Способ установки датчика напряжений в скважину

союз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 Ц 5 Е 2 САНИЕ ИЗОБРЕТ АТЕНТУ явля обус ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Грицко Г,И. и Кулаков Г.И, Измерениенапряжений в горных породах фотоупругими датчиками. Новосибирск. Наука, 1978,стр. 113-118,Авторское свидетельство СССРМ 866189, кл. Е 21 С 39/00, 1980,Изобретение относится к горному делу и может найти. применение для установки устройств в скважинах и трубах. Может быть использовано при измерении напряжений в горных породах фотоупругими датчиками.Известен способ установки датчика напряжений, в котором раздельно засылают в скважину деревянную пробку и датчик с клеем. Центрирование датчика осуществляют при помощи установочной штанги, а подачу клея в зазор производят прижатием датчикак деревянной пробке.Недостатком способа является низкая точность установки датчика. При этом под точностью установки датчика понимается степень соответствия реальной установки датчика к теоретической, принятой при пе-, реводе показаний датчика в напряжения. Укаэанный недостаток обусловлен тем, что подача клея в зазор между датчиком и стенЖ 1779279 АЗ(54) СПОСОБ УСТАНОВКИ ДАТЧИКА НАПРЯЖЕНИЙ В СКВАЖИНУ(57) Использование; в горном деле для установки датчика в скважинах и трубах. Сущность изобретения: при установке датчика осуществляют совместную засыпку эжектора с клеем и датчика в скважину на необходимую глубину, Клей выдавливают при перемещении датчика относительно штока зжектора в зазор между датчиком и стенкой скважины. Клей подают дозированно. Количество клея в дозе равно обьему зазора между датчиком и стенкой скважины при перемещении на единицу длины, Происходит центрирование датчика,4 ил. кой скважины осуществляется за счет потока клея в зазоре. При этом из-за низкой точности центрирования датчика образуется неравномерный поток клея из-эа разного сопротивления узкой и широкой части зазора. Со стороны широкой части зазора из-за низкого сопротивления проходит избыточное количество клея, затекающее на измерительную поверхность датчика. Со стороны зауженной части зазора клей не может проникнуть в зазор иэ-за высокого сопротивления и образуются непроклеенные участка на контакте датчика со стенкой скважины, При затекании клея на рабочую поверхность датчика невозможно снять с него показания, а при образовании непроклеенных участков искажается работа датчика. Кроме того, недостатком спосо ся высокая трудоемкость, котораловлена необходимостью раздельной доставки деревянной пробки и датчика с клеем, сложностью монтажа бумажногостаканчика с клеем на датчике,Известен способ установки датчика напряжений, в котором осуществляют совместную засылку датчика и эжектора с клеем вскважину, центрирование с помощью центрирующей штанги, выдавливание клея через отверстия в днище эжектора и подачуего в зазор между датчиком и стенкой скважины посредством смещения датчика относительно штока эжектора, спертого назабой скважины..В этом способеснижается трудоемкость установки, т.к, отпадает необходимость монтажа конструкции, Однаковыдавливание клея через отверстия в днище эжектора не гарантирует полного заполнения зазора клеем, т.к. подача клеяосуществляется также за счет потока клея,Известен способ установки датчика напряжений, в котором осуществляют совместную засылку эжектора с клеем и датчикана необходимую глубину, подачу клея черезотверстия в стенке эжектора в зазор междудатчиком и стенкой скважины, посредством,смещения датчика относительно штокаэжектора и центрирование.В этом способе решена задача произвольного вытекания клея, однако недостатком способа остается низкая точностьустановки датчика. Указанный недостатокобусловлен тем, что,несмотря на равенствообъемов эжектора и зазора между датчикоми стенкой скважины, подача клея осуществляется также за счет потока клея в зазоре,При этом также происходит затекание клеяна рабочую поверхность датчика, образование непроклеенных участков, Кроме того,способ не устраняет влияния больших каверн на показания датчика.Целью изобретения является повышение точности установки датчика,Указанная цель достигается тем, что вспособе установки датчика напряжений вскважину, включающем совместную засылку эжектора с клеем и датчика на необходимую глубину, подачу клея в зазор междудатчиком и стенкой скважины путем выдавливания клея при перемещении датчика относительно штока эжектора ицентрирование, согласно изобретению,подачу клея осуществляют дозированно,при этом количество клея в дозе равно объему зазора между датчиком и стенкой скважины при перемещении на единицу длины.При таком размере дозы подача клея взазор будет осуществляться не за счет потока клея в зазоре, а за счет вползания датчи 45 50 55 5 102025303540 ка в образующееся при выдавливании из эжектора кольцо клея, При этом уже выдавленный клей в зазоре не оказывает сопротивление дальнейшему выдавливанию клея из эжектора. Облегчение выдавливания вязкого клея из эжектора позволяет уменьшить величину зазора между датчиком и стенкой скважины и, тем самым, уменьшить влияние слоя клея на показания датчика, Кроме того, такая подача клея в зазор при наличии вскважине больших каверн, приводит к образованию непроклеенных участков на контакте датчика со стенкой скважины (пустот). Эти пустоты вызывают определенные изменения в оптической картине датчика, что служит сигналом о пригодности установки датчика. При избыточном количестве выдавленного из эжектора клея как это имеет место в прототипе), при перемещении датчика на единицу длины, происходит заполнение каверн клеем. В этом случае непроклеенного участка между датчиком и стенкой скважины не будет и также не будет сигнала о наличии каверны.Согласно теории метода измерения напряжений фотоупругими датчиками, необходимо учитывать упругие свойства горных пород, окружающих датчик. Неучет этих свойств может привести к тому, что датчикпокажет не напряжения, действующие в массиве, а его деформацию или какую-то неопределенную величину между деформациями и напряжениями. При заполнении больших каверн клеем свойства массива,окружающего датчик, изменяются, а поскольку форма и размеры каверны неизвестны, то и учесть свойства массива при обработке результатов показаний датчика не предоставляется возможным, Наличиеконтроля за установкой датчика путем анализа искажения показаний датчика повышает точность установки датчика. Дозированная подача клея, когда количество клея в дозе равно объему зазора между датчиком и стенкой скважины при перемещении на единицу длины, позволяет центрировать датчик путем выдавливания клея, Центрирование датчика в скважине осуществляется следующим образом.До тех пар, пока отверстия в стенке эжектора не перекрыты слоем клея, силы, смещающие датчик, не появляются. Если в некоторый момент времени датчик смещен относительно центра скважины, то при равномерном выдавливании клея по периметру эжектора со стороны зауженной части зазора между датчиком и стенкой скважины, отверстия в стенке эжектора будут перекрыты выдавленным объемом клея. При этом на27 Е1Ь ез отвер- тверстия упругой либлизи точки тимая вели- а не превымм;датчика до г(15 м),в 10,з выходе отверстий появляются силы, выводящие эжектор с датчиком к центру скважины. Такое центрирование происходит только в случае, когда количество клея в дозе равно обьему зазора между датчиком и стенкой скважины при перемещении на единицу длины, При избытке выдавленного клея на единицу длины смещения датчика, открытия отверстий в расширенной части зазора не происходит и в этом случае равнодействующая сил, стремящихся вернуть датчик к центру скважины, будет равна нулю и не будет происходить смещения датчика к центру скважины.Для доказательства центрирования датчика в скважине путем выдавливания клея проведем расчет баланса сил, действующих на датчик для конкретного примера осуществления способа, Силы, отклоняющие датчик от центра скважины (центробежные):Р - эа счет изгибной жесткости става досылочных штанг, возникающей при отклонении точки упора штока эжектора от центра забоя скважины, Н;р - составляющая приложенной к штоку эжектора силы при выдавливании клея, действующая перпендикулярно оси скважины.Рц - сила, выводящая датчик к центру скважины (центростремительная),Оценку величины силы Р проведем по формулам для стержня, закрепленного шарнирно с точкой приложения силы в месте расположения датчика фиг,2, Выражение для величины Р имеет вид; где Е - модуль Юта материала стержня (досылочных штанг), н/м 2;- момент инерции досылочных штанг, 4 1 - максимальный прогиб нии, т.к. датчик расположен в максимального прогиба, а допус чина отклонения штока эжектор шает 1,5 мм, то принимаем 1,5 Ь - длина става штанг от забоя скважины (9 м);- общая длина става штан Выражение дляимеет видВеличину р рассчитываем по правилупараллелограмма (фиг.З) где 0 - сила, прилагаемая к досылочнойштанге для выдавливания клея (гн);20 Ь - расстояние от датчика до забоя, м;д - максимальное отклонение штокаэжектора от центра скважины 25 р С =2=22 10 Н0,001 - 4Ь 9 Центростремительную силу определимна основе решения гидродинамической задачи о вытекании жидкости в зазор между плоским диском и плоскостью (фиг,4), уподобив ее вытеканию клея из эжектора при перекрытии отверстия со стороны зауженной части зазора между датчиком и стенкой скважины, Давление клея в зазоре опреде лим по формуле; Огде г - радиус координата плоского диска;Во - радиус диска (вычислен исходя иэплощади между отверстиями в стенке эжектора) 10 мм;50 - расход жидкости (клея) черстив радиусом го (равен радиусу ов стенке эжектора);Ь - величина зазора (принята равнойвеличине зазора между датчиком и стенкой 0 скважины 1,5 мм);р - динамическая вязкость жидкости.Величину О определим из решения гидродинамической задачи о вытекании жидкости через круглое отверстие в тонкой стенкепо формуле:а =,ф "ф "Л = 50,6 7,51 О 4Р ф )5где и - коэффициент расхода жидкости через отверстие в тонкой стенке,го - радиус отверстия в стенке зжектора;Р - сила, приложенная к штоку эжектора;р- радиус эжектора.Р -и 6 310 3 1,36 1 10 г 1,5 з,10 и 75,10 5,9 З 1 ОанГ гПолученная величина много больше величины давления клея в эжекторе ( =1,5 10 н/м ), следовательно па=,Удением давления клея в зауженной части зазора между датчиком и стенкой скважины при приложении к штоку усилия 2 н можно пренебречь.Величину центростремительной силы вычислим по формулеЕц-лй, - = 10 10 1,5 10 =а,т не, г, - 6 4ЛРгРасчеты показали, что величина центростремительной силы на несколько порядков превышает величину центробежных сил, При этом оценка центробежных сил проводилась ео стороны максимальных значений, а центростремительной - со стороны минимальных значений. Центрирование датчика путем выдавливания клея можно считать доказанным,На фиг.1 показано устройство для осуществления способа; на фиг.2-4- схемы для иллюстрации расчетов.Устройство содержит эжектор 1, заполненный клеем 2, состоящий из корпуса 3, штока 4 с поршнем 5, штуцера 6 с отверстиями 7, датчик 8, состоящий из металлической обоймы 9 и фотоупругого Элемента 10, досылочную штангу 11. Скважина обозначена поз.12.Способ осуществляется следующим образом. Датчик 8 с эжектором 1, заполненным клеемся с помощью досылочных штанг 11 засылают в скважину 12, При упоре штока 4 эжектора 1 в забой скважины 12 дальнейшее перемещение датчика по скважине 12 осуществляют с одновременным смещением его относительно штока 4. Такое перемещение датчика 8 сопровождается выдавливанием клея 2 из эжектора 1 через отверстия 7 в штуцере 6 с одновременной его подачей в зазор между датчиком 8 и стенкой скважины 12. При выдавливанииобъема клея 2 из эжектора 1 на единицудлины перемещения датчика 8, равного объему зазора, образованного при этом пере 5 мещения, происходит центрированиедатчика в скважине 12 за счет сил сопротивления выдавливанию клея 2 и подача его взазор между датчиком 8 и стенкой скважины12. Такое центрирование датчика 8 в сква 10 жине 12 и подача клея 2 в зазор междудатчиком 8 и стенкой скважины 12 повышает точность установки датчика,Конкретный пример осуществленияспособа,15 Из выработки, расположенной на глубине 990 м, пробурена вертикально восстающая скважина 12 глубиной 15 м и диаметром56 мм. Требуется измерить изменение напряжений при подходе очистных работ в20 рудном массиве в окрестности скважины 12на глубине 6 м. Имеется фотоупругий датчик8, металлическая обойма 9 которого имеетвнешний диаметр 54,5 мм. Для осуществления выдавливания клея 2 из эжектора 1 в25 количестве равном объему зазора, образованному на единицу длины перемещениядатчика, выбирают эжектор 1 в зависимостиот диаметра скважины 12, внутренний диаметр которого определен из соотношения:30 О= О скв- О дат=56 - 54,5 13 ммг г ггде Оскв - диаметр скважины;Одат - диаметр эжектораНаращивать шток 4 эжектора 1 досылочными штангами (на чертеже не показа 35 ны) до длины Ь - 15-6 - 9 м, заполняютэжектор 1 клеем 2 и сочленяют его с датчиком 8, Для установки датчика 8 в качествеклея 2 используют цементно-песчануюсмесь (бетон) из цемента марки 500 - 600 и40 песка с размером зерен до 1 мм в соотношении 1:1. Необходимую вязкость цементного раствора определяют путем испытанияприготовленных растворов различного водоцементного соотношения на усилие его45 выдавливания из эжектора 1. Величину усилия, прикладываемого к штоку 4 эжектора 1при выдавливании клея 2 устанавливаютопытным путем в пределах 10 - 20 кг, С помощью досылочных штанг 11 засылают дат 50 чик 8 на глубину 6 м.и приложением усилия10-20 кг выдавливают клей 2 из эжектора 1,При использовании в качестве клея 2 цементного раствора, через 30-40 мин после еговыдавливания извлекают досылочные штан 55 ги 11 из скважины 12. Для проверки возможности снятия показаний с датчика 8 вискривленной скважине, датчик 8 освещаютголовным светильником. Если свет от головного светильника отражается с большейполовины поверхности датчика 8, то установка считается пригодной для измерения напряжений. Если свет не отражается с поверхности датчика 8, то производят повторную установку датчика на меньшую глубину, По окончании наблюдений производят из влечение датчика 8 из скважины следующим образом: досылочные штанги сочленяют посредством резьбы с обоймой 9 датчика 8, которые в свою очередь, соединяют с гидравлическим прибором типа ДГА (на черте же не показан) и с его помощью извлекают устройство из скважины 12. Производят разборку эжектора 1 и зачистку его от остатков клея 2, таким образом производят подготовку для повторной установки 15 устройства. Скважина, после извлечения устройства пригодна для проведения в ней ультразвуковых измерений, установки деформометров,глубинных реперов.Формула изобретения Способ установки датЧика напряжений в скважину, включающий совместную засыпку эжектора с клеем и датчика на необходимую глубину, подачу клея в зазор между датчиком и стенкой скважины путем выдавливания клея при перемещении датчика относительно штока эжектора и центрирование, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности установки датчика, подачу клея осуществляют дозированно, при этом количество клея в дозе равно объему зазора между датчиком и стенкой скважины при перемещении не единицу длины.1779279 едакто аказ 4205 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно г. Л оставитель С.Шаталовехред М.Моргентал Корректор В,Муска ельский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1