Способ контроля забойных параметров в процессе бурения скважин

 

Изобретение относится к области бурения и может быть использовано для контроля забойных технологических параметров как при турбинном, так и при роторном бурении нефтяных и газовых скважин. Цель изобретения - повышение точности контроля осевой нагрузки (ОН) на долото. В колонне бурильных труб (БТ) создают звуковые колебания. На данном участке БТ устанавливают резонансный звукопоглотитель (РЗП). Предварительно перед исследованием получают номограммы зависимостей поглощаемой частоты РЗП от величины ОН. Затем путем перекрытия щели РЗН изменяют плотность звуковых колебаний. Регистрируют спектрограмму частот распределяющихся по БТ колебаний и их поглощения. Сравнивая полученную частоту f поглощения с тарировочной, определяют мгновенное значение ОН на долого по формуле P=K·f=K·(C:2π)[F:(V·h)]^-1/2, где K - коэффициент пропорциональности; C - скорость звука в жидкости; F - площадь щели РЗП; V - объем внутренней полости РЗП; h - толщина стенки щели РЗП. 1 табл. . 3 ил.

Изобретение относится к области бурения и может быть использовано для контроля забойных технологических параметров как при турбинном, так и при роторном бурении нефтяных и газовых скважин, например для контроля осевой нагрузки на долото. Целью изобретения является повышение точности контроля осевой нагрузки на долото. На фиг. 1 представлено устройство, реализующее способ; на фиг. 2 - спектрограммы частот звуковых колебаний и поглощения в процессе бурения скважины; на фиг. 3 - номограммы для определения зависимости поглощаемой частоты резонансным звукопоглотителем от величины осевой нагрузки на долото. Способ осуществляют следующим образом. Внутри переводника 1 закрепляют резонансный звукопоглотитель 2 (резонатор Гельмгольца) между первой секцией турбобура 3 и шпинделем 4, на котором размещают втулку 5 и устанавливают пружину 6 на валу шпинделя 4. Перед исследованиями получают номограммы зависимостей поглощаемой частоты резонансным звукопоглотителем 2 от величины осевой нагрузки (фиг. 3). Генератором 7, например долотом, создают в колонне бурильных труб (не показаны) звуковые колебания посредством резонансного звукопоглотителя 2, установленным на данном участке трубы, изменяют плотность звуковых колебаний, регистрируют упругие колебания, распространяющиеся по трубам, акустическим приемником 8 (пьезоакселерометром) и преобразуют их в спектрограмму спектроанализатором 9. Создают осевую нагрузку на бурильный инструмент, при этом часть площади щели 10 резонансного поглотителя 2 закроется втулкой 5, что приводит к поглощению определенной частоты (фиг. 2), например f₁₀, f₈, f₆, f₃, сравнивая полученную частоту поглощения с тарировочной (фиг. 3), определяют мгновенное значение осевой нагрузки на долото по формуле P = K·f = K , где Р - мгновенное значение осевой нагрузки на долото; К - коэффициент пропорциональности; С - скорость звука в жидкости; F - площадь щели резонансного звукопоглотителя; V - объем внутренней полости резонансного звукопоглотителя; h - толщина стенки щели. В основу расчета осевой нагрузки на долото положено две формулы. Допустимая величина осадки пружины 6 λ = (1) где Р - сила; R - радиус; n - число витков пружины;
G - модуль сдвига материала;
r = d/2-d - диаметр проволоки. Поглощающая частота резонансного звукопоглотителя из частотного спектра продольных колебаний
f = (2) где f - резонансная частота;
С - скорость звука в среде;
f - площадь щели резонансного звукопоглотителя (резонатора Гельмгольца);
V - объем резонансного поглотителя;
h - толщина стенки щели. Результаты расчета зависимости резонансной частоты поглощения от геометрических параметров резонансного звукопоглотителя приведены в таблице. Анализ вычисленных значений показывает, что при высоте резонансного звукопоглотителя Н = 50 см и площади отверстия F = 20 см²полоса поглощаемой частоты составляет f = 1236 Гц (1529-356). Такая полоса пропускания частот позволяет увеличить разрешающую способность датчика. На фиг. 3 приведена номограмма, на которой видно перемещение по спектрограмме частоты поглощения звуковой энергии в зависимости от осевой нагрузки на долото, т. е. при изменении осадки пружины изменяется площадь отверстия щели. Нагрузка на долото Р = 0. Колонна бурильных труб поднята над забоем скважины. Площадь отверстия составляет F = 20 см². Осадка пружины λ= 20 см², частота поглощения на спектрограмме соответствует f = 1592 Гц. Нагрузка на долото Р = 6 тс. Площадь отверстия F составляет 16 см². Частота поглощения на спектрограмме составляет f = 1423 Гц. Нагрузка на долото Р = 21 тс. Площадь отверстия F = 6 см². Частота поглощения на спектрограмме составляет f = 871 Гц. Для контроля осевой нагрузки Р = 30 тс остается контрольная площадь F = 1 см², что соответствует f = 356 Гц. Таким образом, согласно заявляемой зависимости
P = K·f = K , по спектрограмме определяем осевую нагрузку на долото, которая предварительно градуируется по предложенной номограмме. (56) Справочник по технической акустике. М. : Судостроение, 1980, с. 310. 400. Грачев Ю. В. , Варламов В. П. Автоматический контроль в скважинах при бурении и эксплуатации. M. : Недра, 1968, с. 22-80. Авторское свидетельство СССР N 1154454, кл. E 21 B 47/12, 1984.

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗАБОЙНЫХ ПАРАМЕТРОВ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ СКВАЖИН, включающий создание в колонне бурильных труб звуковых колебаний, изменение плотности звуковых колебаний на данном участке бурильной трубы посредством резонансного звукопоглотителя и регистрацию спектрограммы частот звуковых колебаний и их поглощения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля осевой нагрузки на долото, предварительно получают номограммы зависимостей поглощаемой частоты резонансным звукопоглотителем от величины осевой нагрузки, а изменение плотности звуковых колебаний осуществляют путем перекрытия щели резонансного звукопоглотителя и при сравнении полученной частоты поглощения с тарировочной определяют мгновенное значение осевой нагрузки на долото.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3