Аппаратура для получения данных в процессе бурения

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 040180 (21) 28 б 5637/18-25с присоедимемием заявки йо(23) ПриоритетОпубликовано 15,10,81,Бюллетень Й 9 38Дата опубликования описания 15,1081 Сфез Советских Социалистических Республик(51)М. Кл. 6 01 Ч 1/40 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(54) АППАРАТУРА ДЛЯ ПОЛУЧЕБУРЕНИЯ НЫХ В ПРОЦЕС.СЕ Изобретение относится к устройствам для геофизических исследований скважин в процессе бурения и может быть использовано при разведке нефтяных и газовых месторождений, а также в нефтяной и газовой промышленности.Известна аппаратура для каротажа скважин в процессе бурения, содержащая две электромагнитные муфты, смонтировайные в нижней части бурильной колонны и питаемые с поверхности земли пульсирующим током от прерывателя, установленные на поверхности земли приемники упругих колебаний, усилитепьи регистратор 1).Известна аппаратура для получения .данных в процессе бурения, содержащая источник упругих колебаний, размещенный в забое скважины в виде долота или гидродинамической сирены, размещенные на дневной поверхности сейсмодатчики, соединенные через переключатели с сейсмоусилителями и фильтрами, коррелятор и индикаторсигналов (2 .Известна также аппаратура для получения данных в процессе бурения, содержащая источник упругих колебаний в виде бурового инструмента, размещенные на поверхности землины, подключенные к усилителю слов и регистратору (31.Недостатками данных аппаратурявляется их малая точность вследствиебольшой широкополосности источникаупругих волн, перекрытия частотныхполос полезных сигналов и помех, зависимости ширины приемной диаграммЫнаправленности геофонов от частоты,пропадание сигналов при останове бурового инструмента, неравномерностиспектра генерируемых сигналов (шумов), и неточность получаемых данных 5 и надежность приема сигналов иэ забоя вследствие ненаправленности геофонов.Цель изобретения - увеличениеточности получаемых данных впроцес се бурения и горных, породах..Указанная цель достигается тем,что в аппаратуре, содержащей забой- .ный источник упругих колебаний, размещенные на поверхности земли геоФоны, подключенные к усилителю сигналов и регистратору, источник упругиколебаний выполнен .гармонический с.постоянной частотой и снабжен модулятором амплитуды, выполненным в виде 30 клапана, движения которого пропорциональны величине измеряемого параметра а именно, числу оборотов бурового ин . струмента, геофоны размещены по ради" усу от центра скважины параллельно включенными группами на расстояниях друг от друга, Равных половине длины продольной волны в горной породе на частоте источника гармонических колебаний и подсоединены к усилителю сигналов через введенный блок поворота луча диаграммы направленности, О выход усилителя подключен к введенным и последовательно соединенным перестраиваемому полосовому Фильтру, детектору и частотомеру, выход которого подключен к регистратору, источник гармонических колебаний выполнен мно гочастотным в виде стабилизированных по частоте сирен или гидродинамических генераторов на основе использования резонансных стержней или пластин, геофоны подсоединены между собой после довательно и противофаэно, причем выход каждого геофона подсоединен к переключателю.На чертеже приведена блок-схема аппаратуры для получения данных в 25 процессе бурения.Аппаратура для получения данных в процессе бурения содержит две основные части: забойную и наземную. В массиве 1 выполнена скважина 2. В колонну 3 бурильных труб под давлением Р подается буровой раствор. На конце колонны размещен буровой турбодвигатель 4, одна из нижних ступеней которого выполнена в виде клапана 5, представляющего собой секторную заслонку с углом 180 , насаженную на вращающийся вал. Другой такой же сектор закреплен на корпусе турбодвигателя. В отверстии вала закреплен пластинчатый или стержневой гидроди намический генератор б, частота которого постоянная и зависит от материала, из которого выполнен стержень или пластина, их продольных и поперечных размеров и свойств бурового раствора. Возможен Вариант выполнения на этом же валу генератора в виде сирены, вращающейся с определенным числом оборотов и числом перепускных отверстий. Это достигается за счет установки .дополнительного стабилизатора, например центробежного числа оборотов и свободного вращения ротора сирены. Выполнение пластин и стержней с различными геометрическими размерами или сирен с различным числом пере пускных окон позволяет получить поли- хроматический источник упругих волн, спектр которого стабилен во времени и не зависит от условий работы долота 7. На дневной поверхности установлены б 0 по радиусу от центра скважины параллельно включенными .группами на расстояниях друг от друга, равных половине длины продольной волны в горной породе на частоте источника гармонических 65 колебаний геофоны 8-12, Выводы геофонов, как это видно из чертежа, соединены между собой последовательно и противофаэно, что дает воэможность сформировать луч 13 диаграммы направ" ленности. Выход каждого геофона подпаян к клемме переключателя 14 блока поворота диаграммы направленности. Вывод геофона 12 и выход переключателя 14 подключены ко входу усилителя 15, выход которого через последова" тельно соединенные перестраиваемый полосовой фильтр 16, детектор 17 сигналов и частотомер 18 подключен к регистратору 19.Аппаратура для получения данных в процессе бурения работает следующим .образом.В режиме измерения технологических параметров, например, числа оборотов долота турбобура достаточно, чтобы генератор б осуществлял излучение сигналов всего на одной частотеПоэтому он содержит пластины (стержни, сирены), настроенные на одну частоту, что дает одновременно воэможность получения большей акустической мощности и обеспечивает работоспособность аппаратуры на более глубоких скважинах. При подаче бурового раствора в колонну 3 последний приводит во вращение турбодвигатель 4 и клапан 5, создающий при каждом обороте вала модуляцию давления в гидросистеме глубиной около 90-100., Выходное давление бурового раствора турбодвига" теля 4 и клапана 5 возбуждает генератор б, который излучает в пространство сферические акустические волны, промодулированные клапаном 5. Эти волны, распространяясь по толще горных пород массива 1, достигают геофонов 8-12, которые преобразуют колебательные скорости или акустические давления этих колебаний в электрическое напряжение с полярностью или фа- зами, соответствующими чертежу. Последовательное и противофазное включение геофонов дает возможность просто реализовать блок поворота луча диа" граммы направленности, который в данном случае вырождается. всего лишь в один переключатель, коммутирующий число. включенных геофонов. При больших значениях 1/) , где 1 -расстояние между геофонами 8 и 12 в длинах волн, соответствующих Рабочей частоте генератора б, направление главного ле" пестка 9можно определить по ФормулеС 09 ф 1 -В(1) Расстояние между любыми соседними геофонами 8-12 равно полуволне )/2. Длина волны.1 рассчитывается по обычной формуле 1: у-(2), где Е - час-Стота генератора б, с - скорость рас пространения продольной волны в массиве 1.Формула изобретения При переключении числа геофоной переключателем 14 происходит поворот луча диаграммы в пространстве с одновременным расширением или сужением его ширины: чем больше геофонов имеет приемнаяантенна, разнесенных че-, рез базы Л/2, тем больше луч прижат к поверхности земли. Таким образом, с помощью блока поворота переключателя 14.удается направить луч на источник звуковых сигналов, т.е. на забой, а постоянство частоты генератора 6 обеспечивает постоянство шйрины диаграммы, повышая тем самым помехозащищенность, а следбвательно, и точность аппаратуры. С выхода переключателя 14 сигналы усиливаются уси лителем 15, Фильтруются фильтром 16, огибающая сигналов выделяется с помощью детектора 17. Огибающая несет информацию о числе оборотов долота.Частотомер производит счет полупери одов (числа оборотов) в единицу времени, например в секунду или в течение 10 с, а регистратор 19 производит запись этих данных, позволяя проследить эа процессом бурения и .сделать вывод о состоянии бурового инструмента и проходимых пластах. По мере проходки буровой мастер производит поворот луча диаграммы, направляя его на забой. Информация о процессе бурения получается в процессе работы с табло частотомера 18. Если использовать многоканальную аппаратуру, то можно с помощью одних и .тех же геоФонов иметь возможность следить за несколькими точками нространства и наблюдать отраженные от нижележащих участков массива волны и производить прогноз бурения. В плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, параллельно каждому геофону подключены в 40 той же полярности еще несколько геофонов для Формирования диаграммы направленностив этой плоскости. Сформированная таким образом система из 25 геофонов позволяет получить ширину 45 луча в пределах от 70-15 с возможностью вращения в пространстве от 90-37 ф . дискретность поворота при этом меняется от 4 до 30 . Блок поворота диаграммы, содержащий временные задержки и синфазное включение геофонов, являясь более трудно реализуемымустройством, позволяет получить постоянной ширину луча и дискретность поворота в пространстве, а также большую чувствительность. . 55При определении геологических параметров в процессе бурения,.например расчленения разреза скважины, необходимо производить излучение гармоиичес ких сигналов нескольких частот т.е.производить полигармоническое излучение. Генератор 6 должен содержать несколько резонансных элементов, настроенные на заданные частоты, а настрой" ка на эти частоты осуществляется пу кем перестройки фильтра 16 и соответ" ствующим разносом геофонов 8-12 или подключением усилителя 15 к одному из антенных устройств для данной частоты, не изображенного на чертеже. Оценка расчленения и выявление пластов происходит по величине затухания звука на каждой частоте, для чего вместо частотомера подключается вольтметр и по его показаниям производится построение кривой, характеризующей по частоте проходимый пласт.Выполнение источника упругих колебаний гармоническим с постоянной частотой и снабжение его амплитудным модулятором типа клапана, движение которого пропорционально измеряемому параметру, размещение геофонов по радиусу от центра скважины на расстоянии друг от друга, равном половине длины продольной волны в горной породе на частоте источника гармонических колебаний, введение блока поворота диаграммы направленности в пространстве, введение перестраиваемого поло- сового фильтра, детектора и частотомера, выполнение источника полигармониМеским, многочастотным, соединение геофонов последовательно и противофазно выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как при этом увеличивается точность получае мых данных за счет увеличения отношения сигнал - помеха на входе регистрирующей части аппаратуры, .повышается скорость проходки скважины за счет акустического воздействия генератора гармонических сигналов на горные породы в забое и осуществления контроля за ходом бурения. Имеется воэможность контроля не только технологических, но и геологических данных. 1. Аппаратура для получения данных в процессе бурения, содержащая забойный источник упругих колебаний, размещенные на поверхности земли геофоны, усилитель сигналов и регистратор, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения точности получаемых данных в процессе бурения, источник упругих колебаний выполнен гармоническим с постоянной частотой и снабжен модулятором амплитуды, выполненным в виде, клапана, движения которого пропорциональны числу оборотов бурового инструмента, геофоны размещены по радиусу от центра, скважины на расстоянии друг от друга, равном половине длины продольной волны в горной породе на частоте источника гармонических колебаний и подсоединены к усилителю сигналов через дополнительно введенный блок поворота луча диаграммы направлейности с переключателями, выход усилителя подключен к последова873181 аз 9027/72Подписное тентф,роектная,жгород тельно соединенным введенным дополнительно перестраиваемому полосовому фильтру, детектору и частотомеру, выход которого подключен к регистратору.2. Аппаратура по п.1, о т л и ч аю щ а я с я тем,что источник гармонических колебаний выполнен многочас 5 тотным,3. Аппаратура по п.1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что источник гармонических колебаний выполнен в виде стабилизированной по частоте гидродинамической сирены.4. Аппаратура по п.1, о т л и ч а" ю щ а я с я тем, что геофоны соединены между собой последовательно и противофаэно, причем выход каждого 15 геофона подключен к переключателюблока поворота луча диаграммы направленности. Источники информации,принятые во.внимание при экспертизе1.Патент СОВ 9 2933144, кл. 173"1,опублик. 1960.2. Баталов Е,А., Рукавицын В.Н.,Яблоновский В.И. Разработка методикиакустической пеленгации местоположения забоя скважины в процессе бурения при спектрально-корреляционномприеме акустических сигналов.,Сб. научных трудов ВНИИЯГГ, М., 1977,с,130-143.3. Патент США 9 4003017,кл. 340-155, опублик. 1977 (прототип) .