В скважине над б ;.овым снарядом расположен забойный датчик, содержащийполый корпус 5 с верхним перехопником 6, входным каналом 7 и нижнимпереходником 8 с выходным каналом 9и размещенную в корпусе 5 капсулу 10с помещенным в ней инерционным элементом 11 с образованием полосгей 12 4 и 13 с демпйерной жидкостью, расположенных по торцам инерционного элемента 11 и соединенньх друг с другомвыполненным в ине"ционнам элементе 11каналом 14, содержащим регулировочный дроссель, выполненный например,в виде дроссельной решетки, содержащей набор дроссельных шайб 15, установленных с зазором 1 б, который обеспечивается разделительными шайбами17. Инерционный элемент 11 снабженсменными регулировочными грузами 18и пружинной подвеской, включающейверхнюю пружину 19, установленную вполости 12 капсулы 1 Л, и и;сжнюю пружину 20, установленную в пологти 13капсулы, Капсула 10 гоедииена г корпусом 5 верхними 21 и нижними 22ребрами крепления и устанс и снаконцентрично г указанным кориусс 1 м1154с Образсваисм ксьснях каалов 23и 24 для прсхсла рсмывсчцсй жидкости,которые в эавсости От положенияинерцисццогс ыьмета 11 соединяютсядруг с другом или разъединяются. 5 Забсйцьп датчик снабжен золотциковым гидрсзатвсром, включающимгильзу и псмеще 1 ьп 1 в ее золотник, причем гильза гидрозатвсра коцструктивцо ссвмепена с капсулой 10, а 10 золотник - с инерционным элементом 11, для чего ца инерционном элементе 11 выполнена кольцевая проточка 25, а в капсуле 10 выполнены подводящие 26 и отводящие 27 каналы, гид равлически связанные друг с другом через кольцевую проточку 25 инерционного элемета 11, В гидрсзатвсре по обеим сторонам кольцевой проточки 25 установлены уплотнения, выполненные в виде эластичных чулкссбраэых диафрагм 28 и 29, каждая из которых защемлена пс периферии в капсуле 10, а по центру - в ицерциоцсм элементе 11В есцструкции предсмотреа 25 смазка внутрецих поверхностей диафрагм 28 и 29, перекатываюп,цхся по стенкам капсулы 10 и иерционцого элемента 11 в проассе работы эабсйного датчика а также гидравлическая разгрузка указаых дэФрагм От давления прсмьвсчцсй жилкссти, Пляэтих целей вцу:реццие полости 30 и 31 уплотнений 28 и 29 подключены соответственно каналами 32 и 33 к каналу 14,35 Демиферцое масло,. попадая изканала 14 в полости 30 и 31, обеспечивает смазку рабочих поверхностей уплотнений 28 и 29, сцжающую их 40 износ, Вместе с тем дем-фернсе масло в полостях 30 и 31 воспринимает давление, дейстующее ца уплотнения 28 и 29 со стороны промывочной жидкости, и в силу своей цесжимаемссти препят ствует растяжению и гидроразрыву указанцгпх уплотнений силами давления промывочной жидкости. Для полного исключения возможности гидрсразрыва диафрагм 28 и 29 в забойном датчике 50 предусмотрены меры, обеспечивающие создание начального давления в полостях 12 и 13 и связанных с ними полостях 30 и 31. Указанное начальное давление можно создавать, например, 55 путем уменьшения объема полости. 12 после залигки капсулы 10 демпферной жидкостью, Пля этого верхняя крьдпка 453 4капсулы 10 снабжается пробкой-илу- жером 34 с фиксцрукппей гайкой 35, ав нижней крьппке капсулы устанавливается подпружиценцыи клапан 36 свходным каналом 37, закрытым заглушкой 38, После заливки капсулы 10демпферцой жидкостью ца место Заглушки 38 вворачивается штуцер, соединенньпл с контрольным манометром, причемуказаньп штуцер снабжается наконечником (толкателем), кстсрьп,нажимаяна шариковый клапан 36, соединяет полость 13 капсулы 10 с манометром.Затем вращением пробки-плунжера 34перемещают ее в сторону плоскости 12,что сопровождается уменьшением объемапоследней и соответствующим ростом давления в гидравлических полостяхи каналах капсулы 10, наблюдаемым поконтрольному манометру. После достижения в капсуле 10 начального давленияпробку 34 фиксируют гайкой 35 От проворачивация и отсоедицяют от капсулы 10 коцтрсльный манометр, после чего клапан 36 возвращается пружиной в исходное положение. Начальное разгрузочное давление во вцутренцеи полости капсулы 10 можно создавать также путем подкачки в цее демпферного масла .через обратный клапан 36, в этом случае для этого требуется источник давления, например ручнаяпомпа (насос). Кроме того, при заправке капсулы 10 демпферцой жидкостьюпредусматриваются меры, исключающиепопадание в демпферцую жидкость воздушных пузырьков и ее насьпцение воздухом, Тем самым, исключается сжрмаемссть лемпферной жидкости и возможность гиврсразрыва диафрагм 28 и 29,Датчик работает следующим образом.При бурении поройы кровли угольного пласта буровой снаряд вместе сзабойным датчиком совершает поступательное движение с практически постоянной скоростью. При этом инерционный элемент 11 находится в среднемисходном положении (фиг. 1), прикотором его кольцевая проточка 25сообщает каналы 26 и 27, давая возможность промывочной жидкости проходить через кольцевые каналы 23и 24 и выходной канал 9 к буровомуснаряду. Осевые колебания инерционного элемента 11, возбуждаемые колебаниями бурового снаряда, сопровождающими процесс разрушения гор.ной породы на. забое скважины, гасятсяза счет сил сопротивления вязкоготрения демпфернсй жидкости, перетекающей из полости 12 В полость 13 и в обратном направлении по каналу 14 через драссельные шайбы 15 дроссельной решетки в процессе колебания 5 инерциа 1 нага элемеета 1 1При переходе бурового снаряда из породы кровли в угольный пласт скорость поступательного перемещения бурового снаряда и соединенного с 1 О ним забойного датчика резко возрастает, вследстьпе чего корпус 5 забойного датчика получает ускорение, При этом инерционный элемент 11 в Нилу инерции стремится сохранить 15 С В О Са т ат 1 Ет. " а Е т; т т Лат ж Е Н И Е . тТ 0 В Ы 3 11- Вееет те 1 еЕвшееее корпуса 5 вниз отно- ситете 0 иеерц 10 неОГО элемента 1 1, Э а прпвсдтег к перемещению коьцеВсй г;ротстки 25 инерцисне:агс эле- К ментаВ верхнее положение (фиг. 2) р при катаром О гесде 1 Нй канал 2 т гидрозатвсра перекрывается инерциопным элементом 11, что вызывает разобщение каналов 2 б и 2725 гидрсзаевора и перекрытие патока пттомывсчнай жидкости в забойном дат" чике, формирующее сигнальный импульс давления, двжущийся с высокой скоростью гто столбу промывочной жид р кости в колонне к поверхностному датчику 2 давления. Выходной сигнал датчика 2 поступает на сигнальное устройстЕс 1, которое подает инфармациоНый (световой звукОВОЙ, Визуалье 0 в наблюдаем и т,п,) сигнал 0 встрече угольного пласта, После подачи сигнала бурение прекращают, буровой снаряд псднк,ают из сква- жИНтЕ, Заасйнмй даТЧИК СОРдИЕяэт С,р двойным колонковым снарядам, предназначенным для отбора керновых проб угля, и производят перебурку угольнога пласта (при перебурке некондиционных угольных пластов и пг.аслоев сплошным забоем без отбора керновых проб данная операция не производится и после встречи угольного пласта бурение может е прекращаться).В процессе перебурки угольного пласта инерционный элементнаходится в своем среднем исходном положении (фиг, 1), обеспечивая проХсжт;ЕЕИЕ ПРаМЫВОЧНай жИДКОСт Па Каналам 23, 24 и 9 к буровому снаряду,При переходе бурового снаряда иэугольного пласта и породу скоростьпоступательного перемегения буровогс снаряда и забойного датчика резкоснижается, вследствие чего корпус 5забойного датчика начинает еВигатьсяс замедлением. При этом В силу инерции элемента 11 корпус 5 перемещаетсявверх относительно последнего, Этоприводит К перемещению кольцевойпроточки 25 инерционногс элемента 11в нижнее положение (фиг. 3), прикотором подводящий канал 2 б гидроэатвора перекрывается инерционным элемейтом 11, чта вызывает разобщениеканалов 2 б и 27 забойного датчика.В результате происходит перекрытиепотока промывочной жидкости в забойЕОЕ Да ГтИКЕ фсВМИРУЮШЕЕ ИМПУЛЬС ДанЕНИН, ВоаттрттиаЕЕЬГЙ датЧЕКОМ 2,ГтГЕВЕВКИМ ВЕев(ацнай СИГНаЛ На СИГЦаЛЬнае остротСтво 1, пиформирующеебурового мастера об скончание перебурки угольного пласта. В пРоЦессе Осевтех колебаний и перемещений инерционного элемента 11 эластичные диафрагмы 28 и 29 перекатываются па поверхности капсулы 10 и инерционного элемента 11 (фиг. 2 и 3) и обеспечивают при этом глухую зациу зазоров между капсулой 10 и инерционным элементом 1 т 1 от попадания в них промывочной жидкости и загрязнений, исключая тем самым вазможность заедания и заклинивания инерционного элемента 11 в капсуле 10, а также вазможность смещения демпферной жидкости в полостях 12 и 13 с ПрОМЫЕВОЧНай жИдКОСтЬЮ. ВМЕСТЕ С тЕМ диафрагмы 28 и 29 защищают демпферную ждкость в сластях 12 и 13 от эагрязнения механическими примесями содержащимися В промывочной жидкости и тем самым исключает возможность засорения дроссельтеых шайб 15 дроссельной решетки указанными примесями.1(роме того диафрагмы 28 и 29 исключают возможность утечки демпферной жидкости из полостей 12 и 13 капсулы О, При этом используемые в предлагаемом сигнализатаре эластичные диафрагменные уплотнения 28 и 29 болеенадежны и долговечны В сравнении с кольцевыми упОтеенеями, поскольку ани обеспечивают глухую защиту зазоров сопряженных деталей забойного датчика и де",Егтферно жидкости и, Вместе с тем их износ протекает менее интенсивно так как рабочие поверхности уптОтнеи. подвергаемые езкосу (конта(тт.рутещ 1 е с капсулой 1 О1154453 ЗС 8 У 3 и инерционным элементом 11), защищены от промывочной жидкости и содержащихся в ней загрязнений и снабженысмазкой через каналы 32 и 33, Крометого, высокая надежность и долговечность используемых диафрагменных уплотнений 28 и 29 обуславливаетсятакже тем, что их механическийизнос не сопровождается потерей герметичности, 10 Предлагаемое техническое решениепозволяет снизить металлоемкость и осевой габарит (длину) забойного датчика сигналиэатора за счет совмещения золотника гидрозатвора с инерционным элементом, а гильзы гидроэатвора - с капсулой забойного датчика и увеличить надежность и долговечность датчика за счет эластичных чулкообразных диафрагменных уплотнений.1154453 РигЗ Составитель И. НазаркИванова Техред Ж.Кастелевич Реда Корректор И Пож Тираж 540 ак одписное илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная п 13035ног ени омитета СССРоткрытийкая наб., д. 4