Способ контроля гидродинамического давления промывной жидкости внутри бурильного инструмента в процессе бурения Советский патент 1989 года по МПК E21B47/06 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может применяться при бурении эксплуатационных и разведочных скважин для контроля гидродинамического давления, появляющегося внутри нижней части бурильного инструмента, подверженного осе- .вой вибрации.

Цель изобретения - повьшение то ч- ности контроля за счет поглощения частот звуковых вибраций из полигармонического спектра, соответствующих контролируемому гидродинамическому давлению.

На фиг.1 дана схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на1

фиг.2 - спектрограммы вибраций работы устройства.

Устройство состоит (фиг.1) из I бурильной трубы 1, специального пере- .водника 2, отверстия 3, служащего для соединения внутренней полости

4цилиндрического полого эластомера

5с затрубным пространством 6, кор- . пуса 7 резонатора, горльшжа 8 резонатора, колонны бурильных труб 9, крыики 10, камеры 11 резонатора, металлической накладки 12, внутренней полости 13 бурильного инструмента.

Сборка устройства для реализации способа осуществляется в следующем порядке.

4

О СО

4

4

В специальный переводник 2 вворачивается корпус 7 резонатора. Внутрь корпуса 7 вставляется упругий эластомер 5, к которому привулканизирова- на накладка 12, с последующим завинчиванием крышки 10. Собранное устройство встраивается мезвду бурильными трубами 1 и 9.

Таким образом, опущенное в сква- жину устройство представляет собой резонатор Гельмгольца, где внутренняя полость 13 бурильного инструмента представляет собой канал, по которому распространяется спектр упругих колебаний.

На фиг.2(а) изображена спектрограмма вибраций при бурении при поглощенной частоте fa, что соответствует нулевому значению гнцродинами- ческого давления. На фиг.2(б) пред- ставлена спектрограмма при поглощенной частоте f, что соответствует какому-то уровню гидродинамического давления. При увеличении гидродинамического давления поглощенная частота еще более сдвинется - фиг.2(в)

Смещение поглощенных частот на спектрограмме объясняется тем, что изменение давления внутри бурильного - инструмента приводит к изменению . объема упругого эластомера, а сле- . довател ьно, к изменению объема резонатора. Генератором полигармопическо го спектра вибраций являются долото и турбобур.

Способ осуществляют следующим образом.

Операция первая. Встраивают переводник 2 с резонансным устройством над верхней секцией ипиндельного турбобура типа 3 теш - 195ТЛ.

Операция вторая. Возбуждают генератором (долотом и турбобуром) поток промывочной жидкости внутри бур1-шь- кого инструмента полигармоническим спектром (включением насосов запускают турбобур и опускают долото на забой скважины),

Операция третья. Воспринимают аку тическим приемником (например, пьезо акселерометром) упругие колебания, распространяющиеся по колонне бурильных труб 9 и преобразуют их в спектр

грамму спектроанализатором.

Операция четвертая. Определяют по спектрограмме значение частоты, которая поглощается резонансный

f

устройством, например по фиг.2(б), это будет f.

Операция пятая. -По формуле определяют амплитуду гидродинамического давления, например по спектрограмме (фиг,2,б)

Р К f.

Пример, Размеры резонатора: F 5 h 20 см; УО 2355 см (объем камеры резонатора при нулевом значении гидродинамического давления )

Площадь основания внутреннего объема резонатора 78,5 см , По формуле

„с

- 2

F Vjh

0

5

5

0

5

д 0

5

находят значение поглощенной частоты fg 230 Гц.

Расчет конструкции устройства показывает, что при повьшзении амплитуды гидродинамич еского -давления до 2,0 МПа соответственно изменяется объем камеры -резонатора (V) за счет сжатия цилиндрического полого эластомера. Расчетное значению Y 2983 см, В ЭТОМ случае частота поглощения f-, 204 Гц,Аналогично при колебаниях давления до 4,0 Шa величина V составит 3611 см, а частота поглощения f 185 Гц,

После тарировки устройства определяется коэфб иикент пропорциональности К,

Таким образом, по спектрогра -.1е спектроанализатора фиксируется изменение гидродинамического давления внутри бурильного инструмента.

Контроль гидродинамического давления позволяет оптимизировать релшм нагружения долота, так как установлено, что колебания этого давх1ения приводят к существенному изменение соотнощения осевых гидравлических усилий, действующих на элементы бурильного инструмента. Обеспеченно устойчивой работы турбобура в зоне технологически необходимых частот вращения долота позволяет повысить проходку на долото и механическую скорость бурения.

Формула изобретения Способ контроля гидродинамического давления промывочной жидкости внутри бурильного инструмента в процессе бурения, основанньш на методе звукопоглощения,о т л и ч а ю щ и й5I

с-я тем, что, с целью повьшения точности контроля за счет поглощения частот звуковых вибраций из полигармонического спектра, соответствующих контролируемому гидродинамическому давлению, возбуждают генератором по- лигармонический спектр звуковых вибраций потока промывочной жидкости внутри бурильного инструмента, измеряют поглощенные частоты из спектра резонансным элементом с камерой, объем которой изменяют под действием гидродинамического давления, по Поглощенным из спектра частотам оп4709446

ределяют мгновенное значение гидродинамического давления Р по формуле

Р К -f К «tс

F

2Г N vTh где К - коэффициент пропорциональности;

f - поглощенная частота; скорость звука; соответственно площадь проходного сечения и высота гор- льшка резонансного устройства;

объем камеры резонансного устройства.

F,li V

Изобретение относится к нефтяной и газовой отраслям промышленности и может быть использовано при бурении эксплуатационных и разведочных скважин. Цель - повышение точности контроля за счет поглощения частот звуковых вибраций из полигармонического спектра, соответствующих контролируемому гидродинамическому давлению. Генератором возбуждают полигармонический спектр звуковых вибраций потока промывочной жидкости внутри бурильного инструмента. Измеряют поглощенные частоты из спектра резонансным элементом с камерой. Объем последней изменяют под действием гидродинамического давления. По поглощенным из спектра частотам определяют мгновенное значение гидродинамического давления. Контроль последнего позволяет оптимизировать режим нагружения долота. Обеспечение устойчивой работы трубобура в зоне технологически необходимых частот вращения долота позволяет повысить проходку на золото и механическую скорость бурения. 2 ил.

Pae.l

8

И

fs Фиг. г