устройство для определения деформаций стенок скважин

Формула изобретения

1. Устройство для определения деформаций стенок скважин, содержащее центральный стержень, установленные на нем соосно упругие элементы и элемент передачи деформаций, преобразователь линейных перемещений и подключенный к нему блок индикации, размещенный в горной выработке, отличающееся тем, что центральный стержень снабжен головным элементом, на котором одним концом закреплены дополнительные центрирующие пружины и распорные упругие элементы, а элемент передачи деформаций выполнен в виде плоских пружин, расположенных диаметрально противоположно, одни концы которых также закреплены на головном элементе, и параболической пружины, установленной соосно с центральным стержнем с возможностью свободного перемещения вдоль него, концы которой жестко соединены с другими концами плоских пружин.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем преобразователь линейных перемещений выполнен в виде линейки герконов, установленной на центральном стержне, и ленточного магнита, закрепленного одним концом на внутренней поверхности параболической пружины в ее центральной части, а другой конец которого размещен на линейке герконов с возможностью перемещения вдоль нее.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что преобразователь линейных перемещений снабжен упорным кольцом для регулировки его нулевого положения, установленным соосно на центральном стержне с упором на внешнюю поверхность параболической пружины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для дистанционного определения деформаций стенок скважин при оценке напряженно-деформированного состояния массива горных пород.

Известно устройство для измерения деформаций стенок скважин, содержащее корпус, распорные элементы, преобразователь линейных перемещений стенок скважины в электрические колебания посредством размещения в скважине пассивного передающего контура и индуктивно связанного с ним активного приемного контура гетеродина, блок индикации (патент РФ 2023157, кл. Е 21 С 39/00, 1994 г. ). Для данного устройства характерно то, что использование электрических колебаний для определения перемещений стенок скважины не обеспечивает достаточную точность и надежность измерений, особенно при наличии влаги в скважине, изменении минералогического состава пород, повышенной естественной трещиноватости массива и в рудосодержащих породах. Требуется тщательная тарировка устройства и обработка полученной информации.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство для измерения деформаций горных пород, принятое за прототип, содержащее корпус, установочный стержень, упругие элементы, размещенные в корпусе, элементы передачи деформаций, преобразователи линейных перемещений и блок индикации сигнала (авторское свидетельство СССР 1382955, кл. Е 21 С 39/00, 1988). Элементы передачи деформаций в устройстве выполнены в виде четырех пар шарнирно соединенных рычагов, свободные концы пар рычагов шарнирно прикреплены к концам стоек и параллельным этим стойкам пазам противолежащих втулок, благодаря которым деформации стенок скважины передаются на преобразователь перемещений, а стойки закреплены на противоположенных концах установочного стержня и повернуты одна относительно другой на 90^o. Изменение частоты выходного сигнала, преобразователя деформаций фиксируется блоком индикации - частотомером.

Такое устройство для измерения деформаций стенок скважин характеризуется тем, что имеет сложные узлы как в элементах передачи деформаций, так и в преобразователях линейных перемещений, что в целом усложняет конструкцию и вносит погрешность в измерения.

Кроме того, устройство не позволяет производить измерения в сильнодеформирующихся скважинах, например разгрузочных от повышенного горного давления, так как невозможно перемещать его вдоль разрушающейся скважины, а небольшой диапазон преобразования деформаций стенок скважины ограничивает область применения устройства.

Изобретение решает задачу упрощения конструкции устройства и повышения надежности его работы.

Для этого центральный стержень снабжен головным элементом, на котором одним концом закреплены дополнительные центрирующие пружины и распорные упругие элементы, а элемент передачи деформаций выполнен в виде плоских пружин, расположенных диаметрально противоположено, одни концы которых также закреплены на головном элементе, и параболической пружины, установленной соосно с центральным стержнем с возможностью свободного перемещения вдоль него, концы которой жестко соединены с другими концами плоских пружин. Преобразователь линейных перемещений выполнен в виде линейки герконов, установленной на центральном стержне, и ленточного магнита, закрепленного одним концом на внутренней поверхности параболической пружины в ее центральной части, а другой конец которого размещен на линейке герконов с возможностью перемещения вдоль нее. Преобразователь линейных перемещений снабжен упорным кольцом для регулировки его нулевого положения, установленным соосно на центральном стержне с упором на внешнюю поверхность параболической пружины.

Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг.1 показано заявляемое устройство, установленное в скважине, вид сбоку; на фиг.2 - вид устройства со стороны хвостовой части; на фиг.3 - поперечный разрез.

Устройство для определения деформаций скважин содержит центральный стержень 1 с жестко закрепленными на нем головным элементом 2 и хвостовым элементом 3.

Для ориентировки устройства в скважине хвостовой элемент 3 имеет ограненную поверхность. На головном элементе 2 размещены диаметрально противоположно и закреплены под заданным углом к центральному стержню 1 распорные упругие элементы 4 и установленный соосно с ними элемент передачи деформаций, выполненный в виде прямых плоских пружин 5, одними концами закрепленных на головном элементе 2, и параболической пружины 6, жестко соединенной своими концами с другими свободными концами пружин 5. Угол наклона распорных упругих элементов 4 выбирают достаточным для обеспечения надежного раскрепления устройства в скважине, а угол наклона пружин 5 принимают в зависимости от расчетного диаметра скважины. Параболическая пружина 6 имеет по центру отверстие 7 диаметром, несколько большим диаметра центрального стержня 1, и установлена на нем соосно с возможностью свободного перемещения вдоль стержня.

Преобразователь линейных перемещений выполнен в виде линейки герконов 8 и ленточного магнита 9. Герконы 8 установлены в корпусе 10 из диэлектрического материала с шагом, пропорциональным изменению диаметра скважины. Корпус 10 жестко закреплен на стержне 1, а контакты герконов 8 электрически подключены к блоку индикации (не показан), расположенному в горной выработке. Ленточный магнит 9 установлен на немагнитной пластине 11, которая закреплена одним концом на параболической пружине 6 в ее центральной части, а другим концом свободно опирается на корпус 10 с герконами 8 с возможностью перемещения вдоль него. Для центровки устройства в скважине к головному элементу 2 прикреплены одним концом центрирующие пружины 12. На центральный стержень 1 со стороны вогнутой части параболической пружины 6 установлено с трением упорное кольцо 13, которое фиксирует первоначальное положение магнита 9 при нулевом отсчете, соответствующем конструктивно заданной в устройстве величине, равной расчетному диаметру скважины.

При необходимости определения деформаций скважины в двух взаимоперпендикулярных плоскостях может быть использовано аналогичное устройство (не показано) с параболической пружиной, выгнутой в противоположенном направлении, установленное на головном элементе 2 под углом 90^o к основному.

Блок индикации, расположенный в горной выработке, фиксирует последовательность замыкания контактов герконов 8. При этом герконы 8 расположены в корпусе 10 с интервалами, соответствующими долям расчетной величины изменения диаметра скважины в процентном или абсолютном выражении.

Устройство работает следующим образом. В скважине с помощью досылочных штанг, надетых на хвостовой элемент 3 стержня 1, устанавливают устройство в заданной плоскости, в которой необходимо определить деформации ее стенок. При этом прямые пружины 5 элемента передачи деформаций ориентируют в этой плоскости, а с помощью распорных упругих элементов 4 и центрирующих пружин 12 раскрепляют и центрируют устройство в стенках скважины.

Соединительной линией подключают выводы преобразователя линейных перемещений к блоку индикации и по нему проверяют соответствие первоначального фактического диаметра скважины, пробуренной в массиве, величине диаметра устройства, заданной конструктивно. При этом в блоке индикации срабатывает индикатор, связанный с контактами геркона 8, размещенного в первоначальном положении, принятом за нулевое. В случае расхождения этих величин производят корректировку первоначального нулевого отсчета с помощью упорного кольца 13, которое перемещают досылочными штангами по центральному стержню 1. Одновременно с перемещением кольца 13 прогибается пружина 6 и магнит 9 передвигается до ближайшего геркона 8, срабатывающего под действием его магнитного поля. Это положение принимают за нулевой отсчет и фиксируют его в блоке индикации. Досылочные штанги убирают из скважины.

По мере деформирования скважины смещение ее стенок передается через упругие элементы 4 и прямые пружины 5 на параболическую пружину 6, которая, прогибаясь, перемещает ленточный магнит 9 вдоль корпуса 10 с герконами 8. От магнитного поля магнита 9 контакты герконов 8, находящиеся в зоне его действия, срабатывают, что фиксируется блоком индикации. Зная пропорциональную зависимость между смещениями стенок скважины и интервалами установки герконов 8, определяют величину деформации скважины по отношению к ее первоначальному диаметру.

Ленточный магнит 9 удерживает своим магнитным полем все контакты перекрытых им герконов 8 в замкнутом состоянии, сохраняя этим полный объем информации. При необходимости в скважине устанавливают несколько таких устройств для определения деформаций стенок по ее длине.

Применение устройства позволяет повысить надежность определения деформаций скважин, поскольку фиксация смещений стенок скважин производится сразу в линейных единицах измерения, а применение герконов и магнита исключает негативное влияние многих факторов (влага, трещиноватость, состав пород и др.) на конечные результаты. Использование ленточного магнита, кроме того, надежно обеспечивает получение полного объема информации о деформировании скважины за счет срабатывания контактов всех перекрытых им герконов, позволяет исключить многие элементы, значительно упростить конструкцию и за счет этого повысить точность получаемых результатов в широком диапазоне смещений стенок скважины.