Установка для отбора пробы при бурении

 

О ll И С А Н И Е (п1827769

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15,02.78 (21) 2778079/22-03 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 07.05.81 (51) M, KJI.3

Е 21В 49/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 622.243.68 (088.8) (72) Автор изобретения

Р, Б. Алмаев (71) Заявитель (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОТБОРА ПРОБЫ

ПРИ БУРЕНИИ

Изобретение относится к технике и технологии бурения, конкретнее к устройствам для отбора шламовых геологических проб из всей буровой мелочи (шлама), образующейся в скважине при бурении с очисткой забоя воздушно-водяной смесью, и может найти применение при эксплуатационноразведочном опробовании месторождений полезных ископаемых, разрабатываемых преимущественно открытым способом.

Известны установки для отбора шламовых проб для буровых станков. В качестве примера можно привести опытный образец шламового пробоотборника ПШ-1. Этот пробоотборник представляет собой разновидность щелевого пробоотборника с механизмом для автоматической смены пробосборных емкостей под пробоотборной щелью по сигналам датчика интервала бурения, установленного у бурового става. Он предназначен для опробования ограниченной зоны шламовоздушного потока при массе отбираемых проб, не превышающей

2 кг.

К недостаткам этого пробоотборника следует отнести, во-первых, сравнительно низкую достоверность отбираемых проб, а вовторых, большие трудозатраты на опробование, связанные с необходимостью после окончания бурения скважины вручную извлекать пробоотборник из шламового отвала и затем из пробоотборника вынимать вробосборные емкости с пробами. При массе единичной пробы 25 — 30 кг (именно такова масса достоверной пробы для сложноструктурных золоторудных месторождений) эта работа становится весьма трудоемкой

f1l

Наиболее близкой к изобретению являет10 ся установка для отбора шламовых проб при бурении сухих и обводненных скважин, включающая буровой став с герметизирующим устройством устья скважины (превентором), шламопровод и шламосборник.

15 Последний представляет собой камеру с отбойным экраном и отверстием в днище. Транспортировка шлама из скважины через превентор, шла мопровод и установку осуществляется за счет энергии

20 сжатого воздуха, поступающего из продувочного компрессора. При бурении обводненных скважин отверстие в днище камеры постоянно открыто, и шлам, отразившись от экрана, падает на почву. Под разгрузоч25 ным отверстием располагается пробоотборник, состоящий из пробозаборной щели и пробосборной емкости, который при помощи специального механизма перемещается возвратно-поступательно под разгрузочным

30 отверстием во все время бурения заданно827769

ro интервала опробования скважины. При этом часть шлама через пробозаборную щель попадает в пробосборную емкость и является пробой. В этой установке превентор, шламопровод, камера с отбойным экраном и разгрузочным отверстием служат для улавливания и отвода всегда образующегося в скважине шлама, а также для формирования шламовоздушного потока с целью придания ему определенных формы и размера для отбора пробы. Г1робоотборник работает на принципе поперечного сечения потока опробуемого материала. Этот принцип, широко используемый при пробоотборе сыпучих и текучих материалов, обеспечивает достаточно высокую точность опробования. Масса отбираемых проб здесь также неограничена (2).

Недостатком установки является высокий уровень трудозатрат на пробоотбор, связанный с отсутствием механизации смены емкостей с пробами на пустые, а также извлечения емкостей с пробами из пробоотборника.

При эксплуатационном опробовании скважин в карьерах, в частности взрывных, бурение которых ведется шарошечными станками с продувкой воздушно-водяной смесью, применение указанной установки нецелесообразно, так как благодаря высокой скорости бурения и большому количеству отбираемых проб затраты времени на извлечение проб из пробоотборника составят заметную часть рабочего времени, что соответственно снизит производительность труда.

Цель изобретения — повышение достоверности пробы, снижение трудозатрат па пробоотбор в процессе эксплуатационноразведочного опробования скважин, в частности взрывных, бурение которых ведется с продувкой воздушно-водяной смесью.

Указанная цель достигается тем, что установка снабжена механизмом для извлечения емкостей с пробами из пробоотборника, включающего гидроцилиндр с приводами и датчиками его положения, контейнером для накопления пробоотборных емкостей с пробами, закрепленным на буровом станке посредством замка с приводом, электромагнитным распределителем, датчиками положения пробоотборника и интервала бурения и блоком автоматического управления. Последний включает входной блок, блок управления механизмом возвратно-поступательного перемещения пробоотборника, блок управления механизмом ,для извлечения пробоотборных емкостей из пробоотборника и блок управления приводом замка контейнера для накопления пробоотборных емкостей, при этом входы блока управления механизмом для извлечения пробосборных емкостей из пробоотборника подключены соответствеино к выходам блока управления механизмом воз10

:35

65 вратно-поступательного перемещения пробоотборника и датчика положения гидроцилиндра, электромагнитного распределителя и блока управления приводом замка контейнера для накопления пробоотборных емкостей, причем входы блока управления механизмом возвратно-поступательного перемещения пробоотборника подключены соответственно к выходам датчика положения проооотборника и через входной блок подключены к датчику интервала бурения, .а выход блока управления механизмом возвратно-поступательного перемещения пробоотборника подключен к приводу каретки.

На фиг. 1 приведена предлагаемая установка, продольный разрез; на фиг. 2 — вид

Л фиг. 1; на фиг. 3 — блок-схема автоматического блока управления; на фиг. 4— принципиальная схема управления установки.

Установка включает буровой став 1, направляющий короб 2 с выхлопным окном 3 прямоугольной формы, пробоотборник 4 с пробозаборной щелью 5, высота которой равна высоте окна 3, а ширина определяется необходимой степенью сокращения пробы. В пробоотборнике 4 ниже пробозаборной щели 5 имеется магазин 6, где одна под другой помещены пробосборные емкости 7. емкость 7 представляет собой сосуд со скобой на одно i из стенок. На внутренней стороне двух противоположных боковых стенок магазина 6 имеются направляющие планки для емкостей 7 с подпружиненными стопорами (на чертежах не показаны). Две другие стенки магазина выполнены с окнами, через которые емкости 7 закладываются в магазин 6 или извлекаются из него. Пробоотборник 4 подвешен на монорельсе 8 и снабжен механизмом возвратно-поступательного перемещения, который включает каретку с приводом 9, концевые переключатели 10 и датчик 11 положения пробоотборника 4 в позиции извлечения из него емкостей 7 с пробами.

На продолжении траектории движения пробоотборника 4 расположен механизм для извлечения емкостей 7 с пробами. Он включает гидроцилиндр 12, перемещающийся поступательно вверх и вниз по вертикальным направляющим с помощью винтовой пары с приводом 13. Гидроцилиндр 12 связан маслопроводами с распределителем

14 (типа 4/2), который управляется двумя электромагнитами К1 и К2. На конце штока гидроцилиндра 12 имеется рычажный захват 15, который при перемещении штока проходит через окна в планке 16. На пути перемещения гидроцилиндра 12 помещены датчики 17 его положения.

Между пробоотборником 4 и механизмом для извлечения емкостей 7 с пробами подвешен съемный контейнер 18 для накопления емкостей, включающий ряд полок с направляющими планками и стопооами

827769 (аналогичными тем, которые имеются в магазине 6), стойки. связывающие полки между собой, и крышку, снабженную захватом 19.

Захват 19 взаимоде, .ствует с замком 20 механизма 21 подвески контейнсра 18. Механизм 21 вкл1очает две электромагнитные катупгкн К3 и К4. Замок 20 представляет собой подпружиненны . сепде вник электромагнитной катушки КЗ. Один конец замка

20 входит г, захват 19, я другой снабжен зашелкой, которая взаимодействует с подпружиненным стопором, являющимся сердечником электромагнитной катушки К4.

У бурового става помещен датчик 22 интервала бурения. Направляющий короб 2 связан с соглом 23 вентилятора отдува и посредством телескопического заборного патрубка 24 — с устьем скважины.

Установка вкл,очает блок управления 25, на вход которого подключены датчики 22, 11 и 17, а к вы.-.оду — приводы 9 и 13, катушки Кl и К2 распределителя 14 и механизм 21.

Блок 25 состоит из четырех последовательHO CEH32HHbIX 6JIOKO8 (CM. фиг. 3): BXOgHOI 0 блока 26, блока 27, управляющего механизмом возвратно-поступательного перемещения пробоотборника 4, блока 28, управляющего механизмом для извлечения емкостей

7 с пробами из пробоотборника 4, и блока

29, управляющего механизмом 21 подвески контейнера 18. Вход блока 26 связан с датчиком 22, а выход — с блоком 27. Входы блока 27 связаны с блоком 26 и датчиком

11, а выходы — с приводом 9 и блоком 28.

Сигналы на выходах блока ?7 формируются при наличии сигналов на обоих его входах. Входы блока 28 связа-Ibl с блоком 27 и датчиками 17 (римские цифры 1 — IV обозначают последовательность расположения датчиков 17 сверху вниз), а выходы— с катушками Кl и К2, приводом 13 и блоком 29. Сигнал на выходах, связанных с

К! и К2, формируется при наличии сигнала на входе, связанном с блоком 27, сигнал на выходе, связанном с приводом 13, формируется при наличии сигнала на входе, связанном с блоком 27 и на одном из входов, связанных с датчиками 17-1 — 17 †, сигнал на выходе, связанном с блоком

29, формируется при наличии сигнала на входе, связанном с датчиком 17-1. Вход блока 29 связан с блоком 28, а выход — с механизмом 21 подвески контейнера.

Пример выполнения принципиальной схемы управления установки приведен на фиг. 4.

Датчик 22 интервала бурения (конечный выключатель) включен последовательно с обмоткой реле времени Рl, которое имеет два замыкающих контакта Pl-1 и Pl-2 и один размыкающий контакт Р 1-3. Р 1-1 блокирует датчик 22, P 1-2 включен в цепь обмотки реле Р2, а Рl-3 = в цепь привода 9.

Обмотка реле Р2 включена в цепь датчика

11 положения пробоотборника 4 (конечный выкл;очятель) и имеет один размыкающий контакт Р?-1, вклк ченный параллельно снтякту Pl- и од:и "-.ÿìûêàþùèé контакт P?-2 в цепи обмотки реле времени PÇ, имеюпдео два времени срабатывания.

Реле РЗ имеет четыре замыкающих контакта. Контакты РЗ-1 и PÇ-2 включены соответственно в цепи катушек Кl и К2 распределителя 14, контакт PÇ-3 включен в цепь обмотки реле времени Р4, контакт

РЗ-4 — в цепь обмотки реле Р9.

Реле Р4 имеет два замыкающих контакта: Р4-1, блокирующий контакт PÇ-3 и

Р4-2 в цепи привода 13.

Гидро илпндр 12 при своих перемещениях вверх и вниз взаимодействует с датчиками похожения 17-I, 17-II, 17-III и 17-IV, которые представляют собои конечные выключатели, включенные через R — С элемент в цепи обмоток реле соответственно

Р5, Рб, Р7 и Р8.

Реле Р5 имеет один размыкающий контакт Р5-1 в цепи привода 13 и один замыкающий контакт Р5-2 в цепи катушки КЗ привода замка 20 механизма 21. Реле Рб, Р7 и Р8 име.от по одному размыкающему контакту Рб-!, Р7-1 и Р8-1, которые включены в цепь пгивода 13 последовательно.

Параллельно обмотке реле Р8 включена обмотка реле Р9, имеющего один замыкающий конт",кт Р9-1 в цепи обмотки реле времени Р10 и один размыкающий контакт

Р9-2 в сепи обмотки реле времени Р4.

Обмотка реле времени Р10 включена пар":.ëëåë..Но обмотке реле Р4 и имеет замыкающий контакт Р10-1, блокирующие контакты Р4-1. Р10-2, блокирующие контакты

Р8-2, Р!0-3. блокипующие контакты Р4-2 и

Р10-4, шунтирующие контакты Рб-l, Р7-1 и

P8-!. Кроме того, реле Р10 имеет две пары контактов Р10-5 — Р10-6 и Р10-7 — Р10-8 в цепи привода 13. Контакты Р10-5 и

Р10-7 — пязмыкающие, а Р10-б и Р10-8— замыкающие.

Це.ш обмотки реле Pl и привода 9 имеют выключатели с общим приводом Bl, а цепь катушки К4 — нормально открытый выключатель В2. Выключатели Вl и В2 управляются вручную.

Установка работает следующим образом.

Перед началом бурения скважины в магазин 6 пробоотборника 4 закладываются пробосборные емкости 7, гидроцилиндр 12 находится в крайнем верхнем положении, шток его полностью втянут, в блоке управления 25 все реле обесточены. Замок 20 при гомощи защелки удерживается в крайнем правом положении стопором — сердечником катушки К4. Между пробоотборником 4 и механизмом для извлечения емкосте :: с пробами устанавливается контейнер

18 так, чтобы его:.-..хват 19 расположился напротив замка 20. После этого выключа827769

65 телем В2 (см. фиг, 4) включается катушка

К4, которая втягивает стопор, освобождая защелку замка 20. Последний с помощью пружины перемещается в крайнее левое положение, фиксируя контейнер 18. Выключатель В2 размыкает цепь катушки К4 и стопор под действием своей пружины возвращается в исходное положение. Нижний копсц патрубка 24 опускается на почву, при

«0ì0ùè выключателя В1 (см. фиг. 4) включается привод 9 механизма возвратно-поступательного перемещения пробоотборника 4 и начинается бурение.

Шлам, истекающий из скважины, поступает в направляющий короб 2, посредством гоздушного потока из сопла 23 транспортируется по коробу 2 и выбрасывается из ок«а 3. При этом часть шлама попадает в

«робозаборную щель 5 пробоотборника 4 и из щели 5 — в верхнюю емкость 7.

После того как пробурен первый интервал опробования, буровой став 1 воздействует на датчик 22, который подает об этом сигнал на блок управления 25, в нашем примере конечный выключатель 22 замыкает цепь обмотки реле Pl, которое настроено на выдержку времени, равному времени перемещения штока гидроцилиндра 12 вперед и назад в исходное поло>кение. Реле Рl контактом PI-1 блокирует датчик 22 (так как бурение продолжается, то конечный выключатель 22 в скором времени размыкается), замыкает контакт Р 1-2 в цепи реле Р2 и размыкает контакт Рl-3 в цепи привода 9. При этом привод 9 продолжает движение, пока пробоотборник 4 не подойдет к конечному выключателю 11, замкнет

его и тем самым замкнет цепь обмотки реле Р2. Реле Р2 размыкает контакт Р2-1 в цепи привода 9, после чего привод 9 обесточивается и останавливает пробоотборнпк

4 в положении, необходимом для извлечения емкости 7 с пробой. Одновременно замыкается контакт Р2-2 в цепи обмотки реле времени PÇ.

Реле РЗ имеет два времени срабатывания: сначала оно замыкает контакт РЗ-1 в цепи катушки Кl распределителя 14, при этом масло поступает в поршневую полость гидроцилиндра 12, его шток идет вперед, и рычажный захват 15 входит в зацепление со скобой верхней пробосборной емкости 7.

Через время, необходимое на ход штока впе1>ед, контакт PÇ-1 размыкается и замыкается контакт РЗ-2 в цепи катушки К2 распределителя 14, при этом масло поступает в штоковую полость гидроцилиндра

12. его шток идет назад, перемещая емкость 7 с пробой из магазина 6 в контейнер !

8. Когда шток проходит через окно в планке 16, захват 15 расцепляется со скобой емкости 7 и последняя остается в контейнере 18, застопоренная на направляющей планке. Одновременно с контактом

РЗ-2 замЫкаются контакты РЗ-3 в цепи об5

„0

>0

55 мотки реле времени Р4 и PÇ-4 в цепи обмотки реле Р9. Реле Р4 контактом Р4-1 блокирует контакт РЗ-Ç.

В этот момент кончается выдержка времени реле Pl, контакты Рl-1 и Рl-2 размыкаются, а контакт Pl-3 замыкается, включая привод 9. Пробоотборник 4 возобновляет возвратно-поступательное движение по монорельсу 8, станок бурит следующий интервал скважины, проба поступает в следлощую емкость 7. Конечный выключатель

11 размыкается, реле Р2 обесточивается, его контакт Р2-1 замыкается, а контакт

Р2-2 размыкается, отключая реле РЗ, контакты которого Р3-1, Р3-2, PÇ-3 и PÇ-4 разм ы ка ются.

Реле Р4 настроено на время перемещения гидроцилиндра 12 из положения I в положение II (из II в III, из III в IV), при этом сво:, i контакт Р4-2 оно замыкает через время, необходимое на ход штока гидроцилиндра 12 назад. Контакт Р4-2 замыкает цепь привода 13 и гидроцилиндр 12 перемещается из «сложения I в положение II, где замыкает конечный выкл счатель датч«ка положения 17-11. В цепи обмотки реле

Рб появляется ток зарядки емкости С, реле срабатывает и размыкает контакт Рб-1 в цепи привода 13, по=ледний останавливается и останавливает гидроцилиндр 12 в положении II.

В этот момент истекает время срабатывания реле Р4, контакты его Р4-1 и Р4-2 размыкаются и реле Р4 и привод 13 обесточиваются. Прекращается ток зарядки емкости С, реле Рб обесточивается, и контакт его Рб-1 в цепи привода 13 замыкается.

После того как гидроцилиндр 12 покинул положение I, конечный выключатель датчика 17-1 размыкается и емкость его С разря>кается через сопротивление P. Установка готова к окончанию бурения второго интервала скважины.

После окончания бурения второго и третьего интервалов процессы в системе повторяются с той разницей, что гидроцилиндр 12 перемещается соответственно из положения II в III и из 111 в IV.

После окончания бурения четвертого (последнего в приведенном ..римере) интервала процессы в системе от датчика 22 до рслс РЗ также повторяются за исключением того, что после срабатывания реле РЗ привод 9 и цепь обмотки реле Pl выключаются вручную выключателем Вl.

Реле PÇ замыкает контакт PÇ-3 в цепи реле Р4 и Р10 и контакт РЗ-4 в цепи обмотки реле Р9. Последнее через замкнутый конечный выключатель 17-IV включается и замыкает контакт Р9-1 в цепи реле Р10 и размыкает контакт Р9-2 в цепи обмотки реле Р4. Реле времени Р10 настроено на время перемещения гидроцилиндра 12 из положения IV в положение 1.

827769

55

Реле Р10 замыкает контакты Р10-1, Р10-2 и Р10-3, блокируя соответственно контакты Р3-3, Р9-1 и Р4-2, замыкает контакт Р10-4, шунтируя контакты Р6-1, Р7-1 и Р8-1, размыкает контакты Р10-5 и Р10-7 и замыкает контакты Р10-6 и Р10-8, реверсируя привод 13.

Привод 13 перемещает цилиндр 12 из положения IV в I, не задерживаясь в положениях III и II, так как контакты Р6-1, Р7-1 и Р8-1 шунтированы контактом РIО-4. Придя в положение I, гидроцилиндр 12 замыкает конечный выключатель 17-1, замыкая цепь обмотки реле Р5.

Реле Р5 размыкает контакт Р5-1 в цепи привода 13, останавливая его, и замыкает контакт Р5-2 в цепи катушки КЗ. Катушка

КЗ выдергивает замок 20 из захвата 19 контейнера 18, освобождая его. Замок 20 перемещается в крайнее правое положение и стопорится в нем при помощи защелки и стопора. По истечении времени зарядки емкости С реле Р5 замыкает контакт Р5-1 и размыкает контакт Р5-2. По истечении времени срабатывания реле Р10 размыкает контакты Р10-1, Р10-2, PIO-3 и Р10-4. Одновременно размыкаются контакты Р10-6, Р10-8 и замыкаются контакты Р10-5, Р10-7.

Контейнер 18 с пробосборными емкостями 7, заполненными шламовыми пробами, отделенный от станка, опускается на почву, станок отходит от скважины, а контейнер с пробами остается на месте. Установка приведена в исходное положение и готова к бурению следующей скважины.

В дальнейшем автомобиль, снабженный гидропогрузчиком, объезжая обуренные блоки в карьере, грузит контейнеры с пробами на сво платформу и доставляет их в проборазделочную лабораторию.

Применение предполагаемого изобретения позволит:

Снизить трудозатраты на пробоотбор при шламовом опробовании скважин за счет комплексной механизации процессов отбора, погрузки и транспортировки проб.

Стандартизировать процесс отбора шламовых проб, отбирать достоверные шламовые пробы и за счет повышения достоверности частных проб повысить достоверность эксплуатационно-разведочного опробования в целом преимущественно на месторождениях полезных ископаемых, отрабатываемых открытым способом, там, где опробование ведется по шламу, образующемуся при бурении взрывных скважин.

Повышение достоверности эксплуатационно-разведочного опробования — одна из актуальных проблем при разработке сложноструктурных месторождений полезных ископаемых. От нее зависят такие важные показатели работы горнодобывающих предприятий, как потери и разубоживание

1О

50 руды, селективность выемки, усреднение руды при ее переработке.

Формула изобретения

1. Установка для отбора пробы при бурении, включающая буровой став, формирователь шламовоздушного потока и пробоотборник с пробозаборной щелью, пробоотборной емкостью под ней н механизмом возвратно-поступательного перемещения в потоке опробуемого шлама с приводом каретки, отличающаяся тем, что, с целью повышения достоверности проб и снижения трудозатрат на пробоотбор, установка снабжена механизмом для извлечения пробосборных емкостей из пробоотборника, включающего гидроцилиндр с приводом и датчиками его положения, контейнером для накопления пробосборных емкостей, закрепленным на буровом станке посредством замка с приводом, электромагнитным распределителем, датчиками положения пробоотборника и интервала бурения и блоком автоматического управления.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок автоматического управления включает входной блок, блок управления механизмом возвратно-поступательного перемещения пробоотборника, блок управления механизмом для извлечения пробосборных емкостей из пробоотборника и блок управления приводом замка контейнера- для накопления пробоотборных емкостей, при этом входы блока управления механизмом для извлечения пробосборных емкостей из пробоотборника подключены соответственно к выходам блока управления механизмом возвратно-поступательного перемещения пробоотборннка и датчика положения гидроцилиндра, электромагнитного распределителя и блока управления приводом замка контейнера для накопления пробоотборных емкостей, причем входы блока управления механизмом возвратно-поступательного перемещения пробоотборника подключены соответственно к выходам датчика положения пробоотборника и через входной блок подключены к датчику интервала бурения, а выход блока управления механизмом возвратно-поступательного перемещения пробоотборника подключен к приводу каретки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сборник «Вопросы техники колонкового бурения и механизации опробования скважин». Труды СГИШМ HM. В. В. Вахрушина, вып. 70, 1970, с. 40 — 41.

2. Патент США М 3811518, кл. 175 — 60, опублик. 1974 (прототип).

827769

Составитель Г. Данилова

Техред Л. Куклина

Редактор С. Титова

Корректор 3. Тарасова

Заказ 908/8 Изд, № 326 Тираж 634 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр, Сапунова, 2