SU1758222A2

SU1758222A2 - Способ передачи информации при турбинном бурении скважин

Info

Publication number: SU1758222A2
Application number: SU904776612A
Authority: SU
Inventors: Юрий Александрович Савиных; Алексей Фролович Юдин
Original assignee: Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности
Priority date: 1990-01-03
Filing date: 1990-01-03
Publication date: 1992-08-30

Abstract

Изобретение относитс к бурению скважин и позвол ет повысить достоверность передачи забойной информации на поверх- ностэ. На забое формируют информацию о частоте вращени долота в виде последовательности акустических импульсов на определенной частоте f спектра звуковой вибрации. Дл прохождени информационного сигнала с забо на поверхность в линии св зи искусственно создают помехозащищенность путем формировани волновых пауз При этом акустическими резонаторами-подавл ют помехи в частном спектре, генерируемом буровыми насосами в направлении бурильных труб, а долотом в за- трубное пространство. Формируют также локальным вибропог отителем волновую паузу в спектре шума, генерируемого долотом в корпус бурильной колонны. Причем средн полоса поглощени частот соответствует частоте f передачи информации. Причем средн полоса поглощени частот соответствует частоте f передачи информации . Информацию на поверхности извлекают из внутренней полости гидравлической системы. 2 ил. №

Description

Изобретение относитс к бурению неф- т ньк и газовых скважин и может быть использовано дл получени забойной технологической информации о параметрах режима бурени , в частности о частоте вращени вала турбобура.

Известны способы передачи глубинной информации о параметрах режима бурени , например, посредством нанесени ударов в нижней части колонны бурильных труб. В данном способе передачи акустического сигнала информацию несет собственно удар -1ый импульс (крутизна фронта импульса и его длительчость).

Наиболее близким к предлагаемому в л етс способ передачи информации при турбинном бурении скважин.

В этом способе передача информации - частота вращени долота - осуществл етс последовательностью акустических импульсов на определенной частоте f спектра звуковой вибрации, причем на поверхности посто нно формируют в частотном спектре, генерируемом буровыми насосами в направлении бурильных труб, полосу поглощени частот ьа средней частоте f, причем съем информации производ т на поверхности бурильных груб.

Однако информационный импульс о технологическом параметре - волнова пауза сформирон энна датчиком вращени долота внутри Ьурильной колонны - акустическим резонатором, в процессе распространени с забоч до поверхности посто нно заполн етс частотой, источником которой

м

вл етс спектр звуковой вибрации долота, генерируемого в затрубное пространство, т е в кольцевой зазор между бурильной колонной и стенкой скважины и корпус бурильной колонны, причем частоты этого спектра проникают в канал передачи информации - во внутреннюю полость бурильной колонны

Целью изобретени вл етс повышение достоверности передачи.

Цель достигаетс тем, что на забое в частотном спектре угфугих колебаний за- трубного пространства посто нно формируют полосу поглощени частот подавлени помех - акустическим резонатором, а в спектре звуковой вибрации корпуса бурильной колонны подавление той же полосы частот осуществл ют локальным вибропоглотителем, причем полоса поглощени частот соответствует полосе переда- чи забойной информации.

На фиг. 1 изображена схема реализации способа, на фиг 2 - спектрограммы, по сн ющие операции реализации способа.

На фиг 1 обозначено. 1 - долото (гене- ратор спектра звуковой вибрации, генерируемый упругие волны во внутреннюю полость 8 бурильных труб 7, в бурильные трубы 7 и в затрубное пространство 12), 2 турбобур (генератор, генерируемый упругие волны во внутреннюю полость 8 бурильных труб 7, в бурильные трубы 7 и в затрубное пространство 12 через бурильные трубы 7); 3 - вал-перекрыватель канала, соедин ющего внутреннюю полость акустического резонатора 4 с внутренней полостью 8 бурильной трубы 7 (вал-перекрыватель выполнен в виде полой Цилиндрической трубы1 с Продольным сквозным пазом вдоль образующей и окнами, причем через внутреннюю полость и окна проходит промывочна жидкость , один торец трубы свободен, а другой торец соединен с валом турбобура); 4 - внутренн полость акустического резонатора, поглощающа звук из внутренней полости 8 бурильной трубы 7 через звукопоглощающее Отверстие 11; 5 - локальный вибропоглотитель (служит дл поглощени звуковой энергии из корпуса бурильной трубы 7); б - внутренн полость акустического резона- тора, поглощающего звук из затрубного пространства 12 через звукопоглощающее отверстие 9, 7 - бурильна труба; 8 - внутренн полость бурильной трубы, 9 - звукопоглощающее отверстие акустического резонатора 6; 10 - ствол скважины; 11 - звукопоглощающее отверстие акустического резонатора 4,12 - затрубное пространство (кольцева полость между бурильной трубой 7 и стволом скважины 10, заполненна промывочной жидкостью), 13 - вертлюг, 14 - патрубок (устройство, встраиваемое между вертлюгом 13 и буровым шлангом 15, служит дл монтажа приемного вибродатчика ); 15 - буровой шланг; 16 - вибродатчик (пьезоэлемент); 17 - вторичный прибор (устройство , преобразующее акустический сигнал в аналоговую и цифровую информацию дл визуального наблюдени за параметром режима бурени ).

В процессе турбинного бурени на забое скважины существует дза источника звука: турбобур и до.,ото. Турбобур генерирует звук во внутреннюю полость трубы, а долото генерирует не только в бурильную колонну, но и промывочную жидкость затрубного пространства. Информационный сигнал о частоте вращени вала турбобура формируетс во внутренней полости бурильной колонны акустическим резонатором

В основу расчета способа передачи информации положены две формулы а именно:

поглощаема частота резонансного звуко- поглотител из частотного спектра продольных колебаний

F Vh

(1)

где f - резонансна частота;

С - скорость звука в среде;

F - гглощадь щели резонансного звуко- поглотител (резонатора Гельмгольца);

V - объем резонансного поглотител ;

h - толщина стенки щели, и поглощаема частота локального вибропоглотител из частотного спектра упругих бегущих волн

L ES 2И Мп

(2)

где Е - модуль Юнга резинового антивибратора;

S - площадь контакта между М и резиновым слоем;

h - толщина этого сло ;

М - масса антивибратора

Результаты расчета зависимости резонансной частот от геометрических параметров резонансного звукопоглотител : объем резонатора V-4274 см3, площадь звукопоглощающего отверсти рм2, высота горла ,9 см, а локального вибропоглотител : масса антивибратора ,2 кГ, площадь контакта между массой М и резинового сло

S 32QcM , толщина резинового сло мм, модуль Юнга резинового сло антивибрэ- тораЕ 8- 106Н/м2.

На фиг. 2а изображена спектрограмма упругих волн во внутренней полости 8 бу- рильной трубы 7 (фиг. 1), генерируемых лопатками турбобура в режиме холостого хода (долото оторвано от забо - режим очистки забо от шлама).

На фиг. 26 изображена спектрограмма упругих волн во внутренней полости 8 бурильной трубы 7 (фиг. 1) в режиме холостого хода турбины в момент времени, когда частоты Гц, Гц и Гц поглощены акустическим резонатором 4 из внутренней полости 8 бурильной трубы 7 через открытое валом-перекрывателем 3 звукопоглощающее отверстие 11.

На фиг. 2в изображена спектрограмма упругих волн, генерируемых долотом и тур- биной внутри бурильной трубы до поглотителей в режиме бурени , причем амплитуда частот в спектре возросла за счет помех - звука, проникающего из затрубного пространства через корпус трубы и из корпуса трубы (дополнительный источник звука -долото ).

На фиг. 2г изображена спектрограмма звуковой вибрации после локального вибропоглотител 5 в корпусе бурильной трубы 7. В частотном спектре помеха с частотами Гц, Гц, Гц, Гц и Гц поглощена.

На фиг. 2д изображена спектрограмма упругих волн в затрубнэм пространстве 12 после резонансного поглотител звука 6 (фиг. 1). В частотном спектре помеха с частотами Гц, Гц и Гц поглощена .

На фиг. 2е изображена спектрограмма упругих волн (без помех) во внутренней полости 8 бурильной трубы 7 в процессе бурени в момент времени, когда звукопоглощающее отверстие 11 закрыто ва- лом-перекрывателем 3. В частотном спектре частоты, генерируемые долотом и турбиной во внутреннюю полость, присутствуют .

На фиг. 2ж изображена спектрограмма упругих волн (без помех) во внутренней полости 8 бурильной трубы 7 в процессе бурени в момент времени, когда звукопоглощающее отверстие 11 открыто валом-перекрывателем 3 В частотном спектре частоты, генерируемые долотом и турбиной во внутреннюю полость, поглощены .

Способ осуществл ют следующим образом .

Операци перва . Встраивают в бурильную трубу 7 над турбобуром 2 локальный вибропоглотитель 5.

Операци втора . Встраивают в бурильную трубу 7 над турбобуром 2 акустический резонатор б с посто нно открытым звукопоглощающим отверстием 9 в направлении затрубного пространства 12.

Операци треть . Встраивают в бурильную трубу 7 над турбобуром 2 акустический резонатор 4 со звукопоглощающим отверстием 11, направленным в сторону внутренней полости 8 трубы 7,

Операци четверта . Встраивают во внутрь кольцевой камеры акустического резонатора 4 вал-перекрыватель 3 и соедин ют его с торцом вала турбобура 2

Операци п та . Поднимают долото над забоем скважины (дл очистки дна от осевого шлама путем промывки буровым раствором в режиме холостого хода турбины), включают буровые насосы (не показаны), и потоком бурового раствора приводит во вращение турбинные лопатки турбобура 2, которые начинают генерировать спектр звуковых волн с частотами fj-fa во внутреннюю полость 8 и в корпус трубы 7 (фиг. 2а)

Одновременно вращение в ла турбобура приводит во вращение в кольцевой камере акустического резонатора 4 вал-перекрыватель 3, который периодически открывает продольным сквозным пазом звукопоглощающее отверстие 11 и поглощает частоту Гц с полосой Гц ( Гц, Гц и Гц, фиг. 26) и закрывает звукопоглощающее отверстие 1Т, тогда камера не поглощает информационную частоту Гц (фиг. 2а).

Операци шеста . После проработки забо скважины опускают долото и нагружают его (начинают бурить), осуществл тем самым силовой контакт зубь ми шарошек долота с горной породой, генериру спектр упругих колебаний в затрубное пространство , в корпус 7 и во внутреннюю полость 8 трубы 7, причем амплитуда частот в спектре возрастает (на фиг. 2в изображена спектрограмма упругих колебаний до поглощени локальным поглотителем 5 и акустических резонаторов 4 и 6 со стороны долота и турбобура ).

Операци седьма . Поглощают локальным оибропоглотителем 5 из корпуса трубы 7 частоты, генерируемые долотом, Гц с полосой поглощени Гц ( Гц, fs-695 Гц, Гц, Гц и Гц (фиг. 2г). Таким образом повышают отношение сигнал/помеха, т.е. не дают возможности помехе проникнуть из корпуса

бурильной трубы в информационный канал - во внутреннюю полость бурильной колонны .

Операци восьма . Поглощают акустическим резонатором 6 через посто нно открытое звукопоглощающее отверстие 9 из затрубного пространства 12 частоты, генерируемой долотом, Гц с полосой поглощени ( Гц, Гц и Гц, фиг. 2д). Таким образом повышают отношение сигнал/помеха, т.е. не дают возможности помехе проникнуть из затрубного пространства в информационный канал - во внутреннюю полость бурильной трубы.

Операци дев та . Производ т передачу технологической информации при различных режимах бурени (согласно геолого-технологического ар да при бурении данной скважины) на частоте Гц с полосой поглощени Гц ( Гц, f4-720 Гц и Гц), генерируемой тур- бинками турбобура 2 и долотом 1 при поглощенных помехах акустическими импульсами , сформированными акустическим резонатором 4 путем периодического закрывани звукопоглощающего отверсти 11 валом-перекрывателем 3 (фиг. 2е) и открывани звукопоглощающего отверсти 11 ва- лом-перекрывагелем 3 (фиг. 2ж).

Операци дес та . Производ т съем информации акустическим датчиком 16 (нэпример , пьезоакселерометром типа 1ПА-9, фиг. 1), встроенным в патрубок 14 (фиг. 1) между вертлюгом 13 и буровым шлангом 15, дл извлечени из нее информационного сигнала.

Операци одиннадцата . Извлекаютин- формационный сигнал - информацию о частоте вращени долота на частоте Гц с полосой поглощьг A Гц из зоны подавлени помех путем преобразовани

Claims

его через вторичный прибор 17 (фиг. 1). Формула изобретени Способ передачи информации при турбинном бурении скважин по авт. св. № 1640396, отличающийс тем. что, с

целью повышени достоверности передачи, на забое в частотном секторе упругих колебаний затрубного пространства посто нно формируют полосу поглощени частот подавителем помех - акустическим резонатором , а в спектре звуковой вибрации корпуса бурильной колонны подавление той же полосы частот осуществл ют локальным вибропоглотителем, причем полоса поглощени частот соответствует частоте передачи забойной информации.

HI if

/э / is

I I I i i i I I I /