Модулятор звуковой вибрации при турбинном бурении Советский патент 1990 года по МПК E21B47/14 E21B4/02 

И-к бретение относится к нефтегазо- ;и..;1Ю1ЧРй промьшитенности, а именно к устроГютвам для бурения скважин о

Цель изобртения - обеспечение обнаружения на забое скважины газа при изменении скорости распространения звука в буровом растворе при его газонасьш(ении

На фиг,-.1 изображен модулятор звуковой вибрации при турбинном бурении, продольный разрез; на фиг.2 - спект- рограммь частот,,

Модулятор звуковой вибрации содер- Ж11т корпус 1, акустический резонатор 2с звукопоглощающим горлом 3, имеющим звукопоглощаюицге отверстия 4 „ Акустический резонатор 2 скреплен с корпусом 1 с. Звукопоглощающее отверстие 4 акустического резонатора 2 выполнено на наружной поверхности кор пуса 1 модулятора. Бтулка 5 образует вместе с корпусом 1., переходниками 6 и 7 камеру, в которой размещен акус- .тический резонатор 1. Посредством переходников 6 и 7 модулятор звуковой вибрации соединен с бурильными трубами 8 и 9 бурильной колонныо В нижней части колонны бурильных труб размещен турбобур с породоразруиающим инстру- ментом (не показаны)„

Принцип действия устройства заключается в следующемс

Под резонансными поглотителями в прикладной акустике понимают резонансные системы типа масса-пружина, называемые акустическими резонаторами, где колеблющаяся масса соответствует массе воздуха в узком отверстии или щели пластины, а пружина - упругому объему воздуха в полости резонатор а,;

Собственная частота такого акустического резонатора определяется из соотношения

(1)

где С - скорость звука;

F - площадь звукопоглощающего отверстия;

V - объем резонатора;

h - глубина горла, В случае помещения такого резонатора в поле спектра звуковой вибра- дай получают волновую паузу на частоте резонатора, которую можно зафиксировать на спектрограмме спектроанализатора,

0

0

5

5

При изменении величины скорости звука за счет введения в жидкость воздуха (газа) при постоянных геомет рических параметрах акустического резонатора: объема V, площади сечения горла F, глубины h на спектрограмме спектроанализатора происходит переме-. щение волновой паузы. Это свойство акустического резонатора использовано в модуляторе звуковой вибрации для раннего обнаружения содержания газа в буровом растворе на забое скважины в процессе бурения и одновременной передачей указанной информации на поверхность

Пример. Расчетные геометрические размеры устройства следующие: объем резонатора V 2,3 см , глубина h 496 см, площадь звукопоглощающего отверстия F 1 см, резонансная частота акустического резонатора f 700 Гц для скорости звука в буровом растворе С 1500 м/с о

Начальная частота поглощения f 700 Гц информационного сигнала выбрана из условия

,. nz 60

(2)

где п - число оборотов вала турбобура ;

Z - число лопаток на роторной турбинке турбобура,.

Для турбобура ЗТСШ-195 при расходе жидкости 25 л/с скорость вращения вала составляет 590 об/мин при числе лопаток на роторной турбинке Z 24 и п 590 об/мин (холостом ходе турбобура) основная частота равна 236 Гц. Частота поглощения, равная 700 Гц, - это вторая гармоника.

В процессе бурения скважин из источника звуковой вибрации турбобура упругие волны распространяются к устью скважины по затрубному пространству 10„ Расположенный на пути распространения упругих волн акустический резонатор 2 поглощает из спектра звуковой вибрации частоту f. 700 Гц„

На поверхности скважины датчиком типа 1ПА-9 (не показан) акустический сигнал воспринимается и через роботрон (спектроанализатор) подается на амплитудный анализатор импульсов АИ-1024 с выходом на графопостро- итапьV На спектрограмме (фиг.2а)

наблюдается отсутствие частоты f

U

700 Гц, Это свидетельствует о том что в буровом растворе отсутствует газ.

При появлении в битовом растворе газа в количестве 10% скорость звука станет равной 1200 м/с. Следовательно, частота поглощения согласно расчетной формуле (1) станет равна )65 Гц. . Тогда на спектрограмме (фиг.2 б) зафиксируется отсутствие частоты fy 565 Гц,

При появлении 20% содержания газ в буровом растворе скорость звука станет равна 1000 м/с. Следовательно, частота поглощения составит f 472 Гц и тогда на спектрограмме (фиго2 в) зафиксируется отсутствие частоты f.g 472 Гц о

Таким образом, на спектрограмме спектроанализатора фиксируется.наличие газа в буровом растворе при различном его содержания.

Контроль содержания газа в буровом растворе и изменение величины его концентрации дает представление о забойных условиях. Определяются такие характеристики проявляющего объекта, как свободный дебит газа, пластовое давление, проницаемость и другие, необходимые при оценке геологических условий бурения в данном районе.

66946

При большом содержании газа в растворе, что может наблюдаться в глубоких скважинах, в результате бурп ного расширения газа у устья возможны выбросы раствора. Поэтому изменение газосодержания во времени является одним из признаков непосредственной опасности выброса 10 .

Определение газосодержанил с помощью устройства позволит повысить точность определения газосодержания бурового раствора непосредственно на 15 забое скважины, не прерывая процесс бурения , Это обеспечит повышение показателей бурения путем оперативного устранения угрозы выбросов раствора.

20 Формула

изобретен

и я

Модулятор звуковой вибрации при турбинном бурении, соде1)жащий скрепленный с корпусом акустический резонатор с звукопоглощающим горлом, имеющим звукопоглощающие отверстия, отличающ ийся тем, что, с целью обеспечения обнаружения на забое скважины газа при измерении скорости распространения звука в буровом растворе при его газонасыщении , звукопоглощающее отверстие выполнено на наружной поверхности корпуса модулятора о

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для бурения скважин турбобурами. Модулятор содержит скрепленный с корпусом 1 акустический резонатор (АР) 2 с звукопоглощающим горлом 3, имеющим звукопоглощающие отверстия 4. Отверстие 4 выполнено на наружной поверхности корпуса 1. Собственная частота АР определяется из соотношения F=C/2φ[F/(V^.H)]^1/2, где C - скорость звука в буровом растворе, F - площадь звукопоглощающего отверстия, V - объем резонатора, H - глубина горла. При помещении АР в поле спектра звуковой вибрации получают волновую паузу на частоте АР, которую можно зафиксировать на спектрограмме спектроанализатора. При изменении величины скорости звука за счет появления в буровом растворе воздуха (газа) на спектрограмме спектроанализатора произойдет перемещение волновой паузы. Это позволит обнаружить появление газа в буровом растворе в процессе бурения и передать указанную информацию на поверхность. 2 ил.