Изобретение относится к технике контроля геофизических параметров скважины, в частности к устройствам для определения угла кривизны скважины при турбинном и роторном бурении.
Цель изобретения - повышение точности определения угла кривизны скважины в процессе бурения.
На фиг. 1 приведено устройство для определения угла кривизны скважины, продольный разрез; на фиг. 2 - спектрограммы с поглощенными полостью частотами f1, f2, f3.
Устройство содержит установленный в корпусе переводника 1 акустический датчик в виде полого тороида 2, внутри которого установлены две радиальные перегородки 3 и 4. Между перегородками 3 и 4 в звукопоглощающей полости 5 с звукопоглощающим отверстием 6 размещен с возможностью перемещения шар 7, выполняющий роль подвижного отвеса.
В корпусе переводника 1 перпендикулярно его оси закреплены две подшипниковые опоры 8 и 9. Тороид 2 установлен вертикально между опорами 8 и 9 с возможностью поворота на осях 10 и 11, закрепленных диаметрально противоположно на тороиде 2. Перемещение тороида 2 ограничено в переводнике 1 ниппелем 12. Для прохода промывочной жидкости в опорах 8 и 9 имеются окна 13 и 14. Отверстие 15 в полости 5 служит для перетока жидкости из полости 5 наружу.
Чувствительность акустического датчика можно регулировать изменением объемов полости 5 и камеры 16 путем перемещения перегородок 3 и 4 при сборке устройства.
Подвижный отвес в виде шара 7 выполняет две функции. Во-первых, изменяет внутренний объем звукопоглощающей полости 5, изменяя тем самым резонансную частоту акустического датчика, во-вторых, разворачивает плоскость тороида 2 в направлении кривизны скважины.
Устройство работает следующим образом.
При бурении 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 одновременно, а периодически (шарошечные долота) дискретно и лишь на часть поверхности забоя, концентрированного через породоразрушающие элементы инструмента (зубья, штыри, резцы).
В результате перекатывания шарошек по забою возникают и распространяются упругие волны, причем спектр упругих волн - полигармонический.
Устройство встраивают над третьей секцией турбобура типа Т12РТ-240 (не показан), при этом установленная на пути распространения упругих волн звукопоглощающая полость 5 тороида 2, аналогично резонатору Гельмгольца, поглощает из полигармонического спектра частоту, равную собственной (резонансной) частоте акустического датчика. Собственная частота такого резонатора определяется из соотношения:
f = 
, где С - скорость звука, м/с;
V - объем звукопоглощающей полости, м3;
F - площадь звукопоглощающего отверстия, м2;
h - высота горлышка резонатора, м;
f - частота поглощения, Гц.
Из приведенного соотношения видно, что, если изменяется величина объема V полости 5 при постоянных значениях остальных величин, то частота f поглощения изменяется пропорционально изменению объема V, определяемого углом кривизны скважины.
Диапазон поглощающих частот выбирают от fmin= 1610 Гц при угле кривизны скважины, равном 0о, до fmax= 4010 Гц при угле кривизны скважины, равном 50о. Частота выбрана из условия возбуждения их на забое и прохождения по колонне бурильных труб и наблюдается в экспериментальных спекрограммах, снятых на поверхности в процессе бурения скважины при наборе кривизны под кондуктор.
В таблице приведены расчетные частоты звукопоглощающей полости для турбобура Т12РТ-240 с внутренним диаметром переводника, равном 240 мм.
При вертикальном положении переводника 1 шар 7 занимает устойчивое положение, при этом объем звукопоглощающей полости 5 максимален, а частота поглощения звуковой вибрации минимальна и равна 1610 Гц, что соответствует углу кривизны скважины, равному 0о.
На спектрограмме (фиг. 2) частота поглощения равна 1610 Гц.
В процессе бурения наклонно-направленной скважины набирается угол кривизны, например до 10о. При этом переводник 1 займет наклонное положение, а тороид 2 под действием шара 7 повернется на осях 10 и 11 в подшипниковых опорах 8 и 9. Внутренний объем полости 5 уменьшится, а поглощенная частота увеличится и станет равной 2090 Гц (фиг. 2). Спектрограмма с поглощенной частотой f3= 2570 Гц соответствует углу кривизны скважины, равному 20о.
При дальнейшем увеличении угла кривизны скважины переводник 1 наклонится еще больше, при этом шар 7, перекатываясь внутри полости 5, еще больше уменьшит ее объем, что приведет к увеличению поглощаемой частоты.
Поглощенная таким образом частота из полигармонического спектра представляет собой информацию о величине угла кривизны скважины. Распространяясь с забоя скважины, звуковая вибрация по колонне бурильных труб доходит до ведущей трубы на поверхности, на которой устанавливают акустический приемник, например пьезокерамический элемент (не показан).
Принятый сигнал на устье скважины акустическим приемником усиливается, преобразуется спектроанализатором в спектрограмму и через соответствующие фильтры сигнал поступает на аналоговый или цифровой прибор (не показан).
Используя спектрограмму как индикатор для визуального наблюдения, оператор имеет возможность контролировать угол кривизны скважины в процессе бурения, что позволяет повысить точность проводки скважины и обеспечить оперативное управление технологическим процессом путем подбора оптимальных режимных параметров. (56) Справочник по технической акустике. /Под ред. М. Хекла. , Х. А. Мюллера. Л. : Судостроение, с. 440, 1980.
Авторское свидетельство СССР N 1343926, кл. Е 21 В 47/12, 1986.
Изобретение относится к технике контроля геофизических параметров скважин и позволяет повысить точность определения угла кривизны скважины в процессе бурения. В корпусе переводника 1 установлен акустический датчик в виде полого тороида (ПТ) 2, внутри которого установлены две радиальные перегородки 3, 4. Между перегородками 3, 4 в звукопоглощающей полости (П) 5 с отверстием 6 размещен с возможностью перемещения шар 7. В переводнике 1 перпендикулярно его оси закреплены две подшипниковые опоры 8, 9. Между опорами 8, 9 установлен вертикально ПТ 2 с возможностью поворота на осях 10, 11, закрепленных диаметрально противоположно на ПТ 2. В процессе бурения по колонне распространяются упругие волны, из полигармонического спектра которых П 5 поглощает частоту, равную резонансной частоте аккустического датчика. Поглощенная частота пропорциональна объему П 5. При изменении угла кривизны шар 7 перекатывается в П 5 и изменяет ее объем, что приводит к изменению, поглощенной частоты, по величине которой определяют угол кривизны. 2 ил. , 1 табл.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЯ УГЛА КРИВИЗНЫ СКВАЖИНЫ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ, содержащее установленный в корпусе переводника акустический датчик с звукопоглощающей полостью с отверстием, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения угла кривизны скважины, акустический датчик выполнен в виде полого тороида, внутри которого установлены две радиальные перегородки, а в звукопоглощающей полости тороида между перегородками размещен с возможностью перемещения шар, при этом в корпусе переводника перпендикулярно его оси закреплены две подшипниковые опоры, а тороид установлен вертикально между опорами с возможностью поворота на осях, закрепленных диаметрально противоположно на тороиде.
