Устройство для доставки меченой жидкости в скважину Российский патент 2023 года по МПК E21B47/00 G01V5/04 

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин (ГИС) и может быть использовано при определении технического состояния скважин и путей распространения составов методом радиоактивного каротажа с использованием меченых веществ (в том числе радоновой жидкости).

Индикаторный метод по радону (ИМР) входит в семейство методов радиоактивных индикаторов (активаторов) или методов меченого вещества. Они основаны на общем физическом принципе, обусловливающем высокую петрофизическую информативность. Все эти методы используют гидродинамическое воздействие на пласт и основаны на изучении радиального распределения индикаторного флюида (активатора) в прискважинной зоне.

ИМР предназначен для решения задач:

- выделение коллекторов,

- оценка целостности обсадных колонн и выявление зон заколонных перетоков (циркуляции) (ЗКЦ),

- оценка эффективности воздействия на пласт,

- количественное определение фильтрационно-емкостных свойств пород - динамической пористости и проницаемости,

- определение характера раскрытости трещин (для низкопористых коллекторов, проницаемость которых определяется трещинами),

- оценка остаточной нефтенасыщенности выработанных пластов.

Радон обладает высокой растворимостью как в нефти, так и в воде (коэффициент растворимости радона в нефти в 40 раз выше, чем в воде).

Радон или эманация радона – это одноатомный инертный газ (Rn222) с периодом полураспада Т=3,823 суток. Генерируется радон природными изотопами и искусственными препаратами, содержащими Ra-226. Радон растворим в воде и других жидкостях (спирте, керосине, нефти и др.). Для обеспечения работ ИМР применяют твердофазные генераторы радона, которые широко используются в медицинских (бальнеологических) учреждениях для приготовления радоновых ванн (радонотерапиия, санаторий «Радон» г. Ульяновск). Растворенный радон (как меченый атом) не адсорбируется на буровом и каротажном оборудовании, на глинистой корке и скелете горных пород.

В зарубежной и отечественной практике известны также способы радиоактивного каротажа с использованием меченых веществ, обладающих различными аномальными ядерно-физическими свойствами относительно окружающей среды и наличие которых надежно выделяется методами радиоактивного каротажа. (В качестве меченого вещества могут быть использованы как радиоактивные изотопы - метод радиоактивных изотопов, так и изотопы, обладающие аномально-высоким сечением захвата тепловых нейтронов - нейтронный метод меченого вещества).

Меченое вещество может быть введено в скважину в виде водного раствора солей изотопа, суспензии, на твердом носителе (песке, пластмассовых гранулах, ионо-обменных смолах) путем продавливания растворов и смесей, приготовленных на поверхности в специальных емкостях с помощью насосов цементировочных агрегатов; введения в поток воды, закачиваемой в скважину; использования глубинных инжекторов, в виде дистанционной поршневой системы или порохового заряда.

В России для определения высоты подъема тампонажных материалов за обсадной колонной, технического состояния и направления движения жидкости в заколонном пространстве скважин известен индикаторный метод по радону (ИМР), предложенный сотрудниками института "ВолгоградНИПИнефть", заключающийся в записи фоновой кривой распределения интенсивности естественного радиоактивного излучения пород в скважине (в функции глубины); приготовлении радонового индикатора на земной поверхности; обогащении им нелетучих жидкостей (воды, нефти, бурового и цементного раствора и т.п.); закачивании обогащенных радоном жидкостей в скважину; записи кривой распределения интенсивности радиоактивного излучения в скважине (в функции глубины) после закачивания обогащенных радоном жидкостей; анализе кривых распределения интенсивности радиоактивного излучения в скважине и выделении аномальных зон, по которым судят об определяемых параметрах.

Известно устройство для доставки меченой жидкости в скважину, содержащее колонну с гильзой со сквозными радиальными отверстиями, размещенную снаружи колонны, полый контейнер, образованный наружной поверхностью колонны и гильзой и выполнен с верхним и нижним поршнями, зафиксированными с помошью срезных элементов на колонне и разделяющими полость контейнера на надпоршневую, межпоршневую и подпоршневую камеры, при этом надпоршневая камера заполнена воздухом, раствор меченой жидкости помещен в межпоршневой камере, а узел разгерметизации контейнера помещен в подпоршневой камере и выполнен в виде порохового заряда с элементами электрического воспламенения (патент RU № 2057926, опубл. 10.04.1996).

Недостатками устройства являются:

- повышенная опасность работ при использовании порохового заряда, необходимость привлечения специально обученного персонала, спецтранспорта для доставки, складов для хранения, выполнение работ только в светлое время суток;

- нет возможности провести исследования между устройствами в любой точке скважины так как устройство устанавливатся непосредственно в составе обсадной колонны в определенных местах (интервалах) с определенными промежутками, то есть «точечно»;

- сложность конструкции, заключающаяся в необходимости спуска индуктора на кабеле, необходимости спуска скважинного термометра для фиксации срабатывания, при установке уплотнительных колец по наружным и внутренним поверхностям деталей требуется очень большая точность при изготовлении (шероховатость поверхностей, соосность и др.);

- использование через 1-2 года эксплуатации обсадной колонны.

Известно устройство для доставки меченой жидкости в скважину, содержащее камеру с меченой жидкостью, в верхней части устройства помещен электродвигатель, вращающий червячную пару, на конце которой прикреплен поршень (см. Соколовский Э.В., Зайцев В.М. Применение изотопов на нефтяных промыслах. - М.: Недра, 1971, с. 48, 49). Индикаторная жидкость помещена в камере. После спуска устройства (инжектора) на заданную глубину по каротажному кабелю подается питание и электродвигатель начинает вращаться, передавая поршню поступательное движение. Индикаторная жидкость постоянно вытесняется из камеры через насадку в ствол скважины, перемешиваясь с нагнетаемой в пласт жидкостью.

Недостатками устройства являются:

- наличие электродвигателя и червячной пары;

- требуется постоянное техническое обслуживание.

Наиболее близким является устройство для доставки меченой жидкости в скважину, содержащее капсулу с меченой жидкостью, узел инициации, геофизический кабель с кабельным наконечником (патент RU № 2359119, опубл. 20.06.2009). Капсула представляет собой эластичную герметичную форму, размещенную в контейнере, выполненном в виде цилиндрического корпуса с перфорированной боковой поверхностью. В контейнере размещены и соединены между собой электромагнитный насос и эластичная герметичная капсула, кабельная муфта, соединенная электрическим каротажным кабелем посредством кабельного наконечника с блоком управления электромагнитным насосом. 

Недостатками устройства являются:

- сложность конструкции связанная с наличием электромагнитного насоса сложной конструкции, у которого возможен выход из строя из-за попадания песка или других твердых частиц, наличием наземного блока управления;

- одноразовость использования из-за наличия капсулы из эластичного материала (резины), возможны проколы, порезы и др.;

- время вытеснения жидкости около 3-х минут.

Техническим результатом предложения является упрощение конструкции, повышение эффективности исследования скважины при снижении биологической опасности и сохранения экологической чистоты. Также устройство позволяет расширить арсенал средств доставки меченой жидкости в скважину.

Технический результат достигается устройством для доставки меченой жидкости в скважину, содержащим капсулу с меченой жидкостью, узел инициации, геофизический кабель с кабельным наконечником.

Новым является то, что дополнительно установлен переходник, соединенный с капсулой и хвостовиком, в средней части которого выполнены пазы для выхода меченой жидкости, в переходнике установлен сбивной клапан на срезных винтах, капсула выполнена в виде цилиндрического корпуса, в верхней части капсулы размещен поршень, в качестве узла инициации установлен твердотопливный генератор, соединенный через наконечник и контакт с головкой.

Также новым является то, что в транспортном положении и на хранение дополнительно установлены заглушки сверху капсулы и снизу узла инициации.

На фиг. 1 изображено устройство для доставки меченой жидкости в скважину.

Устройство для доставки меченой жидкости в скважину, например радоновой жидкости, в обозначенный интервал исследований для дальнейшей оценки технического состояния эксплуатационной колонны и определения заколонных перетоков содержит капсулу с меченой жидкостью 1 (фиг. 1), выполненную в виде цилиндрического корпуса 2, например трубы, узел инициации, геофизический кабель с кабельным наконечником (на фигуре не показан).

В устройстве дополнительно установлен переходник 3, соединенный с капсулой 1 и хвостовиком 4, в средней части которого выполнены пазы для выхода меченой жидкости. В переходнике 3 установлен сбивной клапан 5 на срезных винтах. В верхней части капсулы размещен поршень 6. В качестве узла инициации установлен твердотопливный генератор 7, соединенный через наконечник 8 и контакт 9 с головкой 10.

Узел инициации состоит из твердотопливного генератора 7, соединенного через наконечник 8 и контакт 9 с головкой 10, и размещен в цилиндрическом корпусе 11. Контакт 9 вкручивается в наконечник 8, наконечник за счет остроугольных выступов и клея плотно соединяется с генератором 7. Твердотопливный термогазогенератор, например ТТГ ПШ ТУ 3666-003-12963502-2016 (производства ООО «ПерфоТерм» г. Казань). Генератор относится к устройствам однократного использования, исполнительным элементом которого является сгораемый материал (не является взрывчатым материалом), способный к генерации при горении в скважинных условиях, а также к выделению определенного количества тепла и газообразных продуктов.

Верхняя часть узла инициации выполнена под кабельный наконечник НК-36.

Капсула, заправляемая меченой жидкостью, выполнена из трубы из нержавеющей стали. Длина капсулы зависит от необходимого объема закачки меченой жидкости, выполняют, например длиной 1374 мм, диаметр 42 мм, толщина стенки 6 мм. В верхней части капсулы над меченой жидкостью размещен поршень 6.

Ниже капсулы установлен переходник 3, соединенный с капсулой 1 и хвостовиком 4. В переходнике 3 установлен сбивной клапан 5 на срезных винтах. Сбивной клапан цилиндрической формы изготовлен из углеродистой стали, обеспечивает разобщение полости капсулы с меченой жидкостью и переходника. Выполнены 8 сквозных отверстий с метрической резьбой М3 для установки срезных винтов (2 винта на одну операцию (спуск в скважину), на следующий спуск устанавливаются еще 2 винта). Клапан можно использовать 4 раза. Выполнена внутренняя метрическая резьба М16х1,5 для соединения со специальном ключом для установки клапана в переходник. Переходник цилиндрической формы выполнен из углеродистой стали. Соединяется с капсулой и хвостовиком при помощи метрических резьб. В средней части выполнены 4 паза овальной формы для выхода меченой (радоновой) жидкости. Хвостовик выполнен конусообразной формы (угол 60 градусов для лучшего прохождения в скважинном пространстве) соединяется с переходником при помощи резьбы. Выполнен из углеродистой стали. На цилиндрической части имеются 4 глухих отверстия диаметром 6 мм для закручивания при помощи специального ключа для круглых шлицевых гаек по ГОСТ 16984-79.

Поршень цилиндрической формы с канавками для уплотнительных колец изготовлен из дюралюминия. В верхней части выполнен цилиндрический грибовидный выступ для захвата при установке его в капсулу.

Заглушки цилиндрической формы с резьбой и канавками для уплотнительных колец изготовлены из капролона. Предназначены для обеспечения герметичности узла инициации и капсулы во время хранения и транспортирования. На цилиндрической поверхности имеются лыски для гаечного ключа.

Устройство позволяет многоразовое использование, обеспечивает сокращение времени вытеснения жидкости, повышает надежность при использовании устройства, исключает биологическую опасность.

Радоновую жидкость наливают во внутреннюю полость капсулы заправляемой, сверху устанавливают поршень и заглушку (на чертеже не показана) на время хранения и транспортирования.

На нижнюю часть узла инициации также устанавливают заглушку (на чертеже не показана) на время хранения и транспортирования.

Уплотнение всех узлов осуществляют при помощи резиновых колец 12.

Верхняя часть узла инициации - головка 10.

Сборку устройства осуществляют в следующей последовательности:

Наконечник вклеивают в генератор.

В наконечник вкручивают контакт.

Припаивают провод от контакта до разъема в головке.

Затем это все вкручивают в головку.

На головку накручивают переходник.

Узел инициации готов. На время хранения и транспортировки устанавливают заглушку.

С одной стороны капсулы закручивают переходник.

В него при помощи спецключа устанавливают сбивной клапан.

В сбивной клапан вкручивают винты М3 – 2 шт.

Снизу переходника закручивают хвостовик.

После заливки жидкости в капсулу сверху вручную устанавливают поршень.

На время хранения и транспортирования устанавливают заглушку.

Капсула собрана.

Затем скручивают капсулу и узел инициации.

Подготовку устройства к работе выполняют:

1) открутить заглушку с узла инициации;

2) надежно закрепить капсулу заправляемую в вертикальном положении в тисках или ином приспособлении под вытяжным зонтом;

3) включить вытяжной зонт;

3) открутить заглушку с капсулы заправляемой;

4) скрутить узел инициации и капсулу заправляемую;

5) устройство готово к работе.

Устройство спускают в исследуемый интервал на одножильном геофизическом кабеле. При подаче кратковременного импульса (1 с) электрического тока напряжением 220 В начинается горение твердотопливного генератора.

Газы, образующиеся при горении, продавливают поршень через радоновую жидкость. Винты, удерживающие сбивной клапан, срезаются и радоновая жидкость вытекает через пазы в переходнике в скважинное пространство. После этого устройство поднимают на кабеле на поверхность.

Изобретение позволяет упростить конструкцию, повысить эффективность исследования скважины при снижении биологической опасности и сохранения экологической чистоты. Также устройство позволяет расширить арсенал средств доставки меченой жидкости в скважину.

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин и может быть использовано при определении технического состояния скважин и путей распространения составов методом радиоактивного каротажа с использованием меченых веществ. Устройство содержит капсулу с меченой жидкостью, узел инициации, геофизический кабель с кабельным наконечником. Капсула выполнена в виде цилиндрического корпуса, в верхней части которого размещен поршень. Узел инициации выполнен с возможностью соединения с кабельным наконечником и включает твердотопливный генератор, соединенный через наконечник и контакт с головкой кабельного наконечника и размещенный в цилиндрическом корпусе, установленном над поршнем. В нижней части капсула соединена с переходником, который с другого конца соединен с хвостовиком. В переходнике установлен клапан на срезных винтах, в средней части переходника выполнены пазы для выхода меченой жидкости. Упрощается конструкция, повышается эффективность исследования скважины при снижении биологической опасности и сохранении экологической чистоты. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для доставки меченой жидкости в скважину, содержащее капсулу с меченой жидкостью, узел инициации, геофизический кабель с кабельным наконечником, отличающееся тем, что капсула выполнена в виде цилиндрического корпуса, в верхней части которого размещен поршень, узел инициации выполнен с возможностью соединения с кабельным наконечником и включает твердотопливный генератор, соединенный через наконечник и контакт с головкой кабельного наконечника и размещенный в цилиндрическом корпусе, установленном над поршнем, в нижней части капсула соединена с переходником, который с другого конца соединен с хвостовиком, в переходнике установлен клапан на срезных винтах, в средней части переходника выполнены пазы для выхода меченой жидкости.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в транспортном положении и на хранении дополнительно установлены заглушки сверху капсулы и снизу узла инициации.