УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ БУРОВОГО РАСТВОРА НА ЗАБОЕ СКВАЖИНЫ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК E21B47/00 G01N11/16 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к устройствам для измерения вязкости бурового раствора на забое скважины в процессе бурения.

Известно устройство для измерения вязкости (см. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств: Учебник. - 4-e изд., стер. - М.: Альянс, (гриф МО), 2008. - 424 с.), содержащее пластину из магнитострикционного материала, герметизированную гильзу, обмотку возбуждения, генератор.

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность и отсутствие возможности измерения вязкости бурового раствора на забое скважины в процессе бурения.

Наиболее близким по технической сути (прототипом) является магнитострикционный вискозиметр, содержащий два блока: датчик в виде колеблющейся пластины и электронный блок, управляющий работой датчика и преобразующий показания, снимаемые им. Датчик содержит пустотелый цилиндр со сферическим дном. На цилиндре укреплен постоянный магнит, соединенный через фланец с корпусом вискозиметра. Вдоль трубки цилиндра, выполненного из ферромагнитного сплава, размещены обмотки трансформатора.

Ударные импульсы обмоток возбуждения вызывают колебания магнитострикционного датчика из сплава никеля. Пластинка совершает продольные собственные колебания, (см. кн. Демихов В.И., Леонов А.И. Контрольно-измерительные приборы при бурении скважин. М. - Недра 1980-201 с.)

Недостатком данного устройства является низкая точность измерения вязкости бурового раствора.

Технический результат - повышение надежности и точности измерения вязкости бурового раствора на забое скважины непосредственно в процессе бурения и передачи сигнала по беспроводному электрическому каналу связи забоя с устьем скважины путем усовершенствования конструкции.

Он достигается тем, что известное устройство, содержащее корпус, колеблющуюся пластину, обмотку возбуждения, установленные в корпусе, дополнительно имеет систему съема колебаний пластины, микропроцессор, фильтр и источник питания, установленные в корпусе, заполненным диэлектрической жидкостью и жестко фиксированным на бурильной трубе, а пластина выполнена из металла с независимым температурным коэффициентом линейного расширения в виде развернутого камертона, одна ветвь которого размещена в корпусе устройства, а вторая ветвь встроена в фильтр, закрепленный на корпусе, микропроцессор связан с обмоткой возбуждения, установленной с зазором к пластине, а система съема колебаний пластины, установленная с зазором к пластине, связана с каналом связи забоя с устьем скважины.

Использование пластины в виде развернутого камертона повышает чувствительность устройства так как колебания ветвей камертона поперечные и амплитуда колебаний больше чем магнитострикционного датчика в прототипе. Зависимость добротности от вязкости бурового раствора линейная, следовательно, устройство обладает повышенной точностью.

На чертеже (фиг. 1 - вид в разрезе) изображено предлагаемое устройство для измерения вязкости бурового раствора на забое скважины в процессе бурения.

Устройство содержит корпус 1, заполненный диэлектрической жидкостью, фильтр 2, колеблющуюся пластину 3, выполненную в виде развернутого камертона из нейзильбера, металла с независимым температурным коэффициентом линейного расширения, одна ветвь которого размещена в корпусе 1, а вторая его ветвь встроена в фильтр 2, обмотку возбуждения 4, размещенную в корпусе 1, установленную с зазором к ветви камертона 3, систему съема колебаний 5 закрепленную с зазором к этой же ветви камертона 3, выход которой соединен с каналом связи забоя с устьем скважины, источник питания 6, соединенный с микропроцессором 7, размещенные в корпусе 1, жестко закрепленным в бурильной трубе с возможностью сообщения через фильтр 2, с буровым раствором скважины.

Устройство работает следующим образом.

В процессе измерения с выхода микропроцессора 7, размещенного в корпусе 1 и соединенного с источником питания 6, импульсы электрического тока поступают с частотой равной резонансной частоте пластины 3, выполненной в виде развернутого камертона, на обмотку возбуждения 4 и вызывают колебания ветвей камертона.

Микропроцессор 7 в соответствии с записанной программой строит график частотной характеристики пластины 3, рассчитывает добротность колебательной системы камертона, что соответствует вязкости бурового раствора. Серия электрических импульсов соответствующая добротности камертона 3 и, следовательно, вязкости бурового раствора, посредством системы съема колебаний 5, подается в канал связи забоя с устьем скважины.

При изменении вязкости бурового раствора, связанного с разбуриванием новой горной породы, частота колебаний одной ветви пластины 3, в скважине заполненной буровым раствором, изменяется, а частота другой ветви в корпусе 1 остается неизменной, так как не контактирует с буровым раствором. В результате добротность колеблющейся пластины в виде камертона, изменяется в соответствии с изменением вязкости бурового раствора. Микропроцессор 7 строит новый график частотной характеристики, рассчитывает по графику новое значение добротности пластины - камертона 3, соответствующее вязкости, и посредством системы съема колебаний 5 подает новое значение добротности соответствующее новому значению вязкости бурового раствора в виде серии импульсов в канал связи забоя с устьем скважины. Частотная характеристика пластины - камертона 3, строится путем ряда итераций, по встроенной в микропроцессор 7 программе, а добротность пластины - камертона пропорциональная вязкости бурового раствора на забое скважины вычисляется по формуле:

где ƒ₀ - собственная частота камертона;

2Δƒ- полоса пропуска;

α - коэффициент 1÷1,3.

Положительный эффект - предлагаемое устройство имеет повышенную надежность за счет использования микропроцессора, выполненного по КНИ-технологии, работоспособность которого простирается до 300°С, и механического резонатора - камертона с независимым температурным коэффициентом линейного расширения и повышенную точность, обусловленную прямым измерением вязкости бурового раствора непосредственно в процессе бурения на забое.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к устройствам для измерения вязкости бурового раствора на забое скважины в процессе бурения. Техническим результатом является повышение надежности и точности измерения вязкости бурового раствора на забое скважины непосредственно в процессе бурения. Заявлено устройство для измерения вязкости бурового раствора на забое скважины в процессе бурения, содержащее корпус, колеблющуюся пластину и обмотку возбуждения, установленные в корпусе. При этом устройство дополнительно имеет систему съема колебаний пластины и микропроцессор, соединенный с источником питания, установленные в корпусе, заполненном диэлектрической жидкостью и жестко зафиксированном в бурильной трубе. Колеблющаяся пластина выполнена из металла с независимым температурным коэффициентом линейного расширения – нейзильбера в виде развернутого камертона, одна ветвь которого размещена в корпусе устройства, а вторая ветвь встроена в фильтр, закрепленный на корпусе. При этом микропроцессор связан с обмоткой возбуждения, установленной с зазором к пластине, а система съема колебаний пластины, также установленная с зазором к пластине и выше обмотки возбуждения, связана с каналом связи забоя с устьем скважины. 1 ил.

Устройство для измерения вязкости бурового раствора на забое скважины в процессе бурения, содержащее корпус, колеблющуюся пластину и обмотку возбуждения, установленные в корпусе, отличающееся тем, что дополнительно имеет систему съема колебаний пластины и микропроцессор, соединенный с источником питания, установленные в корпусе, заполненном диэлектрической жидкостью и жестко зафиксированном в бурильной трубе, при этом колеблющаяся пластина выполнена из металла с независимым температурным коэффициентом линейного расширения – нейзильбера в виде развернутого камертона, одна ветвь которого размещена в корпусе устройства, а вторая ветвь встроена в фильтр, закрепленный на корпусе, причем микропроцессор связан с обмоткой возбуждения, установленной с зазором к пластине, а система съема колебаний пластины, также установленная с зазором к пластине и выше обмотки возбуждения, связана с каналом связи забоя с устьем скважины.