Модулятор звуковой вибрации при турбинном бурении
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<SP POS="POST">.</SP>H)]<SP POS="POST">1/2</SP>, 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.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (!1) (51)5 Е 21 В 47/12, 4/02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ВЛшЫ МЯ
J («! ../ . t !
10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4604779/31-03 (22) 14. 11. 88 (46) 15. 11. 90„Бюл. N - 42 (71) Тюменский индустриальный институт им.Ленинского комсомола (72) Ю.А.Савиных (53) 622.243.92.05 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 575585, кл. E 21 В 47/12, 1977.
Авторское свидетельство СССР
N - 1154454, кл. Е 21 В 47/12., 1985. (54) МОДУЛЯТОР ЗВУКОВОЙ ВИБРАЦИИ ПРИ
ТУРБИННОМ БУРЕНИИ (57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для бурения скважин турбобурами. Модулятор содержит скрепленный с корпусом 1 акустический резо- натор (AP) 2 с звукопоглощающим горлом 3, имеющим звукопоглощающне от1
2 верстия 4. Отверстие 4 выполнено на наружной поверхности корпуса 1. Собственная частота AP определяется из соотношения: f=С/2пп(F/V h) . где
С вЂ” скорость звука в буровом растворе> F — площадь звукопоглощающего отверстия, V — объем резонатора, h — глубина горла. При помещении
AP 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 раство» ре 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..
1606694
Пзобретение относится к нефтегазо., бьи аю|чс и промышленности, а именно к устрт1ствам для бурения скважин.
Пель изобртения — обеспечение
5 обнаружения на забое скважины газа при изменении скорости распространения звука в буровом растворе при его газ онасьш(ении
На фиг,.1 изображен модулятор звуковой вибрации при турбинном бурении, продольный разрез; на фиг.2 — спектрограммы частот„
Модулятор звуковой вибрации содержит корпус 1, акустический резонатор 15
2 с звукопоглощающим горлом 3, имеющим звукопоглощающие отверстия 4.
Акустический резонатор 2 скреплен с корпуссм 1. Звукопоглощающее отверстие 4 акустического резонатора 2 вы- 20 полнено на наружной поверхности корпуса 1 модулятора. Втулка 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 Я и 9 бурильной колонны. В нижней части колонны бурильных труб размещен турбобур с породоразрушающим инстру- 3р ментом (не показаны).
Принцип действия устройства заключается в следующем, 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 резонатора„
Собственная частота такого акустического резонатора определяется из соотношения 45
С вЂ” —
2 IIVh где С вЂ” скорость звука;
F — площадь звукопоглощающего отверстия;
V — - объем резонатора;
h — - глубина горла.
В случае помещения такого резонатора н поле спектра звуковой вибрации получают волновую паузу на частоте резонатора, которую можно зафиксироват. на спектрограмме спектроанализатора, П2
60 (2) где и — 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 и = 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
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 графопостроитель, На спектрограмме (фиг.2а) При изменении величины скорости звука эа счет введен я в жидкость воздуха (газа) при постоянных геомет рических параметрах акустического резонатора: объема V, площади сечения горла F, глубины h на спектрограмме спектроанализатора происходит перемещение 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, глуби3 на h = 496 см, площадь звукопоглощающего отверстия F = 1 см, резонансная частота акустического резонатора
700 Гц для скорости звука в буровом растворе С = 1500 м/с.
Начальная частота поглощения
700 Гц информационного сигнала выбрана иэ условия
При большом содержании газа в растворе, что может наблюдаться в глубоких скважинах, в результате бур ного расширения газа у устья возможны выбросы раствора. Поэтому изменение газосодержания во времени является одним из признаков непосредственной опасности выброса.
Определение газосодержания с помощью устройства позволит повысить точность определения газосодержания бурового раствора непосредственно на забое скважины, не прерывая процесс бурения. Это обеспечит повышение показателей бурения путем оперативного устранения угрозы выбросов раствора.
20 Формула изобретения
Модулятор звуковой вибрации при турбинном бурении, содеРжащий скреп-ленный с корпусом акустический резо25 натор с звукопоглощающим горлом, имеющим звукопоглощающие отверстия, отличающийся тем, что, с целью обеспечения обнаружения на забое скважины газа при измерении
30 скорости распространения звука в буровом растворе при его газонасыщении, звукопоглощающее отверстие выполнено на наружной поверхности корпуса модулятора.
5 i 606694 наблюдается отсутствие частоты f — 700 Гц. Это свидетельствует о том, что в буровом растворе отсутствует гаэ.
При появлении в буровом растворе газа в количестве 10Х скорость звука станет равной 1200 м/с. Следовательно, частота поглощения согласно расчетной формуле (1) станет равна
565 Гц. . Тогда на спектрограмме (фиг.2 б) эафиксируется отсутствие частоты Г = 565 Гц.
При появлении 20% содержания газа в буровом растворе скорость звука станет равна 1000 м/с. Следовательно, частота поглощения составит f =
= 472 Гц и тогда на спектрограмме (фиг.2 в) эафиксируется отсутствие частоты f>= 472 Гц.
Таким образом, на спектрограмме спектроаналиэатора 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.
