УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ БУРОВОГО РАСТВОРА В СКВАЖИНЕ
DEVICE FOR MEASURING PRESSURE OF DRILLING FLUID IN WELL

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к бурению скважин, и предназначено для измерения давления бурового раствора на забое скважины непосредственно в процессе бурения.
Аномально высокие давления и температуры в недрах отдельных районов, находящихся в тектонически активных зонах, осложняют освоение месторождений. Это, прежде всего, относится к повышенной опасности нефтегазопроявлений при бурении скважин на нефть и газ.
Известно устройство для измерения давления бурового раствора в скважине, выполненное в виде упругой мембраны, деформацию которой воспринимает полупроводниковый тензорезистор. Регистрация информации в этом устройстве производится на магнитотвердой проволоке типа ЭИ-708. Усилительно-преобразовательная схема выполнена на полупроводниковых элементах [Демихов В.И., Леонов А.И. Контрольно-измерительные приборы в бурении. - М.: Недра, 1980.]
Недостатком указанного устройства является малый диапазон рабочих температур (до 135°С) в связи с использованием полупроводниковых приборов и лишь местная регистрация значений давления, что требует извлечения с забоя измерительного контейнера и последующего съема показаний с датчика для управления забойным давлением, т.е. исключает возможность оперативного управления.
Известно устройство для контроля давления по стволу и на забое скважины при тепловых методах воздействия на пласт и призабойную зону с местной регистрацией типа МГТ-1 [Исаакович Р.Я., Попадько В.Е. Контроль и автоматизация добычи нефти и газа. - М.: Недра, 1985. - 351 с.]. Однако недостатком указанного устройства является отсутствие возможности оперативного контроля давления бурового раствора в процессе бурения.
Прототипом является устройство [см. а.с. СССР, № 1627686, 1990 г.], содержащее корпус с установленным в нем аэродинамическим преобразователем давления с трубчатой пружиной и узлы привода и съема колебаний, выполненные в виде системы сопел, причем сопло питания сообщается с источником питания, выполненным в виде баллона со сжатым газом, а выходное сопло сообщается с полостью сильфона.
Недостатком прототипа является низкая точность за счет малой девиации частоты колебаний аэродинамического генератора
Техническая задача заключается в создании надежного и термостойкого 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 в устройстве для измерения давления бурового раствора, содержащем 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 полого механического резонатора-камертона, концы ветвей которого изогнуты в виде упругих трубчатых пружин (трубки Бурдона), а полости трубчатых пружин сообщаются с полостью, выполненной в ветвях камертона, и через мембрану соединены с затрубным пространством 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, выполненный в виде полого механического резонатора - камертона 8, заполненного тяжелой жидкостью, концы ветвей которого изогнуты в виде упругих трубчатых пружин (трубок Бурдона) 10, мембрану 11, воспринимающую давление бурового раствора.
Устройство работает следующим образом.
При изменении давления бурового раствора в затрубном пространстве над долотом мембрана 11 прогибается, тяжелая жидкость 9 перемещается в ветвях камертона 8, заполняя полость трубчатых пружин 10, при этом свободные концы трубчатых пружин перемещаются пропорционально величине давления бурового раствора, что приводит к изменению момента инерции ветвей камертона 8 и, следовательно, к изменению частоты его колебаний. Система съема колебаний 6 преобразует механические колебания ветви камертона в электромагнитные колебания, которые поступают в проводную линию связи 7 и по линии связи на приемное устройство, установленное на устье скважины. Вынужденные колебания камертона обеспечиваются путем подачи переменного электрического тока по проводной линии связи 7 в систему привода 5.
Частота колебаний камертона определяется по формуле:
Для нагруженного камертона
,
где е и L - соответственно толщина и длина ветви камертона;
Е - модуль упругости материала камертона;
γ - плотность материала камертона;
2
m - масса (Бурдона) манометрической пружины, заполненной тяжелой жидкостью;
а
- расстояние от конца ветви камертона до центра тяжести манометрической пружины;
j - момент инерции массы манометрической пружины относительно оси, проходящей через центр тяжести манометрической пружины и перпендикулярной плоскости деформации ветвей камертона.
На фиг.2 приведена экспериментальная зависимость частоты колебаний камертона устройства для измерения давления бурового раствора от величины давления при различных значениях плотностей жидкости, заполняющей камертон.
3
3
3
3
Из графиков фиг.2 видно, что девиация частоты при различной плотности жидкости составляет 24% при γ=1,2 г/см; 48% при γ=2,4 г/см; 58% при γ=4,8 г/см, 92% при γ=9,3 г/см, а статические характеристики близки к линейным, что свидетельствует о высокой точности и чувствительности устройства для измерения забойного давления бурового раствора.
н
вн
3
В экспериментах использовался полый камертон, выполненный в виде стальной U-образной трубки со следующими параметрами: L - длина камертона 300 мм, d - наружный диаметр трубки 6 мм, d - внутренний диаметр 4 мм, трубчатая пружина из фосфористой бронзы диаметром 32 мм с сечением в виде эллипса с полуосями а=3,5 мм, b=15 мм, объем V=4,7 см.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает оперативный контроль забойного давления бурового раствора непосредственно в процессе бурения, обладает высокой точностью и чувствительностью за счет высокой девиации частоты камертонного преобразователя.