SU1113528A1

SU1113528A1 - Indicator of coal seam impact in course of drilling

Info

Publication number: SU1113528A1
Application number: SU833567367A
Authority: SU
Inventors: Борис Семенович Лобанов
Original assignee: Lobanov Boris S
Priority date: 1983-03-24
Filing date: 1983-03-24
Publication date: 1984-09-15

Abstract

СИГНАЛИЗАТОР ВСТРЕЧИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ, включающий забойный датчик с по,лым корпусом, внутренней герметичной капсулой, содержащей подпружиненный инерционный элемент, сменные регулировочные гру.эы к нему и поритевой демпфер с каналом, демпферной жидкостью и дросселем, а также нилиндроконическим гидрозатвором, жестко соединенным с инерционным элементом посредством нгтока, отличающийс тем, что, с целью расширени функциональных возможностей забойного да 1чика за счет гтолучени сигналов о границе перехода уго.льного пласта в породу , а также снижени его габарита и металлоемкости за счет совмещени гидравлического демпфера колебаний с инерционным элементом, гидрозатвор забойногп датчика выполнен Б виде гильзы, снабженной золотником с кольцевой проточкой и суфлерным каналом, а гильза соедине га с капсулой , при этом в гильзе выполнены подвод щие и отвод щие каналы с возможностью взаимодействи с кольцевой проточкой золотника, поршень дем11фера совмещен с инерционным элементом, в котором выполнен сквозной канал с дросселем, при| (Л чем демпферна жидкость размещена в капсуле по обе стороны инерционного эле-мента .SIGNALING DEVICE MEETING OF COAL SEAMS IN DRILLING comprising a downhole sensor by, lym housing interior sealed capsule containing a spring-loaded absorbing element, removable adjusting gru.ey thereto and poritevoy damper with a channel and a throttle damper fluid, and the hydraulic lock nilindrokonicheskim rigidly connected to an inertial element by means of an inert gas, characterized in that, in order to expand the functionality of the bottomhole and 1 person by obtaining signals about the transition boundary, rock formation, as well as reducing its size and metal content by combining the hydraulic vibration damper with the inertial element, the hydraulic lock of the bottomhole sensor is designed as a sleeve equipped with a spool with an annular groove and a prompting channel, and the sleeve is connected to the capsule, while in the sleeve The inlet and outlet channels are made with the possibility of interaction with the annular groove of the slide, the piston of the demfer is aligned with the inertial element, in which the through channel with the throttle is made, with | (How is the damper fluid placed in the capsule on both sides of the inertia element?

Description

Изобретение относитс к горному делу, а ймеенно к сигнализаторам встречи угольных пластов в процессе бурени скважин, и может быть использовано при геологоразредочных работах на угольных месторождени х .The invention relates to mining, and is useful to signaling the encounters of coal seams during the drilling of wells, and can be used during geological and rare work on coal deposits.

Известны сигнализаторы встречи уголь ных пластов, основанные на поверхностном контроле механических параметров бурений (скорости проходки, осевой нагрузки, крут щего момента на приводе буровой колонны и т. п.) {I.Known encounters of coal seams are known, based on the surface control of mechanical parameters of drilling (penetration rates, axial load, torque on the drill string drive, etc.) {I.

Данные сигнализаторы недостаточно эффективны при встрече угольных пластов на больших глубинах в св зи с большим запаздыванием информационного сигнала о встрече угольного пласта, передаваемого с забо по колонне бурильных труб. Это приводит к частичному или полному пропуску угольных пластов, а в конечном итоге-к снижению качества кернового опробовани угольных месторождений и значительным затратам, св занным с дополнительным опробованием пропущенных пластов .These signaling devices are not sufficiently effective when coal seams meet at great depths due to a large delay in the information signal of a coal seam meeting transmitted from the bottom of the drill pipe. This leads to partial or complete skipping of coal seams, and ultimately to a decrease in the quality of core sampling of coal deposits and significant costs associated with additional testing of leaked seams.

Наиболее близким техническим решением к изобретению вл етс сигнализатор встречи угольных плatтoв, включающий забойный датчик с полым корпусом, внутренней герметичной капсулой, содержащей подпружиненный инерционный элемент, сменные регулировочные грузы к нему и поршневой демпфер с каналом, демпферной жидкостью и дросселем, а также цилиндроконическим гидрозатвором, жестко соединенным с инерционным элементом посредством штока 2J.The closest technical solution to the invention is a signaling device for meeting coal plates, including a bottomhole sensor with a hollow body, an internal sealed capsule containing a spring-loaded inertia element, replaceable adjusting weights for it and a piston damper with a channel, a damper fluid and a throttle, as well as a cylinder-hydraulic hydraulic lock, rigidly connected to the inertial element by means of a rod 2J.

В этом сигнализаторе забойный датчик имееет сравнительно сложную конструкцию, большую металлоемкость и большую длину . Кроме того, данный сигнализатор формирует сигнал только о встрече угольного пласта и не позвол ет вырабатывать информационный сигнал о переходе бурового снар да из угольного пласта в породу, что снижает функциональные возможности сигнализатора . Отсутствие возможности подачи указанного сигнала не позвол ет с достаточной точностью определ ть в процессе бурени мощность перебуриваемого угольного пласта или просло и не дает возможности своевременно прекращать бурение при переходе бурового снар да из угольногопласта в породу, что приводит к истиранию отобранной снар дом угольной пробы при ее контакте с забоем в процессе вращени снар да и, в конечном итоге, искажениюрезультатов кернового опробовани угольных пластов.In this alarm, the downhole sensor has a relatively complex structure, a large metal content and a great length. In addition, this signaling device generates a signal only about the meeting of the coal seam and does not allow generating an information signal about the transition of the drill string from the coal seam to the rock, which reduces the functionality of the signaling device. The inability to supply this signal does not allow determining with sufficient accuracy the power of the drilled coal seam or interbed during drilling, and does not allow timely stopping of drilling when the drill passes from coal to rock, which leads to abrasion of the coal sample taken at contact with the face during rotation of the projectile and, ultimately, distorting the results of core sampling of coal seams.

Целью изобретени вл етс снижение металлоемкости и габарита забойного датчнка сигнализатора за счет совмещени гид равлического демпфера колебаний с инерционным элементом, а такжее расширениеThe aim of the invention is to reduce the metal intensity and size of the downhole sensor of the detector by combining the hydraulic vibration damper with the inertial element, as well as the expansion

функциональных возможностей забоАнОго датчика за счет получени сигналов о границе перехода угольного пласта в породу.functionality of the transducer by receiving signals about the boundary of the coal seam transition into the rock.

Поставленна цель достигаетс тем, что 5 в сигнализаторе встречи угольных пластов в процессе буренн , включающем забойный датчик с полым корпусом, внутренне герметичной капсулой, содержащей подпружиненный инерционный элемент, сменные регулировочные грузы к нему и поршневойThe goal is achieved by the fact that 5 in the coal seam signaling device in the process of drilling, including a downhole sensor with a hollow body, an internally sealed capsule containing a spring-loaded inertia element, interchangeable adjustment weights to it and a piston

демпфер с каналом, де мпферной жидкостью и дросселем, а также цилиндрОконнческим гидрозатвором, жестко соединенным с инерционным элементом посредством штока, гид; розатвор забойного датчика выполнен в виде a damper with a channel, a damper fluid and a throttle, as well as a cylinder; a hydraulic seal rigidly connected to the inertial element by means of a rod; a guide; rozatvor downhole sensor is designed as

j полой гильзы, снабженной золотником с кольцевой проточкой и суфлерным каналом, а гильза соединена с капсулой, при этом в гильзе выполнены подвод щие и отвод щие каналы с возможностью взаимодействи с кольцевой проточкой золотника, пор0 щень демпфера совмещен с инерционным элементом, в котором выполнен сквозной канал с дросселем, причем демпферна жидкость размещена в капсуле по обе стороны инерционного элемента.j of a hollow sleeve provided with a spool with an annular groove and a breather channel, and the sleeve is connected to the capsule, while the supply and output channels are made in the sleeve with the ability to interact with the annular groove of the spool, the snubber of the damper is combined with the inertial element, which is made through a channel with a choke, the damper fluid being placed in the capsule on both sides of the inertia element.

На фиг. 1 изображена конструктивна схема предлагаемого сигнализатора; на фиг. 2 - .золотниковый затвор забойного датчика сигнализатора в положении, соответствующем переходу бурового снар да из породы кровли в угольный пласт; наFIG. 1 shows the structural scheme of the proposed detector; in fig. 2 - the golfer valve of the downhole sensor of the detector in the position corresponding to the transition of the drill string from the rock of the roof to the coal seam; on

0 фиг. 3 - то же, при переходе бурового снар да из угольного пласта в породу.0 fig. 3 - the same, when the drill string passes from the coal seam to the rock.

Ус-тройство включает расположенный в скважине над буровым снар дом забойный датчик, содержащий полый корпус 1 с верхним переходником 2, входным каналомThe device includes a downhole sensor located in the well above the drill string, containing a hollow body 1 with an upper adapter 2 and an inlet channel

5 3 и нижним переходником 4 с выходным каналом 5, размещенные в корпусе 1 гильзу 6 с установленным в ней золотником 7 и герметичную капсулу 8 с помешенным в ней инерционным элементом 9, соединенным штоком 10 с золотником 7, а также размещен0 ное на пульте бурового мастера сигнальное устройство 11, снабженное датчиком 12 давлени , подключенным к линии нагнетани 13 бурового насоса 14. В корпусе 1 имеетс канал дл прохода промывочной5 3 and the lower adapter 4 with the output channel 5, placed in the housing 1, the sleeve 6 with the spool 7 installed in it and the sealed capsule 8 with the inertial element 9 connected to it, the rod 10 connected with the spool 7, and also placed on the drilling master console a signal device 11 provided with a pressure sensor 12 connected to the discharge line 13 of the mud pump 14. In the housing 1 there is a channel for the passage of the flushing

.. жидкости к буровому снар ду, включающий кольцевые каналы 15 и 16, которые в:: зависимости от положени золотника 7 сое- ; дин ютс друг с другом или раздел ютс . На золотнике 7 выполнена кольцева проточка 17, а в гильзе б выполнены подвод 0 Щие 18 и отвод щие 19 каналы, гидравлически св занные друг с другом через кольцевую проточку 17 золотника 7. Золотник 7 снабжен уплотнени ми 20 и 21, преп тствующими попаданию промывочной жидкости в надзолотниковую 22 и подзолотниковую 23.. fluids to the drilling mud, including annular channels 15 and 16, which are: depending on the position of the spool 7; are separated or separated. An annular groove 17 is made on the spool 7, and a sleeve 0 is made in the sleeve b. The Schuch 18 and outlet channels 19 are connected hydraulically to each other through the annular groove 17 of the spool 7. The spool 7 is equipped with seals 20 and 21 that prevent flushing fluid from entering in nadzolotnikovaya 22 and podzolotnikovuyu 23

5 полости гильзы 6, сообщенные суфлерным каналом 24, по которому промывочна жидкость , просачивающа с через уплотнени 20 И 21, может перемещатьс при движении золотника 7 из полости 22 в полость 23 и иаоборот - из полости 23 в полость 22. Инерциониый элемент 9 снабжен пружинной подвеской, включающей верхнюю пружину 25, размещенную в полостн 26 капсулы 8, и нижнюю пружину 27, рйзмещенную . в ПОЛОС1И 28 указанной капсулы. Инерционный элемент 9 снабжен также гидравлическим поршневым демпфером колебаний, который конструктивно совмещен с самим инерционным элементом, дл чего внутренна полость герме1;ичной капсулы 8 н инерционный элемент 9 выполнены цилиндрическими и образуют пару поршень 9 - цилиндр 8, первый из которых служит поршнем демпфера , а второй - его цилиндром. При этом пружинные полости 26 и 28 капсулы 8 служат гидравлическими поршневыми полост ми демпфера, дл чего указанные полости заполнены рабочей жидкостью (например, маслом на минеральной основе, трансформаторным масЛом и т. п.) и сообщены друг с другом выполненным в поршневом инерционном элементе 9 каналом 29, в котором уста-новлен регулировочный дроссель 30, обеспечивающий возможность регулировани . степени демпфировани колебаний инерционного элемента 9, вызываемых колебани ми бурового снар да в процессе бурима . Дл обеспечени выполнени стендовых и .эксплуатационных регулировок динамических характеристик забойного датчика инерционный элемент 9 снабжен набором сменных регулировочных грузов 31. Шток 10 снабжен уплотнением 32, исключающим возможность утечки рабочей жидкости из полости 26 демпфера в полость 23 гильзы 6. Капсула 8 расположена концентрично с корпусом 1 и соединена с последним верхним 33 и нижним 34 ребрами креплени . Сигнализатор работает следуюншм образом . При бурении породы кровли угольного пласта буровой снар д вместе с забойным датчиком совершает поступательное движение с практически посто нной скоростью. При этом инерционный элемент 9 находитс в среднем исходном положении, при котором кольцева проточка 17 золотника 7 сообщает каналы 18 и 19 гильзы 6, дава возможность промывочной жидкости поступать через кольцевые каналы 15 и 16 и выходной канал 5 к буровому снар ду. Осевые колебани инерционного элемента 9, возбуждаемые колебани ми бурового снар да, сопровождающими процесс разрушени горной породы , гас тс за счет сил сопротивлени в зкого трени рабочей жидкости демпфера, перетекающей из полости 26 в полость 28 и в обратном направлении по зазору между инерционным элементом 9 и капсулой 8 и по каналу 29 через дроссель 30 в процессе колебани инерционного элемента 9. При переходе бурового снар да из породы кровли в угольный пласт скорость поступательного перемещени бурового снар да и соединенного с ним забойного датчика резко возрастает, вследствие чего корпус I забойного датчика получает ускорение . При этом инерционный элемент 9 в силу инерции стремитс сохранить свое начальное положение, что вызывает перемещение корпуса I вниз относительно инерционного элемента 9 и, соответственно, перемещение гильзы 6 вниз относительно золотника 7, удерживаемого инерционным элементом 9. Это приводит к перекрытию нижним по ском-золотника 7 выходного канала 19 гил1 зы 6, вызывающему разобщение каналов 15 и 16 и перекрытие потока промывочной жидкости в забойном датчике (фиг. 2), формирующее импульс давлени по столбу прамывочной жидкости в колонне к поверхностному датчику 12 давлени . ВыхОхЯной сигнал датчика 12 поступает на сигнальное устройство II, которое подает информационт ный (световой, звуковой, визуально-наблюдаемый и т. п.) сигнал о встрече угольного пласта. После подачи сигнала бурение прекращают, буровой снар д поднимают из скважины, забойный датчик соедин ют с двойным колонковым снар дом, предназначенным дл отбора керновых проб угл , и производ т перебурку угольного пласта (при перебурке некондиционных угольных пластов и прослоев сплошным забоем без отбора керновых проб данна операци не производитс и после встречи угольного плас-. та бурение может не прекращатьс ). В процессе перебурки угольного пласта инерционный элемент 9 и золотник 7 наход тс в своем среднем исходном положении (фиг. I), обеспечива прохождение промывочной жидкости по каналам 15, 16 и 5 к буровому снар ду. При переходе бурового снар да из угольного пласта в породу скорость поступательного перемещени бурового снар да и забойного датчика резко tнижaeгc , вследствие чего корпус 1 забойного датчика начинает двигатьс с замедление.м. При этом в силу инерции элемента 9 корпус I перемещаетс вверх относительно пос.педнего и, соответственно, гильза 6 перемещаетс вверх относитеельно золотника 7, удерживаемого инерционным элементом 9, что приводит к перекрытию верхним по ском золотника 7 входного канала 18 гильзы 6, вызывающему разобщение каналов 15 и 16 и перекрытие потока промывочной жидкости в забойном датчике (фиг. 3), формирующее импульс давлени , воспринимаемый датчиком 12 давлени , выдающим вы.ходной сигнал на сигнальное устройство II, информирующее бурового мастера об окончании перебурки угольного пласта.5, the cavities of the sleeve 6, communicated by the breather channel 24, through which the flushing fluid leaking through the seals 20 and 21 can move as the spool 7 moves from the cavity 22 to the cavity 23 and the turn from the cavity 23 to the cavity 22. The inertia element 9 is provided with a spring suspension, including the upper spring 25, placed in the hollow 26 of the capsule 8, and the lower spring 27, risen. in the strip 28 of the specified capsule. The inertial element 9 is also provided with a hydraulic piston vibration damper, which is structurally combined with the inertial element itself, for which the internal cavity of the herm1; the egg capsule 8 and the inertial element 9 are cylindrical and form a pair of piston 9 - cylinder 8, the first of which serves as a piston damper, and the second is its cylinder. In this case, the spring cavities 26 and 28 of the capsule 8 serve as hydraulic piston cavities of the damper, for which the cavities are filled with a working fluid (for example, mineral-based oil, transformer oil, etc.) and communicated with each other made in a piston inertial element 9 channel 29, in which an adjusting choke 30 is installed, providing the possibility of adjustment. the degree of damping of the oscillations of the inertial element 9 caused by oscillations of the drill string during the course of the drill. To ensure the performance of bench and operating adjustments of the downhole sensor, the inertial element 9 is equipped with a set of interchangeable adjusting weights 31. The rod 10 is equipped with a seal 32 that eliminates the possibility of leakage of working fluid from the cavity 26 of the damper into the cavity 23 of the sleeve 6. The capsule 8 is concentric with the body 1 and is connected to the last top 33 and bottom 34 fastening ribs. The alarm works in the following way. When drilling the roof rock of the coal seam, the drill rim, together with the downhole sensor, makes translational motion at a practically constant speed. In this case, the inertial element 9 is in the middle initial position, in which the annular groove 17 of the spool 7 communicates the channels 18 and 19 of the sleeve 6, allowing the flushing fluid to flow through the annular channels 15 and 16 and the output channel 5 to the drill bit. Axial oscillations of the inertial element 9, excited by oscillations of the drill string accompanying the process of rock destruction, are extinguished due to the forces of resistance of the viscous friction of the working fluid of the damper flowing from the cavity 26 into the cavity 28 and in the opposite direction along the gap between the inertial element 9 and the capsule 8 and the channel 29 through the choke 30 in the process of oscillation of the inertial element 9. During the transition of the drilling projectile from the rock of the roof to the coal seam, the speed of translational movement of the drill projectile and connected to The downhole sensor increases sharply with it, as a result of which the case of the downhole sensor I is accelerated. In this case, the inertial element 9, by virtue of inertia, tends to maintain its initial position, which causes the body I to move downward relative to the inertial element 9 and, accordingly, the sleeve 6 to move downward relative to the spool 7 held by the inertial element 9. This leads to overlapping 7 of outlet channel 19, section 6, which causes disconnection of channels 15 and 16 and overlapping of the flow of washing liquid in the downhole sensor (Fig. 2), which forms a pressure pulse along the column of grinding fluid in the column hnostnomu pressure sensor 12. The output signal of the sensor 12 is supplied to the signal device II, which sends an informational (light, sound, visual, observable, etc.) signal about a meeting of a coal seam. After the signal has been given, drilling is stopped, the drill is lifted out of the well, the downhole sensor is connected to a double core projectile designed to collect core coal samples, and the coal seam is re-drilled (when sub-standard coal seams are rerouted and solid cores are left without core samples This operation is not performed and after the meeting of the coal field, drilling may not stop). In the process of overburdening the coal seam, the inertial element 9 and the spool 7 are in their middle initial position (Fig. I), allowing the flushing fluid to pass through the channels 15, 16 and 5 to the drill string. When a drill bit passes from a coal seam into the rock, the speed of the forward movement of the drill bit and the downhole sensor is sharply lower, as a result of which the downhole sensor body 1 begins to move at a slower speed. In this case, due to the inertia of the element 9, the case I moves upwards relative to the lower one and, accordingly, the sleeve 6 moves upwards relative to the spool 7 held by the inertial element 9, which causes the upper channel of the spool 7 of the input channel 18 of the sleeve 6 to overlap 15 and 16 and the overlapping of the flush fluid flow in the downhole sensor (Fig. 3), which generates a pressure pulse perceived by the pressure sensor 12, which outputs a output signal to the signal device II, informing the drilling master about the end of the coal bed pereburka.

Предлагаемое техническое решение позвол ет упростить конструкцию и снизить металлоемкость и осевой габарит (длину) забойного датчика сигнализатора за счет совмещени в его забойном датчике гидравлического демпфера с инерционным элементом . Вместе с тем, предлагаемое техническое решение расшир ет функциональные возможности сигнализатора за счет обеспече и возможности подачи информационного сигнала о переходе бурового снар да из угольного пласта в породу, что позвол етThe proposed technical solution allows to simplify the design and reduce the metal content and axial dimension (length) of the downhole sensor of the detector by combining a hydraulic damper with an inertial element in its downhole sensor. At the same time, the proposed technical solution expands the functionality of the detector by providing the possibility of supplying an information signal about the transition of the drill string from the coal seam to the rock, which allows

повысить точность определени в процессе бурени мощности перебурнваемою угольного пласта или просло и дает возможность своевременно прекращать бурение при переходе бурового снар да из угольного пласта в породу, благодар чему исключаетс возможность истирани и рйзрушенн отобранной снар дом угольной пробы при ее контакте с забоем в процессе вращени снар да, что позвол ет повысить достоверность результатов кернового опробовани угольных месторождений.to increase the accuracy of determination of the overburden coal seam or interbed during the drilling process, and makes it possible to stop drilling in a timely manner when the drill string passes from the coal seam into the rock, thereby eliminating the possibility of the coal sample removed by the projectile when it comes into contact with the hole during rotation of the projectile Yes, which makes it possible to increase the reliability of the results of core sampling of coal deposits.

Claims

COAL LAYER MEETING SIGNAL IN THE DRILLING PROCESS, including a downhole sensor with a raised body, an internal sealed capsule containing a spring-loaded inertial element, interchangeable adjusting weights for it and a piston damper with a channel, damper fluid and throttle, as well as a cylindrical-hydraulic an inertial element through the rod, characterized in that, in order to expand the functionality of the downhole sensor by receiving signals about the transition boundary of the coal that in the rock, as well as reducing its size and metal consumption by combining the hydraulic vibration damper with an inertial element, the bottomhole sensor water lock is made in the form of a sleeve equipped with a spool with an annular groove and a prompter channel, and the sleeve is connected to the capsule, while the lead and allocating channels to engage the annular groove of the spool, _and the piston damper sov- Mechain inertial element, wherein the through channel 9 is formed with a choke, with fluid damper p Placed in the capsule on both sides of the inertial element.

SU., „1113528