Устройство для контроля числа оборотов вала турбобура Советский патент 1988 года по МПК E21B47/12 E21B45/00 

(Л

Од О 4

пус переводника, на внутренней поверхности которого жестко закреплена резонансная камера, выполненная в виде катушки 3 с щелью 4 вдоль образующей. Устройство имеет подпружиненный стержень 9, втулку (в) 7 и шпиндель с валом .6. На последнем последовательно установлены В 7 и стержень 9, взаимодействующий с валом турбобура 5. На В 7 выполнены аксиальные отверстия 10 для прохода промывочной жидкости и щель 8 вдоль ее образующей. При создании нагрузки на долото В 7 сжимается и закрывает часть площади щели 4. В результате этого на спектрограмме зафиксируется отсутствие .частоты. Число оборотов долота контролируется частотой, появляющейся в результате полного открывания щели 4 вертикальной щелью 8 вращающейся В 7. Дальнейшее оттормаживание барабана лебедки приводит к увеличению нагрузки, и В 7 еще больше пере- .крывает щели 4,8. 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области бурения и предназначено для контроля забойных технологических параметров в процессе бурения. Цель изобретения - расширение функциональных, возможностей за счет получения информации одновременно об осевой нагрузке на долото и числе оборотов вала турбобура. Устройство содержит кор

1

Изобретение относится к бурению и может быть использовано для контроля забойных технологических параметров в процессе бурения скважины, в частности для одновременного контроля двух параметров - осевой нагрузки на долото и числа оборотов вала турбобура.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет получения информации одновременно об осе вой нагрузке на долото и числе оборотов вала турбобура.

На фиг. 1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - последовательность этапов работы устрой ства; на фиг. 3 - спектрограммы, на которых поглощенные частоты соответствуют глубинной информации.

Устройство содержит вал, корпус 1 переводника, на внутренней поверхности 2 которого закреплена резонансная камера, выполненная в виде катушки 3 с щелью 4 вдоль образующей, вал турбобура 5, установленный внутри корпуса, вал 6 шпинделя, на котором последовательно установлены втулка 7 с щелью 8 и подпружиненный стержень 9 квадратного сечения,.во втулке 7 выполнены аксиальные отверстия 10 для прохода промывочной жидкости.

В прикладной акустике под резонансными звукопоглотителями понимают резонансные системы типа масса-пружина, называемые резонаторами Гельм- гольца, где колеблющаяся масса соответствует массе воздуха в узком отверстии или щели, а пружина - упругому объему воздуха в полости резонатора за пластиной. Резонансная частота резонатора Гельмгольца определяется по формуле

f- F

где V с h

-внутренний объем резонатора;

-скорость звука в среде;

-высота звукопоглощающего горлышка.

Из приведенной формулы видно, что если изменять площадь сечения горлышка резонатора, то частота поглощения меняется, а если закрывать периодически отверстие, .то в спектре поглощенная частота то появляется, то исчезает.

Следовательно, это свойство резонатора Гельмгольца можно использовать для контроля осевой нагрузки на долото и контроля числа оборотов вала турбобура.

При бурении нефтяных и газовых скважин применяется механическое разрушение горных пород. Энергия от двигателя к породе передается непосредственно через породоразрушающий инструмент - долото.

При этом энергия-передается не на всю поверхность разрушения одновре- 35 менно,.а периодически (шарошечные долота) дискретно и лишь на часть поверхности забоя, концентрированно че

рез породоразругаающие элементы инстрмента (зубья, резгцэ, штыри).

В результате перекатывания шароше по забою возникают и распространяются упругие волны, причем спектр упругих волн полигармонический.

Установленный на пути распространния упругих волн резонатор Гельмголь ца (гаситель колебаний) поглощает из полигармонического спектра частоту - собственную частоту резонатора.

Поглощенная таким образом часто-- та из спектра представляет собой информацию. Распространяясь с забоя скважины звуковая вибрация по колонне доходит до ведущей трубы на поверхности, на которой устанавливается акустический датчик приемник - например пьезокерамический элемент (не показан),

Принятый сигнал на устье скважины акустическим приемником усиливается, преобразуется спектроанализа- тором в спектрограммы, и через соответствующие полосовые фильтры сигнал поступает на аналоговый или цифровой прибор (не показаны).

Расчетная зависимость частоты поглощения резонатора от площади щели приведена в таблице. При заданных геометрических размерах (см. таблицу собственная частота резонатора при полностью открытой щели соответствует Гц, нагрузка на долото и максимальное число оборотов 600 об/мин для турбобура типа ЗТСШ- 195. На спектрограммах (фиг. Зб,г,д) исчезает частота Гц.

Оттормаживая барабан лебедки, т.е создавая нагрузку на долото, .пружина сжимается, и втулка закрывает часть площади щели резонатора.

В результате этой операции на спектрограмме (фиг. За) фиксируется отсутствие частоты, например,, f 1233 Гц. Это значит, что втулка 7 закрыла частично щель 4 (фиг.2а) на 8 см (см. таблицу) и нагрузка на долото составляет 8 тс (см. таблицу). Кроме этого,, на спектрограмме (фиг. Зб) периодически появляется частота Гц.

Частота появления частоты 1592 Гц характеризует информацию о числе оборотов долота. Она появляется в результате полного открывания щелн 4 (фиг. 26) вертикальной щелью 8 вращающейся втулки 7.

10

15 уп

25

647074

Дальнейщее оттормаживание барабана х лебедки приводит к увеличению нагрузки, сжиманию пружины и еще большему перекрытию щели.

В результате второй операции на спектрограмме фиксируется отсутствие следующей частоты, например . Это значит, что втулка 7 закрыла щель 4 (см. фиг. 2в) на 13 см (см. таблицу), и нагрузка на долото составляет 13 тс (см. таблицу). Кроме этого, на спектрограмме (фиг. Зг) также появляется периодически частота Гц, но частота появления ее уже изменяется. .Она соответствует новому числу оборотов долота.

Таким образом, смещение частоты на СПек трограмме (фиг. За,в,г) характеризует осевзпо нагрузку на долото, а частота появления частоты , (фиг. 36,г,е) пропорциональна числу оборотов долота.

Формула изобретения

Устройство дпя контроля числа оборотов вала турбобура, содержащее корпус переводника, на внутренней поверхности которого жестко закреплена резонансная камера, выполненная в виде катушки с щелью вдоль ее образующей, отличающееся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей за счет

получения информации одновременно об осевой нагрузке на долото и числе оборотов вала турбобура, оно снабжено подпружиненным стержнем, втулкой шпинделем с валом, на котором последовательно установлены втулка и одпружиненньтй стержень с возможностью взаимодействия с валом турбобура, при этом на втулке выполнены аксиальные отверстия для прохода промыочной жидкости и щель вдоль ее обраующей.

55 1

355

19

503

18

616

17

51364707

Продолжение таблицы

Продолжение таблицы

cpuz.Z

fft f-to

aff

fr ffio

Sг

/5 .f f№ f

Фиг.з