RU2752406C1 - Устройство для измерения вибрации скважинного инструмента - Google Patents
Устройство для измерения вибрации скважинного инструмента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2752406C1 RU2752406C1 RU2020112346A RU2020112346A RU2752406C1 RU 2752406 C1 RU2752406 C1 RU 2752406C1 RU 2020112346 A RU2020112346 A RU 2020112346A RU 2020112346 A RU2020112346 A RU 2020112346A RU 2752406 C1 RU2752406 C1 RU 2752406C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vibration
- barrel
- hydromechanical
- core
- drill string
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 230000005293 ferrimagnetic effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002902 ferrimagnetic material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 abstract 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 6
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 4
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
- E21B44/02—Automatic control of the tool feed
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/02—Determining slope or direction
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области нефтяной промышленности, в частности к технике измерения продольных колебаний, распространяющихся по бурильной колонне при вертикальном сейсмическом профилировании при проведении геофизических работ. Техническим результатом данного устройства является повышение точности измерения вибрации. Технический результат достигается тем, что устройство для измерения вибрации скважинного инструмента, включающее установленный в компоновке бурильной колонны гидромеханический датчик вибрации, содержащий корпус, стакан, ствол, регулировочную втулку и уплотняющие кольца, дополнительно снабжено магнитоупругим преобразователем индуктивного типа, выполненным в виде сердечника с катушкой из ферримагнитного материала и воспринимающим механическое воздействие ствола гидромеханического датчика через магнитопровод, а также измерителем индуктивности, осуществляющим получение информации о величине вибрации при ее возникновении. 1 ил.
Description
Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к технике измерения продольных колебаний распространяющихся по бурильной колонне при вертикальном сейсмическом профилировании при проведении геофизических работ.
Известно устройство для регистрации вибрации бурильной колонны в процессе бурения скважины (см. RU 2106490 C1, 10.03. 1998), содержащее основание, жестко связанное с вертлюгом, цилиндрический корпус, в котором размещены усилитель электрических сигналов и по крайней мере три датчика вибрации. Датчики расположены по радиусу под углом друг к другу α=360°/n (N=3,4,5…), где n - количество датчиков, соединенных между собой параллельно и связанных с основанием посредством виброгасящих прокладок. Усилитель электрических сигналов выполнен в виде согласующего трансформатора, первичная обмотка которого через фильтр нижних частот подключена к датчикам вибрации. Вторичная обмотка трансформатора подключена через герметичный разъем к регистрирующему устройству. При этом внутренняя поверхность корпуса и датчики покрыты звукопоглощающими оболочками. Свободный объем в корпусе заполнен герметизирующим материалов. В том устройстве благодаря применению поменьше мере трех датчиков вибрации и фильтрации их выходных полезных сигналов, обеспечивается повышение помехоустойчивости, глубины исследований, а также расширение рабочего температурного диапазона в области отрицательных температур, технологических и эксплуатационных возможностей.
Недостатком этого устройства является невысокая эксплуатационная надежность его электронных компонентов в условиях высоких динамических нагрузок.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип устройство, реализующее метод измерения вибрации скважинного инструмента при бурении скважин на нефть и газ (см. стр. 33-36, К.А. Башмур, Э.А. Петровский, В.В. Богачев. Автоматизация в промышленности, №10, 2019). В этом устройстве, содержащем установленный в компоновке бурильной колонны гидромеханический датчик вибрации, содержащий корпус, стакан, ствол, регулировочную втулку и уплотняющие кольца, при отрыве долота от забоя возникает вибрационная сила, которая воздействует на ствол датчика и перемещает его по направляющим шлицам в корпусе в промежуточное или крайнее положение при максимальной амплитуде колебаний. В силу этого происходит пересечение или совпадение отверстий в датчике, через которые часть потока бурового раствора, протекающего в полости бурильной колонны, пересекает полость, образованную корпусом и стаканом. Вследствие этого изменяется расход бурового раствора через основной ствол бурильной колонны, что регистрируется забойными датчиками. В итоге расход бурового расхода через отверстие является функцией амплитуды вибрации.
Недостатком этого гидромеханического датчика вибрации можно считать невысокую точность из-за зависимости числа Рейнольдса от вида течения потока.
Техническим результатом данного устройства является повышение точности измерения вибрации.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения вибрации скважинного инструмента, включающее установленный в компоновке бурильной колонны гидромеханический датчик вибрации, содержащий корпус, стакан, ствол, регулировочную втулку и уплотняющие кольца, дополнительно снабжено магнитоупругим преобразователем индуктивного типа, выполненным в виде сердечника с катушкой из ферримагнитного материала, и воспринимающим механическое воздействие ствола гидромеханического датчика через магнитопровод, а также измерителем индуктивности, осушествлящим получение информации о величине вибрации при ее возникновении.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что определение индуктивности катушки, намотанной на сердечнике из ферромагнитного материала, дает возможность измерить величину вибрации скважинного инструмента.
Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу измерения вибрации скважинного инструмента на основе определения индуктивности катушки, намотанной на сердечнике из ферромагнитного материала, с желаемым техническим результатом, т.е. повышением точности измерения.
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
Устройства содержит гидромеханический датчик вибрации 1, сердечник с катушкой 2 и измеритель индуктивности 3.
Устройство работает следующим образом. Работа предлагаемого устройства основывается на использовании магнитоупругого эффекта ферромагнитных материалов под влиянием механических деформаций. При этом в качестве деформирующего воздействия применяется ствол гидромеханического датчика вибрации.
При отрыве долота от забоя вибрационная сила Fвибр воздействует на ствол гидромеханического датчика вибрации 1, который в свою очередь оказывает механическое воздействие на магнитопровод сердечника 2 (противоположенная сторона ствола соприкасается с магнитопроводом при отсутствии силы Fвибр). Сердечник, выполненный из ферромагнитных тел, изменяет магнитную проницаемость μ в зависимости от возникающих в них механических напряжений σ, связанных с действием на ферромагнитные тела механических сил Р (растягивающих, сжимающих, изгибающих, скручивающих).
Из теории магнитоупругих преобразователей известно, что изменение магнитной проницаемости ферромагниного сердечника вызывает изменение магнитного сопротивления сердечника Rм. Изменение же Rм ведет к изменению индуктивности катушки L, находящейся на сердечнике. Следовательно, в данном случае имеем следующую цепь преобразований:
Отсюда видно, что по изменению индуктивности катушки можно судить об изменении вибрационной силы Fвибр.
В общем виде значение индуктивности катушки L можно выразить как
L=N2μS/I,
где N - число витков провода в катушке, S - площадь сечения сердечника, I - длина средней линии сердечника. Из приведенной формулы вытекает, что при постоянных значениях параметров N, S и I по изменению индуктивности катушки можно судить об изменении магнитной проницаемости, обусловленной деформацией магнитопровода. Другими словами измерение индуктивности даст возможность вычислить величину вибрации скважинного инструмента. Из выше приведенной аналитической зависимости (формулы) также видно, что изменениями площади сечения сердечника, числа витков провода и длины средней линии сердечника, можно обеспечить оптимальную величину индуктивности с точки зрения чувствительности преобразования и удобства обработки информационного сигнала.
Согласно предлагаемому техническому решению, для минимизации риска нарушения работоспособности устройства в условиях высоких динамических нагрузок, измеритель индуктивности 3, можно быть удален от бурильной колонны на некоторое расстояние и подключаться к катушке с помощью соединительного кабеля. При этом в качестве измерителя может быть использована, например, симметричная мостовая схема для измерения индуктивности. Как известно, в этом случае измеряемая индуктивность будет сравниваться со стандартной индуктивностью. Кроме того при использовании мостовой схемы можно скорректировать температурную погрешность (изменение магнитного сопротивления сердечника Rм) вызванную колебанием температуры в процессе бурения. При этом корректирующий элемент (индуктивность) должен находиться в тех же температурных условиях, что измеряемый.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении вычисление индуктивности катушки, намотанной на ферромагнитном сердечнике, благодаря механическому воздействию ствола гидромеханического датчика вибрации на магнитопровод сердечника, дает возможность обеспечить повышение точности измерения.
Индуктивный магнитоупругий преобразователь предлагаемого устройства, успешно может быть применен и для решения других задач, например, для измерения больших давлений, так как он непосредственно воспринимает давление и не нуждается в дополнительных преобразователях.
Claims (1)
- Устройство для измерения вибрации скважинного инструмента, включающее установленный в компоновке бурильной колонны гидромеханический датчик вибрации, содержащий корпус, стакан, ствол, регулировочную втулку и уплотняющие кольца, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено магнитоупругим преобразователем индуктивного типа, выполненным в виде сердечника с катушкой из ферримагнитного материала и воспринимающим механическое воздействие ствола гидромеханического датчика через магнитопровод, а также измерителем индуктивности, осуществляющим получение информации о величине вибрации при ее возникновении.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020112346A RU2752406C1 (ru) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Устройство для измерения вибрации скважинного инструмента |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020112346A RU2752406C1 (ru) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Устройство для измерения вибрации скважинного инструмента |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2752406C1 true RU2752406C1 (ru) | 2021-07-27 |
Family
ID=76989593
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020112346A RU2752406C1 (ru) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Устройство для измерения вибрации скважинного инструмента |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2752406C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2816252C1 (ru) * | 2023-03-17 | 2024-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Устройство для измерения вибрации скважинного инструмента |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU802536A1 (ru) * | 1979-01-22 | 1981-02-07 | Всесоюзный Научно-Исследователь-Ский Институт Геофизических Me-Тодов Разведки | Устройство дл измерени углаОТКлОНЕНи СКВАжиНы OT ВЕРТиКАли |
EP1072903A1 (en) * | 1999-07-27 | 2001-01-31 | Oxford Instruments (Uk) Limited | Apparatus for nuclear magnetic resonance measuring while drilling a borehole |
RU2569950C2 (ru) * | 2010-07-01 | 2015-12-10 | Флексидрилл Лимитед | Радиальное вибрационное устройство |
RU2695434C1 (ru) * | 2015-10-23 | 2019-07-23 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Скважинный электромагнитный телеметрический приемник |
-
2020
- 2020-03-26 RU RU2020112346A patent/RU2752406C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU802536A1 (ru) * | 1979-01-22 | 1981-02-07 | Всесоюзный Научно-Исследователь-Ский Институт Геофизических Me-Тодов Разведки | Устройство дл измерени углаОТКлОНЕНи СКВАжиНы OT ВЕРТиКАли |
EP1072903A1 (en) * | 1999-07-27 | 2001-01-31 | Oxford Instruments (Uk) Limited | Apparatus for nuclear magnetic resonance measuring while drilling a borehole |
RU2569950C2 (ru) * | 2010-07-01 | 2015-12-10 | Флексидрилл Лимитед | Радиальное вибрационное устройство |
RU2695434C1 (ru) * | 2015-10-23 | 2019-07-23 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Скважинный электромагнитный телеметрический приемник |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2816252C1 (ru) * | 2023-03-17 | 2024-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Устройство для измерения вибрации скважинного инструмента |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2377404C2 (ru) | Способ измерения нагрузки, действующей на скважинный буровой инструмент | |
US6910388B2 (en) | Flow meter using an expanded tube section and sensitive differential pressure measurement | |
EP1640561B1 (en) | An apparatus for measuring an internal dimension of a well-bore | |
US8103135B2 (en) | Well bore sensing | |
US10012753B2 (en) | Measurement compensation using multiple electromagnetic transmitters | |
CA3045706C (en) | Sensor system and method for measuring a physical parameter | |
US3038336A (en) | System for measuring height and density of liquids | |
US20040086623A1 (en) | Storage stable pan release coating and cleaner | |
US10087740B2 (en) | Caliper tool with constant current drive | |
US7302841B2 (en) | Free point tool with low mass sensor | |
RU2752406C1 (ru) | Устройство для измерения вибрации скважинного инструмента | |
US11572770B2 (en) | System and method for determining load and displacement of a polished rod | |
US3065633A (en) | Well surveying apparatus | |
CN106351646B (zh) | 一种装有光纤光栅传感装置的井下测卡系统 | |
RU2816252C1 (ru) | Устройство для измерения вибрации скважинного инструмента | |
CN209231274U (zh) | 对储气井水泥防护层的胶结质量进行检测的声波检测设备 | |
CN114165212B (zh) | 一种小口径岩心钻探的钻进参数采集试验装置 | |
CN109507298A (zh) | 对储气井水泥防护层的胶结质量进行检测的声波检测设备 | |
CN112393844B (zh) | 高立压下微弱泥浆脉冲压力波的测量方法 | |
SU1170129A1 (ru) | Забойное устройство дл измерени осевой нагрузки | |
RU1798432C (ru) | Устройство дл определени деформационных и прочностных свойств скальных массивов | |
SU1161696A1 (ru) | Магнитоупругий датчик усилий | |
SU1043577A1 (ru) | Датчик каверномера | |
CN116427910A (zh) | 一种测井深工具 | |
CN111197482A (zh) | 一种光纤-电子复合测井传感器 |