RU2038471C1

RU2038471C1 - Acoustical emission sensor for controlling of turbodrill shaft rotational speed

Info

Publication number: RU2038471C1
Application number: RU93007664A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Савиных; Н.В. Подборнов; В.И. Московкин
Original assignee: Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности
Priority date: 1993-02-08
Filing date: 1993-02-08
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: drilling of oil and gas wells. SUBSTANCE: acoustic emission sensor has transmitter casing and local vibration absorber disposed within resonance chamber mounted on transmitter casing. Stator turbine is disposed below resonator on transmitter casing. Perforated tube fixed in resonance chamber is formed as rotary code with longitudinal slits extending in circular path. Central sleeve of resonance chamber is disposed eccentrically with respect to transmitter casing axis on coded sleeve, which is connected with turbodrill shaft. Rotor turbine is loosely mounted on drive shaft above stator turbine. EFFECT: enhanced reliability in transmission of information by increased signal/noise ratio through absorption of vibration noise from drill column by means of local vibration absorber, with vibration noise being within the frequency bans of transmitted bottom information, and increased absorption of noise mode energy in inner cavity of resonance chamber. 5 dwg

Description

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для получения забойной технологической информации о параметрах режима бурения, в частности о числе оборотов вала турбобура. The invention relates to the drilling of oil and gas wells and can be used to obtain downhole technological information about the parameters of the drilling mode, in particular about the number of revolutions of the shaft of the turbodrill.

Известны устройства для передачи технологической информации о параметрах режима бурения, например, гидротурботахометры [1]
Недостатком данного устройства является низкая надежность работы гидротурботахометра и низкая достоверность информации.Known devices for transmitting technological information about the parameters of the drilling mode, for example, turbotachometers [1]
The disadvantage of this device is the low reliability of the turbotachometer and the low reliability of the information.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению относится устройство модуляции звуковой вибрации в бурильной колонне при турбинном бурении скважин, содержащее корпус переводника, расположенную внутри него резонансную камеру с перфорацией, перфорированную трубу и вал турбобура [2]
Недостаток данной конструкции заключается в том, что информационный импульс о параметре волновая пауза, сформированная датчиком вращения долота внутри бурильной колонны- резонансной камерой, в процессе распространения с забоя на поверхность заполняется частотой, источником которой является спектр звуковой вибрации долота, генерируемого в корпус бурильной колонны, изменяя при этом уровень поглощения звука, ведущее к уменьшению отношения сигнал/шум.The closest in technical essence to the invention relates to a device for modulating sound vibration in a drill string during turbine drilling, comprising a sub housing, a resonant chamber with perforation located inside it, a perforated pipe and a turbo-drill shaft [2]
The disadvantage of this design is that the information impulse about the wave pause parameter generated by the bit rotation sensor inside the drill string by the resonant chamber is filled with the frequency during the propagation from the bottom to the surface, the source of which is the spectrum of sound vibration of the bit generated in the drill string body, while changing the level of sound absorption, leading to a decrease in the signal-to-noise ratio.

Цель изобретения повышение достоверности передачи информации за счет увеличения отношения сигнал/шум путем поглощения из бурильной колонны локальным вибропоглотителем вибрационной помехи в полосе частот передаваемой забойной информации и увеличения поглощения энергии мод шума во внутренней полости резонансной камеры. The purpose of the invention is to increase the reliability of information transmission by increasing the signal-to-noise ratio by absorbing vibrational noise from the drill string by the local vibration absorber in the frequency band of the downhole information transmitted and increasing the noise absorption of the noise modes in the internal cavity of the resonance chamber.

Для этого акустический датчик для контроля числа оборотов вала турбобура, содержащий корпус, расположенную внутри него резонансную камеру с перфорацией, переводники и перфорированную трубу, снабжен локальным вибропоглотителем, статорной и роторной турбинками, приводным валом и центральной втулкой, причем локальный вибропоглотитель расположен на корпусе внутри резонансной камеры, приводной вал датчика расположен соосно корпусу, на котором свободно размещена роторная турбинка, а статорная турбинка жестко связана с корпусом, причем перфорированная труба фиксировано расположена в резонансной камере и выполнена в виде кодовой втулки с продольными щелями, расположенными по окружности, при этом центральная втулка расположена эксцентрично корпуса на кодовой втулке, связанной с приводным валом. For this, an acoustic sensor for monitoring the number of revolutions of the turbo-drill shaft, comprising a housing, a resonant chamber with perforation located inside it, adapters and a perforated tube, is equipped with a local vibration absorber, stator and rotor turbines, a drive shaft and a central hub, and a local vibration absorber located on the housing inside the resonance cameras, the drive shaft of the sensor is located coaxially with the housing on which the rotor impeller is freely placed, and the stator impeller is rigidly connected to the housing, and forirovannaya tube fixedly disposed in the resonant chamber and is formed as a sleeve code with longitudinal slots arranged circumferentially, wherein the central hub is located eccentrically in the housing sleeve code associated with the drive shaft.

На фиг. 1 изображен продольный разрез датчика; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 развертка по окружности внутренней поверхности кодовой втулки; на фиг.5 три спектрограммы и две осциллограммы. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a sensor; figure 2 section aa in figure 1; figure 3 section BB in figure 1; figure 4 scan around the circumference of the inner surface of the code sleeve; figure 5 three spectrograms and two oscillograms.

Датчик состоит из корпуса 1, центральной втулки 2, резонансной камеры, расположенной между корпусом 1, центральной втулкой 2, верхней 3 и нижней 4 крышками, приводного вала 5, кодовой втулки 6, гидросирены, состоящей из роторной 7 турбинки, находящейся на приводном валу 5, и статорной 8 турбинки, расположенной на корпусе 1. На центральной втулке 2 расположены горла 9 и 10, кодовая втулка 6 снабжена отверстиями 11 и 12. На кодовой втулке 6 находится ведомая шестерня 13, втулка 6 расположена фиксированно между нижней крышкой 4 и диском 14, находящимся на корпусе 1, а ведомая шестерня 15 на приводном валу 5. Датчик включает верхний 16 и нижний 17 соединительные переводники. Кодовая втулка 6 для фиксации ее в центральной втулке снабжена буртиком 18, расположенным между нижней крышкой 4 резонансной камеры и диском 14. Для того, чтобы был зазор между диском 14 и нижней крышкой 4 установлено кольцо 19, расположенное на корпусе 1. Для разъединения гидросирены и диска 14 имеется втулка 20. Внутри резонансной камеры на корпусе 1 расположен локальный вибропоглотитель 21 и пористая резина 22. Датчик снабжен полумуфтой 23 для соединения приводного вала 5 с валом 24 турбобура. The sensor consists of a housing 1, a central sleeve 2, a resonance chamber located between the housing 1, a central sleeve 2, an upper 3 and a lower 4 covers, a drive shaft 5, a code sleeve 6, a hydro siren consisting of a rotor 7 of the turbine located on the drive shaft 5 , and a stator 8 of the turbine located on the housing 1. On the central sleeve 2 are the throats 9 and 10, the code sleeve 6 is provided with holes 11 and 12. On the code sleeve 6 there is a driven gear 13, the sleeve 6 is fixed between the bottom cover 4 and the disk 14 located on the body 1, and the driven gear 15 on the drive shaft 5. The sensor comprises an upper 16 and lower 17 connecting subs. The code sleeve 6 for fixing it in the central sleeve is provided with a shoulder 18 located between the lower cover 4 of the resonance chamber and the disk 14. In order to have a gap between the disk 14 and the lower cover 4, a ring 19 is located on the housing 1. To disconnect the hydrosiren and The disk 14 has a sleeve 20. Inside the resonance chamber on the housing 1 there is a local vibration absorber 21 and porous rubber 22. The sensor is equipped with a coupling half 23 for connecting the drive shaft 5 to the shaft 24 of the turbodrill.

Статический режим. Датчик для контроля числа оборотов вала турбобура размещается над третьей секцией шпиндельного турбобура типа 3ТСШ-195 (или 3ТСШ-195 ТЛ). Static mode. A sensor for monitoring the number of revolutions of the shaft of the turbodrill is located above the third section of the spindle turbodrill of type 3TSSh-195 (or 3TSSh-195 TL).

Сборка датчика. На первом этапе сборки датчика осуществляют соединение верхнего переводника 16 с корпусом 1 (фиг.1). Sensor Assembly At the first stage of the sensor assembly, the upper sub 16 is connected to the housing 1 (Fig. 1).

На втором этапе сборки датчика последовательно размещают внутри корпуса следующие элементы (фиг. 1): верхнюю крышку 3 резонансной камеры с круглым отверстием, резиновый слой 22 и локальный вибропоглотитель 21 с металлической массой, центральную втулку 2 резонансной камеры, кодовую втулку 6 с ведомой шестерней 13 в нижней части, кольцо 19, диск 14 с круглым отверстием, эксцентрично расположенным относительно оси корпуса, втулку 20, роторную турбинку 7, статорную турбинку 8. At the second stage of the sensor assembly, the following elements are sequentially placed inside the housing (Fig. 1): the upper cover 3 of the resonance chamber with a round hole, the rubber layer 22 and the local vibration absorber 21 with metal mass, the central sleeve 2 of the resonance chamber, the code sleeve 6 with the driven gear 13 in the lower part, a ring 19, a disk 14 with a round hole eccentrically located relative to the axis of the housing, a sleeve 20, a rotor impeller 7, a stator impeller 8.

На третьем этапе сборки датчика (фиг.1) на корпусе 1 с собранными элементами по второй операции наворачивают нижний переводник 17. At the third stage of the sensor assembly (Fig. 1), on the housing 1 with assembled elements, the lower sub 17 is screwed up according to the second operation.

Четвертый этап сборки датчика осуществляют на буровой. На шлицевой торец вала 24 турбобура вставляют соединительную полумуфту 23 и наворачивают на корпус турбобура собранную конструкцию датчика. Датчик готов к работе. The fourth stage of the sensor assembly is carried out at the drilling site. On the spline end of the shaft 24 of the turbo-drill, a connecting coupling half 23 is inserted and the assembled sensor structure is screwed onto the turbo-drill housing. The sensor is ready for operation.

Динамический режим. После включения буровых насосов промывочная жидкость по бурильной колонне (не показано) через внутреннюю полость кодовой втулки 6 (фиг. 1) и через отверстия в роторной 7 и статорной 8 турбинках поступает в турбобур (не показан). Dynamic mode. After the mud pumps are turned on, flushing fluid through the drill string (not shown) through the internal cavity of the code sleeve 6 (Fig. 1) and through the holes in the rotor 7 and stator 8 turbines enters a turbodrill (not shown).

Роторная 7 и статорная 8 турбинки (фиг.1), вращаясь с постоянной скоростью (при постоянном расходе промывочной жидкости), генерируют спектр шума, который выравнивает частотный спектр турбины (фиг.5,а), вращающейся неравномерно в зависимости от нагрузки на долото. Rotor 7 and stator 8 of the turbine (Fig. 1), rotating at a constant speed (at a constant flow rate of flushing fluid), generate a noise spectrum that evens out the frequency spectrum of the turbine (Fig. 5, a), rotating non-uniformly depending on the load on the bit.

Спектр шума, генерируемый долотом, заглушается на частотах f₃ 200 Гц, f₄ 300 Гц и f₅ 400 Гц с полосой Δf 200 Гц на резонансной частоте f₄ 300 Гц (фиг.5,б) локальным вибропоглотителем, собранным из элементов 22 и 21 (фиг.1 и 2), из бурильной трубы. Уменьшая вибрационную помеху, достигается увеличение отношения сигнал/шум при формировании информационного сигнала.The noise spectrum generated by the bit is damped at frequencies f ₃ 200 Hz, f ₄ 300 Hz and f ₅ 400 Hz with a band Δf 200 Hz at the resonant frequency f ₄ 300 Hz (Fig. 5, b) by a local vibration absorber assembled from elements 22 and 21 (FIGS. 1 and 2), from a drill pipe. By reducing vibrational interference, an increase in the signal-to-noise ratio is achieved when the information signal is generated.

На каждые два оборота вала турбобура приводной вал 5 (фиг.1) повернет кодовую втулку 6 на один оборот, последовательно открывая горло 10 и горло 9 (фиг. 1) резонансной камеры нижней продольной щелью 12 на кодовой втулке 6 (фиг.1 и 4) и верхней продольной щелью 11, расположенной на кодовой втулке 6 (фиг.1 и 4). For every two turns of the turbo-drill shaft, the drive shaft 5 (Fig. 1) will rotate the code sleeve 6 by one revolution, sequentially opening the throat 10 and the neck 9 (Fig. 1) of the resonance chamber with a lower longitudinal slot 12 on the code sleeve 6 (Figs. 1 and 4) ) and the upper longitudinal slot 11 located on the code sleeve 6 (figures 1 and 4).

В результате открывания звукопоглощающих горл 10 и 9 резонансной камеры за один оборот кодовой втулки в спектре шума продольных волн, распространяющихся в промывочной жидкости, сформируется информационный сигнал в виде двух волновых пауз на резонансной частоте f₄ 300 Гц/см (фиг.5,в).As a result of the opening of the sound-absorbing throats 10 and 9 of the resonance chamber for one revolution of the code sleeve, an information signal is formed in the form of two wave breaks at the resonant frequency f ₄ 300 Hz / cm in the noise spectrum of longitudinal waves propagating in the washing liquid (Fig. 5, c) .

Claims

ACOUSTIC SENSOR FOR MONITORING THE NUMBER OF TURBO SHAFT TURNSHIPS, comprising a housing, a resonant chamber with perforation located inside it, adapters and a perforated pipe, characterized in that the sensor is equipped with a local vibration absorber, stator and rotor turbines, a drive shaft and a central vibro-absorber, the local the housing inside the resonance chamber, the drive shaft is aligned with the housing on which the rotor impeller is freely placed, and the stator impeller is rigidly connected to the housing ohm, the perforated pipe is fixedly disposed in the resonant chamber and is formed as a sleeve code with longitudinal slits arranged circumferentially and the central hub is located eccentrically in the housing sleeve code associated with the drive shaft.