Датчик угла наклона скважины

 

COlO3 СОВЕ ГСKMX

СО! ИАЛИСТИ lECKUlX

РЕСПУБЛИК

csr)s E 21 В 47/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ .ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

В (21) 4881027/03 (22) 11.11,90 (46) 15,02.93. Бюл. N. 6 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (72) И.M.Áàðñêèé, Д.А.Бернштейн, В.А.Рапин и А.Д.Бернштейн (73) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизикии (56) Геофизические методы исследования скважин. Справочник геофизика / Под ред, д.т.н. В,M.Çàïoðoæöà. — М,: Недра, 1983, с.330 — 331.

Авторское свидетельство СССР

М 757696, кл, Е 21 В 47/02, 1978. (54) ДАТЧИК УГЛА НАКЛОНА СКВАЖИНЫ (57) Использование; в области промысловой геозифики, при строительстве скважин с горизонтальными стволами. Сущность изобретения: датчик угла наклона содержит

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано при строительстве нефтяных и газовых скважин, в частности при строительстве скважин с горизонтальными стволами, требующими высокую точность измерений 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

„„. Ы„„1796015 А3 цилиндрический корпус, выполненный из двух коаксиально расположенных частей, образующих герметичную полость, заполненную двумя несмешивающимися жидкостями, в качестве одной из которых использован раствор радиоактивного изотопа, а в качестве другой — ртуть, выполняющая роль гамма-поглощающего экрана, а также детектор гамма-излучения, установленный соосно с корпусом на его наружной торцевой поверхности. В зависимости отзенитного угла ствола скважины уровень между жидкостями будет устанавливаться на такой же угол. При этом соответственно будут изменяться массы раствора радиоактивного изотопа в торцевых зазорах. В соответствии с изменением масс будет изменяться интенсивность гамма-излучения.

Отношение значений гамма-излучения будет являться функцией угла наклона скважины. 6 ил. прибора. Недостатком этих устройств является их значительная восприимчивость к случайным механическим воздействиям, обуславливающая недостаточную точность измерений (погрешность в определении зенитного угла в ряде случаев превышает + 1 угловой градус).

Известен датчик угла наклона, включающий заполненную рвумя несмешивающимися жидкостями кольцевую полость, образованную двумя коаксиально расположенными цилиндрическими стаканами, где одна из несмешивающихся жидкостей— электропроводящая, а другая — диэлектрик.

На внутренних стенках цилиндрических стаканов установлены электроды, имеющие слой диэлектрика. В зависимости от величи1796015 ны перемещения границы раздела жидкостей в кольцевой полости относительно первоначальной происходит изменение электрической емкости, значение которой соответствует углу наклона, 5

Данное устройство является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и принято за прототип. B отличие от электромеханического датчика данное устройство не содержит взаимодействую- 10 щих между собой механических деталей и узлов, поэтому оно менее восприимчиво к случайным механическим воздействиям.

Однако, оно также не обеспечивает высокой точности измерений, что связано с низкой чувствительностью емкостного преобразователя угла. наклона.

Даже в случае небольшого зазора между электродами емкостного и реобразователя (например, при соотношении радиусов 20

R1 электродов = 1,1 — 1,2) и значительной 2 осевой протяженности электродов (0,30,5 м) емкостный преобразователь образует электрическую емкость очень малой величины (менее 10 пФ). При этом добротность измерительной цепи низка (оставляет доли единиц), а резонансная частота очень велика .(сотни МГц), что обуславливает "размытость" резонансных кривых, существенное 30 влияние емкостей C1 — C4 емкостного преобразователя датчика друг на друга и, как, следствие, низкую чувствительность к изменению угла наклона и, соответственно, низкую точность измерений. Поэтому такой преобразователь не может быть использован при исследовании скважин с горизонтальными стволами, требующими высоку1о точность измерения зенитных углов для попадания в продуктивные пласты малой мощ- 40 ности и контроля за прохождением трассы ствола скважины по простиранию пласта (погрешность в определении зенитных углов не должна превышать 15-20 угловых минут). 45

Целью предлагаемого технического решения является повышение точности измерений при проведении исследований скважин снаклонами стволов,,близких к горизонтальным. 50

Указанная цель достигается тем, что в известном датчике угла наклона скважины, содержащем цилиндрический корпус, выполненный в виде двух коаксиально расположенных частей с образованием между 55 ними герметичной круговой полости, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями, и региСтрирующий блок, согласно изобретению, в качестве несмешивающихся жидкостей использованы раствор радиоактивного изотопа и ртуть, а регистрирующий блок выполнен в виде радиационного преобразователя, детектор гамма-излучения которого установлен на наружной торцевой поверхности корпуса соосно с ним, Интенсивность регистрируемого радиационным преобразователем гамма-излучения раствора радиоактивного изотопа зависит от гамма-активности раствора, которая пропорциональна его действующей массе. Действующей массой является масса раствора, находящегося в круговой полости между внешним и внутренним цилиндрическими стаканами непосредственно против детектора гамма-излучения радиационного преобразователя, так как излучение всей остальной массы раствора экранируется в круговой полости ртутью, обладающей высокой эффективностью поглощения гамма-излучения.

При изменении угла наклона устройства изменяется действующая масса раствора радиоактивного изотопа в круговой полости против детектора гамма-излучения и соответственно пропорционально изменяется интенсивность регистрируемого гамма-излучения. Чувствительность устройства K u3менению угла. наклона регулируется исходным соотношением масс раствора радиоактивного изотопа и ртути, и соотношением диаметра детектора гамма-излучения и протя>кенности в осевом направлении круговой полости.

При заданном узком диапазоне изменений угла наклона скважины путем выбора соотношения масс несмешивающихся жидкостей в круговой полости датчика, соотношения геометрических размеров элементов корпуса датчика и диаметра детектора может быть достигнута наперед заданная дифференциация регистрируемых детектором значений гамма-излучения от угла наклона, а соответственно и точность измерений, На фиг. 1 и 2 приведен общий вид предлагаемого датчика угла наклона (на фиг. 1 датчик располо>кен горизонтально, на фиг.

2 — датчик — под некоторым углом а к горизонтальной плоскости); на фиг. 3 приведен разрез датчика (фиг. 1) по плоскостям А — А И

Б — Б, на фиг. 4 и 5 приведены разрезы датчика (фиг, 2) по плоскостям А — А и Б — Б соответственноно.

Датчик угла наклона (фиг. 1 — 5) содержит корпус, выполненный в виде двух коаксиально расположенных частей: внешней 1 и внутренней 2, с образованием между ними герметичной круговой полости 3, заполненной двумя несмешивающимися жидкостя1796015 соосно с ним. ми, в качестве одной из которых использован раствор радиоактивного изотопа 4, а в качестве другой — ртуть 5. Раствор радиоактивного изотопа 4 являет я рабочей жидкостью, а ртуть 5 выполняет роль гамма-поглощающего экрана, Внутри корпуса

2 размещен дополнительнчй гамма-поглощающий экран 6, выполненный, например из свинца. Для образования раствора радиоактивного изотопа может быть применена, например, соль цезия-137 (Cs . энергия гамма-излучения Е y= 0,67 МэВ, период полураспада Т1п -30 лет) суммарной активностью не более 0,01 мг-экв. Ra

Круговая полость 3 в корпусе и заполняющие ее несмешивающиеся жидкости 4 и 5 образуют чувствительный к изменению угла наклона элемент. В приведенной на фиг. 1 и 2 конструкции датчика угла наклона детектор гамма-излучения состоит из двух идентичных кристаллов Nal(TI) 7 и 8, установленных на наружных торцевых поверхностях внешнего корпуса 1, соосно с ним. Диаметры кристаллов Na(TI) близки к внутреннему диаметру внешнего корпуса.

Расстояние между торцами внешнего и внутреннего частей корпуса (торцевой зазор) выбирают в зависимости от энергии гамма-излучения используемого раствора радиоактивного изотопа, его удельной активности и, в большинстве случае, может находиться в пределах 5 — 15 мм.

Датчик угла наклона работает следующим образом.

Глубинный прибор, в котором вдоль оси размещен датчик, опускают в скважину на геофизическом кабеле и устанавливают в заданных для измерения угла наклона ствоФормула изобретения

Датчик угла наклона скважины, содержащий цилиндрический корпус, выполненный в виде двух коаксиально расположенных частей с образованием между ними герметичной круговой полости, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями, и регистрирующий блок, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышела скважины точках, В зависимости от зенитного угла ствола скважины уровень 9 и

10 датчика угла наклона будет устанавливаться на такой же угол, При этом соответ5 ственно будут изменяться массы раствора радиоактивного изотопа в торцевых зазорах, причем, если в одном торцевом зазоре масса изотопа будет увеличиваться, то в противоположном торцевом зазоре будет

10 соответственно уменьшаться, и наоборот. В соответствии с изменениями масс изотопа в торцевых зазорах будет изменяться интенсивность гамма-излучения регистрируемого кристаллами Na(TI), При этом, 15 отношение значений гамма-излучения, зарегистрированных соответственно кристаллами 7 и 8, будет являться только функцией

11 угла наклона скважины, — =ф(cP ) !

Градуировочный график lors. = ф((Р) представляет собой экспоненту в диапазоне изменения углов от 80 до 100 угловых градуса. Как следует из приведенного графика, имеет место очень высокая дифференциация показаний, подтверждающая высокую точность измерений зенитных углов.

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключаются в значительном повышении точности измерений углов наклона скважин. Это позволяет уверенно использовать устройство при инклинометрии скважин, где требуется высокая точность измерений, в частности, при проводке горизонтальных стволов скважин вдоль продуктивного пласта малой мощности. ния точности измерений при проведении исследований скважины с наклонами стволов близких к горизонтальным, в качестве несмешивающихся жидкостей использованы раствор радиоактивного изотопа и ртуть, а регистрирующий блок выполнен в виде радиационного преобразователя, детектор гамма-излучения которого установлен на наружной торцевой поверхности корпуса

1796015

1796015

Составител ь Д. Бернштейн

Техред М.Моргентал Корректор; Э.Лончакова

Редактор

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

Заказ 444 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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