Акустический датчик для контроля числа оборотов вала турбобура

 

Использование: бурение нефтяных и газовых скважин, в частности для получения информации о числе оборотов вала турбобура. Сущность изобретения: на корпусе переводника внутри резонансной камеры размещен локальный вибропоглотитель. Под резонатором на корпусе переводника выполнена статорная турбина, перфорированная труба фиксированно расположена в резонансной камере и выполнена в виде вращающейся кодовой втулки с продольными щелями, выполненными по окружности. Центральная втулка резонансной камеры расположена эксцентрично оси корпуса переводника на кодовой втулке, связанной с валом турбобура. На приводном валу над статорной турбинкой свободно расположена роторная турбинка. Использование датчика позволяет повысить достоверность передачи информации за счет увеличения отношения сигнал/шум путем поглощения из бурильной колонны локальным вибропоглотителем вибрационной помехи в полосе частот передаваемой забойной информации и увеличения поглощения энергии мод шума во внутренней полости резонансной камеры. 5 ил.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для получения забойной технологической информации о параметрах режима бурения, в частности о числе оборотов вала турбобура.

Известны устройства для передачи технологической информации о параметрах режима бурения, например, гидротурботахометры [1] Недостатком данного устройства является низкая надежность работы гидротурботахометра и низкая достоверность информации.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению относится устройство модуляции звуковой вибрации в бурильной колонне при турбинном бурении скважин, содержащее корпус переводника, расположенную внутри него резонансную камеру с перфорацией, перфорированную трубу и вал турбобура [2] Недостаток данной конструкции заключается в том, что информационный импульс о параметре волновая пауза, сформированная датчиком вращения долота внутри бурильной колонны- резонансной камерой, в процессе распространения с забоя на поверхность заполняется частотой, источником которой является спектр звуковой вибрации долота, генерируемого в корпус бурильной колонны, изменяя при этом уровень поглощения звука, ведущее к уменьшению отношения сигнал/шум.

Цель изобретения повышение достоверности передачи информации за счет увеличения отношения сигнал/шум путем поглощения из бурильной колонны локальным вибропоглотителем вибрационной помехи в полосе частот передаваемой забойной информации и увеличения поглощения энергии мод шума во внутренней полости резонансной камеры.

Для этого акустический датчик для контроля числа оборотов вала турбобура, содержащий корпус, расположенную внутри него резонансную камеру с перфорацией, переводники и перфорированную трубу, снабжен локальным вибропоглотителем, статорной и роторной турбинками, приводным валом и центральной втулкой, причем локальный вибропоглотитель расположен на корпусе внутри резонансной камеры, приводной вал датчика расположен соосно корпусу, на котором свободно размещена роторная турбинка, а статорная турбинка жестко связана с корпусом, причем перфорированная труба фиксировано расположена в резонансной камере и выполнена в виде кодовой втулки с продольными щелями, расположенными по окружности, при этом центральная втулка расположена эксцентрично корпуса на кодовой втулке, связанной с приводным валом.

На фиг. 1 изображен продольный разрез датчика; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 развертка по окружности внутренней поверхности кодовой втулки; на фиг.5 три спектрограммы и две осциллограммы.

Датчик состоит из корпуса 1, центральной втулки 2, резонансной камеры, расположенной между корпусом 1, центральной втулкой 2, верхней 3 и нижней 4 крышками, приводного вала 5, кодовой втулки 6, гидросирены, состоящей из роторной 7 турбинки, находящейся на приводном валу 5, и статорной 8 турбинки, расположенной на корпусе 1. На центральной втулке 2 расположены горла 9 и 10, кодовая втулка 6 снабжена отверстиями 11 и 12. На кодовой втулке 6 находится ведомая шестерня 13, втулка 6 расположена фиксированно между нижней крышкой 4 и диском 14, находящимся на корпусе 1, а ведомая шестерня 15 на приводном валу 5. Датчик включает верхний 16 и нижний 17 соединительные переводники. Кодовая втулка 6 для фиксации ее в центральной втулке снабжена буртиком 18, расположенным между нижней крышкой 4 резонансной камеры и диском 14. Для того, чтобы был зазор между диском 14 и нижней крышкой 4 установлено кольцо 19, расположенное на корпусе 1. Для разъединения гидросирены и диска 14 имеется втулка 20. Внутри резонансной камеры на корпусе 1 расположен локальный вибропоглотитель 21 и пористая резина 22. Датчик снабжен полумуфтой 23 для соединения приводного вала 5 с валом 24 турбобура.

Статический режим. Датчик для контроля числа оборотов вала турбобура размещается над третьей секцией шпиндельного турбобура типа 3ТСШ-195 (или 3ТСШ-195 ТЛ).

Сборка датчика. На первом этапе сборки датчика осуществляют соединение верхнего переводника 16 с корпусом 1 (фиг.1).

На втором этапе сборки датчика последовательно размещают внутри корпуса следующие элементы (фиг. 1): верхнюю крышку 3 резонансной камеры с круглым отверстием, резиновый слой 22 и локальный вибропоглотитель 21 с металлической массой, центральную втулку 2 резонансной камеры, кодовую втулку 6 с ведомой шестерней 13 в нижней части, кольцо 19, диск 14 с круглым отверстием, эксцентрично расположенным относительно оси корпуса, втулку 20, роторную турбинку 7, статорную турбинку 8.

На третьем этапе сборки датчика (фиг.1) на корпусе 1 с собранными элементами по второй операции наворачивают нижний переводник 17.

Четвертый этап сборки датчика осуществляют на буровой. На шлицевой торец вала 24 турбобура вставляют соединительную полумуфту 23 и наворачивают на корпус турбобура собранную конструкцию датчика. Датчик готов к работе.

Динамический режим. После включения буровых насосов промывочная жидкость по бурильной колонне (не показано) через внутреннюю полость кодовой втулки 6 (фиг. 1) и через отверстия в роторной 7 и статорной 8 турбинках поступает в турбобур (не показан).

Роторная 7 и статорная 8 турбинки (фиг.1), вращаясь с постоянной скоростью (при постоянном расходе промывочной жидкости), генерируют спектр шума, который выравнивает частотный спектр турбины (фиг.5,а), вращающейся неравномерно в зависимости от нагрузки на долото.

Спектр шума, генерируемый долотом, заглушается на частотах f₃ 200 Гц, f₄ 300 Гц и f₅ 400 Гц с полосой Δf 200 Гц на резонансной частоте f₄ 300 Гц (фиг.5,б) локальным вибропоглотителем, собранным из элементов 22 и 21 (фиг.1 и 2), из бурильной трубы. Уменьшая вибрационную помеху, достигается увеличение отношения сигнал/шум при формировании информационного сигнала.

На каждые два оборота вала турбобура приводной вал 5 (фиг.1) повернет кодовую втулку 6 на один оборот, последовательно открывая горло 10 и горло 9 (фиг. 1) резонансной камеры нижней продольной щелью 12 на кодовой втулке 6 (фиг.1 и 4) и верхней продольной щелью 11, расположенной на кодовой втулке 6 (фиг.1 и 4).

В результате открывания звукопоглощающих горл 10 и 9 резонансной камеры за один оборот кодовой втулки в спектре шума продольных волн, распространяющихся в промывочной жидкости, сформируется информационный сигнал в виде двух волновых пауз на резонансной частоте f₄ 300 Гц/см (фиг.5,в).

Формула изобретения

АКУСТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЧИСЛА ОБОРОТОВ ВАЛА ТУРБОБУРА, содержащий корпус, расположенную внутри него резонансную камеру с перфорацией, переводники и перфорированную трубу, отличающийся тем, что датчик снабжен локальным вибропоглотителем, статорной и роторной турбинками, приводным валом и центральной втулкой, причем локальный вибропоглотитель расположен на корпусе внутри резонансной камеры, приводной вал расположен соосно с корпусом, на котором свободно размещена роторная турбинка, а статорная турбинка жестко связана с корпусом, причем перфорированная труба фиксированно расположена в резонансной камере и выполнена в виде кодовой втулки с продольными щелями, расположенными по окружности, а центральная втулка расположена эксцентрично корпуса на кодовой втулке, связанной с приводным валом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5