Устройство для контроля числа оборотов вала турбобура

 

Изобретение относится к области бурения и предназначено для контроля забойных технологических параметров в процессе бурения. Цель изобретения - расширение функциональных, возможностей за счет получения информации одновременно об осевой нагрузке на долото и числе оборотов вала турбобура. Устройство содержит кор

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1364707 A 1

<511 4 К 21 В 47/12, 45/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Э

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4034554/22-03 (22) 05.03 ° 86 (46) 07.01.88. Бюл. М 1 (71) Тюменский индустриальный институт им. Ленинского комсомола (72) Ю.А.Савиных, (53) 622.141(088 8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1240874, кл. Е 21 В 45/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

У 1154454, кл. Е 21 В 47/12, 1984.

I (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЧИСЛА

ОБОРОТОВ ВАЛА ТУРБОБУРА (57) Изобретение относится к области бурения и предназначено для контроля забойных технологических параметров в процессе бурения. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет получения информации одновременно об осевой нагрузке на долото и числе оборотов вала турбобура. Устройство содержит кор1364707 с

ЖЧV h

20 пус переводника, на внутренней поверхности которого жестко закреплена резонансная камера, выполненная в виде катушки 3 с щелью 4 вдоль образующей. Устройство имеет подпружиненный стержень 9, втулку (В) 7 и шпиндель с валом .6. На последнем последовательно установлены В 7 и стержень

9, взаимодействующий с валом турбобура 5. На В 7 выполнены аксиальные отверстия 10 для прохода промывочной жидкости и щель 8 вдоль ее образую1

Изобретение относится к бурению и может быть использовано для контроля забойных технологических параметров в процессе бурения скважины, в частности для одновременного контроля двух параметров — осевой нагрузки на долото и числа оборотов вала турбобура.

Целью изобретения является расши10 рение функциональных воэможностеи устройства за счет получения информации одновременно об осевой нагрузке на долото и числе оборотов вала турбобура. 1Г

На фиг. 1 изображено устройство„ продольный разрез; на фиг. 2 — последовательность этапов работы устройства; на фиг. 3 — спектрограммы, на которых поглощенные частоты соответствуют глубинной информации.

Устройство содержит вал, корпус 1 переводника, на внутренней поверхности 2 которого закреплена резонансная камера, выполненная в виде катушки 3 с щелью 4 вдоль образующей, вал турбобура 5, установленный внутри корпуса, вал 6 шпинделя, на котором последовательно установлены втулка 7 с щелью 8 и подпружиненный стержень

9 квадратного сечения,.во втулке 7 выполнены аксиальные отверстия 10 для прохода промывочной жидкости.

В прикладной акустике под резонансными звукопоглотителями понимают резонансные системы типа масса-пружина, называемые резонаторами Гельмгольца, где колеблющаяся масса сощей.. При создании нагрузки на долото

В 7 сжимается и закрывает часть площади щели 4. В результате этого на спектрограмме зафиксируется отсутствие частоты. Число оборотов долота контролируется частотой, появляющейся в результате полного открывания щели 4 вертикальной щелью 8 вращающейся В 7. Дальнейшее оттормаживание барабана лебедки приводит к увеличению нагрузки, и В 7 еще больше перекрывает щели 4,8. 1 табл., 3 ил. ответствует массе воздуха в узком отверстии или щели, а пружина — упругому объему воздуха в полости резонатора за пластиной.

Резонансная частота резонатора

Гельмгольца определяется по формуле где V — внутренний объем резонатора; с — скорость звука в среде;

h — высота звукопоглощающего горлышка.

Иэ приведенной формулы видно, что если изменять площадь сечения горлышка резонатора, то частота поглощения меняется, а если закрывать периодически отверстие, .то в спектре поглощенная частота то появляется, то исчезает.

Следовательно, это свойство резонатора Гельмгольца можно использовать для контроля осевой нагрузки на долото и контроля числа оборотов вала турбобура.

При бурении нефтяных и газовых скважин применяется механическое разрушение горных пород. Энергия от двигателя к породе передается непосредственно через породоразрушающий инструмент — долото.

При этом энергия передается не на всю поверхность разрушения одновременно, а периодически (шарошечные долота) дискретно и лишь на часть поверхности забоя, концентрированно че1364707

20 глощения резонатора от площади щели приведена в таблице. При заданных геометрических размерах (см. таблицу) собственная частота резонатора при полностью открытой щели соответствует 1,=1592 Гц, нагрузка на долото

Р=О и максимальное число оборотов

600 об/мин для турбобура типа ЗТСШ195. На спектрограммах (фиг. Зб,г,д) исчезает частота f„=1592 Гц.

Оттормаживая барабан лебедки, т.е. создавая нагрузку на долото, .пружина сжимается, и втулка закрывает часть площади щели резонатора.

В результате этой операции на спектрограмме (фиг. 3a) фиксируется отсутствие частоты, например,, 1 = ю

=1233 Гц, Это значит, что втулка 7 закрыла частично щель 4 (фиг.2а) на

8 см (см. таблицу) и нагрузка на долото составляет 8 тс (см. таблицу).

Кроме этого, на спектрограмме (фиг. Зб) периодически появляется частота f, =1592 Гц, Частота появления частоты

=1592 Гц характеризует информацию о числе оборотов долота. Она появляется в результате полного открывания щели 4 (фиг. 2б) вертикальной щелью

8 вращающейся втулки 7. рез породоразрушающие элементы инструмента (зубья, резцы, штыри).

В результате перекатывания шарошек по забою возникают и распространяют5 ся упругие волны, причем спектр упругих волн полигармонический, Установленный на пути распространения упругих волн резонатор Гельмгольца (гаситель колебаний) поглощает из полигармонического спектра частоту — собственную частоту резонатора.

Поглощенная таким образом частота из спектра представляет собой информацию. Распространяясь с забоя скважины звуковая вибрация по колонне доходит до ведущей трубы на поверхности, на которой устанавливается акустический датчик приемник— например пьезокерамический элемент (не показан).

Принятый сигнал на устье скважины акустическим приемником усиливается, преобразуется спектроанализа- 25 тором в спектрограммы, и через соответствующие полосовые фильтры сигнал поступает на аналоговый или цифровой прибор (не показаны).

Расчетная зависимость частоты поДальнейшее оттормаживание барабана лебедки приводит к увеличению нагрузки, сжиманию пружины и еще большему перекрытию щели, В результате второй операции на спектрограмме фиксируется отсутствие следующей частоты, например f ==942.

Это значит, что втулка 7 закрыла щель

4 (см. фиг. 2в) на 13 см (см. таблицу), и нагрузка на долото составляет

13 тс (см. таблицу). Кроме этого, на спектрограмме (фиг. Зг) также появляется периодически частота Г =1592 Гц, но частота появления ее уже изменяется. Она соответствует новому числу оборотов долота

Таким образом, смещение частоты на спектрограмме (фиг. 3a,в,г) характеризует осевую нагрузку на долото, а частота появления частоты fä„ (фиг. Зб,г,е) пропорциональна числу оборотов долота. формула изобретения

Устройство для контроля числа оборотов вала турбобура, содержащее корпус переводника, на внутренней поверхности которого жестко закреплена резонансная камера, выполненная в виде катушки с щелью вдоль ее образующей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей за счет получения информации одновременно об осевой нагрузке на долото и числе оборотов вала турбобура, оно снабжено подпружиненным стержнем, втулкой и шпинделем с валом, на котором последовательно установлены втулка и подпружиненный стержень с возможностью взаимодействия с валом турбобура, при этом на втулке выполнены аксиальные отверстия для прохода промывочной жидкости и щель вдоль ее образующей.

19

18

503

616

1364707

Продолжение таблицы

Продолжение таблицы

1341

1378

712

10 16

1424

796

1467

872

1510

13

942

12

1551

1007

1592

1068

1125

1180

1233

1263

П р и м е ч а н и е: Расчетная формус F. ла f- =-.- — -, где V — объем камеры, 2Ф 7- h

U=SH ° Я=и/4(D -d ), D=16,5 см, d.=

2 =13,5 см, Н 50 см (высота камеры);

h=l см (высота горлышка).

1364707

Ку д Фигz

Составитель Г.Алексеева

Редактор Л.Лангазо Техред М.Дидык. Корректор В.Гирняк

Заказ 6593/23 Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4