Мерзлотомер

 

Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований буровых скважин. Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения возможности измерения фазовых состояний среды в заколонном пространстве Для этого содержащий герметичный сосуд 1 с жидИзобретение относится к области промыслово-геофизических исследований буровых скважин, а именно к устройствам для определения фазового состояния вещества в заколонном пространстве при пересечении многолетнемерзлых пород. Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения возможности измерения фазокостью 2 мерзлотомер снабжен герметичным корпусом 3 и двумя источниками 4, 5 гамма-излучения„ Герметичный корпус 3заполнен с образованием воздушной камеры 6 жидкостью 7, Температура замерзания последней ниже температуры замерзания жидкости 2, заполняющей герметичный сосуд 1. В качестве жидкости 2 использован водный раствор этилового спиртао Один из источников 4гамма-излучения закреплен в корпусе Зо Другой источник 5 установлен на выполненном из эластичного материала герметичном сосуде 1„ Последний размещен в корпусе 3 с возможностью перемещения вдоль оси корпуса 30 Удельный вес id заполняющей корпус 3 жидкости 7, удельный вес заполненного жидкостью 2 герметичного сосуда 1 при температуре выше температуры замерзания жидкости 2 и удельный вес у, заполненного сосуда 1 при темпе-,, ратуре ниже температуры замерзания жидкости 2 связаны соотношением (Л 2 нпвых состояний среды в заколонном пространстве На фиго 1 показан мерзлотомер, общий вид; на фиг. 2 - пример диаграммы фазового состояния среды в заколонном пространстве„ Мерзлотомер содержит герметичный сосуд 1, заполненный жидкостью 2 с заданной температурой замерзания. Мерзлотомер снабжен герметичным корс& 4 О оо эо эо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ)(РЕСПУБЛИК (19) (11) (У1)5 Е 21 В 47/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР 1 -, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЛ I: - :- :::. - 1

) (, 7 в 2 ила вых состояний среды в заколонном пространстве.

На фиг. 1 показан мерзлотомер, общий вид; на фиг. 2 — пример диаграммы фазового состояния среды в заколонном пространстве.

Иерзлотомер содержит герметичный сосуд 1, заполненный жидкостью 2 с заданной температурой замерзания.

Иерзлотомер снабжен герметичным кор(21) 4680307/03 (22) 18.04.89 (46) 07.04.91. Бюл. № 13 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (72) И.М. Барский, Д. А. Бернштейн и В.А. Рапин (53) 622.24(088.8) (56) Видовский А.Л., Ахметов P.À., Татаринов А.В. PHTC Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности. М.: ВНИИОЭНГ, 1982, ¹ 12, с. 18-22.

Авторское свидетельство СССР № 1195195, кл. G 01 К 11/06, 1984. (54) ИКРВЛОТОМКР (57) Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследова- . ний буровых скважин. Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения возможности измерения фазовых состояний среды в заколонном пространстве. Для этого . содержащий герметичный сосуд 1 с жидИзобретение относится к области промыслово-геофизических исследований буровых скважин, а именно к устройствам для определения фазового состояния вещества в заколонном про.странстве при пересечении многолетнемерзлых пород.

Целью изобретения является расширение области применения sa счет обеспечения возможности измерения фазо2 костью 2 мерзлотомер снабжен герметичным корпусом 3 и двумя источниками 4, 5 гамма-излучения. Герметичный корпус

3 заполнен с образованием воздушной камеры 6 жидкостью 7, Температура замерзания последней ниже температуры замерзания жидкости 2, заполняющей герметичный сосуд 1. В качестве жидкости 2 использован водный раствор этилового спирта. Один из источников

4 гамма-излучения закреплен в корпусе 3. Другой источник 5 установлен на выполненном из эластичного материала герметичном сосуде 1. Последний размещен в корпусе 3 с возможностью перемещения вдоль оси корпуса 3. Удельный вес ) заполняющей корпус 3 жид- ) кости 7, удельный вес $,заполненного фу жидкостью 2 герметичного сосуда 1 при температуре выше температуры за- С мерзания жидкости 2 и удельный вес заполненного сосуда 1 при темпе-., Д ратуре ниже температуры замерзания жидкости 2 связаны соотношением

16403 пусом 3 и двумя источниками 4, 5 гамма-излучения,„

Герметичньй корпус 3 заполнен с образованием воздушной камеры 6 жид5 костью 7 с температурой замерзания ниже температуры замерзания жидкости 2, заполняющей герметичный сосуд 1.В качестве жидкбсти 7 использо-. ван 26Х-ный водный раствор этилового спирта с температурой замерзания минус 15 С и удельным весом (при температуре 4 С) 0,95 г/смз.

Один из источников 4 гамма-излучения закреплен в.корпусе 3, а другой 5 — на выполненном из эластичного материала герметичном сосуде 1, размещенном в корпусе 3 с возможностью перемещения вдоль оси корпуса 3.

Удельный вес, заполняющей корпус

3 жидкости 7, удельный вес запол-! ненного жидкостью 2 герметичного сосуда 1 при температуре выше температуры замерзания жидкости 2 в сосуде 1 и удельный вес заполненного ука- . занного сосуДа 1 при температуре ниже температуры замерзания жидкости 2 в сосуде 1 связаны соотношением

0 f о

Герметичный сосуд 1 заполнен 17-ным 0 водным раствором (жидкостью 2) этилового спирта, имеющим температуру замерзания (кристаллизации) минус 0,4 С и удельный вес 0,98 г/см (при температуре 4 C) .

Поскольку температура кристаллизалии жидкости 7 ниже температуры кристаллизации водного раствора (жидкости 2), поэтому при изменении температуры окружающей среды сначала 4р будет кристаплизоваться водный раствор, а затем уже при дальнейшем понижении температуры — жидкость 7. Жидкости 7 и 2 подобраны таким образом, что удельный вес жидкости 7 меньше 45 удельного веса заполненного сосуда 1 при температуре выше температуры минус 0,4 С и больше удельного веса заполненного сосуда 1 при температуре ниже температуры минус 0,4 С.

Для того, чтобы изменение объема сосуда 1 при изменении температуры жидкости 2 не привело к изменению давления в жидкости 7, существенному

55 влиянию на температуру кристаллизации жидкости 2 и механической деформации" корпуса 3, жицкость 7 заполняет кор-. пус 3 устройства с образованием воз88 4 душной камеры 6, объем которой выполнен сравнимым с объемом сосуда 1.

На корпусе 3 и сосуде 1 закреплены два источника 4, 5 гамма-излучения

Cs, активностью 0,05 мг-экв Ra, я положение которых в пространстве позволяет определять фаэовое состояние среды. Устройство закрепляют на наружной поверхности колонны труб 8 при их спуске в скважину, Регистрацию положения источников 4, 5 осуществляют стандартным радиометром 9 типа СГДТНВ, опущенным в колонну труб 8 на геофизическом кабеле 10 и имеющем коллимированный детектор 11 гамма-излучения, размещенный в круговом окне, выполненном в свинцовом экране .12, Устройство работает следующим образом.

При спуске в скважину колонны труб

8 мерзлотомер устанавливают в рассчитанном месте на наружной поверхности труб так, чтобы после спуска в скважину колонны устройство оказалось в заколонном пространстве в заданном для исследований интервале скважины.

В течение нескольких часов после спус ка колонны 8 в скважине за счет интеко сизного теплообмена устанавливается тепловой режим, при котором жйдкости

2 и 7 устройства приобретают темпера туру окружающей среды, Если температура среды в заколонном пространстве в месте расположения устройства выше температуры минус

0,4 С, последняя будет оставаться о жидкой внутри сосуда 1, а сам сосуд будет занимать крайнее нижнее положение в жидкости 7 (поз. А фиг. 1), т.к. удельный вес сосуда 1 с закрепленным на нем источником гамма-излучения 5 (определенный как отношение веса зполненного сосуда 1 с источником 5 к объему вытесненной жидкости 7) составляет 1,0 г/см, что больше удельного веса жидкости 7.

Если же температура среды в заколонном пространстве в месте расположения устройства ниже температуры кристаллизации водного раствора (жидкости 2) минус О, 4ОС, последний перейдет в твердое состояние, сопровождающееся увеличением его объема (вследствие положительного коэффициента изменения объема4воды QV npu фазовом переходе жидкость — твердое тело для чистой воды 5V = 0,08 см /г), Это приведет к увеличению объема уп30

5 164038 ругого герметичного сосуда 1 и, соответственно, уменьшению его удельного веса, который станет равным .0,92 мН/см, т.е. меньше удельного веса жидкости 7, заполняющей корпус 3.

Сосуд 1 при этом займет в жидкости 7 верхнее положение (поз. Б фиг. 1).

Регистрацию положения в устройстве герметичного сосуда 1 с источником 5 гамма-излучения осушествляют при помощи станпартного рапиоактивного каротажа скважины. Для этого в колонну труб 8 опускают на геофизическом кабеле 10 радиометр 9 (типа

СГДТ-3) и регистрируют при помощи коллимированного детектора 11 гаммаизлучение источников 4 и 5 устройства.

Пример зарегистрированных радио- 20 метром диаграмм приведен На фиг. 2, где кривая 13 соответствует положению

А сосуда 1 устройства (при температуо ре среды выше минус 0,4 С), а кривая

14 — положению Б сосуда 1 устройства (при температуре среды нике минус

0,4 С).

Если температура кристаллизации заполняющего сосуд 1 водного раствора 2 соответствует температуре промерзания горных пород на глубине размещения данного устройства в заколонном пространстве скважины, то, зная положение сосуда 1 внутри корпуса 3 устройства, делают заключение о фазовом состоянии среды в заколон35 ном пространстве скважины: при регистрации одного пика гамма-активности большой интенсивности в месте расположения устройства (кривая 13 фиг 2), соответствующего одновременной регистрации гамма-активности источников 4 и 5, . — среда в заколонном пространстве находится в стадии промерзания при Регистраци:- двух пи- 45 ков гамма-активности меньшей интенсивности (кривая 14 фиг. 2), что соответствует раздельной регистрации гамма-активности источников 4 и 5, среда в заколонном пространстве находится в оттаившем состоянии.

Иерзлотомер может бьггь установлен за любой технической, эксплуатационной или насосно-компрессорной колонной труб, после чего на скважине может.

55 быть осуществлен предусмотренный проектом регламент работ: промывка заколонного пространства, цементирование или другие работы и при этом за8 6 колонные устройства не мешают их проведению. Применяемые в устройствах источники гамма-излучения имеют малую активность (не более 0 05-0,1 мг-экв, Ra) достаточную для создания достоверно регистрируемой в скважине аномалии гамма-активности (100-200 уровней естественного фона), так что применение таких источников не требует согласования и специальных мер защиты для обеспечения безопасности работы с ними.

Вблизи устройства для измерения фазового состояния среды в заколонном пространстве, имеющего заполненный водным раствором герметичный упругий сосуд, температура кристаллизации жидкости в котором соответствует температуре промерзания горных пород на глубине размещения данного устройства, могут быть размещены другие подобные им устройства, герметичные сосуды которых заполнены водным раствором с более высокой или более низкой температурой кристаллизации жидкости. Это позволит с высокой точностью определить диапазон изменения температуры среды в заколонном пространстве скважины.

Водные растворы с различной температурой кристаллизации могут бьггь получены sa счет молекулярного понижения точки кристаллизации раствора путем введения в него растворимых веществ, Степень понижения температуры кристаллизации раствора определяется криоскопической постоянной растворителя К, которая для воды составляет

1,85 град. при растворении в 1000 r растворителя 1 моля любого нелетучего вещества (Таблицы физических величин, справочник под ред. акад. И,К . Кикоина, И.: Атомиздат, 1976, с. 196).

Так, например, температура замерзания 10 -ного водного раствора глио церина составляет минус 1,6 С, 12,5 -ного водного раствора этиленгликоля имеет температуру замерзания минус 3,9 С, 1,4 -ного водного раствора

И8С1- имеет температуру замерзания минус 0,7 С, 1,5l-ного водного раствора NaCl имеет температуру замерзания минус 0,9 С.

В качестве жидкостей, заполняющих корпус устройства, могут бьггь применены, например, чистый метиловый или этиловый спирты и др.

1640388 церзлотомер, содержащий герметичный сосуд, заполненный жидкостью с заданной температурой замерзания, о т л и ч а ю ц и и с я тем,,что, с це.пью расширения области применения за счет обеспечения возможности измерения Фазовых состояний среды в заколонном пространстве, он снабжен герметичньм корпусом, двумя источниЯ

3

Ф

Составитель В, Стрельченко

Техред С, Мнг ун ов а Корректор А. Ос ауленк о

Редактор И. Шубина

Заказ 1260 Тираж 375 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Когда удельный вес сосуда с источником гамма-излучения оказывается больше, чем это требует соотношение (например, в случае применения в качестве корпуса герметичного упругого

5 сосуда металлического сильфона), требуемый удельный вес может быть получен за счет прикрепления к сосуду поплавка нужного объема ипи выполнения его с дополнительной герметичной воздушной камерой.

Формула изббретения хами гамма-излучения, при этом герме тичный корпус заполнен с образованием воздушной камеры жидкостью с темпера- турой замерзания ниже температуры, замерзания жидкости, заполнякнцей герметичный сосуд, в качестве которой использован водный раствор этилового спирта, один из источников гамма-излучения закреплен в корпусе, а другой— на выполненном из эластичного материала герметичном сосуде, размещенном в корпусе с возможностью перемещения вдоль осй корпуса, причем удельный вес (, заполняюцей корпус жидкости, удельный вес заполненного жидкостью герметичного сосуда при температуре выше температуры замерзания жидкости В сосуде и удельньй Вес заполненного указанного сосуда при температуре ниже температуры замерзания ж>щкости в сосуде связаны соотношейием / ", ) . !