Компенсатор давления скважинного геофизического прибора Российский патент 2024 года по МПК E21B47/01 

Изобретение относится к скважинным геофизическим приборам, которые используются для исследования нефтяных и газовых скважин, заполненных скважинной жидкостью (буровым раствором или промывочной жидкостью), в частности, к приборам ядерно-магнитного каротажа.

Известен термобаростойкий сухой зонд скважинного снаряда ядерно-магнитного каротажа (Букин И.И., Щевелева Ж.М., Гарипова Г.А., Халилов Р.Р,, Чухвичев В.Д. «Нефт.хоз-во», 1977,№7, с. 36-38. (РЖ»Геология», №12, 1977), в котором для компенсации внешнего давления система измерительный зонд-муфта заливается компаундом (эпоксидная смола и ей подобные). Измерительный зонд становится монолитным, воздействие на датчик(и) внутри зонда отсутствуют.

Недостатком данного устройства является ненадежность такой конструкции зонда. Из-за разницы коэффициента температурного расширения материалов, из которых изготовлены составляющие части зонда: защитный кожух (в основном стеклотекстолит), измерительный датчик (провод из меди, или подобного материала), муфта (дюраль, титан, сталь и т.д.) они расширяются по-разному. Появляются зазоры между составными частями зонда и затвердевшей частью залитого компаунда. Через эти зазоры просачивается скважинная жидкость и происходит «задавливание» зонда, прибор выходит из строя.

Известно устройство компенсации давления в зонде скважинного прибора (патент US №4035718, МПК G01V3/32, опубл. 12.06.1977), содержащее поляризационную и детекторную катушку, изолированную в закрытом кожухе, содержащим специально обработанное водородосодержащее масло, соединенном с подходящей компенсационной системой, реагирующей на давление и температурный режим скважины. Компенсационная система обеспечивается с помощью поршня, двигающегося по внутренней стенке корпуса муфты, закрепленного с одной стороны пружиной и способного к передвижению под действием давления жидкостей с разных его сторон. С одной стороны поршня действует давление внутризондовой жидкости (манометрической жидкости) с другой стороны давление оказывает жидкость, находящаяся в скважине. Поршень выполнен с резиновым кольцом. Пружина одной частью прикреплена к поршню, а другой прикреплена к верхней части внутренней части муфты, по которой поршень передвигается. Обратная сторона поршня (свободная от пружины) соприкасается со скважинной жидкостью, которая поступает через нижние отверстия в корпусе муфты.

Основным недостатком данного устройства является недолговечность конструкции. Скважинная жидкость содержит в себе частицы песка и другие абразивные вещества, которые изнашивают внутренние стенки корпуса муфты, по которой движется поршень. В виду того, что поршень содержит резиновое кольцо, то из-за неровной внутренней поверхности муфты оно изнашивается и начинает пропускать, происходит смешение жидкости рабочей и скважинной. В этом случае происходит «задавливание» прибора, и он выходит из строя. Если длина поршня меньше, чем его диаметр может произойти «опрокидывание» и/или перекашивание и последующее заклинивание поршня, что приводит к потере функции компенсации давления и смешивание рабочей и скважинной жидкостей.

Известно устройство компенсации давления в скважинном геофизическом приборе (Аппаратура ядерно-магнитного каротажа ЯК8-С (tng-universal.ru)), содержащее в своем составе зонд, который в свою очередь содержит измерительный датчик, защитный кожух для предотвращения механического воздействия скважинной жидкости в стволе скважины на измерительный датчик, рабочую жидкость внутри зонда, соединительную муфту, резиновые кольца, резиновый сильфон (чулок), заглушку с пробкой для заливания жидкости и стравливания воздуха. Компенсация внешнего давления скважинной жидкости на кожух зонда происходит за счет свойства несжимаемости жидкости внутри системы кожух- резиновый сильфон -заглушка. Расширение жидкости внутри зонда из-за повышения температуры в скважине компенсируется давлением, создаваемым скважинной жидкостью в стволе скважины.

Недостатком такого устройства является ненадежность резинового сильфона при перемещении скважинного прибора. Есть риск прокола резинового сильфона острыми механическими предметами и, как следствие, перемешивание рабочей жидкости в зонде и жидкости в стволе скважины. В таком случае требуется замена всей жидкости в зонде на новую. В подавляющем большинстве скважинных приборов, в частности в приборе ядерно-магнитного каротажа применяется непроводящая манометрическая безводородная жидкость, которая имеет высокую стоимость, которая составляет 10-ю часть от стоимости целого прибора.

Наиболее близким по технической сущности является компенсатор гидравлического давления скважинного прибора (патент SU № 1362816, МПК E21B 47/00, опубл. 30.12.1987 в бюл. № 48), содержащий кожух, заполненный жидкостью, с размещенным в нем разделительным элементом. С целью повышения надежности эксплуатации, разделительный элемент выполнен в виде полого стержня, установленного вдоль оси компенсатора, и цилиндрической эластичной гибкой оболочки, охватывающей стержень, один торец которой закреплен на внутренней поверхности корпуса, другой – на стержне, а полость оболочки предназначена для сообщения со скважиной.

Основным недостатком данного изобретения является его ненадежность, связанная с износом цилиндрической эластичной гибкой оболочки, вызванный присутствием в буровом растворе абразивных частиц, которые повреждают оболочку. Как следствие, жидкость из скважины попадает в полость рабочей жидкости и смешивается с ней, вызывая выход из строя частей, находящихся в этой полости. При этом, рабочая жидкость, перемешиваясь с жидкостью из скважины, теряет свое назначение и свойства. Также, сложным является техническое обслуживание данного устройства, особенно «вымывание» остатков бурового раствора из полости, соприкасающейся с ним.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности компенсатора давления скважинного геофизического прибора, обеспечивающего предотвращение смешивание жидкости внутри кожуха со скважинной жидкостью. А также упрощение обслуживания, увеличение межремонтного срока службы устройства.

Технический результат достигается компенсатором давления скважинного геофизического прибора, включающим кожух, заполненный жидкостью.

Новым является то, что кожух последовательно жестко соединен с муфтой и сильфоном, заполненными жидкостью другой плотности, при этом муфта со стороны кожуха оснащена внутренним кольцевым выступом, а со стороны сильфона – гайкой, во внутренней полости муфты установлен поршень с пробкой, разделяющий жидкости из кожуха и сильфона, при этом поршень выполнен с возможностью скольжения по внутренней полости муфты, сильфон выполнен заглушенным с пробкой.

На фигуре изображена схема компенсатора давления скважинного геофизического прибора, где кожух – 1, жидкость в кожухе – 2, муфта – 3, внутренний кольцевой выступ – 4, поршень – 5, жидкость в сильфоне – 6, гайка – 7, сильфон – 8, заглушка с пробкой – 9.

Сущность изобретения.

Компенсатор давления скважинного геофизического прибора содержит кожух 1, заполненный жидкостью 2. В качестве жидкости 2 применяют безводородную непроводящую жидкость.

Кожух 1 последовательно жестко соединен с муфтой 3 и сильфоном 8, заполненными жидкостью 6 другой плотности. В качестве жидкости 6 применяют любую жидкость, отличающуюся от жидкости 2. Например, водородосодержащая жидкость, или жидкость с магнитными примесями, или проводящая жидкость.

При этом муфта 3 со стороны кожуха 1 оснащена внутренним кольцевым выступом 4, а со стороны сильфона 8 – гайкой 7. Кольцевой выступ 4 и гайка 7 ограничивают движение поршня 5.

Во внутренней полости муфты 3 установлен поршень 5 с пробкой (на фиг. не обозначена), разделяющий жидкости из кожуха 1 и сильфона 8. Жидкость 2 не связана (не соприкасается) с сильфоном 8, что увеличивает надежность компенсатора даже в случае порыва сильфона 8. Компенсация давления все равно будет происходить, а перемешивание жидкостей 2, 6 и скважинной жидкости не произойдет.

При этом поршень 5 выполнен с возможностью скольжения по внутренней полости муфты 3.

Сильфон 8 выполнен заглушенным с пробкой 9. Заглушка с пробкой 9 обеспечивают заливание жидкостей и стравливание воздуха.

Устройство работает следующим образом.

Изначально сильфон 8 находится в сжатом состоянии. В результате нагрева жидкости 2, она расширяется, увеличивая свой объем и двигает поршень 5 в сторону гайки 9. Сильфон 8 расширяется, позволяя жидкости 6 в нем оставаться в том же объеме. При этом на внешнюю поверхность сильфона 8 оказывает воздействие скважинная жидкость, происходит давление на жидкость 6, которая в свою очередь воздействует на поршень 5, а тот на жидкость 2.

Поршень 5 двигается до тех пор, пока давление расширяющейся жидкости 2 и давление жидкости 6, которое возникает в следствие давления скважинной жидкости не сравняются. При выравнивании давления в кожухе 1 и сильфоне 8 происходит компенсация, движение поршня 5 прекращается.

При плотности скважинной жидкости такой, что давление в сильфоне 8 больше, чем давление в кожухе 1 сильфон 8 сжимается, жидкость 6 давит на поршень 5. Поршень 5 двигается в сторону кожуха 1. При выравнивании давления в кожухе 1 и сильфоне 8 происходит компенсация, движение поршня прекращается.

В кожухе 1 возможно размещение датчиков и комплектующих, необходимых для функционирования скважинного прибора, в котором применяется компенсатор давления. Для приборов ядерно-магнитного каротажа в качестве датчика может использоваться приемно-передающие катушки, датчики для калибровки сигнала, радиоэлектронные компоненты и механизмы.

Предлагаемая конструкция компенсатора давления скважинного геофизического прибора является надежной, обеспечивающей предотвращение смешивание жидкости внутри кожуха со скважинной жидкостью, а также упрощает обслуживание, увеличивает межремонтный срок службы устройства.

Изобретение относится к скважинным геофизическим приборам. Компенсатор давления скважинного геофизического прибора включает кожух, заполненный жидкостью. Кожух последовательно жестко соединен с муфтой и сильфоном, заполненными жидкостью другой плотности. Муфта со стороны кожуха оснащена внутренним кольцевым выступом, а со стороны сильфона – гайкой. Во внутренней полости муфты установлен поршень с пробкой, разделяющий жидкости из кожуха и сильфона. Поршень выполнен с возможностью скольжения по внутренней полости муфты. Сильфон выполнен заглушенным с пробкой. Предлагаемая конструкция является надежной, обеспечивающей предотвращение смешивания жидкости внутри кожуха со скважинной жидкостью, а также упрощает обслуживание, увеличивает межремонтный срок службы устройства. 1 ил.

Компенсатор давления скважинного геофизического прибора, включающий кожух, заполненный жидкостью, отличающийся тем, что кожух последовательно жестко соединен с муфтой и сильфоном, заполненными жидкостью другой плотности, при этом муфта со стороны кожуха оснащена внутренним кольцевым выступом, а со стороны сильфона – гайкой, во внутренней полости муфты установлен поршень с пробкой, разделяющий жидкости из кожуха и сильфона, при этом поршень выполнен с возможностью скольжения по внутренней полости муфты, сильфон выполнен заглушенным с пробкой.