Способ передачи информации при турбинном бурении скважин

 

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить достоверность передачи забойной информации на поверхностэ. На забое формируют информацию о частоте вращения долота в виде последовательности акустических импульсов на определенной частоте f спектра звуковой 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 вибропогяотителем волновую паузу в спектре шума, генерируемого долотом в корпус бурильной колонны. Причем средняя полоса поглощения частот соответствует частоте f передачи информации. Причем средняя полоса поглощения частот соответствует частоте f передачи информации . Информацию на поверхности извлекают из внутренней полости гидравлической системы. 2 ил. №

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5t)5 Е 21 В 47/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (61) 1640396 (21) 4776612/03 (22) 03.01,90 (46) 30.08.92. Бюп. N 32 (71) Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности (72) Ю.А. Савиных и А.Ф. Юдин (56} Авторское свидетельство СССР

N 1640396, кл. Е 21 В 47/12, 1989, (54) СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

ПРИ ТУРБИННОМ БУРЕНИИ (57) 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 íà onðåделенной частоте f спектра звуковой

Изобретение относится к бурению нефтянык и газовых скважин и может быть использовано для получения забойной технологической информации о параметрах режима бурения, в частности о частоте вращения вала турбобура.

Известны способы передачи глубинной информации о параметрах режима бурения, например, посредством нанесения ударов в нижней части колонны бурильных труб. В . данном способе передачи акустического сигнала информацию несет собственно удар «ый импульс (крутизна фронта импульса и его длительность), Наиболее близким к предлагаемому яв ляе1ся способ передачи информации при турбинном бурении скважин.

„.,5g„„1758222 А2

2 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 f передачи информации. Причем средняя полоса поглощения частот соответствует частоте f передачи информации. Информацию на поверхности извлекают из внутренней полости гидравлической системы, 2 ил, зев

В этом способе передача информации— частота вращения долота — осуществляется последовательностью акустических импуль- М сов на определенной частоте f спектра зву- ОО ковой вибрацли, причем на поверхности постоянно формируют в частотном спектре, )Я генерируемом буровыми насосами в направлении бурильных труб, полосу поглощения частот ьа средней частоте f, причем сьем информации производят на поверхно- Э сти бурильных груб.

Однако информационный импульс о технологическом параметре — волновая пауза сформированная датчиком вращения долота внутри бурильной колонны — акустическим резона ором, в процессе распространения с забоя до поьерхности постоянно заполняется частотой, источником которой

1758222 (2) является спектр звуковой вибрации долота, ная промывочной жидкостью); 13 — вертлюг; генерируемого в затрубное пространство, 14 - патрубок (устройство, встраиваемое т.е. в кольцевой зазор между бурильной ко- между вертлюгом 13 и буровым шлангом 15, лонной и стенкой скважины и корпус бу- . служитдлямонтажаприемноговибродатчирильной колонны, причем частоты этого 5 ка); 15 — буровой шланг; 16 — вибродатчик спектра проникают в канал передачи ин-; 17 — вторичный прибор (усформации — во внутреннюю полость буриль- тройство, преобразующее акустический ной 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 источника трубного пространства постоянно форми- звука: турбобур и док;ото. Турбобур генерируют полосу поглощения частотподавления рует звук во внутреннюю полость трубы, а помех — акустическим резонатором, а в 15 долото генерирует не только в бурильную спектре звуковой вибрации корпуса бу-" : . кколонну, но и промывочную жидкость за- рильной колонны. подавление той же трубного пространства. Информационный полосы частот осуществляют локальным .. сигнал о частоте вращения вала турбобура вибропоглотителем, причем полоса погло- формируется во внутренней полости бущения частот соответствует полосе переда- 20 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 имення1ощие операции реализации способа. но:

На фиг, 1 обозначено: 1 — долото (гене- 25 поглощаемая частота резонансного звукоратор спектра звуковой вибраций, генери- поглотителя изчастотногоспектра продольруемый упругие волны во внутреннюю. ных колебаний полость 8 бурильных труб 7, в бурильные трубы 7 и в затрубное пространство 12); 2— турбобур(генератор, генерируемый упругие 30 С Р (1) волны во внутреннюю полость 8бурильных::. .".:. .2 n V h труб 7, в бурильные трубы 7 и в затрубное пространство 12 через бурильные трубы 7); где f — резонансная частота;

3 — вал-перекрыватель канала„соединяю-. С вЂ” скорость звука в среде; щего внутреннюю полость акустического 35 F — площадь щели резонансного звукорезонатора 4 с внутренней полостью 8 бу- поглотителя (резонатора Гельмгольца); рильной трубы 7(вал-перекрыватель выпал- . V — объем резонансного поглотителя; нен в виде полой цилиндрической трубь| с h — толщина стейки щели, продольным сквозным пазом вдоль образу- - и поглощаемая частота локального виброющей и окнами, причем через внутреннюю 40 поглотителя из частотного спектра упругих полость и окна проходит промывочная жид- бегущих волн кость, один торец трубы свободен, а другой торец соединен с валом турбобура); 4- внутренняя полость акустического резонатора; . 1 gS» поглощающая звук из внутренней полости 8 45 . 2 к М h бурильной трубы 7 через звукопоглощаю щее отверстие 11; 5 — локальный вибропог- ". где Š— модуль Юнга резинового антивибралотитель (служит для поглтнощения "звуковой - " тора; энергии из корпуса бурильной трубы 7); 6—-. .-.. S — площадь контакта между M и резивнутренняя полость акустического резона- 50 новым слоем; тора, поглощающего звук из затрубного:. h-толщина этогослоя; пространства 12 через звуккопоглощающее .. M —:масса антивибратора. отверстие 9; 7 — бурильная труба; 8- внут.- ., Результаты расчета зависимости резоренняя полость бурильной трубы; 9 — звуко- нансной частот от геометрических параметпоглощающее отверстие акустического 55 ров резонансного звукопогвотителя: объем резонатора 6; 10 — ствол скважины; 11 — резонатора V-4274 см, площадь звукопогз г звукопоглощающее отверстие акустическо-: лощающего отверстия F=38 см, высота горго резонатора 4; 12 — затрубное пространст- ла h=9,9 см, а локального вибропоглотителя: во (кольцевая полость между бурильной масса антивибратора M=6,2 кГ, площадь трубой 7 и стволом скважины 10, валолнвн- контакта между массон ба и рввиновото слов

1758222

$=320см, толщина резинового слоя h=2 мм, 2 модуль Юнга резинового слоя антивибратора Е=8 10 Н/м, На фиг. 2а изображена спектрограмма упругих волн во внутренней полости 8 бу- 5 рильной трубы 7 (фиг. 1), генерируемых лопатками турбобура в режиме холостого хода (долото оторвано от забоя — режим очистки забоя от шлама).

На фиг. 2б изображена спектрограмма 10 упругих волн во внутренней полости 8 бурильной трубы 7(фиг. 1) в режиме холостого хода турбины в момент времени, когда частоты fr=695 Гц, f4=720 Гц и fs=745 Гц поглощены акустическим резонатором 4 из 15 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- 20 биной 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 25 трубы (дополнительный источник звука — долото), На фиг, 2г изображена спектрограмма звуковой вибрации после локального вибропоглотителя 5 в корпусе бурильной трубы 7, 30

В частотном спектре помеха с частотами

f2=558 Гц, 1з=695 Гц, 14=720 Гц, 4=745 Гц и

f6=882 Гц поглощена, На фиг. 2д изображена спектрограмма уйругих волн в затрубном пространстве 12 35 после резонансно о поглотителя звука 6 (фиг. 1). В частотном спектре помеха с частотами fr=695 Гц, f4=720 Гц и 15=745 Гц поглощена.

На фиг.2е изображена спектрограмма 40 упругих волн (без помех) во внутренней полости 8 бурильной трубы 7 в процессе бурения в момент времени, когда звукопоглощаюЩее отверстие 11 закрыто валом-перекрывателем 3. В частотном 45 спектре частоты, генерируемые долотом и турбиной во внутреннюю полость, присутст- вуют.

На фиг. 2ж изображена спектрограмма упругих волн (без помех) во внутренней 50 .. полости 8 бурильной трубы 7 в процессе бурения в момент Времени, когда звукопоглощающее отверстие 11 открыто валом-перекрывателем 3. В частотном спектре частоты, генерируемые долотом и 55 турбиной во внутреннюю полость. поглощены.

Способ осуществляют следующим образом.

Операция первая. Встраивают в бурильную трубу 7 над турбобуром 2 локальный вибропоглотитель 5.

Операция вторая. Встраивают в бурильную трубу 7 над турбобуром 2 акустический резонатор 6 с постоянно открытым звукопоглощающим отверстием 9 в направлении затрубного пространства 12, Операция третья, Встраивают в бурильную трубу 7 над.турбобуром 2 акустический резонатор 4 со звукопоглощающим отверстием 11, направленным в сторону внутренней полости 8 трубы 7, Операция четвертая, Встраивают во внутрь кольцевой камеры акустического резонатора 4 вал-перекрыватель 3 и соединяют его с торцом вала турбобура 2, Операция пятая, Поднимаютдолото над забоем скважины (для очистки дна от осевого шлама путем промывки буровым раствором в режиме холостого хода турбины), включавт буровйе насосы (не показаны), и потоком бурового раствОра приводят Во вращение турбинные лопатки турбобура 2, которые начинают генерировать спектр звуковых Волн с частотами f1 f2 Во Внутреннюю полость 8 и в корпус трубы 7 (фиг. 2а).

Одновременно вращение вала турбо- бура приводит во вращение в кольцевой камере акустического резонатора 4 вал-перекрыватель 3, который периодически открывает продольным сквозным пазом звукопоглощающее отверстие 11 и поглощает частоту f4=720 Гц с полосой Л f=50 Гц (fr=695 Гц, f4=720 Гц и fr=745 Гц, фиг, 2б) и закрывает звукопоглощающее отверстие

11, тогда камера не поглощает информационную частоту f4=720 Гц (фиг. 2а).

Операция шестая. После проработки забоя скважины опускают долото и нагружают его (начинают бурить), осуществляя тем самым силовой контакт зубьями шарошек долота с горной породой, генерируя 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 поглощения локальным поглотйтелем 5 и акустических резонаторов 4 и 6 со стороны долота и турбобура)., Операция седьмая. Поглощают локальным Вибропоглотителем 5 из корпуса трубы

7 частоты, генерируемыЕ долотом, f4=720 Гц с полссой поглощения Л f=323 Гц (fr=558

Гц, з=-695 Гц, т4=-720 Гц, 1В=745 Гц и fr=882

Гц (фиг. 2г). Таким образом повышают отношение сигнал/помеха, т.е, не дают возможности помехе проникнуть из корпуса

1758222

8 бурильной трубы в информационнйй канал — вания звукопоглощающего отверстия 11 ваво внутреннюю полость бурильной колон- лом-перекрывателем 3 (фиг. 2ж)., ны. :::., ., . . Операция десятая. Производят съем информации акустическим датчиком 16 (наОперация восьмая. Поглощают акусти- 5 пример, пьезоакселерометром типа 1ПА-9, 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, f4=720 Гц с полОсой по- - сигнала. глощения b, f=50Ãö(fr=695 Гц, f4=720 Гц и 10 Операцияодйннадцатая. Извлекаютинfp745 Гц, фиг. 2д). Таким образом повыша- формационный сигнал — информацию о часют отношение сигнал/помеха. т.е. не дают. тоте вращения долота на частоте f4=720 Гц возможности помехе йроникнуть из затруб- . с полосой поглощв :;;я Л f=50 Гц из зоны ного пространства в информационный ка- подавлеййя помех путем преобразования йал — во внутреннюю полость бурильной 15 его через вторичный прибор 17(фиг. 1). трубы.,:, :. :-....:-::.::....., Ф ормула изобретения

Способ передачи информации при

Операция девятая. Производят переда- турбинном бурении скважин по авт. св. чу техйологйческой информации при раз- % 1640396, отличающийся тем, что, с личных режимах бурения (согласно 20 цельюповышениядостоверностипередачи, геолого-технологического наряда при буре- на забое в частотном секторе упругих коле нййданной скважины) на частоте f4=720 Гц баний затрубного пространства постоян с полосой поглоЩения М=50 Гц(та=695 Гц, . но формируют полосу поглощения частот

f4=720 Гц vi f5=745 Гц), генерируемой тур- подавителеМ помех — акустическим резо:. бийками турбобура 2 и долотом 1.при 25 натором, а в спектре звуковой вибрации поглощеннйх помехах акустическими им-: корпуса бурильной колонны подавлениетой пульсами, сфОрмйрованнйми акустическйм . же полосы частот осуществляют локальным резонатором 4 путем йерйодического за- вибропоглотителем, причем riîë6ñà поглокрываййя звукопоглощающего отверстия 11 щения частот соответствует частоте передавалом-перекрывателем 3 (фиг. 2е) и откры- 30 чи забойной информации, 1758222

6 6

fa ftg 6 4

1ý 4 k

Составитель М.Китайская

Редактор Т.Лазоренко Техред М.Моргентал. Корректор А.Мотыль

Заказ 2980 . Тираж ..: Подписйое

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открйтиям при ГКНТ СССР

113035. Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101