Устройство для измерения давления среды в затрубном пространстве скважины

 

Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям скважин и предназначено для изучения физических процессов в затрубном пространстве. Цель - повышение точности измерений параметров среды в затрубном пространстве скважин. На внешней стороне колонны труб (КТ) 2 размещен измерительный преобразователь 1, а в колонну на геофизическом кабеле 4 опущен регистрирующий прибор (РП) 3 для регистрации внутри КТ 2 гамма-излучения. Внутри корпуса 5 преобразователя 1 размещен подвижный в осевом направлении шток 6 и преобразователь давления, выполненный в виде поршня 7 и спиральной пружины 8. На противоположных концах штока 6 установлены источники (И) 11 и 12 гамма-излучения, причем при нормальном давлении И 11 установлен против максимальной толщины стенки закрепленного внутри корпуса 5 симметричного относительно плоскости поперечного сечения поглощающего экрана (ПЭ) 10, а И 12 - против минимальной толщины стенки ПЭ 10. Под воздействием жидкости в затрубном пространстве скважины перемещается шток 6 с закрепленными на нем И 11 и 12. Изменение положения И 11 и 12 относительно ПЭ 10 вызывает изменение интенсивностей гамма-излучения, проходящего через ПЭ 10 внутрь КТ 2. Интенсивность рассеянного гамма-излучения источников 11 и 12 регистрируют РП 3 и определяют отношение зарегистрированнх интенсивностей. Последнее является однозначной функцией взаимного положения И 11, 12 и ПЭ 10, которое обусловлено только величиной давления на поршень 7 среды в затрубном пространстве и не зависит от РП 3 и его положения в КТ 2, состава и плотности заполняющей ее жидкости и идентичности И гамма-излучений. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОцИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК щ)5 Е 21 В 47/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0 г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4453449/24-03 (22) 04.07.88 (46) 15., 11.90. Бюл. N 42 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (72) И.М.Барский, Д,A.Бернштейн, В.А.Напольский, R.Н.Макаров, M.Н.Лосев и К.Ç.Галиев (53) 622.24 1 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 49006 1, кл. С 01 V 5/00, 1968, „„SU„„16 6689 A 1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ СРЕДЫ В ЗАТРУБНОИ ПРОСТРАНСТВЕ

СКВАЖИНЫ (57) Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям скважин и предназначено для изучения физических процессов в затрубном пространстве. Цель — повышение точности измерений параметров среды в затрубном пространстве скважин. На внешней стороне колонны труб (КТ) 2 раз1606689 мещен измерительный преобразователь

1, а в колонну на геофизическом кабеле 4 опущен регистрирующий прибор (РП) 3 для регистрации внутри КТ 2 гамма-излучения. Внутри корпуса 5 преобразователя 1 размещен подвижный в осевом направлении шток 6 и преобразователь давления, выполненный в виде поршня 7 и спиральной пружины 8. На противоположных концах штока 6 установлены источни» ки (И) 11 и 12 гамма-излучения, причем при нормальном давлении И 11 установлен против максимальной толщины стенки закрепленного внутри корпуса 5 симметричного относительно плоскости поперечного сечения поглощающего экрана (ПЭ) 10, а И 12. — против минимальной толщины стенки ПЭ 10.. Под

Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям скважин и может применяться для изучения физических процессов в затрубном пространстве скважины: ха- 30 . рактера изменения давления в течение ллительного времени, формирования цементного камня, контроля фактического состояния крепления скважин.

Цель изобретения — повышение точности измерений параметров среды в затрубном пространстве скважин.

На фиг.1 представлено устройство, обций. вид; на фиг.2 — калибровочная характеристика измерительного преоб- 40 разователя с источниками гамма-излучения в виде радиоактивного изотопа цезия Сб ; на фиг.3 — диаграммы интенсивности рассеянного гамма-излучения измерительных датчиков. 45

Устройство содержит измерительный преобразователь 1, размещенный на внешней стороне колонны 2 труб, и прибор 3, опущенный в колонну на геофизическом кабеле 4, обеспечивающий регистрацию внутри колонны гамма-излучения измерительного преобразователя. Измерительный преобразователь 1 содержит корпус 5, внутри которого размещен подвижный в осевом, 55 направлении шток 6 и преобразователь давления среды в эатрубиом пространстве скважины в осевое перемещение штока 6, выполненный в виде поршвоздействием жидкости в затрубном пространстве скважины перемещается шток 6 с закрепленными на нем И 11 и .

12. Изменение положения И 11 и 12 относительно II3 10 вызывает изменение интенсивностей гамма-излучения, проходящего через ПЭ 10 внутрь КТ 2.

Интенсивность рассеянного гамма-излучения источников 11 и 12 регистрируют РП 3 и определяют отношение зарегистрированных интенсивностей. Последнее является однозначной функцией взаимного положения И 11, 12 и ПЭ 10, которое обусловлено только величиной давления на поршень 7 среды в затрубном пространстве и не зависит от РП 3 и его положения в КТ 2., состава и плотности заполняющей ее жидкости и идентичности И гамма-излучений. 3 ил. ня 7 и спиральной пружины 8, обеспечивающей возвратное движение поршня 7.

Нижний конец штока 6 жестко закреплен на поршне 7, а силовая пружина 8 установлена между упором 9 на внутренней поверхности корпуса 5 и поршня 7. Внутри корпуса 5 измерительного преобразователя размещен поглощающий гамма-излучение экран 10, выполненный симметричным относительно плоскости поперечного сечения с плавно изменяющейся минимальной и максимальной толщиной стенок на противоположных концах, перекрывающий поток электромагнитного излучения в скважину от двух источников 11 и 12 гаммаизлучения, установленных на противоположных концах штока 6, причем при нормальном (атмосферном) давлении источник 11 установлен против максимальной толщины стенки экрана 10, а источник 12 — против минимальной толщины стенки экрана 10. Колонна

2 труб, а также пространство между колонной 2 .труб и стенками скважины

13 заполнено жидкостью 14, давление которой в затрубном пространстве необходимо измерить.

Устройство работает следующим образом.

При спуске в скважину колонны 2 труо на ее наружной поверхности в заранее рассчитанной точке устанавливают измерительный преобразователь

6689

12 вызывает понижение интенсивности

5 160

1, преобразующий механическое воздействие жидкости 14 в затрубном пространстве скважины в изменение поля электромагнитного излучения, интенсивность которого пропорциональна давлению среды. Колонну 2 труб опускают в скважину, и измерительный преобразователь 1 оказывается при этом установленным в заданном для исследования интервале затрубного пространства. Измерительный преобразователь 1 является частью устройства для измерения давления, которое также включает скважинный прибор 3„ регистрирующий возбуждаемое поле гам-, ма-излучения и представляющий собой стандартный, серийно выпускаемый прибор РК (типа ДРСТЗ-90, СГДТ-3., PKC-3 и др,) ., Прибор 3 опускают в скважину до .момента регистрации им аномалии гамма-излучения измерительного преобразователя 1, величина которой будет определяться положением штока 6 с источниками 11 и 12 гаммаизлучения относительно поглощающего излучение экрана 10, Жидкость 14 в ,затрубном пространстве скважины, находящаяся в точке закрепления измеритсльного преобразователя 1 устройства под определенным давлением (статическим или гидродинамическим в зависимости от проходящих в затрубном пространстве процессов), оказывает воздействие на поршень 7 измерительного преобразователя и перемещает его вместе с жестко закрепленным к нему штоком 6 в положение, определяемое равновесием сил, действующих на поршень 7 со стороны жидкости 14 и сжатой пружины 8, Перемещение штока

6 вызывает перемещение закрепленных на нем источников 11 и 12 гамма-излучения и изменение их положения относительно поглощающего экрана 10. Так как источники 11 и 12 перемещаются в зоне переменной толщины стенки экрана 10, то изменение их положения относительно экрана вызывает изменение интенсивностей гамма †излучен, проходящего через экран 10 внутрь колонны 2 труб.

Изменение положения источника 11 вызывает повышение интенсивности рассеянного гамма-излучения источника, что обусловлено его перемещением в сторону уменьшения толщины стенок экрана 10. поглощающего излучение, изменение положения источника

1О

25 рассеянного гамма-излучения, так как он при этом перемещается в сторону увеличения толщины стенки поглощающего экрана 10 и большая часть излучения источника 12 поглотится экраном. Устанавливая прибор 3 против одного, а затем другого источника гамма-излучения, что может быть осуществлено либо поточечно, по максимумам интенсивности гамма-излучения, либо в режиме непрерывной протяжки прибора, регистрируют интенсивность рассеянного гамма-излучения источни— ков 11 и 12 и. определяют отношение зарегистрированных интенсивностей, являющееся однозначной функцией взаимного положения источников 11, 12 и экрана 10, которое, в свою очередь обусловлено только величиной давления на поршень 7 среды в затрубном пространстве и не зависит от. регистрирующего прибора и его положения в колонне, состава и плотности заполняющей ее жидкости, идентичности источников гамма-излучения., Условием постоянства отношения интенсивностей регистрируемого гамма-излучения при неизменном положении источников 11 и 12 относительно экрана 10 является однотипность применяемых источников, т.е, их одинаковые спектральные характеристики и величина периода полураспада., При этом не обязательно, чтобы начальная активность применяе— мых источников была абсолютно одинакова,однако при значительной разнице в начальной активности источников ухудшаются условия обеспечения исключения взаимного влияния источников на интенсивность регистрируемого от каждого иэ них излучения, Функциональ" ная зависимость между отношениями интенсивностей регистрируемого излучения и измеряемой величиной давления приводятся в калибровочной характеристике каждого измерительного преобразователя, и она определяется типом применяемых источников излучения, материалом поглощающего излучение экрана и диапазоном изменения толщины экрана, Пример калибровочной характеристики измерительного преобразователя, в котором использованы источники гамма-излучения в виде радиоактивно137

ro изотопа цезия Cs с энергией фотонов E » = 0,6616 ЫэВ и свинцовый

1606689 поглощающий экран с плавно изменяюшейся толщиной стенки на противоположных в осевом направлении концах от 1 мм до 24 мм, приведен на фиг.2.

На фиг.3 приведены зарегистриро5 ванные на скважине диаграммы интенсивности рассеянного гамма-излучения измерительных преобразователей, имеющих описанные выше конструктив10 ные параметры и калибровочную харак- теристику, приведенную на фиг.2.

Два источника Сб активностью

0,05 мг экв.радия установлены на штоке измерительного датчика на рас! стоянии 0,5 м друг от друга, при котором практически отсутствует взаимовлияние источников на регистрируемую интенсивность гамма-излучения при использовании скважинньгх приборов с ! узконаправленной коллимацией, например, прибора СГДТ-3, Датчики закреплены к обсадной колонне, опущены в скважину на глубину 417 и 610 м и при помощи них измерено статическое давление среды в затрубном пространстве скважины, представляющей собой промывочную .жидкость плотностью = 1210 кг/м которое соответственно составляло

5 0 и 7,3 MIIa. Действующее на данных глубинах давление среды в затрубном пространстве составляло 5,05 и

7,38 МПа, т.е. погрешность измерения давления среды не превышала 0,1 МПа.

В случае применения серийных при35 боров типа ДРСТ-3 СГДТ-3 и других для измерения внутри колонны поля рассеянного гамма-излучения измерительных датчиков н них могут быть при40 менены источники гамма-излучения активностью не более 0,05-0,1 мг.экв.радия, применение которых не требует согласования и специальных мер защиты для обеспечения безопасности работы с ними и которые способны создать достоверно регистрируемую аномалию (100-200 уровней фона) гамма-активности в скважине.

Применение двух однотипных источ50 ников гамма-излучения, размещенных на общем штоке и перемещающихся вдоль поглощающего экрана переменной толщины, позволяет регистрировать внутри колонны против источников две аномалии интенсивности рассеянного гамма55 излучения, отношение которых друг к другу не зависит от положения регистрирующего прибора внутри колонны труб и типа его радиационного преобразователя, состава и плотности жидкости, заполняющей скважину, диаметра и толщины. стенки колонны, поскольку все эти факторы, одинаково действуя на величину абсолютной интенсивности регистрируемого гамма-излучения первого и второго источников, не изменяют их отношения.

Отношение интенсивностей регистрируемого излучения двух однотипных источников зависит от энергии излучаемых или гамма-квантов, а также материала и диапазона изменений толщины стенок поглощающего экрана.

При условии достоверной идентификации 25Х-ной разницы в интенсивностях регистрируемого излучения, что практически легко достигается, и при использовании свинцового поглощающего экрана и источников гамма-излучения С5 с энергией 0,661 МэВ, 337 достаточно применение экрана с изменением толщины стенок на 20 мм, чтобы обеспечить предлагаемым устройством измерение давления с погрешностью не более О,1 MIIa. При использовании источников гамма-излучения

Се " с энергиеи гамма-квантов

144 .

0,134 МэВ для достижения такой же точности измерений достаточно применение поглощающего свинцового экрана с изменением толщины стенки на 7 мм.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для измерения давления среды в затрубном пространстве скважины, включающее измерительный преобразователь, выполненный в виде корпуса с установленными в нем поглощающим экраном, штоком с размещенным на его конце источником гамма-излучения и преобразователем давления, шток установлен с возможностью осевого перемещения относительно поглощающего экрана и связан с преобразователем давления, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено дополнительным источником гамма-излучения, установленным на противоположном конце штока, а поглощающий экран выполнен симметричным относительно плоскости поперечного сечения с мию нимальной и максимальной толщиной стенок на противоположных концах, причем один из источников гамма-из1606689

1О лучения установлен напротив максимальной толщины стенки поглощающего экрана, а другой — напротив минимальной.

1606689

08

80

Составитель Г.Маслова

Редактор M,ÒîâòèH Техред N, Дидык Корректор М„Иаксимишинец

Заказ 3536 Тираж 490 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. ч/5

Производственно-издательс кий комбинат "Патент, г.ужгород, уп. Гагарина, 10 l

21 2

6,0