устройство для нанесения ориентированной метки на керн

Формула изобретения

1. Устройство для нанесения ориентированной метки на керн, содержащее колонковую трубу с коронкой и переходником, внутри которой размещен с возможностью осевого и углового перемещения стержень-отметчик, оснащенный в нижней части инструментом для образования метки на торцевой поверхности керна, отличающееся тем, что стержень-отметчик подвешен на гибкой нити, имеющей выход к устью скважины, в колонковой трубе установлены стабилизаторы положения стержня-отметчика в виде вкладышей с одинаково ориентированными пазами, ширина которых соответствует диаметру стержня-отметчика, а инструмент для образования метки на торцевой поверхности керна выполнен в виде резца.

2. Устройство для нанесения ориентированной метки на керн по п.1, отличающееся тем, что резец, установленный в нижней части цилиндрического стержня-отметчика, имеет пикообразную форму.

3. Устройство для нанесения ориентированной метки на керн по п.1, отличающееся тем, что резец, установленный в нижней части стержня-отметчика, имеет форму плоского клина, тело стержня-отметчика выполнено в виде совокупности соединенных конусообразным клиновидным перешейком цилиндрических поверхностей разного диаметра с центральной частью в виде двух параллельных граней, образованных на цилиндре с диаметром, равным диаметру верхней части стержня, причем расстояние между гранями равно диаметру нижней цилиндрической части стержня-отметчика, а направление граней совпадает с направлением лезвия плоского клинового резца.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к горному делу и может быть использовано для получения ориентированного керна в наклонных разведочных скважинах.

Известны устройства для получения ориентированного керна-керноскопы КО отбурочного типа (К. М. Кичигин, Г.К. Кармальский, А.А. Бодрых. Малогабаритные приборы для отбора и исследования ориентированного керна. Обзор, ВИЭМС. - М., 1971; Устройство для нанесения ориентированной метки на керн по а.с. СССР N 981575, E 21 B 25/16), содержащие переходных со срезным штифтом, корпус, центратор, отбурочную трубу с коронкой и шарниром, долото, закрепленное на корпусе и выполненное с направляющим отбурочную трубу отверстием, а также регистратор апсидального направления в виде ориентирующего стержня, размещенного в замкнутой полости с раствором электролита. Недостатком этих устройств является невысокая точность из-за трудности получения четкого мениска в регистраторе апсидального направления, особенно в глубоких скважинах, значительные затраты времени на получение образца ориентированного керна, сложность конструкции.

Более надежны устройства, в которых вместо недостаточно точного регистратора апсидального направления в виде стержня в полости с электролитом используется ориентирование отметчика (узла для образования метки на торцевой поверхности керна) в апсидальной плоскости по принципу отвеса. Наиболее близким по технической сущности является известное устройство для нанесения ориентированной метки на керн - керноскоп КС-57 (Е.А. Козловский. Новая техника и технология разведочного бурения. - М.: Недра, 1972, с. 160-162, рис. 40), включающее колонковую трубу с коронкой и переходником, внутри которой на шарнире с возможностью осевого и углового перемещения размещены стержень-отметчик (штанга-отвес, оснащенная внизу инструментом для образования метки на торцевой поверхности керна), устройство для расфиксирования штанги-отвеса и передачи вращения ей или колонковой трубе с коронкой.

Основным недостатком этого устройства является невысокая точность нанесения метки на керне в связи с тем, что при вращении штанги-отвеса со сверлом из-за отсутствия стабилизации его положения может происходить неуправляемое смещение сверла от апсидальной плоскости, что особенно сказывается в твердых породах. Кроме того, при использовании керноскопа КС-57 бурение для отбора ориентированного образца происходит при нахождении устройства для нанесения метки внутри колонкого снаряда, что может привести к повреждению его; к тому же бурение идет на непроизводительных заниженных технологических режимах.

Общим недостатком устройств отбурочного типа является получение точечной (единственной) метки на керне, что при исследовании его на поверхности не позволяет точно провести апсидальное направление.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности нанесения метки на торцевой поверхности керна и качества ориентирования его, что должно обеспечить более высокую достоверность кернометрических исследований. Это достигается тем, что в устройстве для нанесения ориентированной метки на керн, содержащем колонковую трубу с коронкой и переходником, внутри которой с возможностью осевого и углового перемещения размещен стержень-отметчик, оснащенный в нижней части инструментом для образования метки на торцевой поверхности керна, стержень-отметчик подвешен с возможностью углового и осевого возвратно-поступательного перемещения на гибкой нити (тонкий трос, провод и т.п.), имеющий выход к устью скважины, в колонковой трубе установлены стабилизаторы положения стержня-отметчика в виде вкладышей с одинаково ориентированными пазами, ширина которых соответствует диаметру стержня-отметчика, а инструмент для образования метки на торцевой поверхности керна выполнен в виде резца. Благодаря тому, что стержень-отметчик подвешен на гибкой нити с выходом ее на поверхность, обеспечивается возможность нанесения меток резцом на торцевой поверхности керна ударами стержня-отметчика о забой путем приподнимания и резкого опускания его, что, в отличие от вращательного способа нанесения меток, позволяет более точно расположить их в апсидальной плоскости, применение же стабилизаторов положения стержня-отметчика в виде вкладышей с пазами гарантирует в процессе нанесения ударов расположение меток в апсидальной плоскости.

При использовании цилиндрического стержня-отметчика резец имеет пикообразную форму, от ударов которым о забой на торцевой поверхности керна образуются точечные метки. В этом случае при исследовании образца ориентированного керна апсидальное направление проводится через точечную отметку и геометрический центр торцевой поверхности керна, определение которого в реальных условиях (из-за несоблюдения абсолютно правильной цилиндрической формы столбика керна) затруднено.

Поскольку через точечную метку трудно точно провести апсидальное направление, поставленная задача дальнейшего повышения качества ориентирования керна достигается тем, что резцу придается форма плоского клина с лезвием, длина которого равна диаметру стержня-отметчика в нижней его части, тело стрежня-отметчика выполнено в виде совокупности соединенных конусообразным клиновидным перешейком цилиндрических поверхностей разного диаметра с центральной частью в виде двух параллельных граней, образованных на цилиндре с диаметром, равным диаметру верхней части стержня, причем расстояние между гранями равно диаметру нижней цилиндрической части стержня, а направление граней совпадает с направлением лезвия плоского клинового резца.

Благодаря такому исполнению резца и стержня на торцевой поверхности керна получается метка в виде линии, являющейся апсидальным направлением, что позволяет резко повысить качество ориентирования керна и достоверность определения элементов залегания горных пород.

Предлагаемое устройство для нанесения ориентированной метки на керн представлено на фиг. 1 - 3, где изображено:

фиг. 1 - общий вид устройства (1а - продольный разрез и 1б - сечение А-А),

фиг. 2 - стержень-отметчик круглого сечения с пикообразным резцом,

фиг. 3 - стержень-отметчик переменного сечения с плоским клиновым резцом;

3,а - вид сбоку; 3,б - вид на грань; 3,в - вид снизу; 3,г - сечение А-А; 3,д - сечение В-В; 3,е - сечение С-С.

Устройство для нанесения ориентированной метки на керн состоит (фиг. 1) из колонковой трубы (например, в виде двух секций 1 и 2) с коронкой 3 и переходником 4, внутри которой установлены вкладыши 5 с радиально ориентированными пазами. Стержень-отметчик 6 подвешен на гибкой нити 7, выходящей на поверхность внутри бурильных труб 8. Вкладыши 5 закреплены в трубе один над другим и одинаково ориентированы, т.е. каждый паз нижнего вкладыша находится точно под пазом верхнего вкладыша. Стержень-отметчик 6 круглого сечения оснащен пикообразным резцом (например, из твердого сплава). Стержень-отметчик переменного сечения оснащен плоским клиновым резцом; длина лезвия последнего равна диаметру стержня в его нижней части. Тело стержня-отметчика переменного сечения представляет собой совокупность соединенных конусообразным клиновидным перешейком цилиндрических поверхностей разного диаметра: большего - в верхней части (сеч. А-А), меньшего - в нижней части (сеч. С-С) с центральной частью в виде двух параллельных граней (сеч. В-В), образованных на цилиндре большего диаметра, причем расстояние между гранями равно диаметру нижней части стержня. Направление граней совпадает с направлением лезвия плоского клинового резца.

Работает устройство следующим образом.

После выравнивания забоя в скважину опускается на бурильных трубах устройство в составе колонковых труб 1, 2, коронки 3, переходника 4 и вкладышей 5. После достижения забоя устройство приподнимается на 5-10 см и в него внутри бурильных труб 8 опускается на гибкой нити 7 стержень-отметчик 6. Под действием силы тяжести стержень-отметчик в наклонной скважине занимает положение на лежачной стенке колонковой трубы, опираясь резцом на вкладыш 5. Приподнимая и опуская стержень-отметчик на 5-15 см при одновременном плавном проворачивании вручную бурильных труб выводят один из пазов в апсидальную плоскость. Это положение отмечается провалом цилиндрического стержня-отметчика в паз и опусканием его до забоя, что легко фиксируется на поверхности. Затем стержень-отметчик приподнимают (не выводя из пазов) и резко опускают несколько раз для получения на забое четкой метки. Пазы стабилизируют положение стержня при нанесении им ударов по забою, исключая отклонение стержня от апсидальной плоскости. Количество ударов и высота подъема зависят от твердости и состояния забоя.

После образования метки стержень-отметчик извлекают из скважины и производят отбор ориентированного керна путем обычного бурения. Для заклинивания и срыва керна желательно применять кернорватель (не показан).

При необходимости более высокого качества ориентирования керна используется стержень-отметчик переменного сечения с плоским клиновым резцом. В этом случае последовательность операций та же. Отличие заключается в том, что стержень-отметчик, попадая в верхний паз при совпадении последнего с апсидальной плоскостью, может с первого раза не пройти через нижний паз к забою. Чтобы стержень-отметчик прошел через нижний паз к забою, его следует слегка приподнять, не выводя из верхнего паза, и опустить. Благодаря наличию конусообразного клиновидного перешейка в месте сочленения нижнего цилиндрического участка меньшего диаметра с основным участком стержня-отметчика, оснащенного гранями, стержень-отметчик развернется вокруг своей вертикальной оси, войдет в нижний паз и далее пройдет к забою. При этом лезвие плоского клинового резца совпадет с направлением паза и, соответственно, с апсидальной плоскостью. При поднимании стержня-отметчика без вывода его из нижнего паза и резком опускания его вниз на забое образуется метка в виде линии, которая является апсидальной линией.