SU1661391A1 - Acoustical vibration modulator - Google Patents

Acoustical vibration modulator Download PDF

Info

Publication number
SU1661391A1
SU1661391A1 SU884494125A SU4494125A SU1661391A1 SU 1661391 A1 SU1661391 A1 SU 1661391A1 SU 884494125 A SU884494125 A SU 884494125A SU 4494125 A SU4494125 A SU 4494125A SU 1661391 A1 SU1661391 A1 SU 1661391A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
resonant chamber
drill
rotor
drilling
turbo
Prior art date
Application number
SU884494125A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Александрович Савиных
Олег Анатольевич Столяров
Владимир Ильич Московкин
Original Assignee
Тюменский индустриальный институт им.Ленинского комсомола
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тюменский индустриальный институт им.Ленинского комсомола filed Critical Тюменский индустриальный институт им.Ленинского комсомола
Priority to SU884494125A priority Critical patent/SU1661391A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1661391A1 publication Critical patent/SU1661391A1/en

Links

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к области автоматического контрол  технологических параметров при турбинном бурении и м.б. применено дл  измерени  расхода бурового раствора. Цель - повышение точности измерени  расхода бурового раствора с любого места бурильной колонны путем амплитудно-импульсной модул ции частоты в спектре звуковой вибрации, источником которой  вл етс  турбобур. Устройство содержит корпус 1, резонансную камеру 2, выполненную в виде пустотелого цилиндра с отверстием 3 на торце, заслонку 4, ротор 5, и статор 6, выполненные в виде ободов с направл ющими элементами (лопатками) дл  потока бурового раствора. При подаче бурового раствора турбобур начинает генерировать спектр звуковых колебаний, при этом ротор 5 вращаетс  с резонансной камерой 2 и заслонка 4 перекрывает отверстие 3. Формируетс  волнова  пауза в полигармоническом спектре звуковых колебаний турбобура, которые воспринимаютс  акустическим приемником в виде последовательности импульсов, частота которых пропорциональна расходу бурового раствора. 2 ил.This invention relates to the field of automatic control of technological parameters during turbine drilling, and may be. applied to measure mud flow. The goal is to improve the accuracy of measuring the flow rate of drilling fluid from any place in the drill string by means of amplitude-pulse frequency modulation in the spectrum of sound vibration, the source of which is a turbo-drill. The device comprises a housing 1, a resonant chamber 2 made in the form of a hollow cylinder with a hole 3 at the end, a gate 4, a rotor 5, and a stator 6 made in the form of rims with guide elements (blades) for the flow of drilling mud. When the drilling fluid is supplied, the turbo-drill starts to generate a spectrum of sound waves, while the rotor 5 rotates with the resonant chamber 2 and the flap 4 blocks the opening 3. A wave pause is formed in the polyharmonic spectrum of the sound waves of the turbo-drill, which the acoustic receiver perceives as a sequence of pulses whose frequency is proportional to the flow rate drilling mud. 2 Il.

Description

Изобретение относитс  к автоматическому контролю технологических параметров при турбинном бурении и может быть применено дл  измерени  расхода бурового раствора с любого места бурильной колонны .The invention relates to the automatic control of technological parameters during turbine drilling and can be used to measure the flow of drilling fluid from any place in the drill string.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  расхода бурового раствора с любого места бурильной колонны за счет амплитудно-импульсной модул ции частоты в спектре звуковой вибрации, источником которой  вл етс  турбобур.The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the flow rate of drilling fluid from any part of the drill string due to pulse amplitude modulation of the frequency in the sound vibration spectrum, the source of which is a turbo-drill.

На фиг.1 и 2 представлен предлагаемый модул тор.Figures 1 and 2 present the proposed modulator.

Модул тор содержит корпус 1, резонансную камеру 2, выполненную в виде пустотелого цилиндра, с отверстием 3 на торце, заслонку 4, ротор 5 и статор 6, установленный между корпусом 1 и резонансной камерой 2, на которой установлен ротор 5 между статором 6 и заслонкой 4, котора  установлена на корпусе 1 с возможностью перекрыти  отверсти  3 на торце резонансной камеры 2, котора  выполнена с цилиндрическим горлом 7, установленным внутри резонансной камеры 2 под отверстием 3, ротор 5 и статор 6 выполнены в виде ободов с направл ющими элементами (лопатками) 8 дл  потока бурового раствора.The modulator includes a housing 1, a resonant chamber 2, made in the form of a hollow cylinder, with an opening 3 at the end, a flap 4, a rotor 5 and a stator 6 mounted between the housing 1 and a resonant chamber 2 on which the rotor 5 is installed between the stator 6 and the flap 4, which is mounted on the housing 1 with the possibility of blocking the opening 3 at the end of the resonant chamber 2, which is made with a cylindrical throat 7 installed inside the resonant chamber 2 under the opening 3, the rotor 5 and the stator 6 are made in the form of rims with guide elements (blades ) 8 for mud flow.

Модул тор работает следующим образом .The modulator operates as follows.

При турбинном способе бурени  устройство устанавливают над турбобуром, при подаче бурового раствора турбобур начинает генерировать спектр звуковых колебаний , при этом начинает вращатьс  ротор 5 с резонансной камерой 2 и формируетс  волнова  пауза в полигармоническом спектре звуковых колебаний турбобура путем периодического перекрыти  отверсти  3 заслонкой 4.In the turbine drilling method, the device is installed above the turbo-drill, when the drilling fluid is supplied, the turbo-drill begins to generate a spectrum of sound vibrations, and the rotor 5 starts to rotate with the resonant chamber 2 and a wave pause is formed in the polyharmonic spectrum of the turbodrill by periodically blocking the aperture 3 with gate 4.

Звуковые колебани  воспринимаютс  акустическим приемником в виде последовательности импульсов, частота которых пропорциональна числу оборотов резонансной камеры 2, подава  сигнал через анализатор импульсов на регистрирующий прибор, определ ют расход бурового раствора по формулеSound vibrations are perceived by the acoustic receiver in the form of a sequence of pulses, whose frequency is proportional to the number of revolutions of the resonant chamber 2, giving a signal through a pulse analyzer to a recording device, determine the flow rate of the drilling fluid using the formula

-п, с -n, with

где Q - расход бурового раствора.where Q is the flow rate of the drilling fluid.

с - коэффициент пропорциональности;c is the proportionality coefficient;

F - площадь поперечного сечени  потока .F is the cross-sectional area of the flow.

п - число оборотов ротора.n - the number of revolutions of the rotor.

Пример. Размеры устройства: внутренний диаметр корпуса 165 мм внешнийExample. Device dimensions: inner case diameter 165 mm outer

диаметр резонансной камеры 115 мм, внутренний диаметр резонансной камеры 105мм, высота резонансной камеры 350 мм, площадь отверсти  F 27 см , высота горла115 mm resonant chamber diameter, 105 mm internal resonant chamber diameter, 350 mm resonant chamber height, F hole area 27 cm, throat height

мм, объем резонансной камеры 3029 см3, собственна  частота резонансной камеры 921 Гц, число оборотов турбобура ЗТСШ-195 при расходе буровой жидкости 25 л/с составл ет 590 об/мин, число лопаток на роторной турбине равно 24. По формуле mm, the volume of the resonant chamber is 3029 cm3, the natural frequency of the resonant chamber is 921 Hz, the rotation speed of the ZTSSh-195 turbo-drill at a flow rate of 25 l / s of drilling fluid is 590 rpm, the number of blades on a rotary turbine is 24. The formula

1515

f f

п z 60п z 60

где п - число оборотов вала турбобура;where n is the number of revolutions of the shaft of the turbo-drill;

т. - число лопаток роторной турбины;t. - the number of rotor turbine blades;

f - частота информационного сигнала, определ ют частоту информационного сигнала , генерируемую турбобуром, равной 236 Гц. Принимают частоту поглощени , близкую к третьей гармонике, равной 944 Гц. Оценку доли энергии поглощаемой резонатором из полной энергии определ ют по формулеf is the frequency of the information signal; the frequency of the information signal generated by a turbo-drill equal to 236 Hz is determined. An absorption frequency close to the third harmonic of 944 Hz is taken. The estimate of the fraction of the energy absorbed by the resonator from the total energy is determined by the formula

к-УЬKY

Wo Wo

где Wn - потери энергии колебаний резонатора;where Wn is the vibration energy loss of the resonator;

Wo - полна  энерги  колебаний на резонансной частоте.Wo is full of vibrational energy at the resonant frequency.

Акустический резонатор в первом приближении может быть описан как гармонический осцилл тор с резонансной частотой fo и добротностью Q. Врем  периода осцилл тора г при внешнем воздействии определ етс  по формулеIn the first approximation, an acoustic resonator can be described as a harmonic oscillator with a resonant frequency fo and a quality factor Q. The time period of an oscillator g with an external influence is determined by the formula

г 1,5Q/fo.g 1,5Q / fo.

Задава  врем  открыти  отверсти  резонансной камеры t из услови  T«t, принимают t 0,2 с. Максимальна  добротность резонатора равнаGiven the opening time of the opening of the resonant chamber t from the condition T T t, take t 0.2 s. Maximum quality factor of the resonator is equal to

Q fot/1,5 133.Q fot / 1.5 133.

Принимают верхнюю границу дл  добротности резонатора 0 10. Потер  энергии колебаний резонатора определ етс  по формулеThe upper limit is taken for the quality of the resonator 0 10. The energy loss of the oscillations of the resonator is determined by the formula

Wn Wn

2л: О2n: About

WK 0,6WKWK 0,6WK

(1)(one)

где WK - максимальна  энерги  резонатора, WK 2aJtma2fo2,(2)where WK is the maximum resonator energy, WK 2aJtma2fo2, (2)

где m р Fh - эквивалентна  масса резонатора;where m p Fh is the equivalent mass of the resonator;

р - плотность жидкости;p is the density of the liquid;

а - амплитуда колебаний.and - amplitude of fluctuations.

Если резонатор возбуждаетс  внешним акустическим полем, у которого гармоника резонансной частоты имеет амплитуду ai, то ai и а св заны соотношениемIf the resonator is excited by an external acoustic field whose harmonic of the resonant frequency has an amplitude ai, then ai and a are related by

акустический резонатор на резонансной частоте поглощает 76% энергии из объема звукового потока.The acoustic resonator at the resonant frequency absorbs 76% of the energy from the volume of the sound stream.

Ширина резонансной кривой Afi, т.е. между точками, в которых амплитуда равна 0,7 от резонансной, определ етс  на основании соотношени The width of the resonance curve Afi, i.e. between the points at which the amplitude is 0.7 of the resonance is determined based on the ratio

Af fo/Q.Af fo / Q.

(3)(3)

Из (1НЗ) получают, что из внешнего пол  резонатор за один период может дисси- мировать энергииFrom (1NZ), it is obtained that the resonator can dissipate the energy

Wn 1,2 /oFh (aiQfo л)2. (4)Wn 1,2 / oFh (aiQfo l) 2. (four)

Эта энерги  поглощаетс  из объема V жидкостиThis energy is absorbed from the volume V of the fluid.

VV

-s-c- ,-s-c-,

TOTO

(5)(five)

где Swhere s

 сг2cr2

- площадь поперечного сечени  колонны;- cross-sectional area of the column;

С - скорость звука в буровом растворе, С 1500м/с;C is the speed of sound in the drilling fluid, C 1500 m / s;

fo - частота резонатора;fo is the resonator frequency;

d - диаметр.d is the diameter.

Полна  энерги  колебаний на резонансной частоте в этом объеме определ етс  по формулеThe total vibration energy at the resonant frequency in this volume is determined by the formula

Wo 1р V(r aifo)2 р 2- ;. С ai2fo . (6)Wo 1p V (r aifo) 2 p 2-;. With ai2fo. (6)

Из (5) и (6) определ ют долю энергии, поглощаемую резонатором, из полной энергии , наход щейс  в объемеFrom (5) and (6), the fraction of the energy absorbed by the resonator from the total energy in the volume

К . W0To W0

F h Q2 f0F h Q2 f0

(7)(7)

TttfCTttfc

Подставл   расчетные данные в формуполучают , что к - 0,76. Таким образом,Substituting the calculated data into the form, that k - 0.76. In this way,

10ten

Дл  расчетного примера Af 921/10 92 Гц. Выделение полезного сигнала на устье скважины осуществл етс  многоканальным анализатором амплитуды импульс .овАИ-1024.For a reference example, Af 921/10 92 Hz. The selection of the useful signal at the wellhead is carried out by a multichannel pulse amplitude analyzer. AI-1024.

Таким образом, предлагаемый модул тор позвол ет определить расход бурового раствора в любом месте бурильной колонны , кроме того, с учетом давлени  на выпадеThus, the proposed modulator makes it possible to determine the flow rate of the drilling fluid at any place in the drill string, moreover, taking into account the pressure on the outburst

насоса и глубины бурени  можно производить выбор оптимального режима бурени  и отработку долотpump and drilling depths, you can select the optimal drilling mode and drill bits

2525

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Модул тор звуковой вибрации, содержащий корпус, установленную в нем с возможностью вращени  вокруг своей продольной оси резонансную камеру, выполненную в виде пустотелого цилиндра, с отверстием на торце, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  расхода бурового раствора при турбинном бурении, он снабжен заслонкой,A sound vibration modulator, comprising a housing mounted thereon for rotation around its longitudinal axis, a resonant chamber made in the form of a hollow cylinder with a hole in the end, characterized in that, in order to improve the accuracy of flow measurement during turbine drilling, it fitted with a damper ротором и статором, установленным между корпусом и резонансной камерой, на которой установлен ротор между статором и заслонкой , котора  установлена на корпусе с возможностью перекрыти  отверсти  наrotor and stator installed between the case and the resonant chamber, on which the rotor is installed between the stator and the gate, which is mounted on the case with the possibility of blocking the opening on торце резонансной камеры, котора  выполнена с цилиндрическим горлом, установленным внутри резонансной камеры над отверстием в торце, ротор и статор выполнены в виде ободов с направл ющими элементами дл  потока бурового раствора.the end of the resonant chamber, which is made with a cylindrical throat mounted inside the resonant chamber above the hole in the end, the rotor and stator are made in the form of rims with guiding elements for the flow of drilling mud. Фиг, 2FIG 2 8eight
SU884494125A 1988-10-17 1988-10-17 Acoustical vibration modulator SU1661391A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884494125A SU1661391A1 (en) 1988-10-17 1988-10-17 Acoustical vibration modulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884494125A SU1661391A1 (en) 1988-10-17 1988-10-17 Acoustical vibration modulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1661391A1 true SU1661391A1 (en) 1991-07-07

Family

ID=21404176

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884494125A SU1661391A1 (en) 1988-10-17 1988-10-17 Acoustical vibration modulator

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1661391A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2655130C1 (en) * 2017-07-24 2018-05-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Turbodrill

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N° 1406358, кл. Е 21 В 47/12, 1986. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2655130C1 (en) * 2017-07-24 2018-05-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Turbodrill

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7453372B2 (en) Identification of the channel frequency response using chirps and stepped frequencies
US3096833A (en) Sonic earth boring drill with jacket
SU1661391A1 (en) Acoustical vibration modulator
US4462264A (en) Acoustic flow sensors
RU2291961C2 (en) Acoustic telemeter system for controlling number of revolutions of shaft of turbo-drill
RU2038471C1 (en) Acoustical emission sensor for controlling of turbodrill shaft rotational speed
SU1606694A1 (en) Modulator of sonic vibration in turbo-drilling
SU1640396A1 (en) Method of transmitting information in turbodrilling of wells
SU1677284A1 (en) Monitor of rotational speed of turbo-drill shaft
RU2039233C1 (en) Turbodrill shaft rotation frequency control sensor
RU1810524C (en) Acoustic transducer of turbodrill shaft rotation speed
CA2588059C (en) Identification of the channel frequency response using chirps and stepped frequencies
RU2068495C1 (en) Method of noise modulation in operational well casing string outside space during periodical liquid pumping off by submerged electrical pump using oil well tubing
RU2044878C1 (en) Telemetering system for monitoring rotation speed of turbodrill shaft
RU2070291C1 (en) Device for control of angle of installation of deflecting tool
SU1364707A1 (en) Apparatus for monitoring the turbodrill revolutions
SU1758222A2 (en) Method of information transmission in turbodrilling
SU174860A1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE ROTATION SPEED OF A TURBO DRILL
SU1154454A1 (en) Method of modulating noise in drill string in turbo-drilling of holes
SU1587182A1 (en) Transmitter of bit revolutions in turbo-drilling
SU1696664A1 (en) Transducer of drill bit rotation speed in turbodrilling
RU2038472C1 (en) Turbodrill shaft rotational speed control sensor
RU2089859C1 (en) Method determining physical parameters of gas and liquid systems and gear for its realization
SU1390349A1 (en) Apparatus for monitoring well crookedness
RU2055181C1 (en) Device for control of inclination angle and setting angle of deflecting tool