Модулятор звуковой вибрации при турбинном бурении

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 В 47/12, 4/О 45 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Собя из 54) МОДУ УРБИННО 57) Изоб оцобываю ВОЙ ВИБРАЦИИ ПР ЛЯТОР М БУРЕ ретени щей прдля б одулят ефтегапред тносится к омышленности урения скважин ор содержит ск 1 акустический звукопоглощающ звукопоглощающн турбо еплен назначен бурами. Мный с конатор (Алом Зр и1 резом гор) 2 с еющим 70 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Тюменский индустриальный институт им.Ленинского комсомола (72) Ю.А,Савиных(56) Авторское свидетельство СССР В 575585, кл. Е 21 В 47/12, 1977,Авторское свидетельство СССР Р 1154454, кл. Е 21 В 47/12 1985. верстия 4. Отверстие 4 выполнено нанаружной поверхности корпуса 1.ственная частота АР определяетссоотношения: К=С/2 пп(Р/Ч Ь) . гдеС - скорость звука в буровом растворе Р - площадь звукопоглощающегоотверстия, Ч - объем резонатора,и - глубина горла. При помещенииАР в поле спектра звуковой вибрацииполучают волновую паузу на частотеАР, которую можно зафиксировать наспектрограмме спектроанализатора.При изменении величины скорости звука за счет появления в буровом растворе воздуха (газа) на спектрограммеспектроанализатора произойдет перемещение волновой паузы. Это позволитобнаружить появление газа в буровомрастворе в процессе бурения и передать указанную информацию на поверхность, 2 ил., 1606694П обретение относится к нефтегазолобьн аюк й промышленности, а именнок устройствам для бурения скважин.Пель изобртения - обеспечение5обнаружения на забое скважины газапри изменении скорости распространения звука в буровом растворе при егогаз онасьшенииНа Фиг 1 изображен модулятор звуковой вибрации при турбинном бурении,продольный разрез; на фиг.2 - спектрограммы частотМодулятор звуковой вибрации содержит корпус 1, акустический резонатор 152 с звукопоглощающим горлом 3, имеющим звукопоглощающие отверстия 4.Акустический резонатор 2 скреплен скорпуссм 1. Звукопоглощающее отверстие 4 акустического резонатора 2 выполнено на наружной поверхности корпуса 1 модулятора. Втулка 5 образуетвместе с корпусом 1., переходниками би 7 камеру, в которой размещен акус,тический резонатор 1. Посредствомпереходников 6 и 7 модулятор звуковойвибрации соединен с бурильными трубами Я и 9 бурильной колонны. В нижнейчасти колонны бурильных труб размещентурбобур с породоразрушающим инструментом (не показаны).Принцип действия устройства заключается в следующем,Под резонансными поглотителями вприкладной акустике понимают резонансные системы типа масса-пружина,называемые акустическими резонаторами, где колеблющаяся масса соответствует массе воздуха в узком отверстииили щели пластины, а пРУжина - Упругому объему воздуха в полости резонатораСобственная частота такого акустического резонатора определяется изсоотношения 45С2 3 ЧЬгде С - скорость звука;Р - площадь звукопоглощающегоотверстия;Ч - объем резонатора;Ь - глубина горла.В случае помещения такого резонатора н поле спектра звуковой вибрации получают волновую паузу на частоте резонатора, которую можно зафиксироват. на спектрограмме спектроналнэатора,При изменении величины скорости звука эа счет введен я в жидкостьвоздуха (газа) при постоянных геометрических параметрах акустическогорезонатора: объема Ч, площади сечениягорла Г, глубины Ь на спектрограммеспектроанализатора происходит перемещение волновой паузы. Это свойствоакустического резонатора использованов модуляторе звуковой вибрации дляраннего обнаружения содержания газав буровом растворе на забое скважины в процессе бурения и одновременнойпередачей указанной информации на поверхность,П р и м е р. Расчетные геометрические размеры устройства следующие:объем резонатора Ч = 2,3 см , глуби 5на Ь = 496 см, площадь звукопоглощающего отверстия Г = 1 см, резонанснаячастота акустического резонатораГ = 700 Гц для скорости звука в буровом растворе С = 1500 м/с,Начальная частота поглощения Г700 Гц информационного сигналавыбрана иэ условиятпг(2)где и - число оборотов вала турбобура;г - число лопаток на роторнойтурбинке турбобура.Для турбобура ЗТСШпри расходе жидкости 25 л/с скорость вращения вала составляет 590 об/мин при числе лопаток на роторной турбинке г = 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 акус" тический резонатор 2 поглощает из спектра звуковой вибрации частоту700 Гц,На поверхности скважины датчиком типа 1 ПА(не показан) акустический сигнал воспринимается и через роботрон (спектроанализатор) подается на амплитудный анализатор импульсов АИс выходом на графопостроитель, На спектрограмме (Фиг.2 а)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,1 ООпределение газосодержания с помощью устройства позволит повыситьточность определения газосодержаниябурового раствора непосредственно назабое скважины, не прерывая процессбурения. Это обеспечит повышение показателей бурения путем оперативногоустранения угрозы выбросов раствора. 20 Формула изобретения Модулятор звуковой вибрации притурбинном бурении, содеРжащий скрепленный с корпусом акустический резо натор с звукопоглощающим горлом,имеющим звукопоглощающие отверстия,о т л и ч а ю щи й с я тем, что, сцелью обеспечения обнаружения назабое скважины газа при измерении 30 скорости распространения звука в буровом растворе при его газонасыщении, звукопоглощающее отверстие выполнено на наружной поверхности корпуса модулятора. 51606694 наблюдается отсутствие частоты Е - 700 Гц, Это свидетельствует о том, что в буровом растворе отсутствует гаэ.При появлении в буровом растворе газа в количестве 0% 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 Г = = 472 Гц и тогда на спектрограмме (фиг.2 в) эафиксируется отсутствие частоты Г= 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.