Способ контроля гидродинамического давления промывной жидкости внутри бурильного инструмента в процессе бурения

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой отраслям промышленности и может быть использовано при бурении эксплуатационных и разведочных скважин. Цель - повышение точности контроля за счет поглощения частот звуковых вибраций из полигармонического спектра, соответствующих контролируемому гидродинамическому давлению. Генератором возбуждают полигармонический спектр звуковых вибраций потока промывочной жидкости внутри бурильного инструмента. Измеряют поглощенные частоты из спектра резонансным элементом с камерой. Объем последней изменяют под действием гидродинамического давления. По поглощенным из спектра частотам определяют мгновенное значение гидродинамического давления. Контроль последнего позволяет оптимизировать режим нагружения долота. Обеспечение устойчивой работы трубобура в зоне технологически необходимых частот вращения долота позволяет повысить проходку на золото и механическую скорость бурения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

44 А1 (19) (11) (51) 4 Е 21 В 47/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4250177/23-03 1 (22) 25.03,87 (46) 07,04.89, Бил. М 13 (71) Тюменский индустриальный институт им. Ленинского комсомола (72) Ю.А.Савиных и С.И.Грачев (53) 622.241(088.8) (56) Справочник по технической акустике:. Перев. с нем./Под ред, М.Хекла и Х.А.Мюллера. — Л.: Судостроение, 1980, с. 310, (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСН кого дАВления пРомь1вочной жидкости

ВНУТРИ БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА В ПРО

ЦЕССЕ БУРЕНИЯ (57) Изобретение относится к нефтяной и газовой отраслям пром-сти и м.б.,использовано при бурении эксплуатационных и разведочных скважин.

Цель — повышение точности контроля

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может применяться при бурении эксплуатационных и разведочных скважин для контроля гидродинамического давления, появляющегося внутри нижней части бурильного инструмента, подверженного осе.вой вибрации, Цель изобретения — повьппение точности контроля за счет поглощения частот звуковых вибраций иэ полигармонического спектра, соответствующих контролируемому гидродинамическому давлению.

На фиг.1 дана схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на1 за счет поглощения частот звуKQBHx вибраций из полигармонического спектра, еоответствующих контролируемому гидродинамическому давлению, Генератором возбуждают полигармонический спектр звуковых вибраций потока промывочной жидкости внутри бурильного инструмента. Измеряют поглощенные частоты из спектра резонансным элементом с камерой. Объем последней изменяют под действием гидродинамического давления. По поглощенным из спектра частотам определяют мгновенное значение гидродинамического давления. Контроль последнего позволяет оптимизировать режим нагружения долота. Обеспечение устойчивой работы турбобура в зоне технологически необходимых частот вращения долота позволяет повысить проходку на долото и механическую скорость бурения. 2 ил, 2

4:ь фиг,2 — спектрограммы вибраций работы устройства. (:)

Устройство состоит (фиг ° 1) из CO бурильной трубы 1, специального пере- Дйй водника 2 отверстия 3, служащего )фЬ для соединения внутренней полости

4 цилиндрического полого эластомера

5 с затрубным пространством 6, кор- . пуса 7 резонатора, горлышка 8 резонатора, колонны бурильных труб 9, крышки 10, камеры 11 ре онатора, металлической накладки 12, внутренней полости 13 бурильного инструмента, Сборка устройства для реализации способа осуществляется в следующем порядке °

147094

В специальный переводник 2 ввора- " чивается корпус 7 резонатора. Внутрь корпуса 7 вставляется упругий эластомер 5, к которому привулканизирована накладка 12, с последующим завинчиванием крышки 10. Собранное устройство встраивается между бурильными трубами 1 и 9.

Таким образом, опущенное в сква- 10 жину устройство представляет собой резонатор Гельмгольца, где внутренняя полость 13 бурильного инструмента представляет собой канал, по которому распространяется спектр упругих 15 колебаний.

На фиг.2(а) изображена спектрограмма вибраций при бурении при поглощенной частоте 1 ., что соответствует нулевому значению гидродинамического давления. На фиг.2(б) представлена спектрограмма при поглощенной частоте f, что соответствует какому-то уровню гидродинамического давления, При увеличении гидродинамического давления поглощенная частота еще более сдвинется — фиг,2(в), Смещение поглощенных частот на спектрограмме объясняется тем, что изменение давления внутри бурильного

-инструмента приводит к изменению объема упругого эластомера, а следовательно, к изменению объема резонатора. Генератором полигармонического спектра вибраций являются долото 35 и турбобур.

Способ осуществляют следующим образом.

Операция первая, Встраивают переводник 2 с резонансным устройством 40 над верхней секцией шпиндельного турбобура типа 3 ТСШ вЂ” 195ТЛ.

Операция вторая. Возбуждают генератором (долотом и турбобуром) поток промывочной жидкости внутри буриль- 45 ного инструмента полигармоническим спектром (включением насосов запускают турбобур и опускают долото на забой скважины).

Операция третья. Воспринимают акус-;0 тическим приемником (например, пьезоакселерометром) упругие колебания, распространяющиеся по колонне бурильных труб 9 и преобразуют их в спектрограмму спектроанализатором. 55

Операция четвертая, Определяют по спектрограмме значение частоты, которая поглощается резонансньп1

4 устройством, например по фиг.2{б), это будет

Операция пятая. По формуле определяют амплитуду гидродинамического давления, например по спектрограмме (фиг.2,6)

Р = К

Пример. Размеры резонатора: ,F = 5 см; h = 20 см; 7„= 2355 см (объем камеры резонатора при нулевом значении гидродинамического давления). Площадь основания внутреннего

2 объема резонапора 78,5 см

По формуле с .Г находят значение поглощенной частоты

:Г = 230 Гц.

Расчет конструкции устройства показывает, что при повышении амплитуды гидродинамического давления до

2,0 МПа соответственно изменяется объем камеры резонатора (V„) за счет сжатия цилиндрического полого эластомера. Расчетное значение К„

= 2983 см . В этом случае частота поглощения f,= 204 Гц.—

Лналогично при колебаниях давления до 4,0 МПа величина V< составит

3611 см, а ча.стота поглощения 1 =

185 Гц.

После тарировки устройства определяется коэффициент пропорциональности К, Таким образом по спектрограмл с спектроанализатора фиксируется изменение гидродинамического давления внутри бурильного инструмента °

Контроль гидродинамического давления позволяет оптимизировать режим нагружения долота, так как установлено, что колебания этого давления приводят к существенному изменению соотношения осевых гидравлических усилий, действующих на элементы бурильного инструмента. Обеспечение устойчивой работы турбобура в зоне технологически необходимых частот вращения долота позволяет повысить проходку на долото и механическую скорость бурения. формула изобретения

Способ контроля гидродинамического давления промывочной жидкости внутри бурильного инструмента в процессе бурения, основанный на методе звукопоглощения,о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности контроля за счет поглощения частот звуковых вибраций из полигармонического спектра, соответствующих контролируемому гидродинамическому давлению, возбуждают генератором полигармонический спектр звуковых вибраций потока промывочной жидкости внутри бурильного инструмента, измеряют поглощенные частоты из спектра резонансным элементом с камерой, объем которой изменяют под действием гидродинамического давления, по поглощенным иэ спектра частотам on470944 6 ределяют мгновенное значение гидродинамического давления P по формуле с F

Р=K.f К и V h

5 где К вЂ” коэффициент пропорциональности;

f — поглощенная частота; с — скорость звука;

F,h — соответственно площадь проходного сечения и высота горльппка резонансного устройства;

Ч вЂ” объем камеры резонансного

15 устройства, 1470944

Составитель Г.Маслова

Техред А. Кравчук Корректор 11. 1акснмииинец

Редактор И.Горная

Заказ 1567/38

Тираж 514

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101