Способ контроля скорости вращения турбобура и устройство для его осуществления

 

Использование: в горной промышленности при бурении скважин турбобуром. Сущность изобретения: способ контроля скорости вращения турбобура основан на измерении давления в колонне бурильных труб. Согласно изобретению задают оптимальную частоту вращения забойного двигателя и устанавливают соответствующее ей давление в колонне бурильных труб, а отклонение от оптимальной частоты вращения контролируют по изменению давления относительно давления, соответствующего оптимальной частоте вращения забойного двигателя. Устройство для контроля скорости вращения турбобура включает установленные в корпусе взаимодействующие друг с другом два дроссельных элемента, один из которых соединен с валом турбобура. Устройство снабжено двигателем, на валу которого установлен другой дроссельный элемент, при этом взаимное перемещение дроссельных элементов ограничено в пределах одного оборота. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к бурению и может быть использовано для регулирования частоты вращения долота при турбинном бурении.

Известен способ для измерения частоты вращения вала забойного двигателя, включающий увеличение давления в основном потоке за счет динамического напора части потока промывочной жидкости и уменьшения давления путем измерения гидравлического сопротивления (авт.св. N 1320401 кл. E 21 В 45/00 1987 ).

Недостатком известного способа является то, что при передаче сравнительно высокой частоты вращения на поверхность происходит затухание этих гидравлических сигналов и кроме того, большое влияние оказывают гидравлические помехи, сектор частот которых расположен в частотном диапазоне сигнала.

Целью изобретения является повышение надежности контроля скорости вращения турбобура.

Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля скорости вращения турбобура, основанного на измерении давления в колонне бурильных труб, задают оптимальную частоту вращения забойного двигателя, а отклонение от оптимальной частоты вращения контролируют по изменению давления.

Для реализации заявленного способа постоянно измеряют давление в колонне бурильных труб манометром, которым оснащена каждая буровая. При этом осуществляют сравнение предыдущего измерения с последующим и если последующее измерение давления изменилось, то следовательно изменилась и скорость вращения турбобура. Если давление упало, то значит скорость вращения турбобура увеличилась и наоборот. Если давление увеличилось, то следовательно, скорость вращения турбобура уменьшилась.

Известен датчик для контроля частоты вращения вала турбобура, содержащий резонансную камеру, выполненную в виде цилиндрического стакана с цилиндрическим стержнем, выполненным из звукопоглощающего материала и соединенным с элементом крепления. Цилиндрический стакан охвачен втулкой со сквозным пазом, имеет звукопоглощающее отверстие. Периодическое перекрытие звукопоглощающего отверстия стакана втулкой приводит к формированию волновых пауз пропорционально числу оборотов вала турбобура (авт.св. N 1677284 кл. E 21 В 45/00, 1991).

Недостатком этого устройства является сложность конструкции, которая обязательна для передачи высокочастотных сигналов.

Наиболее близким техническим решением к заявленному устройству контроля скорости турбобура является устройство для измерения частоты вращения вала забойного двигателя, содержащее установленные в корпусе два дроссельных элемента, взаимодействующих друг с другом ( см. авт.св. N1320401 кл. E 21 45/00, 1987).

Недостатком известного устройства является то, что в нем дроссельные элементы осуществляют взаимное вращение с большой скоростью, что приводит к низкой надежности устройства.

Целью изобретения является повышение надежности контроля скорости вращения турбобура.

Поставленная цель достигается тем, что устройство контроля скорости вращения турбобура, содержащее установленные в корпусе взаимодействующие друг с другом два дроссельных элемента, один из которых соединен с валом турбобура, снабжен двигателем, на валу которого установлен другой дроссельный элемент, при этом взаимное перемещение дроссельных элементов ограничено в пределах одного оборота.

На фиг. 1 изображено устройство в разрезе; на фиг. 2 и 3 сечения А-А и Б-Б на фиг. 1.

Одним из возможных вариантов реализации способа контроля скорости вращения турбобура является устройство, содержащее корпус 1, внутри которого размещен двигатель, выполненный из турбинок 2, установленных на валу 3, дроссельные элементы, выполненные в виде дисков 4 и 5 с дроссельными отверстиями 6, один из дисков выполнен со штырьком 7, который перемещается по канавке 8 другого диска, между дисками установлена опора 9, диск 4 установлен на валу 3 двигателя, а диск 5 выполнен с патрубком 10, который соединен с валом 11 турбобура, последний установлен в корпусе 12, соединенный переводником 13 с корпусом 1 двигателя.

Данная конструкция представлена как один из возможных вариантов заявленного устройства, поскольку дроссельные элементы могут быть выполнены и в виде отрезков труб, а двигатель может быть не только гидравлическим, но и электрическим.

Устройство работает следующим образом.

Двигатель 2-3 вращается с заданной постоянной скоростью. Заданная скорость соответствует оптимальной скорости бурения. В случае, если диск 4 вращается с меньшей скоростью, чем диск 5, то происходит перекрытие отверстий 6 обоих дисков, при этом увеличивается гидравлическое сопротивление, что приводит к увеличению давления в бурильной колонне. Это указывает на то, что скорость вращения турбобура стала больше оптимальной.

В случае, если диск 4 вращается с большей скоростью, чем диск 5, то происходит совпадение отверстий 6 в дисках 4 и 5 и гидравлическое сопротивление уменьшится, что приведет к уменьшению давления в бурильной колонне. Это указывает на то, что скорость вращения турбобура стала меньше оптимальной. Другими словами, при любом отклонении от оптимальной скорости вращения происходит соответствующее изменение давления в бурильных трубах, в соответствии с которым можно произвести корректировку скорости вращения турбобура.

Таким образом, заявленный способ обладает высокой надежностью, так как нет необходимости передавать динамические гидравлические сигналы на поверхность, в связи с чем заявленное устройство обладает требуемой надежностью и простой конструкцией.

Формула изобретения

1. Способ контроля скорости вращения турбобура, основанный на измерении давления в колонне бурильных труб, отличающийся тем, что задают оптимальную частоту вращения забойного двигателя и устанавливают соответствующее ей давление в колонне бурильных труб, а отклонение от оптимальной частоты вращения контролируют по изменению давления относительно давления, соответствующего оптимальной частоте вращения забойного двигателя.

2. Устройство для контроля скорости вращения турбобура, включающее установленные в его корпусе взаимодействующие друг с другом два дроссельных элемента, один из которых соединен с валом турбобура, отличающееся тем, что оно снабжено двигателем, на валу которого установлен другой дроссельный элемент, при этом взаимное перемещение дроссельных элементов ограничено в пределах одного оборота.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3