Датчик угла наклона скважины

 

Использование: при строительстве скважин с горизонтальными стволами, требующими высокую точность измерения зенитных углов для попадани-я в продуктивные пасты малой мощности и контроля за прохождением трассы ствола скважины по простиранию пласта. Сущность изобретения: полость корпуса между внешним 1 и внутренним 2 коаксиально расположенными цилиндрическими стаканами заполнена несмешивающимися жидкостями ртутью 3 и вязкой жидкостью 4, внутренний стакан 2 содержит свинцовый экран 5 с коллимационным окном 6 в виде усеченного конуса по оси которого установлен источник гамма-излучения 7. Детектор гамма-излучения 8 установлен на наружной торцевой поверхности внешнего стакана 1 напротив коллимационного окна 6 и окружен свинцо вым экраном 9. Положительный эффект: повышается точность проводки скважин по заданным траекториям за счет более высокой точности измерений углов наклона и надежности в работе. 4 ил. ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s Е 21 В 47/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К ПАТЕНТУ

4 4 о

О (Я

P//z5 (21) 4878527/03 (22) 30.10,90 (46) 15.11.92. Бюл. N. 42 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (72) Д.А.Бернштейн. И,М.Барский. B.À.Рапин и А.Д.Бернштейн (73) Научно-производственная фирма "Геофизика (56) Геофизические методы исследования скважин. — Справочник геофизика/ Под ред, В.Н.Запорожца, М.: Недра, 1983, с. 330 — 331, Авторское свидетельство СССР

И 757696, кл. Е 21 В 47/02, 1978. (54) ДАТЧИК УГЛА НАКЛОНА СКВАЖИНЫ (57) Использование: при строительстве скважин с горизонтальными стволами, требующими высокую точность измерения зенитных углов для попадания в продуктив.,. Ж, 1776305 А3 ные пасты малой мощности и контроля за прохождением трассы ствола скважины по простиранию пласта. Сущность изобретения: полость корпуса между внешним 1 и внутренним 2 коаксиально расположенными цилиндрическими стаканами заполнена несмешивающимися жидкостями ртутью 3 и вязкой жидкостью 4, внутренний стакан 2 содержит свинцовый экран 5 с коллимационным окном 6 в виде усеченного конуса. по оси которого установлен источник гамма-излучения 7. Детектор гамма-излучения 8 установлен на наружной торцевой поверхности внешнего стакана 1 напротив коллимационного окна 6 и окружен свинцовым экраном 9. Положительный эффект: повышается точность проводки скважин по заданным траекториям за счет более высокой точности измерений углов наклона и надежности в работе. 4 ил.

1776305 ной оси источником гамма-излучения, коллимационное окно выпал ена в виде усеченного конуса, большее основание ко-. торого расположено на торцевой поверхности внутреннего стакана, а со стороны меньшего основания установлен источник гамма-излучения, регистрирующий блок выполнен в виде радиационного преобразователя с детектором гамма-излучения, установленным на наружной торцевой па20

25 случайным механическим воздействиям, обуславливающая недостаточную точность верхности внешнего цилиндрического стакана со стороны большего основания каллимационного окна и соасно с ним. а в качестве двух несмешивающихся >кидкостей берут ртуть и вязкую жидкость, Интенсивность регистрируемого радиационным преобразователем гамма-излучения при постоянной гамма-активности источника зависит от площади поперечного сечения ртути, находящейся в торцевом

35 зазоре между цилиндрическими стаканами, являющейся аффективным поглощающим экраном на пути прохождения гамма-излучения от точечного источника да детектора.

При изменении угла наклона датчика изменяется площадь поперечного сечения ртути в торцевом зазоре и соответственно пропорционально изменяется интенсивстаточнай чувствительностью емкостнаго преобразователя угла наклона. Даже в случае небольшого зазора между электродами емкостнага преобразователя (например, при соотношении радиусов ность регистрируемого гамма-излучения

При этом чувствительность датчика к изменению угла наклона регулируется исходными соотношениями диаметра круговой полости (и соответственно детектора) и проэлектродов R1/В2 = 1,1-1,2) и значительной осевой протяженности электродов (0,3 — 0,5 м) емкостной преобразователь образует электрическую емкость очень малой величины (менее 10 пФ). При этом добротность измерительной цепи низка (составляет доли единиц), а резонансная частота

50 тяженности в осевом направлении круговой полости, а также общим количеством ртути в круговой полости. При заданном диапазоне изменений угла наклона путем выбора соотношения масс несмешивающихся >кидкостей в круговой полости датчика, соатноочень велика (сотни МГц), что обуславливает "размытость" резонансных кривых, существенное влияние емкостей С1 — С ем55 шения геометрических размеров элементов корпуса датчика, расстояния источника от детектора и диаметра детектора может быть костного преобразователя датчика друг на друга, и как следствие, низкую чувстви- достигнута наперед заданная дифференци тельнасть к изменению угла наклона и ация регистрируемых детектором значений

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано при строительстве нефтяных и газовых скважин, в частности, при строительстве сква>кин с горизонтальными стволами, требующими высокую точность измерения зенитных углов для попадания в продуктивные пласты малой мощности и контроля за прохождением трассы ствола скважины по простиранию пласта, Известны устройства для определения кривизны скважины, содержащие отвес, расположенный на рамке, которую смещенный относительно оси ее вращения груз совмещает с плоскостью искривления

Скважины. Угол искривления скважины равен углу между направлением отвеса и осью прибора, Недостатком этих устройств является их значительная восприимчивость к измерений, Известен датчик угла наклона, включающий заполненную двумя несмешивающимися жидкостями кольцевую полость, образованную двумя коаксиально расположенными цилиндрическими стаканами, где одна из несмешивающихся жидкостей— электропроводящаяся, а другая — диалектрик. На внутренних стенках цилиндрических стаканов установлены электроды, имеющие слой диэлектрика. В зависимости от величины перемещения границы раздела жидкостей в кольцевой полости относительно первоначальной происходит изменение электрической емкости, значение которой соответствует углу наклона.

Данное устройство является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и принято за прототип, Недостатком устройства является низкая точность измерений, связанная с недо5

15 соответственно низкую точность измерений, Целью изобретения является повышение точности измерений, Указанная цель достигается тем, чта известный датчик угла наклона скважины, содержащий корпус из двух коаксиально расположенных цилиндрических стаканов с образованием между ними герметичной круговой полости, заполненной двумя несмешиваюшимися жидкостями, и регистриру ощий блок, снабжен размещенным во внутреннем цилиндрическом стакане свинцовым экраном с коллимационным окном и установленным в последнем на его прадаль177б305 гамма-излучения ат угла наклона, соответственно и точность измерений. Это доказывает достижение цели, поставленной изобретением.

Предлагаемый датчик угла наклона отличается от прототипа тем, что он снабжен размещенным во внутреннем цилиндрическом стакане свинцовым экраном с коллимационным окнам и установленным в последнем на его продольной оси источником гамма-излучения, коллимационное окна выполнено в виде усеченного конуса, большее основание которого расположено на торцевой поверхности внутреннего стакана, а со стороны меньшего основания установлен источник гамма-излучения, регистрирующий блок выполнен в виде радиационного преобразователя с детекто.рам гамма-излучения, установленным на наружной торцевой поверх> ости внешнего цилиндрического стакана со стороны большего основания коллимационного окна и саасно с ним, а в качестве двух несмешивающихся жидкостей берут ртуть и вязкую жидкость.

На фиг.1 и 2 приведен общий вид предлагаемого устройства в варианте, предназначенном для измерения углов наклона стволов скважин близких к горизонтальному (на фиг,1 датчик расположен горизонтально, на фиг.2 датчик расположен под некоторым углом к горизонтальной плоскости); на фиг.3 и 4 — соответствующие разрезы А-А на фиг.1 и 2, Датчик угла наклона содержит корпус. выполненный в ниде двух коаксиально расположенных цилиндрических стаканов: внешнего 1 и внутреннего 2, с образованием между ними герметичной круговой полости, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями, а в качестве одной из которых использована ртуть

3, а в качестве другой — вязкая жидкость 4, например, трансформаторное масло.

Ртуть является хорошим гамма-поглощающим экранам и служит рабочей жидкостью, а трансформаторное масло является амортизирующей жидкостью и практически не поглощает гамма-излучение на пути его прохождения от источника до детектора.

Во внутреннем стакане 2 размещен свинцовый экран 5, имеющий каллимационное окно, выполненное в виде усеченного конуса. большее основание которого расположено на торцевой поверхности стакана 2, По оси коллимационного окна б со стороны меньшего основания установлен источник гамма-излучения 7. На нару>кной

55 торцевой поверхности внешнего стакана 1 напротив коллимационнаго окна б свинцового экрана 5 соосно с ним установлен детектор гамма-излучения 8 представляющий собой кристалл Nal (Те), диаметр которого близок к диаметру внутреннего стакана 2, С целью уменьшения вклада естественного гамма-излучения пород и рассеянного гамма-излучения от источника 7 детектор 8 окружен свинцовым экраном 9.

Расстояние между торцами внешнего и внутреннего цилиндрических стаканов выбирают в зависимости от энергии источника гамма-излучения таким образам, чтобы слой ртути 3 практически полностью поглощал прямое гамма-излучение от источника 7.

Так, при энергии гамма-излучения источника 7 порядка 100 кэВ вполне достаточен слой ртути в полости между торцами цилиндров толщиной 5 — 7 мм.

Датчик угла наклона работает следующим образом.

Глубинный прибор, в котором вдоль аси размещен датчик, опускают в скважину на каротажном кабеле и устанавливают его неподвижно для проведения измерений угла наклона ствола скважины последовательно в каждой иэ точек наблюдения.

В зависимости ат изменения величины зенитного угла будет устанавливаться на такой же угол уровень 10 ртути 3 относительно оси датчика. При этом будет изменяться площадь поперечного сечения слоя ртути 3 в торцевом зазоре и соответственно будет изменяться интенсивность прямого гаммаизлучения, зарегистрированного детектором 8.

Во В Н ИИнефтеп ромгеофизике (г. Уфа) изготовлен экспериментальный образец датчика угла наклона в варианте, предназначенном для измерения углов наклона стволов скважин, близких к горизонтальному, с геометрическими характеристиками, изображенными на фиг.1-4.

В качестве источника гамма-излучения применен кадмий-109 (Cd ), энергия излу109 чения которого составляет 87 КэВ, период полураспада 1,3 года. Для нормальной работы датчика используется источник очень малой активности, порядка 0,005 мг-экв,R, а не требующий специальных мероприятий по его учету, хранению и соблюдению условий техники безопасности.

Формула изобретения

Датчик угла наклона скважины, содержащий корпус из двух коаксиально располо>K8HHblx цилиндрических стаканов с образованием между ними герметичной круговой полости, заполненной двумя не1776305

Составитель Д.Бернштейн

Техред М.Моргентал Корректор М,Шароши

Редактор

Заказ 4048 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101 смешивающимися жидкостями, и регистрирующий блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен размещенным во внутреннем цилиндрическом стакане свинцовым экраном с коллимационным окном и установленным в последнем на его продольной оси источником гамма-излучения, коллимационное окно выполнено в виде усеченного конуса, большее основание которого расположено на торцевой поверхности внутреннего стакана, а со стороны меньшего основания установлен источник гамма-излучения, регистрирующий блок выполнен в виде радиационного преобразователя с детек5 тором гамма-излучения, установленным на наружной торцевой поверхности внешнего цилиндрического стакана со стороны бол ьшего основания коллимацион ного окна и соосно с ним, а в качестве двух несмеши10 вающихся жидкостей использованы ртуть и вязкая жидкость.