Устройство для измерения количества газа в промывочной жидкости в процессе бурения скважин

 

Применение: для контроля количества газа в буровом растворе при бурении нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретения: устройство для измерения количества газа в промывочной жидкости содержит датчик импульсов давления с корпусом и расположенными внутри корпуса дисками, закрепленными на валу устройства. Верхний конец вала имеет приспособление для соединения с ведущей трубой буровой установки, в нижний - приспособление для соединения с бурильной колонной. Дополнительные диски закреплены на внутренней поверхности корпуса и расположены с чередованием относительно дисков, закрепленных на валу. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике, использующейся для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно, к системам контроля количества газа в буровом растворе.

Известно устройство для контроля количества газа в промывочной жидкости в процессе бурения скважин, включающее датчик импульсов давления, установленный в колонне труб, и датчика приемника сигналов, один из которых установлен в колонне труб, а другой в затрубном пространстве, и регистратор [1] Указанное устройство не нашло широкого применения из-за сложности конструкции. Вторым недостатком устройства является необходимость установки датчика-приемника сигналов в затрубном пространстве скважин под превентерной установкой. В этом случае датчик, рассчитанный на восприятие сигнала, величина которого измеряется столбом бурового раствора в 1,5 3 метра, сразу же выходит из строя при опрессовке превентера, либо при его частичном закрытии.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для определения количества газа в промывочной жидкости, содержащее забойный генератор импульсов давления, установленный в переводнике над породоразрушающим инструментом и выполненный в виде камеры, образованной дисками с отверстиями, вращаемыми посредством двигателя, мембраной и стенкой переводника, в которую вмонтированы датчики давления и температуры [2] Однако данное устройство оказалось ненадежным в работе из-за быстрого выхода из строя основных элементов: мембраны и дисков. Кроме того, в случаях использования буровых растворов с высокой плотностью оказалось невозможным спроектировать надежную приводную часть этой системы. Наличие автономного привода с его системой защиты и передачи нарушает циркуляции в кольцевом пространстве, исключает возможность создания уплотнения кольцевого пространства и закрывает пространство для прохода различных устройств в скважину.

Задача изобретателей заключается в том, чтобы повысить эффективность и надежность работы устройства и обеспечить возможность использования буровых растворов с высокой плотностью.

Указанная задача решается за счет того, что устройство для измерения количества газа в промывочной жидкости в процессе бурения, содержащем гидравлический датчик-приемник сигналов и датчик импульсовдавления, включающий диски, установленные на оси, верхний конец оси датчика импульсов давления, снабженного дополнительными дисками, размещенными на внутренней поверхности корпуса, соединен с ведущей тpубой буровой установки, а нижний конец с бурильной колонной; кроме того корпус датчика импульсов давления фиксируется относительно его полой оси с помощью подшипника, а ниппельные гайки корпуса датчика импульсов давления имеют упругие уплотнения, наружный диаметр которых больше наружного диаметра его корпуса.

Сущность изобретения заключается в следующем. Заявляемое устройство позволяет использовать растворы любой плотности, и так как приводом, перекрывающим кольцевое пространство скважины является ведущая труба буровой установки, соединенная с осью импульсов давления, в связи с чем нет необходимости использовать автономный привод, системы его защиты и передачи, обеспечивающих вращение внутренних дисков (как это имеет место в прототипе). Элементы автономного привода и системы его защиты и передачи быстро выходят из строя.

Кроме того, использование ведущей трубы в качестве привода позволяет использовать соосно расположенную относительно оси скважины полую ось, что позволяет пропустить через это устройство различные приборы и торпеды непосредственно до промывочной плиты долота. Такая конструкция позволяет уплотнять кольцевое пространство скважины с помощью эластичных манжет непосредственно в кондукторе или технической колонне без опасности его прихвата в открытом стволе скважины.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для измерения количества газа в промывочной жидкости в процессе бурения: фиг. 1 общий вид, фиг. 2 - сечение по А А.

Заявляемое устройство состоит из датчика импульсов давления, который переводником 1, соединенным с верхним концом полой оси 2, крепится посредством резьбы к ведущей трубе буровой установки (показана пунктиром). Своим нижним концом посредством резьбы полая ось 2 датчика крепится к колонне бурильных труб (показана пунктиром). На полой оси 2 неподвижно закреплены диски 3, которые отделены друг от друга проставочными кольцами 4. Корпус 5 датчика импульсов давления фиксируется на полой оси с помощью радиально-упорных подшипников 6. С помощью ниппельных гаек 7 в корпусе 5 устройства неподвижно зафиксированы конусные диски 8, которые отделяются друг от друга и от дисков 3, закрепленных на полой оси 2, проставочными кольцами 9. Ниппельные гайки 7 имеют упругое уплотнение 10, наружный диаметр которогона 2 5 мм больше внутреннего диаметра технической колонны, на оголовке которой крепится превентерная батарея буровой установки. Конусные диски 8 и диски 3, закрепленные на полой оси 2, имеют соответственные протезы 11 и 12 (фиг. 2). При сборе датчика все протезы 11 и 12 дисков 8 и 3, закрепляемые соответственно на полой оси 2 и на корпусе 5 датчика импульсов давления, ориентируются вдоль одной наружной образующей и в таком положении фиксируются затяжкой ниппельных гаек 7 и резьбовым концом 1 полой оси 2.

Устройство работает следующим образом. Датчик импульсов давления подсоединяется с помощью переводника 1 к ведущей трубе буровой установки, а нижним концом полой оси 2 к бурильной колонне. При роторном бурении ведущая труба вращает полую ось 2 устройства. Через полую ось 2 из ведущей трубы в бурильную колонну нагнетается буровой раствор. Корпус 5 устройства с помощью упругих уплотнений 10 фиксируется от поперечного проворота во внутренней полости технической колонны. Упругие уплотнения 10 не мешают осевому перемещению корпуса 5 датчика относительно внутренней поверхности технической колонны. Восходящий по внутренней полости технической колонны буровой раствор благодаря уплотнениям 10 направляется во внутреннюю полость корпуса 5 генератора импульсов и проходит последовательно через все диски 8 и 3, как через лабиринтное уплотнение. При этом корпус 5 и соответственно закрепленные в нем диски 8 неподвижны; а диски 3, закрепленные на полой оси 2, вращаются с той же частотой, что и ведущая труба буровой установки. Одина раз, за один оборот полой оси 2 прорези 11 и 12 совмещаются. При этом происходит уменьшение внутренних потерь давления в генераторе импульсов до величины в 0,5 1 кГс/см². При перекрытии прорезей 11 и 12 внутренние потери давления возрастают в 5 10 раз.

Один раз (через каждые 10 20 минут бурения вращения ведущей трубы буровой установки) вращение ведущей трубы замедляется. Например, бурили при 80 об/мин, перешли на бурение при 40 об/мин, или вообще на несколько секунд остановили ротор буровой установки. При этом фиксирующий прибор показывает время, которое проходит со времени изменения вращения ротора, до момента, когда датчик-приемник высокого давления указывает на установление новой частоты пульсации давления, создаваемой датчиком импульсов давления.

Компьютер пересчитывает время задержки в величину, определяющую концентрацию газа в буровом растворе.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения количества газа в промывочной жидкости в процессе бурения скважины, содержащее датчик импульсов давления с корпусом и расположенными внутри корпуса дисками, закрепленными на валу устройства, отличающееся тем, что верхний конец вала имеет приспособление для соединения с ведущей трубой буровой установки, а нижний приспособление для соединения с бурильной колонной, при этом датчик импульсов давления снабжен дополнительными дисками, закрепленными на внутренней поверхности корпуса и расположенными с чередованием относительно дисков, закрепленных на валу.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус датчика импульсов давления фиксируется относительно вала, который выполнен полым, с помощью подшипников.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ниппельные гайки корпуса датчика импульсов давления имеют упругие уплотнения, наружный диаметр которых больше наружного диаметра его корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2