Типы реперов и регистрирующих устройств, способы их закрепления

Глубинные реперы. В породах средней прочности и устойчивости применяют реперы, приведенные на рис. 26, которые можно закладывать как с земной поверхности, так и из горных выработок.

Реперы, показанные на рис. 26, а, изготовляют из сухого плотного дерева, бетона, металла. Длина корпуса 3 деревянного репера 0,5 - 1 м, металлического 0,3 - 0,6 м, диаметр нижнего торца на 10 - 15 мм меньше диаметра скважины, а диаметр верхнего торца составляет 0,6 диаметра нижнего. По оси репера делают сквозное отверстие с центральной втулкой 7 из металла. Втулку фиксируют двумя гайками 5 с закреплением нижней гайкой резиновой шайбы 2 диаметром на 10 - 15 мм большим диаметра скважины. Реперы применяют только в нисходящих скважинах.

Репер под собственным весом или с помощью станка досылается до места закрепления в скважине. В последнем случае связь репера с буровыми штангами обеспечивается специальным досыльником 6, скрепляемым с репером тонкой мягкой проволокой. Пространство между корпусом репера и стенкой скважины засыпают мелким щебнем из крепких пород 4 с таким расчетом, чтобы высота столба засыпки не превышала высоту корпуса репера. При подаче буровых труб вверх щебень расклинивает корпус, проволока крепления обрывается и досыльник извлекается из скважин. Проволоки связи 1 нижних реперов пропускают через центральную втулку или заводят внутрь корпуса через его продольный разрез.

Рис. 27. Эскиз-шаблон репера (в мм):

a - d = 75 - 90, t = 15 - 20; б - d = 60 - 75, t = 10 - 15; в - d = 55 - 60, t = 10

Репер, приведенный на рис. 26, б, применяют для нисходящих и восходящих скважин. Репер 3 изготовляют из листовой стали толщиной t = 10 - 20 мм по эскизу-шаблону (рис. 27). В репере просверливают три отверстия 2 (см. рис. 26, б). В двух крайних отверстиях закрепляют проволоку связи 4 и груз 1 массой 8 - 10 кг, в центральном - петлю для пропуска проволок связи нижних реперов. При закладке репера в нисходящую скважину через отверстие, в котором крепят груз, пропускают вспомогательную мягкую тонкую проволоку, с помощью которой груз и проволоку связи закрепляют примерно на вертикальной линии. Под собственным весом репер опускается до места закрепления, рывком связи обрывают вспомогательную проволоку, и груз разворачивает корпус репера, прочно расклинивая его в скважине. При использовании этого типа репера в восходящей скважине досылку выполняют досылочными штангами с вильчатым досыльником, в цапфы вертикальных стоек которого закладывают проволочную ось с двумя кольцами на концах, продетую через центральное отверстие корпуса репера. Груз снимают. Отверстие же, в котором крепится проволока связи, должно располагаться выше оси. Репер удерживают на месте установки досыльником, натяжением проволоки связи разворачивают его вокруг центральной оси, надежно расклинивая в скважине, после чего извлекают досылочные штанги с досыльником.

Репер (разработка ВНИМИ, см. рис. 26, в) состоит из трубчатого корпуса 1, в боковых отверстиях которого на осях крепят четыре якоря 6 с «серьгами». «Серьги» якорей тягами 5 скрепляют с кольцом 4, к которому присоединяют проволоку связи 2. Размер якорей и диаметр корпуса зависят от диаметра скважины из расчета, чтобы угол зацепления со стенками скважины был в пределах 30 - 50°, а «серьги» якорей не позволяли проворачиваться им на осях больше чем на 70°. Для равномерного размещения в корпусе проволок связи нижних реперов служит зубчатая крышка 3.

Репер, приведенный на рис. 26, г, применяют как с жесткой, так и гибкой связью, с ручной или механической досылкой в различно ориентированных скважинах. Корпус 2 изготовляют из отрезка трубы длиной 30 - 60 см, плоские пружины 1 - из пружинной стали и крепят винтами или точечной сваркой двумя - тремя ярусами. Нижние ярусы пружин крепят со смещением на 45°. Угол отгиба пружин должен быть в пределах 30 - 50°, исходя из чего определяют диаметр корпуса, обеспечивающий достаточную жесткость пружин. При закладке репера с жесткой связью в нисходящую скважину во избежание его проскальзывания под тяжестью штанг связи или под действием взрывов нижний ярус пружин крепят свободными концами против направления досылки 3. На концы этих пружин надевают насадку (отрезок трубы с сегментным днищем) с пружинами, закрепленными по ходу досылки 4. После досылки репера до места закрепления насадку сбивают досылочными штангами, и репер надежно закрепляется в скважине. При использовании гибкой связи досылку репера проводят досылочными штангами с досыльником, имеющим с репером разъемное соединение (выступ-паз), не позволяющее реперу проворачиваться при досылке.

Рис. 28. Типы глубинных реперов с большой площадью зацепления для устойчивых массивных пород

В плотных породах используют реперы с большей площадью сцепления со стенкой скважины, приведенные на рис. 28. Репер, показанный на рис. 28, а, применяют при любом типе связи и ориентировании скважины (с использованием досылочных штанг). Репер состоит из круглого или плоского корпуса 1 с секционными или сплошными пластинами 2, одну из которых крепят глухо к корпусу, а другую прижимают пружинами 3, размещенными в стаканах 4. При закладке репера пружины в сжатом состоянии удерживают конусными шплинтами, которые соединены со вспомогательным тросиком. При досылке репера до места закрепления шплинты выдергивают тросиком, освобождая пружины, которые надежно закрепляют репер на стенках скважин. Проволоки связи нижних реперов пропускают внутри корпуса.

Репер (см. рис. 28, б) применяют с жесткой связью при любом ориентировании скважин небольшой длины (10 - 15 м). Число реперов ограничивается возможностью размещения штанг связи внутри скважины данного диаметра. К корпусу 3 крепят зубчатую пластину 1. По центру корпуса крепят болт с червячной резьбой 2, находящийся в зацеплении с зубчатым зацепом 5, закрепленным на оси 4. Болт резьбовым соединением скрепляют со штангами связи. Досылают репер до места закрепления штангами связи, которые дополнительно скрепляют штифтами в местах резьбового соединения. На месте закрепления зацеп разворачивают вращением штанг до распора в стенку скважины. При закладке репера в восходящих скважинах зацеп переставляют. Реперы используют неоднократно. При закладке возможно расклинивание репера не по диаметру скважины, поэтому необходимо несколько раз рывком переместить репер, продолжая вращать штанги.

Репер, показанный на рис. 28, в, относится к шарнирным реперам. В качестве корпуса 4 используют отрезок трубы или корпус изготовляют из листовой стали с закруглением опорной плоскости по радиусу скважины. В стойках 1 корпуса размещен свободно вращающийся болт 3, на который навинчена муфта 2. К муфте и нижней стойке шарнирно присоединены рычаги 5, соединенные между собой также шарнирно. Болт резьбовым соединением скрепляют со штангами жесткой связи. На месте закрепления репера производят вращение штанг. Муфта; навинчиваясь на болт, раздвигает рычаги до упора в стенку скважины. Необходимо несколько раз срывать слабо закрепленный репер, чтобы он закрепился в диаметральной плоскости скважины. Повторное использование репера возможно при дополнительном соединении штанг штифтами при их наращивании. Можно использовать репер и с гибкой связью. В этом случае досылают реперы до места и закрепляют их штангами, которые затем извлекают из скважины, срезая их в месте, ослабленном сквозными отверстиями в нижней части первой штанги с репером, при попытке дальнейшего закручивания штанг.

Репер, показанный на рис. 28, г, [9] применяют с любым типом связи, при любой ориентировке скважин небольшой (15 - 20 м) глубины. Репер состоит из металлического полого конусообразного корпуса 1 и надрезанной 3 - 4 пропилами деревянной втулки 2. Репер досылают до места закрепления с помощью досылочных штанг, после чего ударами досыльника расклинивают его.

В скважинах, пробуренных в слабых породах, рекомендуется применять герконовые реперы, представляющие собой металлические кольца шириной 2 - 5 см, свободно закрепленные на внешней поверхности керамических или пластиковых обсадных труб (труб, изготовленных из немагнитоактивного материала) в специальных пазах шириной 0,5 - 1 м. Местоположение этих колец-реперов в скважине определяют с помощью специального прибора - магнитного герметичного контакта (геркона), опускаемого в скважину на мерной ленте, длиномере ДА-2 либо на мерных штангах. В момент прохождения геркона сквозь металлическое кольцо-репер происходят замыкание и размыкание магнитного электрического контакта, фиксируемые специальной аппаратурой [11].

В условиях слабых вмещающих пород, когда для поддержания стенок скважин необходимо применение обсадных труб или требуется свободный доступ в скважину, применяют радиоактивные реперы [12]. Их обычно закладывают в скважины, пробуриваемые с земной поверхности. Они представляют собой точечный источник гамма-излучения, выполненный в виде бронебойной пульки, застреленной в стенку скважины (за обсадку) на 50 - 100 мм с помощью специального перфоратора и порохового заряда. Положение репера определяют с помощью радиографического прибора, который опускают в скважину на мерной проволоке длиномера. Радиограф - это автоматическая фотокамера, снабженная люминофорами, которые при попадании на них гамма-излучения способны засвечивать фотопленку.

Рис. 29. Типы регистрирующих устройств рамного типа для скважин:

а - нисходящих; б - горизонтальных; в - восходящих

Регистрирующие устройства. Независимо от конструкции регистрирующее устройство должно состоять из монтажной рамы, натяжного устройства, датчиков смещения и измерительных приборов. Регистрирующие устройства с гибкой связью подразделяют на: рамно-блочные; барабанные (фрикционные); рычажные; пружинные. Для жесткой и комбинированной связей регистрирующие устройства могут быть открытого и скрытого (трубчатого) типов.

Для станций, расположенных на поверхности или в достаточно широких выработках, в малопосещаемых местах, при возможности надежной изоляции части выработки предпочтительнее регистрирующее устройство рамно-блочного типа, состоящее из рамы (плоской, круглой, козловой), блоков, свободно посаженных на горизонтальных осях, натяжных грузов и отсчетных устройств.

На рис. 29 а, б, в приведены возможные варианты регистрирующего устройства с рамой козлового типа (разработка ВНИМИ). Стойки рамы 2, соединенные сваркой, бетонируют на глубину 0,3 - 0,5 м, а стяжки 1 закрепляют сваркой или хомутами. Ось 3 после насадки блоков 4 закрепляют на стойках хомутами. При большом числе реперов блоки могут располагаться на 2 - 3-осях. Блоки изготовляют из легких металлов, с малофрикционной втулкой (подшипником) и футеровкой канавки диаметром не менее 200 мм. Свободный конец проволоки связи перебрасывают через блок и к нему прикрепляют постоянный груз 6. На раме закреплен неподвижный индекс 5, а на проволоке - подвижный индекс 7. Вблизи рамы бетонируют контрольный репер 8.

Рис. 30. Типы регистрирующих устройств:

а, б - барабанные (а - с непосредственным измерением смещений, б - с дистанционным измерением смещений); в - рычажный с герметичным кожухом

Для оборудования нисходящих скважин с поверхности или из горных выработок применяют регистрирующие устройства барабанного или рычажного типов, приведенные на рис. 30.

Регистрирующее устройство, показанное на рис. 30, а, состоит из монтажного станка 1, жестко закрепленного в устье скважины, 4 - 6 блоков (барабанов) 4 с запасом проволоки, накрученной в один ряд. Блоки крепят на монтажных стойках 2, на которых закреплены также пружинные пластины 5 и тормозные диски 3. Усилие торможения блока регулируют гайкой 6. Замер смещений проводят любым прибором от фиксированной точки станка (фланца) до индекса на проволоке связи или по счетчику оборотов, устанавливаемому дополнительно. Для увеличения числа реперов в скважине применяют рамный станок, на котором барабаны закрепляют на нескольких осях.

Регистрирующее устройство, приведенное на рис. 30, б, отличается большей точностью отсчета (1 мм) и возможностью дистанционного наблюдения с помощью индукционного реостатного датчика 6, соединенного с барабаном приводом 7.

Регистрирующее устройство, показанное на рис. 30, в, применяют только для нисходящих скважин в условиях особенно агрессивной среды. Оно состоит из платформы 1 с конусным патрубком, 4 - 6 пирамидальных опор 2, на которые накладывают рычаги 6 с дисковыми противовесами 7. Замерные площадки рычагов 5 выполнены в форме сегментов шара с центром в точке закрепления связи 9. Платформа закрыта кожухом 8, через замерные окна 3 которого измеряют смещение реперов; окна перекрыты шторками 4.

В условиях ограниченного пространства, интенсивного движения людей и транспорта, необходимости скрытого расположения регистрирующих устройств применяют более компактные регистрирующие устройства пружинного типа. При разнообразии конструкций общим является то, что проволока связи крепится к пружине, которая выполняет роль натяжного устройства. На рис. 31 приведены различные конструкции регистрирующих устройств пружинного типа. Устройство, приведенное на рис. 31, а, применяют для неагрессивной среды. Оно состоит из платформы 8, стоек 6, жестко скрепленных с платформой, верхней 3 и опорной 1 плит, в отверстиях которых размещены штоки 4 с упорами 5. Между упорами штоков и плитой 1 располагают пружины 2, работающие на сжатие. Проволоку связи крепят к штоку. Замер смещений проводят между индексом на проволоке и фиксированной точкой платформы или с помощью индикаторов часового типа 7 с приставкой 9. В более сложных условиях применяют регистрирующее устройство с закрытой в гильзе пружиной [11].

Рис. 31. Типы регистрирующих устройств:

а - пружинное; б - поршневое; в - датчик поршневого устройства

Регистрирующее устройство, приведенное на рис. 31, б, применяют при необходимости скрыть его расположение и в условиях агрессивной среды. Датчики 1 монтируют в трубчатом корпусе регистрирующего устройства 2, закрепляемом в устье скважины. Датчик состоит из трубчатого кожуха 4 (см. рис. 31, в) с приваренными днищем 12 и крышкой 5, сквозь отверстия которых пропущен трубчатый шток 11 с жестко закрепленным поршнем 10. Поршень и крышка связаны пружиной 9, работающей на растяжение. Проволоку связи 14 крепят в верхней части штока посредством вкладыша 7. Кожух закрывают крышкой 6 с замерным окном 8. Замеряют смещения между плоскостью крышки и поршнем. В условиях особо агрессивной среды кожух датчика заполняют жидким маслом, а на днище навинчивают нижнюю заглушку 13 с сальником 3.

Регистрирующие устройства для жесткой связи разработки ВНИМИ приведены на рис. 32. Регистрирующее устройство (см. рис. 32, а) состоит из диска 2 с конусом 1, в которых просверлены отверстия 4 для пропуска штанг жесткой связи 5. Замеряют смещения концов штанг связи (реперов) относительно плоскости (фиксированной точки) диска. При необходимости платформу, перекрывают кожухом 3.

Рис 32. Типы регистрирующих устройств для нисходящих (а, б) и восходящих (в) скважин, оборудованных реперами с жесткой связью

Регистрирующее устройство (см. рис. 32, б) состоит из сварного трубчатого (по числу реперов) корпуса 1 с кожухом 2 с различной длиной труб, наружные торцы которых имеют пазы 3, позволяющие устанавливать в них движок штангенциркуля. Применяется для оборудования нисходящих скважин при ориентировании пружин 4 в разные стороны. Досылку регистрирующего устройства в устье скважины производят с применением насадки 5, которую сбивают после установки устройства на место с нижнего яруса пружин, освобождая их.

Регистрирующее устройство, показанное на рис. 32, в, аналогично устройству, представленному на рис. 32, б, с одинаковой направленностью пружин, но может быть применено при жесткой и комбинированной связях в восходящих скважинах. В этом же случае для агрессивной среды необходимо часть штанги связи, контактирующей с регистрирующим устройством, изолировать (лак, краска, изоляционная лента и др.).

Кроме перечисленных типов регистрирующих устройств для гибкой, жесткой и комбинированной связей применяют и другие, приведенные в специальной литературе, типы регистрирующих устройств.