Устройство для измерения давления бурового раствора в скважине

Авторы патента:

G01L7/00 - Измерение постоянного или медленно меняющегося давления газообразных и жидких веществ или сыпучих материалов с помощью элементов, чувствительных к механическому воздействию или давлению упругой среды (передача и индикация перемещений элементов, чувствительных к механическому воздействию, с помощью электрических или магнитных средств G01L 9/00; измерение разности двух или более величин давления G01L 13/00; одновременное измерение двух или более величин давления G01L 15/00; измерение давления в полых телах G01L 17/00; вакуумметры G01L 21/00; полые тела, деформируемые или перемещаемые под действием внутреннего давления, как таковые G12B 1/04)

E21B47/06 - измерение температуры или давления (измерение температуры вообще G01K; измерение давления вообще G01L)

Владельцы патента RU 2726723:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего образования "Астраханский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "АГТУ" (RU)

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, и в частности к измерению параметров бурения скважин. Технический результат - создание надежного и точного устройства для контроля непосредственно в процессе бурения давления бурового раствора в скважине. Устройство содержит корпус с установленным в нем преобразователем давления, узлы привода и съема колебаний, источник питания, линию связи забоя с устьем скважины, преобразователь давления выполнен в виде механического резонатора-камертона, одна ветвь камертона выполнена полой в сечении в виде эллипса, при этом малая ось эллипса параллельна направлению колебаний второй ветви, а полость первой ветви посредством патрубка через мембрану соединена с затрубным пространством скважины и частота колебаний этой ветви равна частоте колебаний второй ветви, устройство снабжено микропроцессором, жестко закрепленным в корпусе, выход которого соединен с линией связи забоя с устьем скважины. 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и, в частности, к измерению параметров бурения скважин.

Известно устройство для измерения давления бурового раствора в скважине, содержащее расходомер, установленный на выходе из кольцевого пространства и вычислительное устройство для расчета забойного давления с учетом гидравлических потерь в системе (см. Справочник инженера по бурению. М.Недра. Т. 2.1973 г. - 163 с.).

Недостатком указанного устройства является низкая точность, обусловленная косвенным определением забойного давления бурового раствора на устье, а не прямым измерением на забое скважины.

Наиболее близким по сути является устройство для измерения давления бурового раствора в скважине, содержащее корпус с установленным в нем преобразователем давления, узлы привода и съема колебаний, источник питания, линию связи забоя с устьем скважины, а преобразователь давления выполнен в виде полого механического резонатора камертона, концы ветвей которого изогнуты в виде трубчатых пружин, а полости трубчатых пружин сообщаются с полостью выполненной в ветвях камертона и через мембрану соединены с затрубным пространством скважины (см. патент РФ №2471983, 2003 г.).

Недостатком прототипа является недостаточная точность и чувствительность за счет малой девиации частоты механического резонатора - камертона.

Техническая задача - создание надежного и точного устройства для контроля непосредственно в процессе бурения давления бурового раствора на забое скважины.

Технический результат - повышение точности измерения забойного давления бурового раствора.

Он достигается тем, что устройство для измерения давления бурового раствора в скважине, содержащее корпус с установленным в нем преобразователем давления, узлы привода и съема колебаний, источник питания, линию связи забоя с устьем скважины, преобразователь давления выполнен в виде механического резонатора- камертона, одна ветвь камертона выполнена полой в сечении в виде эллипса, при этом малая ось эллипса параллельна направлению колебаний второй ветви, а полость первой ветви посредством патрубка через мембрану соединена с затрубным пространством скважины и частота колебаний этой ветви равна частоте колебаний второй ветви, устройство снабжено микропроцессором, жестко закрепленным в корпусе, выход которого соединен с линией связи забоя с устьем скважины.

На фиг. 1 показано устройство для измерения давления бурового раствора в скважине.

Устройство, расположенное над долотом в контейнере, содержит корпус 1 закрепленный в бурильной трубе 2 посредством ребер 3, 4, систему привода 5 и съема 6 колебаний, линию связи 7, преобразователь давления 8, выполненный в виде механического резонатора - камертона, одна ветвь которого выполнена полой в сечении в виде эллипса 9 заполнена жидкостью, микропроцессор 10, жестко закрепленный в корпусе 1, мембрану 11, в бурильной трубе 2, воспринимающую давление бурового раствора и патрубок 12, соединяющий полость мембраны 11 с полостью ветви 9.

Устройство работает следующим образом.

При изменении давления бурового раствора в затрубном пространстве над долотом, мембрана 11 прогибается, жидкость через патрубок 12 перемещается в ветви 9 преобразователя давления 8, при этом полость ветви 9 стремится принять в сечении форму круга и толщина ветви 9 изменяется пропорционально величине давления бурового раствора, что приводит к изменению частоты колебаний ее относительно частоты колебаний второй ветви и, следовательно, к изменению добротности камертона. Система съема колебаний 6 преобразует механические колебания ветви камертона в электромагнитные колебания, которые поступают на вход микропроцессора 10, где рассчитывается добротность камертона и вырабатывается серия импульсов пропорциональная измеряемому давлению бурового раствора и подается в линию связи и по линии связи на приемное устройство, установленное на устье скважины. Вынужденные колебания камертона обеспечиваются путем подачи импульса электрического тока по линии связи 7 в систему привода 5.

Добротность преобразователя давления 8 определяется в микропроцессоре 10 по формуле:

где ƒ₀ - собственная частота камертона, Гц

2Δƒ^- - полоса пропускания камертона, Гц

α - коэффициент пропорциональности 1÷4,3.

Частота колебаний камертона определяется по формуле (Шполянский В.А., Чернягин Б.М. Электрические приборы времени. М. Машиностроение. 1964. - 368 с.)

где е, L - соответственно толщина, длина камертона;

Е, γ - соответственно модуль упругости, плотность материала камертона.

Выполнение преобразователя давления в виде камертона, одна ветвь которого полая и в сечении имеет форму эллипса, обеспечивает повышенную чувствительность к изменению давления за счет изменения толщины е полой ветви камертона, имеющей в сечении форму эллипса, приобретающего форму круга при увеличении давления бурового раствора в скважине. При этом длина ветви L остается постоянной. Введение дополнительно в устройство микропроцессора, выполненного по КНИ-технологии позволяет линеаризовать нелинейную характеристику преобразователя и, следовательно, повысить точность измерения, а применение КНИ-технологии обеспечивает высокую надежность в условиях высоких температур (до 300°С) глубоких скважин.

Измерение давления бурового раствора в скважине предлагаемым устройством позволяет повысить надежность, чувствительность и точность процесса измерения давления бурового раствора на забое скважины.

Устройство для измерения давления бурового раствора в скважине, содержащее корпус с установленным в нем преобразователем давления, узлы привода и съема колебаний, источник питания, линию связи забоя с устьем скважины, преобразователь давления выполнен в виде механического резонатора-камертона, отличающееся тем, что одна ветвь камертона выполнена полой в сечении в виде эллипса, при этом малая ось эллипса параллельна направлению колебаний второй ветви, а полость первой ветви посредством патрубка через мембрану соединена с затрубным пространством скважины и частота колебаний этой ветви равна частоте колебаний второй ветви, устройство снабжено микропроцессором, жестко закрепленным в корпусе, выход которого соединен с линией связи забоя с устьем скважины.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть применено для измерения высоты и скорости полета воздушных судов на основании использования аэрометрического метода.

Механизм индикатора скорости всплытия и часы ныряльщика, содержащие такой механизм // 2712198

Изобретение относится к механизму индикатора скорости всплытия, содержащему первый подвижный элемент (1) и датчик давления, выполненный с возможностью деформироваться механически под воздействием изменения давления в окружающей среде, при этом первый подвижный элемент (1) кинематически соединен с датчиком давления таким образом, чтобы приводиться во вращение в случае изменения давления.

Способ определения давления насыщенных паров высокозастывающей нефти // 2706049

Изобретение относится к способам измерения давления газообразных и жидких веществ, а именно к способам определения давления насыщенных паров высокозастывающей нефти, содержания в ней свободных и растворенных газов, и может быть использовано в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.

Датчик аэрометрических давлений // 2702808

Датчик давления, использующий оптический метод преобразования информации // 2653596

Измерительный преобразователь технологической переменной с датчиком технологической переменной, несомым технологической прокладкой // 2645882

Измерительный преобразователь (260) технологической переменной для восприятия технологической переменной технологической текучей среды в промышленном процессе включает в себя технологическую прокладку (200), имеющую поверхность, выполненную с возможностью образования уплотнения с поверхностью технологического резервуара.

Устройство для фиксации эпюры давления в соединении с натягом // 2644033

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для фиксации эпюры давления в соединениях с натягом, собранных тепловым способом. Заявленное устройство для фиксации эпюры давления содержит чувствительный элемент в виде шариков, расположенных в один слой между поверхностями, при этом устройство содержит втулку, снабженную пружиной сжатия, установленной с зазором на штоке, диаметр которого на участке сопряжения с внутренней контактной поверхностью контролируемой охватывающей детали меньше на удвоенный диаметр шарика, а его длина равна длине внутренней контактной поверхности контролируемой охватывающей детали, причем втулка и шток образуют кольцевую полость, заполненную шариками по всему объему, количество которых по окружности внутренней контактной поверхности контролируемой охватывающей детали определяют по предложенному соотношению.

Способ хрусталева е.н. определения удельного сцепления и удельного веса массива материальной среды с нарушенной структурой // 2620025

Изобретение относится к области «Физика материального контактного взаимодействия» и касается способа определения по данным удельного сцепления Сстр, угла внутреннего трения и удельного веса материальной структурированной среды, и по показателю угла внутреннего трения среды в нарушенном состоянии показателя удельного сцепления и удельного веса среды в нарушенном состоянии.

Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды // 2611561

Изобретение относится к физике материального контактного взаимодействия и рассматривает предельное состояние материальной среды под нагрузкой.Сущность изобретения состоит в том, что при испытании материальной среды на сжимаемость и сдвиг истинное предельное состояние растяжения-сжатия массива материальной среды на глубине h от поверхности полупространства под штампами различной формы и жесткости определяют по зависимости: при (структурированная среда); (кГ/см2) при (нарушенная среда);где - главное нормальное сжимающее давление (кГ/см2); - главное отрицательное тангенциальное срезающее напряжение (кГ/см2); - давление связности среды (кГ/см2); - гравитационное (бытовое) давление структурированной среды (кГ/см2); - гравитационное давление среды с нарушенной структурой (кГ/см2);Ратм=1/033 (кГ/см2) - атмосферное давление на поверхности Земли; (кГ/см2) - действующее сжимающее давление в массиве; - действующие в массиве среды отрицательные тангенциальные напряжения (кГ/см2); (кГ/см3) - удельный вес среды в нарушенном состоянии; (кГ/см2) - среднее критическое (разрушающее) для среды давление сжатия, (кГ/см2), а тангенциальные напряжения сдвига в среде под штампом принимают отрицательными по величине, при этом истинное предельное состояние растяжения-сжатия массива материальной среды по данным компрессионно-сдвиговых испытаний ее образцов на сжатие определяют по зависимостям: (кГ/см2) при (структурированная среда); (кГ/см2) при (нарушенная среда);где γстрh=ратм=1,033 (кГ/см2), - главное отрицательное тангенциальное срезающее напряжение в компрессионно-сдвиговом приборе (кГ/см2), - главное нормальное сжимающее давление в компрессионно-сдвиговом приборе (кГ/см2), а тангенциальные напряжения сдвига в среде образца под штампом компрессионного прибора принимают отрицательными по величине, а истинное предельное состояние массива материальной среды по данным одноосного сжатия-растяжения образца среды определяют по зависимостям: - при сжатии; - при растяжении,а тангенциальные напряжения сдвига в образце принимают положительными по величине при растяжении и сжатии.

Способ хрусталёва е.н. определения гравитационного давления массива материальной среды // 2609427

Изобретение относится к области физики материального контактного взаимодействия и касается способа определения на заданной глубине h>106⋅С/γ (м) массива связной среды гравитационного (бытового) давления по зависимости , (МПа), где Сстр (МПа) - удельное сцепление, γ (Н/м3) - удельный вес структурированной среды, - ее угол внутреннего трения, для среды с нарушенной структурой , .

Способ разработки залежи высоковязкой нефти с использованием парных горизонтальных скважин // 2725415

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Технический результат - возможность производить закачку пара при средней и низкой приемистости пласта, снижение затрат энергии при закачке теплоносителя.