устройство для измерения деформаций горных пород в скважине

Формула изобретения

1. Устройство для измерения деформаций горных пород в скважине, содержащий распорный узел в виде упругих колец для измерения радиальных деформаций скважины, измерительный узел в виде регистраторов деформаций колец, регистрирующую аппаратуру, соединенную с измерительным узлом, и установочное приспособление в виде стержня, ось которого параллельна оси скважины, отличающееся тем, что оно снабжено приспособлением для измерения осевых деформаций скважины, установленным на торце установочного приспособления и выполненным в виде упругого кольца и регистратора деформации кольца, соединенного с аппаратурой, один из диаметров кольца совпадает с осью установочного приспособления, одна сторона кольца жестко соединена с установочным приспособлением, а диаметрально противоположная сторона кольца предназначена для взаимодействия с торцом скважины, один из диаметров каждого упругого кольца для измерения радиальных деформаций скважины совпадает с осью установочного приспособления, каждое кольцо одной стороной жестко закреплено на установочном приспособлении, а диаметрально противоположная сторона каждого кольца подвижна относительно установочного приспособления, при этом плоскости колец повернуты относительно друг друга в соответствии с направлениями измеряемых деформаций стенки скважины, а количество колец и их расположение вдоль установочного приспособления соответствуют количеству и расположению точек регистрации деформаций по длине скважины.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком для регистрации сейсмических волн, расположенным на установочном приспособлении и соединенным с регистрирующей аппаратурой с обеспечением синхронной регистрации сейсмических волн и деформаций пород.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что датчик для регистрации сейсмических волн снабжен магнитом, прикрепленным к нему со стороны, обращенной к торцу скважины, и фиксатором из ферромагнитного материала, предназначенным для закрепления на торце скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и предназначено для регистрации деформаций в скважине.

Известен датчик для измерения деформаций горных пород в скважине (Ямщиков B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М., «Недра», 1982, с.266-267, рис.142). Устройство содержит распорный узел, измерительный узел, установочное приспособление, соединенное с распорным узлом, и регистрирующую аппаратуру, соединенную с измерительным узлом. Распорный узел выполнен в виде шарнирно соединенных рычагов, измерительный узел выполнен в виде реостатного датчика.

Недостаток устройства состоит в том, что оно не обеспечивает синхронную регистрацию осевых и радиальных деформаций скважины при регулируемом направлении регистрации радиальных деформаций и регулируемом количестве точек регистрации радиальных деформаций по длине скважины. Кроме того, оно не обеспечивает синхронную регистрацию сейсмических волн с осевыми и радиальными деформациями скважины.

Известено устройство для измерения деформаций горных пород в скважине (патент РФ № 1078069, кл. Е21С 39/00, 1984), содержащее распорный узел, измерительный узел, установочное приспособление, соединенное с распорным узлом, и регистрирующую аппаратуру, соединенную с измерительным узлом. Распорный узел выполнен в виде шарнирно соединенных рычагов, измерительный узел выполнен в виде реостатного датчика.

Недостаток устройства также состоит в том, что оно не обеспечивает синхронную регистрацию осевых и радиальных деформаций скважины при регулируемом направлении регистрации радиальных деформаций и регулируемом количестве точек регистрации радиальных деформаций по длине скважины. Кроме того, оно не обеспечивает синхронную регистрацию сейсмических волн с осевыми и радиальными деформациями скважины.

Известено устройство для измерения деформаций горных пород в скважине (RU 2379511 С1, кл. Е21С 39/00, G01В 11/16, 20.01.2010), принимаемое за прототип. Устройство содержит распорный узел в виде упругих колец для измерения радиальных деформаций скважины, измерительный узел в виде регистраторов деформаций колец, регистрирующую аппаратуру, соединенную с измерительным узлом, и установочное приспособление в виде стержня, ось которого параллельна оси скважины.

Недостаток устройства также состоит в том, что оно не обеспечивает синхронную регистрацию осевых и радиальных деформаций скважины при регулируемом направлении регистрации радиальных деформаций и регулируемом количестве точек регистрации радиальных деформаций по длине скважины. Кроме того, оно не обеспечивает синхронную регистрацию сейсмических волн с осевыми и радиальными деформациями скважины. Это ограничивает функциональные возможности устройства.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства благодаря синхронной регистрации осевых и радиальных деформаций скважины при регулируемом направлении регистрации радиальных деформаций и регулируемом количестве точек регистрации радиальных деформаций по длине скважины.

Технический результат достигается тем, устройство для измерения деформаций горных пород в скважине, содержащее распорный узел в виде упругих колец для измерения радиальных деформаций скважины, измерительный узел в виде регистраторов деформаций колец, регистрирующую аппаратуру, соединенную с измерительным узлом, и установочное приспособление в виде стержня, ось которого параллельна оси скважины, отличающееся тем, что оно снабжено приспособлением для измерения осевых деформаций скважины, установленным на торце установочного приспособления и выполненным в виде упругого кольца и регистратора деформации кольца, соединенного с аппаратурой, один из диаметров кольца совпадает с осью установочного приспособления, одна сторона кольца жестко соединена с установочным приспособлением, диаметрально противоположная сторона кольца предназначена для взаимодействия с торцом скважины, один из диаметров каждого упругого кольца для измерения радиальных деформаций скважины совпадает с осью установочного приспособления, каждое кольцо одной стороной жестко закреплено на установочном приспособлении, а диаметрально противоположная сторона каждого кольца подвижна относительно установочного приспособления, при этом плоскости колец повернуты друг относительно друга в соответствии с направлениями измеряемых деформаций стенки скважины, а количество колец и их расположение вдоль установочного приспособления соответствуют количеству и расположению точек регистрации деформаций по длине скважины.

Технический результат достигается также тем, что оно снабжено датчиком для регистрации сейсмических волн, расположенным на установочном приспособлении и соединенным с регистрирующей аппаратурой с обеспечением синхронной регистрации сейсмических волн и деформаций пород.

Технический результат достигается также тем, что датчик для регистрации сейсмических волн снабжен магнитом, прикрепленным к нему со стороны, обращенной к торцу скважины, и фиксатором из ферромагнитного материала, предназначенным для закрепления на торце скважины.

На фиг.1 представлена схема датчика, вид сверху (фиг.1а) и вид сбоку (фиг.1б).

Устройство для измерения деформаций горных пород в скважине содержит распорный узел в виде упругих колец 1, 2 для измерения радиальных деформаций скважины 3, измерительный узел в виде регистраторов 4, 5 деформаций колец, регистрирующую аппаратуру (не показана), соединенную с измерительным узлом, и установочное приспособление в виде стержня 6, ось которого параллельна оси 0-0 скважины 3.

Устройство снабжено приспособлением для измерения осевых деформаций скважины, установленным на торце установочного приспособления и выполненным в виде упругого кольца 7 и регистратора 8 деформации кольца, соединенного с аппаратурой (не показана). Один из диаметров кольца 7 совпадает с осью установочного приспособления 6. Одна сторона кольца 7 жестко соединена с установочным приспособлением 6, например, зажимом 9, а диаметрально противоположная сторона кольца 7 предназначена для взаимодействия с торцом 10 скважины 3. Один из диаметров каждого упругого кольца 1, 2 для измерения радиальных деформаций скважины совпадает с осью 0-0 установочного приспособления 6. Каждое кольцо 1, 2 одной стороной жестко закреплено на установочном приспособлении 6, например, зажимами 11, 12, а диаметрально противоположная сторона каждого кольца 1, 2 подвижна относительно установочного приспособления 6. Плоскости колец 1, 2 повернуты друг относительно друга в соответствии с направлениями измеряемых деформаций стенки скважины 3. Количество колец 1, 2 и их расположение вдоль установочного приспособления 6 соответствуют количеству и расположению точек регистрации деформаций по длине скважины 3.

Устройство снабжено датчиком 13 для регистрации сейсмических волн, расположенным на установочном приспособлении 6 и соединенным с регистрирующей аппаратурой (не показана) с обеспечением синхронной регистрации сейсмических волн и деформаций пород.

Датчик 13 для регистрации сейсмических волн снабжен магнитом 14, прикрепленным к нему со стороны, обращенной к торцу 10 скважины, и фиксатором 15 из ферромагнитного материала, предназначенным для закрепления на торце 10 скважины. Соединение датчика 13 с кольцом 7 выполнено, например, с помощью замка 16, который позволяет перемещать устройство 7 вдоль скважины 3 в обоих направлениях, а после фиксации датчика 13 позволяет деформироваться кольцу 7 в соответствии с осевой деформацией скважины. Крепление фиксатора 15 на торце 10 скважины может осуществляться клеящим веществом или цементным раствором 17, поставляемым к торцу скважины в раздавливаемой капсуле (не показана). В зависимости от задачи исследований установочное устройство может располагаться на всю длину скважины 3 и фиксироваться в устье скважины, или на часть длины, и тогда его фиксация происходит за счет упругого распора колец 1, 2 в стенки скважины 3. В любом случае наружный диаметр колец 1, 2 должен быть больше диаметра скважины 3. Регистрирующая аппаратура, соединительные кабели, регистраторы 4, 5, 8 деформаций колец 1, 2, 7, а также датчик 13 являются типовыми.

Устройство работает следующим образом.

Установочным приспособлением 6 размещают элементы устройства в скважине 3, как показано на фиг.1. При деформации стенок скважины 3 в радиальном направлении происходит деформирование колец 1, 2. Регистраторы 4, 5 передают соответствующий сигнал на измерительную аппаратуру (не показана). Величина сигнала пропорциональна деформации стенки скважины в направлении, соответствующем ориентировке каждого кольца. При осевой деформации скважины деформируется кольцо 7 и регистратор 8 передает соответствующий сигнал на аппаратуру. При подходе сейсмических волн датчик 13 для регистрации сейсмических волн также выдает сигнал на аппаратуру (не показана). Происходит синхронная регистрация сейсмических волн и вызванных ими деформаций скважины. После затухания сейсмических волн устройство 13 с помощью аппаратуры прекращает регистрацию деформаций скважины до следующего прихода сейсмических волн.

Предлагаемое изобретение существенно расширяет функциональные возможности устройства благодаря обеспечению синхронной регистрации осевых и радиальных деформаций скважины при регулируемом направлении регистрации радиальных деформаций и регулируемом количестве точек регистрации радиальных деформаций по длине скважины, а также сейсмических волн.