СКВАЖИННЫЙ ИСТОЧНИК ИМПУЛЬСОВ С ДИНАМИЧЕСКИМ ПАКЕРОМ Российский патент 2001 года по МПК G01V1/135 

Изобретение относится к способам и устройствам для возбуждения импульсов в жидкозаполненных скважинах и может быть использовано в прикладной геофизике для разведки и доразведки полезных ископаемых и очистки призабойной зоны.

Известно устройство для генерации акустического сигнала (патент США N 4603409, G 01 V 1/04, 1986 г.), которое содержит удлиненный цилиндрический корпус, имеющий поперечно расположенные отверстия для выброса воды.

В корпусе находится поршень и нажимное поршневое кольцо, являющееся фиксирующим устройством, образуя с одной стороны пневматическую камеру, являющуюся пневматической пружиной, а с другой стороны жидкостную камеру. При работе устройства в начальном положении поршень и поршневое кольцо перемещены в сторону торца пневматической пружины, где он фиксируется с возможностью освобождения специальным пневматическим устройством. В пневматической пружине при этом будет давление P_п, соответствующее сжатию газа. При опускании источника в жидкую среду на глубину, имеющую давление P_с, и срабатывании специального пневматического устройства поршень и поршневое кольцо перемещаются относительно корпуса и выбрасывают воду через отверстие в корпусе в окружающую среду, тем самым вырабатывается импульсный сигнал.

Основными недостатками устройства являются большие затраты времени на подготовку и выработку следующего импульса, а также ограничение по мощности импульса с большим превышением давления в пневматической пружине по сравнению с давлением в окружающей среде.

Близким по конструкции является импульсный источник (патент РФ N 2133326, E 21 B 28/00, 43/18, 43/25, БИ N 20, 1999 г.), который включает камеру, связанную с одной стороны с цилиндром, имеющим окна, перекрывающий окна дифференциальный поршень, перемещающийся в цилиндре, стопорную втулку, крышку и пружину. Источник снабжен фиксатором, шариками и регулировочным винтом, стопорная втулка жестко связана с дифференциальным поршнем, а камера выполнена герметичной, в крышке выполнены пазы, фиксатор через пружину связан с регулировочным винтом. Шарики расположены в пазах крышки и опираются на фиксатор и стопорную втулку. Цилиндр жестко связан с герметичной камерой, которая с другой стороны через наконечник и трос связана с подъемником на поверхности скважины.

Основным недостатком устройства является то, что он ограничен по мощности и стенки скважины излучают одинаковый по форме импульс, что не позволяет точно определить место генерации импульса.

Задача изобретения - увеличение мощности импульса и повышение достоверности геофизических работ при разведке и доразведке полезных ископаемых.

Поставленная задача достигается тем, что скважинный источник импульсов с динамическим пакером для генерирования импульса включает рабочую камеру, дифференциальный поршень с цилиндром, шариковый фиксатор и дополнительно включает рабочую камеру, дифференциальный поршень с цилиндром и динамические пакерные устройства. Динамические пакерные устройства включают промежуточные камеры с подпружиненными стаканами, связанные через тяги с наголовниками, причем расстояние между наголовниками равно длине полуволны генерируемого импульса. Шариковые фиксаторы выполнены в виде поворотных втулок с пазами под шарики с возможностью приведения их в движение гребенками от электромагнитов.

На фиг. 1 показано устройство для генерирования импульсов, на фиг. 2 - пусковое устройство, на фиг. 3 - шариковый фиксатор в разрезе, на фиг. 4 - в развертке гребенка с поворотной втулкой, на фиг. 5 показано динамическое пакерное устройство, а на фиг. 6 - схема и форма генерируемого импульса.

Устройство для генерирования импульсов в скважине (фиг. 1) включает пусковые устройства 1, связанные через рабочие камеры 2 с промежуточными камерами 3, которые жестко связаны через тяги 4 с наголовниками 5, а все устройство перемещается в скважине каротажным кабелем 6.

Каждое пусковое устройство (фиг. 2) состоит из дифференциального поршня 7, расположенного в цилиндре 8 с окнами 9. Дифференциальный поршень стопорится через шариковый фиксатор (фиг. 3), включающий поворотную втулку 10 с пазами 11, в которых расположены шарики 12. На поворотную втулку воздействует электромагнит 13 через гребенку 14 (фиг. 4). Электромагниты расположены в корпусе 15 (фиг. 2). Каждая промежуточная камера 3 (фиг. 1) показана на фиг. 5 и включает стакан 16, кольцевой поршень 17 и пружину 18, опирающуюся на шайбу 19, жестко связанную с рабочей камерой 2. Стакан 16 жестко связан через тяги 4 с наголовниками 5 и образует динамическое пакерное устройство (фиг. 5).

На фиг. 6 показан импульс 20, формируемый между наголовниками, и импульсы 21, формируемые источником за пределами наголовников, которые распространяются по скважине за пределами устройства.

Устройство работает следующим образом.

Перед спуском в скважину дифференциальные поршни 7 зафиксированы шариками 12 и перекрывают окна 9 цилиндров 8, а пружины 18 разжимают стаканы 16 с кольцевыми поршнями 17 относительно шайбы 19 на величину h (фиг. 2, 3, 5).

После опускания источника на необходимое расстояние H (фиг. 6) на каротажном кабеле 6 на электромагниты 13 подается управляющий сигнал. Электромагниты через гребенки 14 воздействуют на поворотные втулки 10, которые поворачиваются на некоторый угол, и шарики 12 устанавливаются в пазы 11 (фиг. 3, 4). Дифференциальные поршни 7 расфиксируются и перемещаются в сторону электромагнитов, открывая окна 9 цилиндров 8, и соединяют окружающую среду с полостями рабочих камер 2 (фиг. 1, 2). Среда, перемещаясь по рабочим камерам с определенной скоростью, поступает в промежуточные камеры 3 и воздействует на дно стаканов 16, которые резко смещаются на величину h, относительно рабочих камер и шайб 19 (фиг. 5). Одновременно со стаканами смещаются и тяги 4 с наголовниками 5. Диаметр наголовников D_н выполнен таким, что он незначительно отличается от диаметра скважины D_с (фиг. 1, 5). Объем рабочих камер выбран таким, что при расстоянии 2l между наголовниками между ними формируется полуволна импульса 20, показанная на фиг. 6.

Так как одновременно среда через рабочие камеры поступает в промежуточные камеры, и воздействует на стакан и тяги, и смещает наголовники 5, то благодаря малой величине зазора (D_с-D_н) (фиг. 5) и дополнительной скорости движения наголовников относительно стенок скважины между ними возникает перепад давлений, который изменяет форму импульса, распространяемого по скважине. Такое смещение наголовника организует динамический пакер, то есть за счет скорости смещения создается дополнительное сопротивление жидкости, проходящей между наголовниками и стенкой скважины.

Таким образом, форма импульса, излучаемая скважиной за пределами наголовников, имеет другой вид и показана на фиг. 6 позиции 21.

Предлагаемое устройство позволяет увеличить мощность генерируемого импульса за счет использования сдвоенного источника, формирующего полуволну в зоне излучения. Использование промежуточных камер с тягами и наголовниками, образующими динамический пакер, позволят повысить достоверность геофизических работ за счет того, что четко известно место и форма импульса, излучаемого источником.

Импульсы, излучаемые другими участками скважины, расположенными за наголовниками, имеют другую форму и легко различаются на регистрирующей геофизической аппаратуре.

Использование: для возбуждения импульсов давления с отрицательным передним фронтом для целей прикладной геофизики и очистки призабойной зоны. Сущность изобретения: устройство содержит не менее двух рабочих камер, связанных с цилиндрами через дифференциальные поршни, которые стопорятся шариковыми фиксаторами, и пакерные устройства, включающие промежуточные камеры с подпружиненными стаканами. Стаканы жестко связаны через тяги с наголовниками. При установке устройства в определенном месте скважины шариковые фиксаторы расстопоривают дифференциальные поршни и окружающая среда через окна в цилиндрах связывается с рабочими камерами. Среда, смещаясь с определенной скоростью, в рабочих камерах воздействует на дно стаканов, которые через тяги смещают стенки наголовников относительно стенки скважины и образуют динамическое сопротивление среде. Объем рабочих камер и расстояние между наголовниками выбрано таким, что между ними формируется полуволна импульса. Технический результат: увеличение мощности импульса за счет формирования полуволны между наголовниками и повышение достоверности геофизических работ при разведке и доразведке полезных ископаемых в околоскважинном пространстве. 6 ил.

Скважинный источник импульсов с динамическим пакером, содержащий рабочую камеру, дифференциальный поршень с цилиндром, шариковый фиксатор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит рабочую камеру, дифференциальный поршень с цилиндром, динамические пакерные устройства, включающие промежуточные камеры с подпружиненными стаканами, связанные через тяги с наголовниками, причем расстояние между наголовниками равно длине полуволны генерируемого импульса, а шариковые фиксаторы выполнены в виде поворотных втулок с пазами под шарики с возможностью приведения их в движение гребенками от электромагнитов.