Акустический датчик частоты вращения вала турбобура

(19) (11 э 1)5, Е 21 В 4 ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ ССС САНИЕ ИЗО НИЯ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 2(21) 4918556/03 ных и газовых скважин и может быть исполь- (22) 11.03.91 зовано для контроля частоты вращения до- (46) 23.04.93. Бюл. ЬЬ 15 лота, Сущность изобретения: расстояние (71) Сибирский научно-исследовательский между эвукопоглощающими отверстиями институт нефтяной промышленности резонансных камер равно одной четверти (72) Ю,А.Савиных и А;Ф.Юдин . длины волны частоты полощения. Ширина (56) Грачев Ю.В., Варламов В,П, Автомати- продольного паза вала-модулятора по окческий контроль в скважинах при бурении и ружности составляет 1600, а ширина звуко- эксплуатации. - М.: Недра, 1968. поглощающего отверстия резонанснойАвторскоесвидетельство СССР . камеры 10 При этом верхний конец вала-, М 1154454, кл. Е 21 В 47/12, 1985, модулятора вставлен в подшипник, выпол- (54) АКУСТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ЧАСТОТЫ ненный в виде радиальной опоры, а нижний ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ТУРБОБУРА конец соединен через коническую втулку с (57) Назначение: изобретение относится к наружным ободом роторной турбинки,жесбурению наклонно-направленных нефтя- тко соединенной с валом турбобура. 2 ил. Изобретение относится к техническойакустике и может быть использовано дляполучения забойной информации в процессе бурения наклонно-направленных сква- "жин - нефтяных и газовых,Цель изобретения - повышение точности измерения за счет изменения отношения сигнал/помеха путем увеличенияпоглощения уровня помехи.На фиг.1 изображен акустический датчик частоты вращения вала турбобура, продольный разрез; на фиг.2 - осциллограммыинформационного сигнала.Акустический датчик содержит переводник 1, роториую турбинку 2, конусную втулку 3, корпус датчика 4, первый акустическийрезонатор 5, кольцо 6, второй акустическийрезонатор 7, подшипник 8 (выполнен в видерадиальной опоры), верхний переводник 9,вал-модулятор 10. верхнее кольцо 11, звукопоглощающее отверстие 12 второго акусти.ческого резонатора 7 с шириной щели 160по окружности, продольный паз 13 с шириной по окружности, равной 10, эвукопоглощающее отверстие 14 первого резонатора 5 с шириной щели 160 по окружности, нижнее кольцо 15, вал турбобура 16.Статический режим,Акустический датчик частоты вращения вала турбобура размещается над третьей секцией шпиндельного турбобура типа ЗТСШ(или ЗТСШТЛ), Сборка датчика: на торец вала трубобура 16 надевается роторная турбинка 2, конусная втулка 3 и вал-.модулятор 100, В корпус датчика 4 последовательно вставляется нижнее кольцо 15, внутренняя втулка первого акустического резонатора 5 со звукопоглощающим отверстием 14, кольцо 6, внутренняя втулка второго акустического резонатора 7 со звукопоглощающим отверстием 12, подшипник - радиальная опора 8. Собранные акустические резонаторы в корпусе датчика стягивают верхним переводником 9 и наворачивают на нижний переводник 1 турбобура.Действие акустического резонатора с надлежащим затуханием, будучи возбужденной падающей на нее волной отбирает от звукового поля достаточно большую энергию, в области частот, примыкающих к собственной частоте резонатора.Максимальное рассеяние звуковой энергии наблюдается на резонансной частоте, которая определяется по формулес /Г2 л Чй где с - скорость звука в трубопроводе; Ч - объем резонансной камеры; Р - площадь звукопоглощающего отверстия; й - длина горла, Пример расчета, внутренний диаметр переводника, 165 мм; длина резонансной камеры, 295 мм; внутренний диаметр камеры, 105 мм; внутренний объем камеры, Ч=3750 см; длина гоула, й=2,5 см; площадь отверстия, Р=16,5 см; резонансная частота поглощения, Юр=1000 Гц.Уровень поглощения, частоты 1=1000 Гц одной резонансной камеры согласно расчетной формуле Л:Юд+ с ), гР Р равен Л = - 25 дБ.Расположение двух акустических резо наторов на расстоянии Л /4, т,е, одной.че верти длины волны поглощенной частот определяется по формуле1 р= 8,69 М агсЬ ( сов (1) сХав+ .М, 1,/1 1,Исходные данные: частота поглощения 1 р=1000 Гц; объем резонатора Ч=3,75 х х 10 з мз; проводимость горла, Со=0,066 м; плооадь сечения трубопровода Яр,=7,85 х х 10 м; волновое число К=4,2; расстояние между горлами резонаторов =0,38 м: текущая координата 1=975 Гц; число резонаторов М =2.Уровень поглощения частоты Фр=1000 Гц двумя резонаторами, расположенными на расстоянии Л /4 м, равен Л=65 дб.Динамический режим, При включении буровых насосов промывочная жидкость по бурильной колонне поступает во внутреннюю полость вала-модулятора 10 и через коническую втулку 3. роторную турбинку 2 в турбобур. Вращение вала турбины 16 приводит во вращение вал-модулятор 10. На каждый оборот вала трубобура продольноесквозное отверстие 13 вала-модулятора 10совмещается со звукопоглощающим отверстием 12 и 14 акустических резонаторов 7 и5 и происходит поглощение энергии частоты1=1000 Гц до 65 дБ, выполняя тем самымоперацию амплитудно-импульсной модуля 10 ,На фиг,2,а приведена осциллограммазвуковой вибрации, а на фиг.2,б - та жеосциллограмма, но уже промодулированная,Периодическое перекрывание звукопоглощающих отверстий 12 и 14 вала-модулятором 10, который вращается на валутурбины, приводит к формированию волновых пауз со скважностью два (время откры 20 тых и закрытых звукопоглощающихотверстий 12 и 14 - одинаковое, причем этовыполняется при условии. ширина продольного паза вала-модулятора по окружностисоставляет 160, а ширина звукопоглощаю 25 щего горла резонансной камеры составляет10 О, Зто связано с тем, чтобы звукопоглощающие горла 12 и 14 были полностью открыты в момент совмещения с продольнымсквозным отверстием 13 вала-модулятора),30 (см,фиг,2,б), пропорционально числу оборотов вала турбобура,На поверхности акустическим приемником (не показано) воспринимаетсяспектр звуковой вибрации и через соответ 35 ствующие электронные преобразователинесущая частота, с последующим формированием прямоугольных импульсов (фиг.2,в)на вход аналогового прибора, шкала которого проградуирована в об/мин (не показа 40 но),Предлагаемая конструкция акустического датчика частоты вращения вала турбобура при его осуществлении позволяетувеличить механическую скорость и проход 45 ку на долото за счет поддержания заданногозначения осевой нагрузки по геолого-техно-логическому наряду,формула и зоб рете н и яАкустический датчик частоты вращениявала турбобура, содержащий корпус, в котором размещены жестко связанная с валомтурбобура роторная турбинка, верхний инижний переводчики, резонансные камерыс звукопоглощающими отверстиями и вал 55 модулятор с продольным сквозным пазом,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерения за счет изменения отношения сигнал/помеха путемувеличения поглощения уровня помехи, онснабжен конической втулкой и насаженным1810524 ФигЛ Составитель Ю.Савиныхедактор Е.Полионова Техред М,Моргентал Корректор М.Максимишинец каз 1428 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 на верхний конец вала-модулятора подшипником, выполненным в виде радиальной опоры, нижний конец вала-модулятора соединен через коническую втулку с наружным ободом роторной турбины при атом расстояние между звукопоглощающими отверстиями резонансных камер равно одной чет.верти длины волны частоты поглогцения ширина продольного паза вала-модулятора по окружности составляет 1 ЫГ, а ширина 5 звукопоглощающего отверстия резонансной камеры составляет 10,