способ бурения и исследования физико-механических свойств грунта

Формула изобретения

Способ бурения и исследования физико-механических свойств грунта, включающий опускание в скважину и осевую подачу бурового снаряда с породоразрушающим инструментом и измерительным зондом, задавливание измерительного зонда с опережением по отношению к породоразрушающему инструменту, передачу и регистрацию информации о физико-механических свойствах грунта, разрушение грунта, отличающийся тем, что операции задавливания измерительного зонда, передачи и регистрации информации о свойствах грунта и операцию разрушения грунта осуществляют одновременно, величину опережения устанавливают постоянной, а задавливание измерительного зонда осуществляют осевым усилием от вращающегося бурового снаряда.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геологическим исследованиям и касается способов, обеспечивающих получение непрерывной по глубине информации о физико-механических свойствах грунтов в процессе проходки скважины.

Известен способ бурения и исследования физико-механических свойств грунта путем задавливания измерительного зонда в грунт вместе с колонной штанг, при этом измерительный зонд погружают в грунт вместе в колонной штанг, вдавливание и извлечение колонны штанг с зондом осуществляют по команде с пульта управления [1]

При исследовании этим способом тратится много времени на выполнение спуско-подъемных операций и закрепление пенетрационного узла, что снижает его производительность. Кроме того, этот способ не предусматривает наряду с операциями исследования операции бурения.

Наиболее близким из известных является способ бурения и исследования физико-механических свойств грунта, включающий опускание в скважину и осевую подачу бурового снаряда с породоразрушающим инструментом и измерительным зондом, задавливание измерительного зонда с опережением по отношению к породоразрушающему инструменту, передачу и регистрацию информации о физико-механических свойствах грунта, разрушение грунта [2]

При использовании данного способа нет необходимости при каждом цикле проводить спуск и подъем, что уменьшает в целом время исследования грунта.

В то же время в этом способе режим бурения предусмотрен только после отключения механизма задавливания зонда и устройства непрерывной передачи и регистрации информации. Бурение осуществляют на глубину последнего зондирования, после чего погружают зонд в грунт. Таким образом, в известном способе невозможно осуществлять одновременно процессы бурения и исследования, что снижает производительность способа и сужает его функциональные возможности.

Задача изобретения состоит в создании способа бурения и исследования физико-механических свойств грунта, позволяющего получать оперативную информацию о физико-механических свойствах грунта непосредственно в процессе бурения.

Поставленная задача решается тем, что в способе бурения и исследования физико-механических свойств грунта, включающем опускание в скважину и осевую подачу бурового снаряда с породоразрушающим инструментом и измерительным зондом, задавливание измерительного зонда с опережением по отношению к породоразрушающему инструменту, передачу и регистрацию информации о физико-механических свойствах грунта, разрушение грунта, согласно изобретению операции задавливания измерительного зонда, передачи и регистрации информации о физико-механических свойствах грунта и операцию разрушения грунта осуществляют одновременно, величину опережения устанавливают постоянной, а задавливание измерительного зонда осуществляют осевым усилием от вращающегося бурового снаряда.

Такой способ позволяет совместить процессы бурения и зондирования скважины, исключить затраты времени на переход от одного режима к другому и получить достоверную информацию о физико-механических свойствах грунта по глубине с последующей обработкой на вычислительной машине.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 изображен снаряд для бурения и зондирования грунтов, являющийся примером реализации способа; на фиг.2 узел А на фиг.1.

Снаряд для реализации способа содержит буровой снаряд 1, состоящий из двух внутренних концентричных труб 2 и 3 и наружной трубы 4. На нижнем конце колонны труб закреплен породоразрушающий инструмент 5 в виде коронки. Во внутренней трубе 3 размещен измерительный зонд 6, установленный с помощью подшипникового узла 7, обеспечивающего передачу осевого усилия от вращающегося бурового снаряда 1 и исключающего вращение зонда 6, как в процессе бурения, так и при расходке снаряда. В полости зонда 6 размещен автономный электронный блок (на чертеже не показан), который обеспечивает измерение механических свойств грунта (лобовое сопротивление и боковое трение), синхронизацию по глубине вдавливания зонда, передачу и регистрацию информации в оперативное запоминающее устройство, находящееся в полости зонда. Синхронизацию по глубине осуществляют с поверхности по радиоканалу. Измерительный зонд 6 устанавливают с постоянной величиной опережения h по отношению к торцу породоразрушающего инструмента 5, что обеспечивается, например, за счет осевой фиксации зонда 6 относительно комплекта концентричных труб 2, 3, 4.

В данном примере выполнения снаряда, реализующего способ, между внутренними трубами 2 и 3 образован кольцевой керноотводящий канал 8, переходящий в центральный канал 9, а между внутренней трубой 2 и наружной трубой 4 межтрубный канал 10 для подачи промывочной жидкости.

Способ осуществляется следующим образом.

Буровой снаряд 1 опускают в скважину вместе с породоразрушающим инструментом 5 и измерительным зондом 6, осуществляя осевую подачу, до упора породоразрушающего инструмента 5 в грунт. При этом имеет место погружение измерительного зонда 6 на величину h выступающей по отношению к породоразрушающему инструменту части. В данном примере выполнения величина опережения установлена предварительно перед началом бурения и определяется осевой фиксацией измерительного зонда 6 относительно корпуса (комплекта концентричных труб 2, 3, 4). Затем включают вращение бурового снаряда 1, при этом вращение передается через колонну труб только породоразрушающему инструменту 5, а измерительному зонду 6 благодаря наличию подшипникового узла 7 перемещается не крутящий момент, а только осевое усилие. Таким образом, осуществляют одновременное и постоянное в процессе бурения задавливание зонда осевым усилием от вращающегося бурового снаряда 1, передачу и регистрацию информации о физико-механических свойствах грунта в оперативное запоминающее устройство, находящееся в полости зонда 6. При этом синхронизацию по глубине осуществляют с поверхности по радиоканалу.

В процессе бурения грунт разрушают породоразрушающим инструментом 5, направляют его в кольцевой керноотводящий канал 8. Через межтрубный канал 10 подают промывочную жидкость от источника давления и разрушенный породный материала обратным потоком промывочной жидкости направляют в центральный канал 19, переходник 11 двойной бурильной колонный и далее на поверхность.

Описываемый способ за счет получения быстрой и истинной информации о свойствах грунта непосредственно в процессе бурения найдет широкое применение при бурение скважин самого различного назначения.