Устройство для выделения вибрацийдОлОТА HA уСТьЕ СКВАжиНы Советский патент 1981 года по МПК E21B45/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЬЩЕЛЕНИЯ ВИБРАЦИЙ ДОЛОТА НА УСТЬЕ СКВАЖИНЫ

I

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к контролю забойных вибраций , при бур1внии скважин.

Известно устройство для определения литологических характеристик горных пород по вибрациям долота, включающее канал передачи информации по колонке бурильных труб, приемники колебаний на верхнем конце бурильной колониь и полосовой с йнльтр, настроенный на частоту, кратную скорости враще шя колонны р j.

Недостатком этого устройства является высокая погрешность измерений, обусловленная неопределенностью скорости вращения долота при наличии крутильных колебаний колонны бурильных труб.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для передачи кодированной информации с забоя скважины одновременно по колонне бурильных труб и по Суровому ра-створу,включающее приемники колебаний на верхнем конце бурильной колонны,блок фильтров и демодулятор 2}.

Недостатком данного устройства является низкая помехоустойчивость при наличии импульсных помех в канале связи.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости при выделении вибраций долота на устье скважины.

Указанная цель достигается тем, что. устройство, включающее информационный канал связи, каналы воздействия на параметрический элемент долота по буровому раствору и колонне бурильных труб, задатчик колебаний давления промьгоочной жидкости, задатчик колебаний осевой нагрузки, приемник механических и гидравлических колебаний, блок фильтрации, демодулятор и блок регистрации, снабжено нормирующим блоком,ключевой схемой, анализатором спектра и частотомером, при этом задатчик колебаний давления промьшоч3ной жидкости и задатчик колебаний осевой нагрузки установлены на верхнем конце бурильной трубы, причем входы параметрического элемента долота связаны соответственно посредством канала воздействия по буровому раствору с задатчиком колебаний давления промывочной жидкости,посредством канала воздействия по колонне бурильных труб с задатчиком колебаний осевой нагрузки и информационного канала связи с приемником механических и гидравлических колеб ний, выход которого подключен через последовательно соединенные блок фильтрации, нормирующий блок, демодулятор и ключевую схему к анализатору спектра, блоку регистрации и частотомеру, причем выход блока фильтрации подключен ко входу ключевой схемы, а входы демодулятора подключены соответственно к выходам задатчика колебаний давления промывочной жидкости и задатчика колебаний осевой нагрузки. На фиг.1 показана блок-схема уст ройства для вьщеления вибраций доло та на устье скважины; на фиг.2 модуль амплитудно-частотной характе ристики параметрического элемента для различных значений давления и осевой нагрузки. Устройство содержит задатчики колебаний давления промывочной жидкости 1 и осевой нагрузки 2,которые через канал 3 воздействия по бурово му раствору и колонну 4 бурильных: труб соответственно соединены с пар метрическим элементом 5, установленным в бурильную колонну над доло том 6 и соединенным с информационны каналом 7 связи (гидравлическим и механическим) , на выходе которого установлен приемник 8 механических и гидравлических колебаний, выход которого соединен через блок фильтрации с нормирующим блоком 10, соединен11ым со входом демодулятора 1 1-, с которым соединены также выходы за датчиков I и 2, и выход которого соединен с одним из входов ключевой схемы 12, соединенной другим входом выходом блока 9 фильтрации, а выход со входами анализатора 13 спектра, блока 14 регистрации и частотомером 15, выходы которых соединены со вхо дом автоматизированной системы 16 управления процессом бурения. 84 Колебания, создаваемые долотом 6 при бурении горных,пород, передаются через параметрический элемент 5 и информационный канал 7 связи на приемник 8 гидравлических и механических колебаний. Низкий уровень этих колебаний препятствует их надежному приему в присутствии помех от бурового оборудования. Для повышения помехоустойчивости приема осуществляется изменение параметров колебаний, создаваемых долотом, по заданному закону. Это изменение осуществляется путем создания задатчиками колебаний давления промьшочной жидкости 1 и осевой нагрузки 2 заданных колебаний давления проМьгоочлой жидкости в диапазоне. 10-50% от номинального давления в нагнетательной линии и заданных колебаний .осевой нагрузки в диапазоне tlO - 20% от номинальной в частотном диапазоне 0,5 - 1 Гц. Эти колебания, воздействуя напараметрический элемент 5, изменяют его амплитудночастотную характеристику (фиг.2), что приводит к заданному изменению параметров колебаний, создаваемых долотом 6 и принимаемых приемник., 8 колебаний. В качестве параметрического элемента 5 может быть, например, использован турбобур с резино-металлической пятой, жесткость которой есть заданная функция от величины, приложенной к йей , гидравлической и осевой нагрузки. Колебания, создаваемые долотом 6, с изменяющимися по заданному закону параметрами принимаются приемником 8 колебаний на устье скважины вместе с помехами от бурового оборудования.- Электрические сигналы от приемника 8 колебаний поступают на блок 9 фильтрации для исключения помех, создаваемых задатчика1«1 -1 и 2 и далее на нормирующий блок 10 (например, логарифмический усилитель) для получения управляющего сигнала с нормированной средней амплитудой. Этот сигнал демодулируется демодулятором 11, управляемым сигналами от задатчиков 1 и , 2 и вырабатьшающим разрешающий сигнал, поступающий на логический вход ключевой схемы 12. На аналоговый вход этой . схемы подается сигнал с выхода блока 9 фильтрации. При наличии разрешающего сигнала ключевая схема открьшается и сигнал с ее выхода подается на анализатор 13 спектра, блок 14 регистрации, частотомер 13 и далее на

5

автоматизированную систему, управлени процессом бурения. При отсутствии разрешающего сигнала на логическом входе ключевой схемы 12 сигнал с ее аналогового входа не пропускается на ее выход. Поскольку разрешающий сигнал вырабатьшается демодулятором 11 только -при наличии у принятого сигнала изменений параметров, совпадающих с изменениями давления и осевой нагрузки, создаваемыми задатчиками 1 и 2, то ключевая схема 12 открыта только для сигналов, обладающих такими изменениями параметров, т.е. пропускает сигналы от долота и не пропускает помехи, тем самым обеспечивая помехоустойчивый прием полезного сигнала.

В настоящее время при промьшшенном бурении глубоких скважин отсут- ствуют средства контроля параметров режима работы долота на забое скважины и получения информации о разбуриваемых горных породах, что не позволяет оптимизировать процесс строительства скважин.

Предлагаемое устройство для выделения вибраций долота на устье скважины позволяет оперативно получать информацию о забойном процессе. Результаты испытаний устройства на предприятиях Главтюменнефтегаза подтверждают технико-экономическую эффективность и высокую помехоустойчивость в условиях промыслового бурения. Только использование информации b наличии контакта долота с забоем при кустовом бурении наклонно направленных скважин дает экономический эффект 0,16 руб на 1 м проходки, что при объеме бурения 5 млн. в год создает годовой экономический эффект по Главтюменнефтегазу 800 тыс.р.

Формула изобретения

Устройство для выделения вибраций долота на устье скважины при буре186

НИИ горных пород, включающее информационный канал связи, каналы воздействия на параметрический элемент долота по буровому раствору и ко-, лонне бурильных труб, задатчик колебаний -давления промывочной жидкости, задатчик колебаний осевой -нагрузки, приемник механических и гидравлических колебаний, блок фильтрации, демодулятор и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, оно снабжено нормирующим блоком, ключевой схемой, анализаторо спектра и частотомером, при этом . задатчик колебаний давления промьшочнои жидкости и задатчик колебаний осевой нагрузки установлены на верхнем конце бурильной трубы, причем входы параметрического элемента долота связаны соответственно посредством канала воздействия по буровому раствору с задатчиком колебаний давления промызо.чной жидкости, посреством канала воздействия по колонне бурильных .труб с задатчиком колебаний осевой нагрузки и информационного канала связи с приемником механических и гидравлических колебаний, выход которого подключен через последовательно соединенные блок фильтрации, нормирующий блок, демодулятор и ключевую схему к анализатору спектра, блоку регистрации и частотомеру, причем выход блока фильтрации подключен ко.входу ключевой схемы, а входы демодулятора подключены соответственно к выходам задатчика колебаний давления промывочной жидкости и задатчика колебаний осевой нагрузки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Г2

/KJ/

Фиг,1

1

§ ч

ч

It

g

.&, г