Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для измерения давления бурового раствора в скважине

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и, в частности, к измерению параметров бурения скважин.

Известно устройство для измерения давления бурового раствора в скважине, содержащее расходомер, установленный на выходе из кольцевого пространства и вычислительное устройство для расчета забойного давления с учетом гидравлических потерь в системе (см. Справочник инженера по бурению. М.Недра. Т. 2.1973 г. - 163 с.).

Недостатком указанного устройства является низкая точность, обусловленная косвенным определением забойного давления бурового раствора на устье, а не прямым измерением на забое скважины.

Наиболее близким по сути является устройство для измерения давления бурового раствора в скважине, содержащее корпус с установленным в нем преобразователем давления, узлы привода и съема колебаний, источник питания, линию связи забоя с устьем скважины, а преобразователь давления выполнен в виде полого механического резонатора камертона, концы ветвей которого изогнуты в виде трубчатых пружин, а полости трубчатых пружин сообщаются с полостью выполненной в ветвях камертона и через мембрану соединены с затрубным пространством скважины (см. патент РФ №2471983, 2003 г.).

Недостатком прототипа является недостаточная точность и чувствительность за счет малой девиации частоты механического резонатора - камертона.

Техническая задача - создание надежного и точного устройства для контроля непосредственно в процессе бурения давления бурового раствора на забое скважины.

Технический результат - повышение точности измерения забойного давления бурового раствора.

Он достигается тем, что устройство для измерения давления бурового раствора в скважине, содержащее корпус с установленным в нем преобразователем давления, узлы привода и съема колебаний, источник питания, линию связи забоя с устьем скважины, преобразователь давления выполнен в виде механического резонатора- камертона, одна ветвь камертона выполнена полой в сечении в виде эллипса, при этом малая ось эллипса параллельна направлению колебаний второй ветви, а полость первой ветви посредством патрубка через мембрану соединена с затрубным пространством скважины и частота колебаний этой ветви равна частоте колебаний второй ветви, устройство снабжено микропроцессором, жестко закрепленным в корпусе, выход которого соединен с линией связи забоя с устьем скважины.

На фиг. 1 показано устройство для измерения давления бурового раствора в скважине.

Устройство, расположенное над долотом в контейнере, содержит корпус 1 закрепленный в бурильной трубе 2 посредством ребер 3, 4, систему привода 5 и съема 6 колебаний, линию связи 7, преобразователь давления 8, выполненный в виде механического резонатора - камертона, одна ветвь которого выполнена полой в сечении в виде эллипса 9 заполнена жидкостью, микропроцессор 10, жестко закрепленный в корпусе 1, мембрану 11, в бурильной трубе 2, воспринимающую давление бурового раствора и патрубок 12, соединяющий полость мембраны 11 с полостью ветви 9.

Устройство работает следующим образом.

При изменении давления бурового раствора в затрубном пространстве над долотом, мембрана 11 прогибается, жидкость через патрубок 12 перемещается в ветви 9 преобразователя давления 8, при этом полость ветви 9 стремится принять в сечении форму круга и толщина ветви 9 изменяется пропорционально величине давления бурового раствора, что приводит к изменению частоты колебаний ее относительно частоты колебаний второй ветви и, следовательно, к изменению добротности камертона. Система съема колебаний 6 преобразует механические колебания ветви камертона в электромагнитные колебания, которые поступают на вход микропроцессора 10, где рассчитывается добротность камертона и вырабатывается серия импульсов пропорциональная измеряемому давлению бурового раствора и подается в линию связи и по линии связи на приемное устройство, установленное на устье скважины. Вынужденные колебания камертона обеспечиваются путем подачи импульса электрического тока по линии связи 7 в систему привода 5.

Добротность преобразователя давления 8 определяется в микропроцессоре 10 по формуле:

где ƒ₀ - собственная частота камертона, Гц

2Δƒ^- - полоса пропускания камертона, Гц

α - коэффициент пропорциональности 1÷4,3.

Частота колебаний камертона определяется по формуле (Шполянский В.А., Чернягин Б.М. Электрические приборы времени. М. Машиностроение. 1964. - 368 с.)

где е, L - соответственно толщина, длина камертона;

Е, γ - соответственно модуль упругости, плотность материала камертона.

Выполнение преобразователя давления в виде камертона, одна ветвь которого полая и в сечении имеет форму эллипса, обеспечивает повышенную чувствительность к изменению давления за счет изменения толщины е полой ветви камертона, имеющей в сечении форму эллипса, приобретающего форму круга при увеличении давления бурового раствора в скважине. При этом длина ветви L остается постоянной. Введение дополнительно в устройство микропроцессора, выполненного по КНИ-технологии позволяет линеаризовать нелинейную характеристику преобразователя и, следовательно, повысить точность измерения, а применение КНИ-технологии обеспечивает высокую надежность в условиях высоких температур (до 300°С) глубоких скважин.

Измерение давления бурового раствора в скважине предлагаемым устройством позволяет повысить надежность, чувствительность и точность процесса измерения давления бурового раствора на забое скважины.