Модулятор звуковой вибрации

Модулятор звуковой вибрации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области автоматического контроля технологических параметров при турбинном бурении и м.б. применено для измерения расхода бурового раствора. Цель - повышение точности измерения расхода бурового раствора с любого места бурильной колонны путем амплитудно-импульсной модуляции частоты в спектре звуковой вибрации, источником которой является 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 направляющими элементами (лопатками) для потока бурового раствора. При подаче бурового раствора турбобур начинает генерировать спектр звуковых колебаний, при этом ротор 5 вращается с резонансной камерой 2 и заслонка 4 перекрывает отверстие 3. Формируется волновая пауза в полигармоническом спектре звуковых колебаний турбобура, которые воспринимаются акустическим приемником в виде последовательности импульсов, частота которых пропорциональна расходу бурового раствора. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 В 47/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

< - И03ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4494125/03 (22) 17.10.88 (46) 07.07.91. Бюл. М 25 (71) Тюменский индустриальный институт им. Ленинского комсомола (72) Ю.А.Савиных, О.А.Столяров и В.И.МосКОВКИН (53) 622.24,08 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1406358, кл. E 21 В 47/12, 1986. (54) МОДУЛЯТОР ЗВУКОВОЙ ВИБРАЦИИ (57) Изобретение относится к области автоматического контроля технологических параметров при турбинном бурении и м,б. применено для измерения расхода бурового раствора. Цель — повышение точности измерения расхода бурового раствора с любого места бурильной колонны путем амплитудно-импульсной модуляции частоты в, Ы, „1661391 А1 спектре звуковой вибрации, источником которой является 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 направляющими элементами (лопатками) для потока бурового раствора. При подаче бурового раствора турбобур начинает генерировать спектр звуковых колебаний, при этом ротор 5 вращается с резонансной камерой 2 и заслонка 4 перекрывает отверстие 3. Формируется волновая пауза в полигармоническом спектре звуковых колебаний турбобура, которые воспринимаются акустическим приемником в виде последовательности импульсов, частота которых пропорциональна расходу бурового раствора. 2 ил.

1661391

Изобретение относится к автоматическому контролю технологических параметров при турбинном бурении и может быть применено для измерения расхода бурового раствора с любого места бурильной ко- 5 лонны.

Целью изобретения является повышение точности измерения расхода бурового раствора с любого места бурильной колон, ны за счет амплитудно-импульсной модуля- 10 ции частоты в спектре звуковой вибрации, источником которой является турбобур.

На фиг.1 и 2 представлен предлагаемый модулятор.

Модулятор содержит корпус 1, резонан- 15 сную 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; 20 между статором 6 и заслонкой 4, которая установлена на корпусе 1 с возможностью перекрытия отверстия 3 на торце резонансной камеры 2, которая выполнена с цилиндрическим горлом 7, установленным внутри 25 резонансной камеры 2 под отверстием 3, ротор 5 и статор 6 выполнены в виде ободов с направляющими элементами (лопатками)

8 для потока бурового раствора.

Модулятор работает следующим обра- 30 зом.

При турбинном способе бурения устройство устанавливают над турбобуром, при подаче бурового раствора турбобур начинает генерировать спектр звуковых колеба- 35 ний, при этом начинает вращаться ротор 5 с резонансной камерой 2 и формируется волновая пауза в полигармоническом спектре звуковых колебаний турбобура путем периодического перекрытия отверстия 3 заслон- 40 кой 4.

Звуковые колебания воспринимаются акустическим приемником в виде последовательности импульсов, частота которых пропорциональна числу оборотов резонан- 45 сной камеры 2, подавая сигнал через анализатор импульсов на регистрирующий прибор, определяют расход бурового раствора по формуле

П 2

r= 1,5 Q/fo.

Q = fat/1,5 = 133

50 Принимают верхнюю границу для добротности резонатора 0 = 10. Потеря энергии колебаний резонатора определяется по формуле

Q= — F.и, 1 с где Q — расход бурового раствора.

c —; 55

F — площадь поперечного сечения пото2ж

Wn = ЧЧк = 0,6Ю/к, 0 ка и — число оборотов ротора.

Il р и м е р. Размеры устройства: внутренний диаметр корпуса 165 мм, внешний диаметр резонансной камеры 115 мм, внутренний диаметр резонансной камеры 105 мм, высота резонансной камеоы 350 мм, площадь отверстия F = 27 см, высота горла

h = 60 мм, объем резонансной камеры 3029 см, собственная частота резонансной камеры

921 Гц, число оборотов турбобура ЗТСШ-195 при расходе буровой жидкости 25 л/с составляет 590 об/мин, число лопаток на роторной турбине равно 24.

По формуле где и — число оборотов вала турбобура;

z — число лопаток роторной турбины;

f — частота информационного сигнала, определяют частоту информационного сигнала, генерируемую турбобуром, равной

236 Гц. Принимают частоту поглощения, близкую к третьей гармонике, равной

944 Гц. Оценку доли энергии поглощаемой резонатором из полной энергии определяют по формуле где И4 — потери энергии колебаний резонатора;

Wo — полная энергия колебаний на резонансной частоте, Акустический резонатор в первом приближении может быть описан как гармонический осциллятор с резонансной частотой

fo и добротностью Q. Время периода осциллятора т при внешнем воздействии определяется по формуле

Задавая время открытия отверстия резонансной камеры t из условия t«t, принимают t =0,2 с. Максимальная добротность резонатора равна где М/к — максимальная энергия резонатора, W4 = 2 п гиа fo, (2) 1661391 где m =p Fh — эквивалентная масса резонатора; р — плотность жидкости; а — амплитуда колебаний.

Если резонатор возбуждается внешним 5 акустическим полем, у которого гармоника резонансной частоты имеет амплитуду а1, то а> и а связаны соотношением

10 (3) М/и = 1,2 pFh (e>Qfo л) . (4) Эта энергия поглощается из объема

V жидкости 20 (5) V =S С

fo о

25 где S = — площадь поперечного сече4 ния колонны;

С вЂ” скорость звука в буровом растворе, С = 1500 м/с;

fo — частота резонатора;

d — диаметр.

Полная энергия колебаний на резонансной частоте в этом объеме определяется по формуле

Wp = 2p V(x a

Из (5) и (6) определяют долю энергии, поглощаемую резонатором, из полной энергии, находящейся в объеме 40 к=N4=2,4 Fha f-, (7) xcF С

Подставляя расчетные данные в формулу получают, что к = 0,76. Таким образом, 45

Из (1) — (3) получают, что из внешнего поля резонатор за один период может диссимировать энергии 15 акустический резонатор на резонансной частоте поглощает 76% энергии из объема звукового потока.

Ширина резонансной кривой hf>, т,е, между точками, в которых амплитуда равна

0,7 от резонансной, определяется на основании соотношения

Af = fo/О, Для расчетного примера A f = 921/10 =

=92 Гц. Выделение полезного сигнала на устье скважины осуществляется многоканальным анализатором амплитуды импульсов АИ-1024.

Таким образом, предлагаемый модулятор позволяет определить расход бурового раствора в любом месте бурильной колонны, кроме того, с учетом давления на выпаде насоса и глубины бурения можно производить выбор оптимального режима бурения и отработку долот.

Формула изобретения

Модулятор звуковой вибрации, содержащий корпус, установленную в нем с возможностью вращения вокруг своей продольной оси резонансную камеру, выполненную в виде пустотелого цилиндра, с отверстием на торце, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения расхода бурового раствора при турбинном бурении, он снабжен заслонкой, ротором и статором, установленным между корпусом и резонансной камерой, на которой установлен ротор между статором и заслонкой, которая установлена на корпусе с возможностью перекрытия отверстия на торце резонансной камеры, которая выполнена с цилиндрическим горлом. установленным внутри резонансной камеры над отверстием в торце, ротор и статор выполнены в виде ободов с направляющими элементами для потока бурового раствора.

1661391

Составитель В.Салащенко

Редактор И,Шулла Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 2106 Тираж 372 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издателвский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 01