Способ передачи информации при турбинном бурении скважин

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) 5 Е 21 В 47/12 ПИСА ЕИЗ Т К ДВ Изобрете тянык и газов пользовано технологичес режима бурен щения вала т ние относится к бурен ых скважин й может для получения за кой информации о пар ия, в частности о част рбобура. ию нефбыть исбойной аметрах бинной урения, даров в труб. В чес кого ственно импульому яв тоянно оторой ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(46) 30.08.92. Бюл, йг 32Г 71) Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности (72) Ю,А. Савиных и А.Ф. Юдин(56) Авторское свидетельство СССР М 1640396, кл. Е 21 В 47/12, 1989,54) СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ТУРБИННОМ БУРЕНИИ57) Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить достоверность передачи забойной информации на поверхност На забое формируют информацию о частоте вращения долота в виде последовательности акустических импульсов на определенной частоте 5 спектра звуковой у Известны способы передачи глу информации о параметрах режима б например, посредством нанесения у нижней части колонны бурильных. данном способе передачи акусти сигнала информацию несет соб удар ый импульс (крутизна фронта са и его длительцость),Наиболее близким к предлагаем ляется способ передачи информац турбинном бурении скважин.вибрации, Для прохождения информационного сигнала с забоя на поверхность в линии связи искусственно создают помехозащищенность путем формирования волновых пауз, При этом акустическими резонаторами подавляют помехи в частном спектре, генерируемом буровыми насосами в направлении бурильных труб, а долотом в затрубное пространство, Формируют также локальным вибропогготителем волновую паузу в спектре шума, генерируемого долотом в корпус .бурильной колонны. Причем средняя полоса поглощения частот соответствует частоте т передачи информации, Причем средняя полоса поглощения частот соответствует частоте 1 передачи информации, Информацию на поверхности извлекают из внутренней полости гидравлической системы, 2 ил,В этом способе передача информации - частота вращения долота - осуществляется последовательностью акустическихимпульсов на определенной частоте Г спектра звуковой вибрацли, причем на поверхности постоянно формируют в частотном спектре, генерируемом буровыми насосами в направлении бурильных труб, полосу поглощения частот ьа средней частоте 1, причем сьем информации производят на поверхности бурильных груб.Однако информационный импульс о технологическом параметре - волновая пауза сформированная датчиком вращения долота внутри бурильной колонны - акустическим резона 1 ором, е процессе распространения с забоя до поьерхности пос заполняется частотой, источником к(2) 3 .является спектр звуковой вибрации долота, ная промывочной жидкостью); 13 - вертлюг;генерируемого в затрубное пространство, 14 - патрубок (устройство, встраиваемоет.е. в кольцевой зазор между бурильной ко- между вертлюгом 13 и буровым шлангом 15,лонной и стенкой скважины и корпус бу- . служит для монтажа приемного вибродатчирильной колонны, причем частоты этого 5 ка); 15 - буровой шланг; 16 - вибродатчикспектра проникают в канал передачи ин- (пьезоэлемент); 17 - вторичный прибор (усформации - во внутреннюю полость буриль- тройство, преобразующее акустическийной колонны,сигнал в аналоговую и цифровую информаЦелью изобретения является повыше-, цию для визуального наблюдения за парание достоверности передачи: .10 метром режима бурения),Цель достигается тем, что на забое в В процессе турбинного бурения на зачастотном спектре" упругих колебаний за- бое-скважйнй существует дэа источникатрубного пространства постоянно форми- звука: турбобур и долото, Турбобур генерируют полосу поглощения частотподавления рует звук во внутреннюю полость трубы, апомех - акустическим резонатором, а в 15 долото генерирует не только в бурильнуюспектре звуковой вибрации корпуса бу-" : . ксолонну, но и промывочную жидкость заолонны подавление той же трубного пространства. Информационныйл боб аполосы частот осуществляют локальнымсигнал о частоте вращения вала тур о уравибропоглотителем, причем полоса погло- формируется во внутренней полости бущения частот соответствует полосе переда рильной колонны акустическим резонаточи забоййой информации.- : :,; .ром,Йафиг.1 изображенасхема реализации В основу расчета способа передачи инспособа; на фиг, 2 - спектрограммы, пояс- .формации положены две формулы, а имення 1 ощие операции реализации способа." но:На фиг, 1 обозначено: 1 - долото (гене поглощаемая частота резонансного звукоратор спектра звуковой вибраций, генери- поглотителя изчастотногоспектра продольруемый упругие волны во внутреннюю. йых колебанийполость 8 бурильных труб 7, в бурильныетрубы 7 и в затрубное пространство 12); 2 -турбобур(генератор, генерируемый упругие 30С Р (1)волны во внутреннюю полость 8 бурильных:2 л Ютруб 7, в бурильные трубы 7 и в затрубноепространство 12 через бурильные трубы 7);где 1 - резонансная частота;3 - вал-перекрыватель каналасоединяю-. С - скорость звука в среде;щего внутреннюю полость акустического 35 Р-площадь щели резонансногозвукорезонатора 4 с внутренней полостью 8 бу- поглотителя (резонатора Гельмгольца);рильной трубы 7(вал-перекрыватель выпал- . Ч - объем резонансного поглотителя;нен в виде полой цилиндрической трубь с " Ь - толщина стейки щели,продольным сквозным пазом вдоль образу- - и поглощаемая частота локального виброющей и окнами, причем через внутреннюю 40 поглотителя из частотного спектра упругихполость и окна проходит промывочная жид- бегущих волнкость, один торец трубы свободен, а другойторец соединен с валом турбобура); 4- внутренняя полость акустического резонатора;.1 8поглощающаязвук из внутренней полости 8. 45 . 2 к М Ьбурильной трубы 7 через звукопоглощаю щее отверстие 11; 5 - локальный вибропог-:. где Е - модуль Юнга резинового антивибралотитель (служит для поглтиощения "звуковой - " тора;энергии из корпуса бурильной трубы 7); 6 - , 8 - площадь контакта между М и резивнутренняя полость акустического резона новым слоем;тора, поглощающего звук из затрубного:. Ь-толщинаэтогослоя;пространства 12 через зоуккопоглощающее . М - :массаантивибратора.отверстие 9; 7 - бурильнаятруба; 8 - внут.-, Результаты расчета зависимости резоренняя полость бурильной трубы; 9 - звуко- нансной частот от геометрических параметпоглощающее отверстие акустического 55 ров резонансного звукопогвотителя: объемрезонатора 6; 10 - ствол скважины; 11 - резонатора Ч=4274 см, площадь звукопогзвукопоглощающее отверсгие акустическо-: лощающего отверстия Р=38 м, высота горго резонатора 4; 12 - затрубное пространст- ла Ь=9,9 см, а локального вибропоглотителя:во (кольцевая полость между бурильной масса антивибратора М=6,2 кГ, площадьтру ои иствол мб7 с волом скважины 10, валолнвн. контакта между массон ба и роликового слов3=320 см, толщина резинового слоя п=2 мм,2модуль Юнга резинового слоя антивибратора Е=8 10 Н/м,На фиг. 2 а изображена спектрограммаупругих волн во внутренней полости 8 бурильной трубы 7 (фиг. 1), генерируемых лопатками турбобура в режиме холостого хода(долото оторвано от забоя - режим очисткизабоя от шлама).На фиг. 2 б изображена спектрограмма 10упругих волн во внутренней полости 8 бурильной трубы 7(фиг. 1) в режиме холостогохода турбины в момент времени, когда частоты 1 з=695 Гц, 14=720 Гц и 1 з=745 Гц поглощены акустическим резонатором 4 из 15внутренней полости 8 бурильной трубы 7через открытое валом-перекрывателем 3звукопоглощающее отверстие 11.На фиг, 2 в изображена спектрограммаупругих волн, генерируемых долотом и турбиной внутри бурильной трубы до поглотителей в режиме бурения, причем амплитуда: частот в спектре возросла за счет помех -звука, проникающего из затрубного пространства через корпус трубы и из корпуса 25трубы (дополнительный источник звука - долото),На фиг, 2 г изображена спектрограммазвуковой вибрации после локального вибропоглотителя 5 в корпусе бурильной трубы 7, 30Б частотном спектре помеха с частотами12=558 Гц, Гз=695 Гц, =720 Гц,15=745 Гц иоб=882 Гц поглощена,На фиг. 2 д изображена спектрограммауйругих волн в затрубном пространстве 12 35после резонансного поглотителя звука 6(фиг, 1). В частотномспектре помеха с частотами 1 з=695 Гц, т 4=720 Гц и 15=745 Гц поглощена.На фиг.2 е изображена спектрограмма 40упругих волн (без помех) во внутреннейполости 8 бурильной трубы 7 в процессебурения в момент времени, когда звукопоглощаюЩее отверстие 11 закрыто валбм-перекрывателем 3. В частотном 45спектре частоты, генерируемые долотом итурбиной во внутреннюю полость, присутст-вуют,На фиг. 2 ж изображена спектрограм. ма упругих волн (без помех) во внутренней 50. полости 8 бурильной трубы 7 в процессебурения в момент бремени, когда зиукопоглощающее отверстие 11 открыто валом-перекрывателем 3. В частотномспектре частоты, генерируемые долотом и 55турбиной во внутреннюю полость. поглощены.Способ осуществляют следующим образом. Операция первая, Встраивают в бурильную трубу 7 над турбобуром 2 локальныйвибропоглотитель 5.Операция вторая. Встраивают в бурильную трубу 7 над турбобуром 2 акустическийрезонатор 6 с постоянно открытым звукопоглощающим отверстием 9 в направлениизатрубного пространства 12,Операция третья, Встраивают в бурильную трубу 7 над.турбобуром 2 акустическийрезонатор 4 со звукопоглощающим отверстием 11, направленным в сторону внутренней полости 8 трубы 7,Операция четвертая, Встраивают вовнутрь кольцевой камеры акустического резонатора 4 вал-перекрыватель 3 и соединяют его с торцом вала турбобура 2,Операция пятая, Поднимаютдолото надзабоем скважины (для очистки дна от осевого шлама путем промывки буровым растворомв режиме холостого хода турбины),вкл 1 очаат буровйе насосы (не показаны), ипотоком бурового раствора приводят вовращение турбинные лопатки турбобура 2,которые начинают генерировать спектр звуковых волн с частотами Г 1-1 во внутреннююполость 8 и в корпус трубы 7 (фиг, 2 а),Одновременно вращение вала турбо-бура приводит вовращение в кольцевойкамере акустического резонатора 4 вал-перекрыватель 3, который периодически открывает продольным сквозным пазомзвукопоглощающее отверстие 11 и поглощает частоту т 4=720 Гц с полосой Л ЬЕ=50 Гц(Рз=695 Гц, 14=720 Гц и 8=745 Гц, фиг, 2 б) изакрывает звукопоглощающее отверстие11, тогда камера не поглощает информационнуюю частоту т 4=720 Гц (фиг, 2 а).Операция шестая. После проработки забоя скважины опускают долото и нагружаютего (начинают бурить), осуществляя тем самым силовой контакт зубьями шарошек долота с горной породой, генерируя спектрупругих колебаний в затрубное пространство, в корпус 7 и во внутреннюю полость 8трубы 7, причем амплитуда частот в спектревозрастает(на фиг. 2 в изображена спектрограмма упругих колебаний до поглощениялокальным поглотйтелем 5 и акустическихрезонаторов 4 и 6 со стороны долота и турбобура),, Операция седьмая. Поглощают локальйым вибропоглотителем 5 из корпуса трубы7 частоты, генерируемые долотами=720 Гцс полссой поглощения 6 =323 Гц (Р 2=558Гц, 1 з=-695 Гц, 6=-720 Гц, 8=745 Гц и ив=882Гц (фиг. 2 г). Таким образом повышают отношение сигнал/помеха, т.е, не дают возможности помехе проникнуть из корпуса7 1758222 8бурильной трубы в информационнйй канал -вания звукопоглощающего отверстия 11 ваво внутреннююполость бурильной колон- лом-перекрывателем 3 (фиг. 2 ж).,ны; :.;, , .. ,Операция десятая, Производят съем инФормации акустическим датчиком 16 (наОперация восьмая. Поглощают акусти пример, пьезоакселерометром типа 1 ПА, ческим- Резонатором 6 через постоянно от- Фиг. 1), встроенным.в патрубок 14 (фиг. 1) крытое звукопоглощающее отверстие 9 из . между вертлюгом 13 и буровым шлангом 15, затрубного пространства 12 чаСтоты, гене-для извлечения из нее информационного рируемой долотом, %4=720 Гц с полосой по- сигнала.глощения Ьт=50 Гц(тз=695 Гц, И=720 Гц и 10 Операцияодйннадцатая. ИзвлекаютинЙ=745 Гц, Фиг. 2 д). Таким образом повыша- формационный сигнал - информацию о часют отношение сигнал/помеха, т.е. не дают. тоте вращения долота на частоте 14=720 Гц возможности помехе йроникнуть из затруб- . с полосой поглощв:я Л 1=50 Гц из зоны ного пространства в информационный ка- подавления помех путем преобразования йал - во внутреннюю полость бурильной 15 его через вторичный прибор 17(фиг. 1). трубы;. :, : ::. . Ф ормула изобретенияСпособ передачи информации приОперация-девятая, Производят переда- турбинном бурении Скважин по авт, св. чу техйологйческой информации при раз- Ь. 1640396, о т л и ч а ю щ и й с я тем. что, с личных режимах бурения (сотласно 20 цельюповышениядостоверностипередачи, геолого-технологического наряда при буре- на забоев частотном секторе упругих коленййданной скважины) на частоте 0=720 Гц баний затрубного пространства постоян- с полосой поглоЩения Ь=50 Гц(1 з=695 Гц, но Формируют полосу поглощения частот 14=720 Гц и об=745 Гц), генерируемой тур- подавителем помех - акустическим резо бийкамитурбобура 2 и долотом 1.при 25 натором, а в спектре звуковой вибрации поглощеннйх помехах акустическими им-: корпуса бурильной колонны подавлениетой пульсами, сфОрййровэннйми акустическйм . же полосы частот осуществляют локальным резонатором 4 путем йерйодического за-вибропоглотителем, причем полоса поглокрываййя звукопоглощающего отверстия 11щения частот соответствует частоте переда- валом-перекрывателем 3 (фиг. 2 е) и откры- ЗО чи забойной информации,1758222 6 6 Составитель М.Китайскаяедактор Т,Лазоренко Техред М.Моргентал. Корректор отйл Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, Ю Заказ 2980 . Тираж . : Подписйое ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиямпри ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 1