Устройство для измерения давления среды в затрубном пространстве скважины Советский патент 1990 года по МПК E21B47/06 

мещен измерительный преобразователь 1, а в колонну нагеофизическом кабеле 4 опущен регистрирующий прибор (РП) 3 для регистрации внутри КТ 2 гаьша-излучения. Внутри корпуса 5 преобразователя 1 размещен подвижный в осевом направлении шток 6 и преобразователь давления, выполненный в виде поршня 7 и спиральной пружины 8 о На противоположных концах штока 6 установлены источни- ки (и) 11 и 12 гамма-излучения, причем при нормальном давлении И 11 устновлен против максимальной толщины стенки закрепленного внутри корпуса симметричного относительно плоскости поперечного сечения поглощающего экрана (ПЭ) 10, а И 12 - против минимальной толщины стенки ПЭ 10. Под

воздействием жидкости в затрубном пространстве скважины перемещается щток 6 с закрепленными на нем И 11 и . 12, Изменение положения И 11 и 12 относительно ПЭ 10 вызывает изменение интенсивностсй гамма-излучения проходящего через ПЭ 10 внутрь КТ 2. . Интенсивность рассеянного гамма-излучения источников 11 и 12 регистрируют РП 3 и определяют отношение зарегистрированных интенсивностейо Последнее является однозначной функцией взаимного положения И 11, 12 и ПЭ 10, которое обусловлено только величиной давления на поршень 7 среды в затрубном пространстве и не зависит от РП 3 и его положения в КТ 2 сост ава и плотности заполняющей ее жидкости и идентичности И гамма-излучений. 3 ил.

Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям скважин и предназначено для изучения физических процессов в затрубном пространстве. Цель - повышение точности измерений параметров среды в затрубном пространстве скважин. На внешней стороне колонны труб (КТ) 2 размещен измерительный преобразователь 1, а в колонну на геофизическом кабеле 4 опущен регистрирующий прибор (РП) 3 для регистрации внутри КТ 2 гамма-излучения. Внутри корпуса 5 преобразователя 1 размещен подвижный в осевом направлении шток 6 и преобразователь давления, выполненный в виде поршня 7 и спиральной пружины 8. На противоположных концах штока 6 установлены источники (И) 11 и 12 гамма-излучения, причем при нормальном давлении И 11 установлен против максимальной толщины стенки закрепленного внутри корпуса 5 симметричного относительно плоскости поперечного сечения поглощающего экрана (ПЭ) 10, а И 12 - против минимальной толщины стенки ПЭ 10. Под воздействием жидкости в затрубном пространстве скважины перемещается шток 6 с закрепленными на нем И 11 и 12. Изменение положения И 11 и 12 относительно ПЭ 10 вызывает изменение интенсивностей гамма-излучения, проходящего через ПЭ 10 внутрь КТ 2. Интенсивность рассеянного гамма-излучения источников 11 и 12 регистрируют РП 3 и определяют отношение зарегистрированнх интенсивностей. Последнее является однозначной функцией взаимного положения И 11, 12 и ПЭ 10, которое обусловлено только величиной давления на поршень 7 среды в затрубном пространстве и не зависит от РП 3 и его положения в КТ 2, состава и плотности заполняющей ее жидкости и идентичности И гамма-излучений. 3 ил.

Изобретение относится к промыс- ово-геофизическим исследованиям скважин и может применяться для изучения физических процессов в затрубном пространстве скважины: ха- зо рактера изменения давления в течение длительного времени, формирования цементного камня, контроля фактического состояния креапения скважин.

Цель изобретения - повышение точ- ности измерений параметров среды в затрубном пространстве скважин.

На фиг о 1 представлено устройство, обгщй. вид; на фиг.2 - калибровочная характеристика измерительного преоб- 40 разователя с источниками гамма-излучения в виде радиоактивного изотопа цезия ; на фиг.З - диаграммы интенсивности рассеянного гамма-излучения измерительных датчиков. дз

Устройство содержит измерительный преобразователь 1, размещенный на внешней стороне колонны 2 труб, и прибор 3, опущенный в колонну на геофизическом кабеле 4, обеспечи- Q вающи регистрацию внутри колонны гамма-излучения измерительного преобразователя. Измерительный преобразо-- ватель 1 содержит корпус 5, внутри которого размещен подвижный в осевом, напрявлении шток 6 и преобразователь давления среды в затрубном пространстве скважины в осевое перемещение штока 6, выполненный в В1ще порш55

з

Q

5

ня 7 и спиральной пружины 8, обеспечивающей возвратное движение поршня 7.

Нижний конец штока 6 жестко закреплен на поршне 7, а силовая пружина 8 установлена между упором 9 на внутренней поверхности корпуса 5 и поршня 7 о Внутри корпуса 5 измерительного преобразователя размещен поглощающий гамма-излучение зкран 10, выполненный симметричным относительно плоскости поперечного сечения с плавно изменяющейся минимальной и максимальной толщиной стенок на противоположных концах, перекрьшающий поток электромагнитного излучения в скважину от двух источников 11 и 12 гамма- излучения, установленных на противоположных концах штока 6, причем при нормальном (атмосферном) давлении источник 11 установлен против максимальной толщины стенки экрана 10, а источник 12 - против минимальной толщины стенки экрана 10. Колонна 2 труб, а также пространство между колонной 2 труб и стенками скважины 13 заполнено жидкостью 14, давление которой в затрубном пространстве необходимо измерить о

Устройство работает следующим

образом.

При спуске в скважину колонны 2 труб на ее наружной поверхности в заранее рассчитанной точке устанавливают измерительный преобразователь

1, преобразующий механическое воздействие жидкости 14 в затрубном пространстве скважины в изменение поля электромапштного излучения, ин- тенсивность которого пропорциональна давлению среды. Колонну 2 труб опускают в скважину, и измерительный преобразователь 1 оказьтается при этом установленным в заданном для исследования интервале затрубного пространства. Измерительный преобразователь 1 является частью устройства для измерения давления, которое также включает скважинный прибор 3, регистрирующий возбуждаемое поле гам-, ма-изл чения и представляюищй собой стандартный, серийно вьтускаемый прибор РК (типа ДРСТЗ-90, СГДТ-3, РКС-3 и др.)о Прибор 3 опускают в скважину до .момента регистрации им аномалии гамма-излучения измерительного преобразователя 1 , величина ко- торой будет определяться положением штока 6 с источниками 11 и 12 гамма- излучения относительно поглощающего излучение экрана 10, Жидкость 14 в .затрубном пространстве скважины, на:- ходящаяся в точке закрепления измерительного преобразователя 1 устройства под определенным давлением (статическим или гидродинамическим в зависимости от проходящих в затрубном пространстве процессов), оказывает воздействие на поршень 7 измерительного преобразователя и перемещает его вместе с жестко закрепленньм к нему штоком 6 в положение, определяемое равновесием сил, действующих на поршень 7 со стороны жидкости 14 и сжатой пружины 8 Перемещение штока 6 вызывает перемещение закрепленных на нем источников 11 и 12 гамма-излучения и изменение их положения относительно поглощающего экрана 10. Так как источники 11 и 12 перемещаются в зоне переменной толщины стенки экрана 10, то изменение их положения относительно экрана вызывает изменение ин10

20

12 вызывает понижение интенсивнос рассеянного гамма-излучения, так как он при этом перемещается в ст рону увеличения толщины стенки пог щающего экрана 10 и большая часть лучения источника 12 поглотится эк раном Устанавливая прибор 3 проти одного, а затем другого источника гамма-излучения, что может быть о ществлено либо поточечно, по макси мумам интенсивности гамма-излучени либо в режиме непрерывной протяжки прибора, регистрируют интенсивност

15 рассеянного гамма-излучения источн ков 11 и 12 и. определяют отношени зарегистрированных интенсивностей, являющееся однозначной функцией вз имного положения источников 11, 12 и экрана 10, которое, в свою очередь обусловлено только величиной давления на поршень 7 среды в затр ном пространстве и не зависит от регистрирующего прибора и его поло жения в колонне, состава и плотнос заполняющей ее жидкости, идентично источников гамма-излучения., З слови постоянства отношения интенсивност регистрируемого гамма-излучения пр

30 неизменном положении источников 11 и 12 относительно экрана 10 являет однотипность применяемых источнико т„е, их одинаковые спектральные ха рактеристики и величина периода пол

35 распада,, При этом не обязательно,

чтобы начальная активность применя . мых источников была абсолютно одина кова, однако при значительной разниц в начальной активности источников

40 ухудшаются условия обеспечения искл чения взаимного влияния источников на интенсивность регистрируемого от каждого из них излучения. Функциона ная зависимость между oтнoшeния ш и

45 тенсивностей регистрируемого излуче ния и измеряемой величиной давления приводятся в калибровочной характер тике каждого измерительного преобра

25

зователя, и она определяется типом тенсивностей гамма-излучения, проходя- 50 применяемых источников излучения.

щего через экран 10 внутрь колонны 2 труб о

Изменение положения источ} ика 1 1 вызывает повьш1ение интенсивности рассеянного гамма-излучения источника, что обусловлено его перемещением в сторону уменьшения тoлtltIiны стенок экрана 10. поглощающего излучение, изменение положения источника

материалом поглощающего излучение экрана и диапазоном изменения то.тщи ны экрана.

Пример калибровочной характерис 55 тики измерительного преобразователя в котором использованы источники гамма-излучения в виде радиоактивно го изотопа цезия Cs с энергией ф тонов ЕOJ 0,6616 МэВ и свинцовьш

0

0

12 вызывает понижение интенсивности рассеянного гамма-излучения, так как он при этом перемещается в сторону увеличения толщины стенки поглощающего экрана 10 и большая часть из- лучения источника 12 поглотится экраном Устанавливая прибор 3 против одного, а затем другого источника гамма-излучения, что может быть осуществлено либо поточечно, по максимумам интенсивности гамма-излучения, либо в режиме непрерывной протяжки прибора, регистрируют интенсивность

5 рассеянного гамма-излучения источников 11 и 12 и. определяют отношение зарегистрированных интенсивностей, являющееся однозначной функцией взаимного положения источников 11, 12 и экрана 10, которое, в свою очередь обусловлено только величиной давления на поршень 7 среды в затрубном пространстве и не зависит от регистрирующего прибора и его положения в колонне, состава и плотности заполняющей ее жидкости, идентичности источников гамма-излучения., З словием постоянства отношения интенсивностей регистрируемого гамма-излучения при

0 неизменном положении источников 11 и 12 относительно экрана 10 является однотипность применяемых источников, т„е, их одинаковые спектральные характеристики и величина периода полу5 распада,, При этом не обязательно,

чтобы начальная активность применяе- . мых источников была абсолютно одинакова, однако при значительной разнице в начальной активности источников

0 ухудшаются условия обеспечения исключения взаимного влияния источников на интенсивность регистрируемого от каждого из них излучения. Функциональная зависимость между oтнoшeния ш ин5 тенсивностей регистрируемого излучения и измеряемой величиной давления приводятся в калибровочной характеристике каждого измерительного преобра5

материалом поглощающего излучение экрана и диапазоном изменения то.тщи- ны экрана.

Пример калибровочной характерис- тики измерительного преобразователя, в котором использованы источники гамма-излучения в виде радиоактивного изотопа цезия Cs с энергией фотонов ЕOJ 0,6616 МэВ и свинцовьш

поглощаю1цин экран с плавно изменяющейся толпц-шой ст-енки на противоположных в осевом направлении, концах от 1 мм до 2А мм, приведен на , На фиг.З приведены зарегистрированные на скважине диаграммы интенсивности рассеянного гамма-излучения измерительных преобразователей, имею1 1их описанные вътше конструктивные параметры и калибровочную характеристику, приведенную на фиг„2,

Два источника Cs активностью 0,05 мг экворадия установлены на штоке измерительного датчика на расстоянии 0,5 м друг от друга, при котором практически отсутствует взаимовлияние источников на регистрируемую интенсивность гамма-излучения при использовании скважинных приборов с узконаправленной коллимацией, например, прибора СГДТ-Зо

Датчики закреплены к обсадной колонне, в скважину на глубину 417 и 610 м и при помощи них измерено статическое давление среды в затрубном пространстве скважины, представляющей собой промывочную -жидкость плотностью р 1210 которое соответственно составляло 5,0 и 7,3 МПа. Действующее на данных глубинах давление среды в затрубном пространстве составляло 5,05 и 7,38 МПа, т.е. погрешность измерения давления среды не превьшала 1:0,1 МПа В случае применения серийных приборов типа ДРСТ-3, СГДТ-3 и других для измерения внутри колонны поля рассеянного гамма-излучения измерительных датчиков в них могут быть прменены источники гамма-излучения активностью не более 0,05-0,1 мг.экв„рдия, применение которых не требует согласования и специальных мер защит для обеспечения безопасности работы с ними и которые способны создать достоверно регистрируемую аномалию (100-200 уровней фона) гамма-активности в скважине

Применение двух однотипных источников гамма-излучения, размещенных на общем штоке и перемещающихся вдол поглощающего экрана переменной толщины, позволяет регистрировать внутри колонны против источников две аномалии интенсивности рассеянного гаммаизлучения, отнощение которых друг к другу не зависит от положения регистрирующего прибора внутри колонны

5

0

5

0

труб и типа его радиационного преобразователя, состава и плотности жидкости, заполняющей скважину, диаметра и толщины стенки колонны, поскольку все эти факторы, одинаково действуя на величину абсолютной интенсивности регистрируемого гамма-излучения первого и второго источников, не изменяют их отнощения,

Отнощение интенсивностей регистрируемого излучения двух однотипных источников зависит от энергии излучаемых или гамма-квантов, а также материала и диапазона изменений толщины стенок поглощающего экрана. При условии достоверной идентифика-- ции 25%-ной разницы в интенсивностях регистрируемого излучения, что практически легко достигается, и при использовании свинцового поглощающего экрана и источников гамма-излучения Cs с энергией 0,661 МэВ, достаточно применение экрана с изменением ТОЛ11ЩНЫ стенок на 20 мм, чтобы обеспечить предлагаемым устройством измерение давления с погрешностью не более ±0,1 МПа. При использовании источников гамма-излучения энергией гамма-квантов 0,134 МэВ для достижения такой же точности измерений достаточно применение поглощающего свинцового экрана с изменением толищны стенки на 7 ммо

35

Формула изобр

е т е н и я

5

0

5

Устройство для измерения давления среды в затрубном пространстве скважины, включающее измерительный преобразователь, выполненный в виде корпуса с установленными в нем поглощающим экраном, Щтоком с размещенным на его конце источником гамма-излучения и преобразователем давления, щток установлен с возможностью осевого перемещения относительно поглощающего экрана и связан с преобразователем давления, отличающ е-, е с я тем, что, с целью повьшения точности измерения, оно снабжено дополнительным источником гамма-излучения , установленным на противоположном конце щтока, а поглощающий экран выполнен симметричным относительно шюскости поперечного сечения, с ми-i нимальной и максимальной толщиной стенок на противоположных концах, причем один из источников гамма-излучения установлен напротив максимальной толщины стенки поглощающего

Диаграмма интенсивность рассеянного гсмма излд1/ения,имп1мцн

Регистрирующий прибор СГДТ-з 1QOQO 20000 30000

,2

экрана, а другой - напротив минимальной

Регистрирующий лридор РКС-3 25000 50000 75000

1 2

8,0. 6,0.

,0.

1,0 0,д 0,6

0,

/

z:

42

0

2,0

,06.0

сриг.З

z

z

. ю мпа