В Институте прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН разработан автономный скважинный акустический регистратор шумов, который впервые в мировой практике позволяет получать обобщенные вибрационные характеристики полного рабочего цикла буровой скважины.
Рис. 1. Схема компоновки низа бурильной колонны в одном из экспериментов. 1 — долото из поликристаллического алмазного композита с характерным размером 155,6 мм, 2 — винтовой забойный двигатель LZ120Dx7.0LL, 3 — обратный клапан, 4 — переливной клапан, 5 — спиральный калибратор, 6 — переводник, 7 — СРШ, 8 — переводник, 9 — телеметрическая система «Вектор», 10 — переводник, 11 — труба пульсатора, 12 — переводник, 13 — трубы СБТ-88,9х9,35 (54 штуки), 14 — трубы ТБТ-89х51 (12 штук), 15 — переводник, 16 — гидромеханический буровой яс HMJ Series 380, 17 — переводник, 18 — трубы ТБТ-89х51 (22 штуки), 19 — труба СБТ-88,9х9,35. Источник: ИПФ РАН
Одним из ключевых условий развития технологий бурения скважин является обеспечение устойчивых и высокоскоростных каналов связи между буровым оборудованием, входящим в забойную компоновку, и оператором бурения, находящимся на поверхности. Связано это с всё возрастающей сложностью бурового оборудования, которое требует управления в процессе бурения в реальном времени.
Принципиальным моментом при разработке акустического канала связи, используемого при бурильных операциях, является требование его устойчивой работы в условиях интенсивных вибрационных и акустических шумов, возникающих в процессе бурения, взаимодействия бурового оборудования с разрушаемой породой и т.д. Построение подобного акустического канала связи невозможно без детальных знаний о шумовых характеристиках всего комплекса скважинных операций, связанных с бурением.
Скважинный регистратор шума, разработанный в ИПФ РАН, встраивается в нижнюю часть бурильной колонны (рис. 1) и записывает вибрационные шумы в широких диапазонах частот и интенсивностей.
Рисунок 2 иллюстрирует вид шумового сигнала на разных масштабах времени. Анализ вибрационных шумов позволяет получить статистические характеристики шумов, например, функции распределения плотности вероятности шумового сигнала в процессе бурения и позволяет оптимальным образом подобрать способ кодирования информационного сигнала, передаваемого по акустическому каналу связи.
Рис. 2. Измеренный сигнал ускорения низа бурильной колонны на разных масштабах времени. Источник: ИПФ РАН
Научными сотрудниками ИПФ РАН была проведена серия прямых натурных экспериментов по измерению характеристик вибраций, охватывающих в одном цикле различные условия бурения (состав бурильной колонны, глубина бурения, наклон бурения, температурные и гидростатические воздействия, различные породы забоя). Были получены характеристики для широкого диапазона частот от единиц герц до 25 кГц. Исследованы акустические характеристики отдельных технологических операций бурения и определены характерные уровни и частоты вибрации при различных режимах. Было установлено, что распределение шума бурения значительно отличается от нормального распределения Гаусса.
Полученные результаты критически важны для создания высокоскоростных акустических каналов связи по конструкции бурильной колонны и диагностики процесса бурения.
Авторы: В.К. Бахтин, В.Ю. Беляков, М.С. Дерябин, А.В. Ванягин, Д.А. Касьянов, Е.В. Лебедев, С.А. Манаков
Публикация: Дерябин М.С., Бахтин В.К., Касьянов Д.А., Манаков С.А., Шакуров Д.Р. / Экспериментальное исследование статистических характеристик высокочастотных вибраций низа бурильной колонны // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. №10, Том 66, 2023, стр. 1–14.
Информация и фото предоставлены пресс-службой ИПФ РАН
Источник фото: ИПФ РАН