Устройство для измерения зенитного угла искривления скважины в процессе бурения

 

Изобретение относится к промысловой геофизике и позволяет повысить надежность в работе и ускорить процесс измерения угля искривления скважины в условиях вибраций и ударов. Устройство включает резонансную камеру, установленную в переводнике (П) 1. Камера выполнена в виде цилиндрической трубы (Т) 2 с эксцентричным грузом 3. Внутри Т 2 перпендикулярно ее оси закреплен полый цилиндр 4, на поверхности которого вдоль диаметрально противоположных образующих имеются отверстия 5 и 6 прямоугольной формы. В цилиндре 4 соосно размещен с возможностью поворота полый полуцилиндр 8, на поверхности которого имеется звукопоглощающее отверстие 10 треугольной формы. При этом Т 2 установлена во внутренние обоймы подшипников 11, 12 с возможностью поворота относительно оси П 1. Внешние обоймы подшипников 11, 12 жестко закреплены в П 1 и имеют отверстия 13, 14 для прохода промывочной жидкости. В наклонной скважине Т 2 разворачивается под действием груза 3 в направлении плоскости искривления. Полуцилиндр 8 отвешивается вертикально, изменяя площадь звукопоглощающего отверстия 6 отверстием 10 треугольной формы. При этом изменяется поглощенная резонансной камерой частота, по величине которой определяют зенитный угол. 3 ил.

Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для определения зенитного угла в системах контроля искривления скважины при турбинном бурении. Цель изобретения - повышение надежн частоты, поглощенной резонансной каме ости в работе и ускорение процесса измерений в условиях вибраций и ударов. На фиг. 1 приведено устройство для измерения зенитного угла, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - спектрограмма с различными значениями частоты, поглощенной езонансной камеой, и соответствующие им значения угла искивления. Устройство содержит резонансную камеру, установленную в переводнике 1. Камера выполнена в виде цилиндрической трубы 2 с эксцентричным грузом 3. Внутри трубы 2 перпендикулярно ее оси закреплен полый цилиндр 4, на поверхности которого вдоль диаметрально противоположных образующих имеются отверстия 5 и 6 прямоугольной формы. В цилиндре 4 соосно размещен с возможностью поворота на оси 7 полый полуцилиндр 8 с эксцентричным грузом 9. На поверхности полуцилиндра 8 имеется звукопоглощающее отверстие 10 треугольной формы. Труба 2 установлена во внутренние обоймы подшипников 11 и 12 с возможностью поворота относительно оси переводника 1. Внешние обоймы подшипников 11 и 1стоту, равную собственной частоте резонатора, которая определяется из соот2 жестко закреплены в переводнике 1 и имеют отверстия 13 и 14 для прохода промывочной жидкости. Подшипник 12 размещен на упоре в виде шайбы 15, которая жестко связана с переводником 1. Труба 2 имеет крышку в виде гайки 16, которая связана резьбовым соединением с переводником 1. Устройство работает следующим образом. При бурении наклонно-направленной скважины турбобур с переводником 1 отклоняется от вертикали. Резонансная труба 2 под действием эксцентричного груза 3 разворачивается в обоймах подшипников 11, 12, а треугольное отверстие 10 полуцилиндра 8 занимает симметричное положение относительно плоскости искривления скважины. Под действием эксцентричного груза 9 полуцилиндр 8 отвешивается вертикально, при этом в зависимости от угла искривления скважины происходит изменение площади звукопоглощающего прямоугольного отверстия 6 отверстием 10 треугольной формы. В процессе бурения скважины происходит механическое разрушение горных пород. Энергия от двигателя к породе передается непосредственно через породоразрушающий инструмент (долото). При этом передача энергии происходит не на всю поверхность одновременно, а периодически (шарошечные долота) и лишь на часть поверхности забоя, концентрированного через породоразрушающие элементы инструмента (зубья, штыри, резцы). В результате перекатывания шарошек по забою возникают и распространяются упругие волны, спектр которых полигармонический. Установленная на пути распространения упругих волн резонансная камера (резонатор Гельмгольца) в виде трубы 2 поглощает из полигармонического спектра частоту/ равную собственной частоте резонатора/ которая определяется из соотношения f = , , где f - частота поглощения, Гц; с - скорость звука, м/с; F - площадь звукопоглощающего отверстия 6, м²; V - внутренний объем резонансной камеры, м³; h - высота горлышка (отверстия 6), м. Из этой формулы видно, что частота f поглощения при постоянном значении остальных величин изменяется пропорционально изменению площади F отверстия 6, которая, в свою очередь, зависит от угла искривления скважины. Ниже приведены расчетные значения частоты f поглощения в зависимости от площади отверстия 6 и указаны соответствующие этой площади величины зенитного угла α. Расчет проведен по данной формуле, где V= 763 см³, h= 0,7 см. Из таблицы видно, что при изменении площади F звукопоглощающего отверстия 6 от 0,25 до 3 см² зенитный угол α изменяется от 0 до 45^о. Частота f поглощения находится в диапазоне 500-1730 Гц, который выбран из условия возбуждения полигармонического спектра звуковой вибрации породоразрушающим инструментом. Таким образом, поглощенная из спектра частота f представляет собой информацию о величине зенитного угла. Распространяясь с забоя скважины, звуковая вибрация по колонне бурильных труб доходит до ведущей трубы на поверхности, на которой установлен датчик в виде пьезокерамического элемента (не показан). Сигнал с глубины 2500 м в диапазоне рассматриваемых частот при использовании в качестве датчика акселерометра 1ПА-9 составляет 15-18 мВ. Принятый сигнал на устье скважины акустическим приемником усиливается, преобразуется спектроанализатором в спектрограмму и через соответствующие фильтры поступает на регистратор (не показаны). В зависимости от количества полосовых фильтров с соответствующей полосой пропускания можно изменять разрешающую способность спектроанализатора приемной аппаратуры. В случае вертикальной скважины на поверхности через полосовой фильтр 500 Гц выделяется сигнал, спектрограмма которого проградуирована в градусах, а регистратор фиксирует угол α= 0. При искривлении скважины изменяется площадь звукопоглощающего отверстия 6, что приводит к изменению частоты поглощения. Например, если частота поглощения изменяется до 707 Гц, то происходит искривление скважины на угол 4^о. Предлагаемое изобретение позволяет повысить надежность в работе и ускорить процесс измерений. Используя спектрограмму как индикатор с известными поглощаемыми частицами от звукопоглощающего резонатора, можно осуществлять проводку скважины в заданном направлении, не останавливая процесса бурения. (56) Грачев Ю. В. и др. Автоматический контроль в скважинах при бурении и эксплуатации. М. : Недра, 1968, с. 328. Авторское свидетельство СССР N 1343926, кл. Е 21 В 47/12, 1986.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗЕНИТНОГО УГЛА ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ, содержащее резонансную камеру, установленную в переводнике, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе и ускорения процесса измерений в условиях вибраций и ударов, резонансная камера выполнена в виде цилиндрической трубы с эксцентричным грузом, внутри которой перпендикулярно ее оси закреплен полый цилиндр, на поверхности которого вдоль диаметрально противоположных образующих имеются отверстия прямоугольной формы, а в цилиндре соосно размещен с возможностью поворота полый цилиндр, на поверхности которого имеется звукопоглощающее отверстие треугольной формы, при этом цилиндрическая труба установлена с возможностью поворота относительно оси переводника во внутренние обоймы подшипников, внешние обоймы которых жестко закреплены в переводнике и имеют отверстия для прохода промывочной жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4