УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ЗОНДА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАРОТАЖА Российский патент 2013 года по МПК G01V3/18 E21B47/12 

Область техники

Настоящее изобретение относится к оборудованию для исследования скважин, в частности, к зондам для электрического каротажа скважин, а более конкретно, - к уплотнительному узлу зонда, обеспечивающему герметичность электрического оборудования, размещаемого в корпусе зонда, от воздействия внешней среды скважины.

Предшествующий уровень техники

При исследованиях горных пород высокого сопротивления (например, карбонатные и гидрохимические отложения) на результаты измерений ρ_к обычными зондами значительно влияет соленая промывочная жидкость, которая содействует распространению электрического тока вдоль скважины, а это приводит к сильному сглаживанию кривых ρ_к. На них не выделяются в связи с экранными эффектами пропластки малой толщины при частом их чередовании.

В таких условиях применяют боковой каротаж, который является одной из модификаций способа измерения сопротивления. При этом ρ_к в скважине измеряется трех-, семи- и девятиэлектродными зондами.

Наиболее распространен трехэлектродный боковой каротаж (фиг.1). Боковой трехэлектродный зонд состоит из центрального электрода А₀, длина l_м металлической части которого составляет 0,15 м, и двух экранных электродов А₁ и А₂ одинаковой длины, симметрично расположенных относительно А₀ и отделенных от него изолирующими промежутками b, составляющими 0,03 м. Все электроды имеют форму цилиндров диаметром d_з=0,07 м, размер зонда L составляет 3,2 м (расстояние между верхним и нижним концами зонда). Экранирующие электроды соединены между собой накоротко, а с электродом А₀ они соединены через резистор (шунт) R_ш=0,01 Ом, который используется также для измерения силы тока через центральный электрод А₀. Через все электроды зонда от генератора Г пропускается переменный ток.

Вторым токовым электродом, на который замыкается цепь источника питания, служит оплетка бронированного кабеля. Поскольку шунт R_ш имеет очень малое сопротивление, то потенциалы всех электродов будут практически одинаковыми, и потому ток I₀ электрода А₀ не растекается по скважине, а распространяется перпендикулярно к ее стенке, что показано на фиг.1 в виде почти горизонтальных силовых линий, толщина которых в центральной части приблизительно равна длине А₀. Вследствие этого влияние скважины и вмещающих пород проявляется на результатах измерения сопротивления ρ_к значительно меньше, чем у обычных зондов.

Измеряемое сопротивление ρ_к определяется по напряжению между экранными электродами и равно напряжению между электродом А₀, поскольку потенциалы всех электродов одинаковые, и удаленным электродом N, расположенным на многоэлектродном зонде.

Известны различные устройства для герметизации электродного узла каротажного зонда.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является уплотнительный узел (фиг.2) зонда для электрического каротажа, описанный в публикации Ю.М. Заворотько «Физические основы геофизических методов исследования скважин», Киев, 2010 год.

Известный уплотнительный узел зонда для электрического каротажа содержит цилиндрический корпус, множество диэлектрических втулок, установленных на корпусе, множество кольцеобразных электродов, коаксиально размещенных на корпусе между диэлектрическими втулками и контактирующих торцевыми поверхностями с торцевыми поверхностями диэлектрических втулок, изолирующее средство, размещенное на цилиндрическом корпусе для электрической изоляции множества кольцеобразных электродов от корпуса. Крайние диэлектрические втулки контактируют торцевой поверхностью с цилиндрическим корпусом. Каждый из множества кольцеобразных электродов и диэлектрические втулки, контактирующие с кольцеобразными электродами, имеют торцевые поверхности, перпендикулярные оси зонда. Имеются уплотнительные средства, размещенные в углублениях, выполненных на поверхностях электродов, обращенных к корпусу.

Недостатком указанного ближайшего технического решения является недостаточная степень обеспечиваемой герметизации, а также сложность сборки/разборки при эксплуатации зонда в скважине.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание уплотнительного узла зонда для электрического каротажа, который обеспечит улучшение герметизации зонда каротажного прибора, а также обеспечит упрощение процесса сборки/разборки узла.

Задачей настоящего изобретения является также создание зонда для электрического каротажа, содержащего вышеописанный уплотнительный узел. Указанный зонд, в котором используется заявленный уплотнительный узел, предназначен для проведения исследований методами стандартного электрического каротажа, бокового каротажного зондирования с использованием трех и более электродов.

Поставленная задача решена путем создания уплотнительного узла зонда для электрического каротажа, содержащего цилиндрический корпус, множество диэлектрических втулок, установленных на корпусе, множество кольцеобразных электродов, коаксиально размещенных на корпусе между диэлектрическими втулками и контактирующих своими торцевыми поверхностями с торцевыми поверхностями диэлектрических втулок, изолирующее средство, размещенное на цилиндрическом корпусе для электрической изоляции множества кольцеобразных электродов от корпуса, согласно изобретению,

одна из диэлектрических втулок контактирует торцевой поверхностью с цилиндрическим корпусом,

при этом каждый из множества кольцеобразных электродов и диэлектрические втулки, контактирующие с кольцеобразными электродами, имеют скошенные торцевые поверхности, причем скошенные торцевые поверхности электродов сопрягаются со скошенными торцевыми поверхностями контактирующих с ними диэлектрических втулок,

при этом уплотнительный узел содержит средство создания усилия поджатия и фиксации, контактирующее с торцевой поверхностью диэлектрической втулки, размещенной дистально по отношению к указанной диэлектрической втулке, контактирующей с цилиндрическим корпусом, и предназначенное для предотвращения осевых перемещений кольцевых электродов и диэлектрических втулок относительно корпуса,

уплотнительные средства, размещенные в углублениях, выполненных в торцевых поверхностях электродов, при этом

над отверстиями, выполненными в цилиндрическом корпусе, слой изоляции отсутствует.

Предпочтительно острый угол наклона торцевой поверхности каждого кольцевого электрода и диэлектрической втулки относительно продольной оси корпуса находится в пределах от 20 до 40°.

Предпочтительно изолирующее средство выполнено в виде трубки из диэлектрического материала.

Предпочтительно, чтобы в качестве диэлектрического материала был использован стеклотекстолит.

Предпочтительно, чтобы часть цилиндрического корпуса, на которую установлены множество кольцевых электродов и диэлектрические втулки, имела уменьшенный диаметр с образованием кольцевого уступа, торцевая поверхность которого контактирует с торцевой поверхностью указанной одной из диэлектрических втулок.

Предпочтительно, чтобы средство создания усилия поджатия и фиксации было выполнено в виде гайки, торцевой поверхностью контактирующей с торцевой поверхностью дистальной диэлектрической втулки.

Предпочтительно, чтобы уплотнительный узел содержал уплотнительные средства, размещенные в углублениях, выполненных на поверхности корпуса под концевыми диэлектрическими втулками, причем уплотнительные средства были выполнены в виде резиновых колец.

Предпочтительно в указанном уплотнительном узле электродом является излучающий элемент или измерительный элемент.

Предпочтительно диэлектрические втулки выполнены из полимерного материала полиэфирэфиркетрона стеклонаполненного с 30% содержанием стекла от общего объема изделия (PEEK).

Поставленная задача решена также путем создания зонда для электрического каротажа, который характеризуется тем, что содержит уплотнительный узел, выполненный так, как описано выше.

Предложенный уплотнительный узел зонда для электрического каротажа позволит исключить механическое воздействие на прибор внешнего давления скважины. Эти нагрузки значительно превосходят нагрузки, возникающие при эксплуатации прибора (сжатие, растяжение и изгиб).

В предложенной конструкции уплотнительного узла зонда за счет выполнения торцевых поверхностей множества кольцеобразных электродов и торцевых поверхностей диэлектрических втулок, контактирующих с кольцеобразными электродами, скошенными и сопрягающимися, обеспечена возможность реализации прибора без системы компенсации давления скважины.

В указанном зонде все элементы измерительной электроники находятся в герметичном объеме, испытывающем воздействие внешнего гидравлического давления. Зондовую часть можно рассматривать как электронный блок геофизического прибора, имеющего кожух, воспринимающий механические нагрузки, вызванные внешним давлением в скважине, и нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации, т.е. растяжение/сжатие и изгиб шасси.

Заявленная конструкция не требует использования дорогостоящего технологического оборудования для поддержания устройства в рабочем состоянии, т.е. установки для создания вакуума и фильтрации масла, заливки масла в устройство, не требуется специального помещения для проведения данных работ, помещение должно только отвечать повышенным требованиям по пожарной безопасности, также не требуется специально обученного персонала и дорогостоящих расходных материалов (специального масла).

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает распределения токовых силовых линий трехэлектродного зонда бокового каротажа;

фиг.2 изображает известный уплотнительный узел зонда, согласно уровню техники;

фиг.3 изображает зонд для электрического бокового каротажа (продольный разрез), согласно изобретению;

фиг.4 изображает уплотнительный узел зонда (продольный разрез), согласно изобретению;

фиг.5 изображает часть зонда для электрического бокового каротажа (продольный разрез), содержащую множество уплотнительных узлов, согласно изобретению.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

На фиг.3 показан продольный разрез зонда, содержащий уплотнительный узел 1 согласно настоящему изобретению. Зонд содержит цилиндрический корпус 2, на котором коаксиально установлено множество кольцеобразных электродов 3 и множество диэлектрических втулок 4, причем кольцеобразные электроды 3 размещены между диэлектрическими втулками 4 и контактируют своими торцевыми поверхностями 5 с торцевыми поверхностями 6 диэлектрических втулок.

Для электрической изоляции множества кольцеобразных электродов 3 от корпуса 2 на цилиндрическом корпусе 2 размещено изолирующее средство 7 (фиг.4), которое выполнено в виде трубки из диэлектрического материала. В качестве диэлектрического материала использован стеклотекстолит.

Торцевые поверхности множества кольцеобразных электродов 3 и множества диэлектрических втулок 4 выполнены скошенными, что обеспечивает лучшее прилегание торцевой поверхности 5 электрода к торцевой поверхности 6 втулки.

За счет того, что контактирующие поверхности электродов 3 и втулок 4 выполнены скошенными, обеспечивается плотное сопряжение этих поверхностей. При сборке под действием давления F1 (фиг.5) скошенная поверхность 5 кольцевого электрода 3 прижимается к скошенной поверхности 6 изолирующей втулки 4, и тем самым обеспечивается хорошая герметизация.

Предпочтительно, острый угол наклона торцевой поверхности 5 каждого кольцевого электрода 3 и торцевой поверхности 6 диэлектрической втулки 4 относительно продольной оси корпуса 2 находится в пределах от 20 до 40°.

На фиг.4 показан пример, когда зонд содержит два электрода 3 и две диэлектрические втулки 4, однако, возможны варианты, когда узел содержит четное количество кольцевых электродов и нечетное количество диэлектрических втулок (фиг.5) или наоборот.

Уплотнительный узел содержит средство 8 создания усилия поджатия и фиксации, контактирующее с торцевой поверхностью 9 диэлектрической втулки 4а, размещенной дистально по отношению к диэлектрической втулке 4b, контактирующей с цилиндрическим корпусом 2, и предназначенное для предотвращения осевых перемещений кольцевых электродов 3 и диэлектрических втулок 4 относительно корпуса 2. В качестве средства 8 создания усилия поджатия и фиксации может быть использована гайка, которая обеспечивает закрепление и поджатие кольцевых электродов 3 и диэлектрических втулок 4. Торцевая поверхность гайки контактирует с торцевой поверхностью 9 дистальной диэлектрической втулки 3а.

В углублениях 10 (фиг.4), выполненных в торцевых поверхностях 5 кольцевых электродов 3 размещены уплотнительные средства 11.

Над отверстиями 12, выполненными в цилиндрическом корпусе 2, слой диэлектрического материала (изоляции) отсутствует. Отверстия 12 предназначены для размещения узла 13 электрического соединения электрода.

В описываемом варианте воплощения часть цилиндрического корпуса 2, на которую установлены множество кольцевых электродов 3 и диэлектрические втулки 4, имеет уменьшенный диаметр с образованием кольцевого уступа 14, торцевая поверхность 15 уступа 14 контактирует с торцевой поверхностью 16 диэлектрической втулки 4b, прилегающей к корпусу 2.

На поверхностях электродов 3, контактирующих с изолирующей трубкой 7, выполнены углубления 17, в которых размещены уплотнительные средства 18, в данном случае представляющие собой резиновые кольца.

На поверхности корпуса 1 под концевыми диэлектрическими втулками 4а и 4b выполнены углубления 19, в которых размещены уплотнительные средства 20, которые также выполнены в виде резиновых колец.

Кольцевым электродом 2 является излучающий или измерительный элемент.

Диэлектрические втулки 3 выполнены из полимерного материала PEEK полиэфирэфиркетрона стеклонаполненного с 30% содержанием стекла от общего объема изделия. При изготовлении диэлектрической втулки стекло засыпается в полимерный порошок в виде «пыли», после чего происходит литье под давлением и при высокой температуре.

Уплотнительные кольца 11b 20 перекрывают все возможные зазоры и предохраняют узел зонда от проникновения внешней среды.

Зонд для электрического каротажа содержит уплотнительный узел, описанный выше.

Предложенный вариант осуществления изобретения не является ограничительным.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при электрическом каротаже скважин. Заявлен уплотнительный узел зонда для электрического каротажа, содержащий цилиндрический корпус, множество диэлектрических втулок, установленных на корпусе, множество кольцеобразных электродов, коаксиально размещенных на корпусе между диэлектрическими втулками и контактирующих своими торцевыми поверхностями с торцевыми поверхностями диэлектрических втулок, изолирующее средство, размещенное на цилиндрическом корпусе для электрической изоляции множества кольцеобразных электродов от корпуса. Согласно изобретению каждый из множества кольцеобразных электродов и диэлектрические втулки, контактирующие с кольцеобразными электродами, имеют скошенные торцевые поверхности. Скошенные торцевые поверхности электродов сопрягаются со скошенными торцевыми поверхностями контактирующих с ними диэлектрических втулок. Уплотнительный узел содержит средство создания усилия поджатия и фиксации, контактирующее с торцевой поверхностью диэлектрической втулки, размещенной дистально по отношению к указанной диэлектрической втулке, контактирующей с цилиндрическим корпусом. Технический результат - повышение герметичности электрического оборудования зонда от воздействия внешней среды скважины и, как следствие, повышение данных зондирования. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Уплотнительный узел зонда для электрического каротажа, содержащий цилиндрический корпус, множество диэлектрических втулок, установленных на корпусе, множество кольцеобразных электродов, коаксиально размещенных на корпусе между диэлектрическими втулками и контактирующих своими торцевыми поверхностями с торцевыми поверхностями диэлектрических втулок, изолирующее средство, размещенное на цилиндрическом корпусе для электрической изоляции множества кольцеобразных электродов от корпуса, отличающийся тем, что одна из диэлектрических втулок контактирует торцевой поверхностью с цилиндрическим корпусом, каждый из множества кольцеобразных электродов и диэлектрические втулки, контактирующие с кольцеобразными электродами, имеют скошенные торцевые поверхности, причем скошенные торцевые поверхности электродов сопрягаются со скошенными торцевыми поверхностями контактирующих с ними диэлектрических втулок, при этом уплотнительный узел содержит средство создания усилия поджатия и фиксации, контактирующий с торцевой поверхностью диэлектрической втулки, размещенной дистально по отношению к указанной диэлектрической втулке, контактирующей с цилиндрическим корпусом, и предназначенное для предотвращения осевых перемещений кольцевых электродов и диэлектрических втулок относительно корпуса, уплотнительные средства, размещенные в углублениях, выполненных в торцевых поверхностях кольцевых электродов, при этом над отверстиями, выполненными в цилиндрическом корпусе, слой изоляции отсутствует.

2. Уплотнительный узел по п.1, отличающийся тем, что острый угол наклона торцевой поверхности каждого кольцевого электрода и диэлектрической втулки относительно продольной оси корпуса находится в пределах от 20° до 40°.

3. Уплотнительный узел по п.1, отличающийся тем, что изолирующее средство выполнено в виде трубки из диэлектрического материала.

4. Уплотнительный узел по п.3, отличающийся тем, что в качестве диэлектрического материала использован стеклотекстолит.

5. Уплотнительный узел по п.1, отличающийся тем, что часть цилиндрического корпуса, на которую установлены множество кольцевых электродов и диэлектрические втулки, имеет уменьшенный диаметр с образованием кольцевого уступа, торцевая поверхность которого контактирует с торцевой поверхностью прилегающей к корпусу диэлектрической втулки.

6. Уплотнительный узел по п.1, отличающийся тем, что средство создания усилия поджатия и фиксации выполнено в виде гайки, торцевой поверхностью контактирующей с торцевой поверхностью дистальной диэлектрической втулки.

7. Уплотнительный узел по п.1, отличающийся тем, что содержит уплотнительные средства, размещенные в углублениях, выполненных на поверхности корпуса под концевыми диэлектрическими втулками.

8. Уплотнительный узел по п.1 или 7, отличающийся тем, что уплотнительные средства выполнены в виде резиновых колец.

9. Уплотнительный узел по п.1, отличающийся тем, что кольцевым электродом является излучающий или измерительный элемент.

10. Уплотнительный узел по п.1, отличающийся тем, что диэлектрические втулки выполнены из полимерного материала PEEK полиэфирэфиркетрона стеклонаполненного с 30% содержанием стекла от общего объема изделия, стекло засыпается в порошок в виде «пыли», после чего происходит литье под давлением и при высокой температуре.

11. Зонд для электрического каротажа, отличающийся тем, что содержит уплотнительный узел по пп.1-10.