Мерзлотомер Советский патент 1991 года по МПК E21B47/00 

пусом 3 и двумя источниками 4, 5 гамма-нзлученкя ч

Герметичный корпус 3 заполнен с образованием воздушной камеры 6 жид- костью 7 с температурой замерзания ниже температуры замерзания жидкости 2, заполняющей герметичный сосуд 1 .В качестве жидкости 7 использо- - ван 26%-ный водный раствор этилового спирта с температурой замерзания минус 15 С и удельным весом (при температуре 4°С) 0,95 г/см3о

Один из источников 4 гамма-излучения закреплен в. корпусе 3, а дру- гой 5 - на выполненном из эластичного материала герметичном сосуде 1, размещенном в корпусе 3 с возможностью перемещения вдоль оси корпуса 3 Удельный вес у, заполняющей корпус 3 жидкости 7, удельный вес У2 заполненного жидкостью 2 герметичного сосуда 1 при температуре выше температуры замерзания жидкости 2 в сосуде и удельный вес уз заполненного ука- занного сосуда 1 при температуре ниже температуры замерзания жидкости 2 в сосуде 1 связаны соотношением

.f9Герметичный сосуд 1 заполнен 1%-ны водным раствором (жидкостью 2) этилового спирта, имеющим температуру замерзания (кристаллизации) минус 0,4 С и удельный вес 0,98 г/см3 (при температуре 4°С)о

Поскольку температура кристаллизации жидкости 7 ниже температуры кристаллизации водного раствора (жидкости 2), поэтому при изменении температуры окружающей среды сначала будет кристаллизоваться водный раствор, а затем уже при дальнейшем понижении температуры - жидкость 70 Жидкости 7 и 2 подобраны таким образом, что удельный вес жидкости 7 меньше удельного веса заполненного сосуда 1 при температуре выше температуры минус 0,4°С и больше удельного веса заполненного сосуда 1 при температуре ниже температуры минус 0,4°С,

Для того, чтобы изменение объема сосуда 1 при изменении температуры жидкости 2 не привело к изменению давления в жидкости 7, существенному

влиянию на температуру кристаллизации жидкости 2 и механической деформации корпуса 3, жидкость 7 заполняет корпус 3 устройства с образованием воз-

0 5

д 5

о 5 Q

5

душной камеры 6, объем которой выполнен сравнимым с объемом сосуда 1.

На корпусе 3 и сосуде 1 закреплены два источника 4, 5 гамма-излучения Cs 7, активностью 0,05 мг-экв„Ка, положение которых в пространстве позволяет определять фазовое состояние среды Устройство закрепляют на наружной поверхности колонны труб 8 при их спуске в скважину Регистрацию положения источников 4, 5 осуществляют стандартным радиометром 9 типа СГДТ- НВ, опущенным в колонну труб 8 на геофизическом кабеле 10 и имеющем колли- мированный детектор 11 гамма-излучения, размещенный в круговом окне, выполненном в свинцовом экране 12С

Устройство работает следующим об- разомо

При спуске в скважину колонны труб 8 мерзлотомер устанавливают в рассчитанном месте на наружной поверхности труб так, чтобы после спуска в скважину колонны устройство оказалось в заколонном пространстве в заданном для исследований интервале скважины,, В течение нескольких часов после спус- ка колонны 8 в скважине за счет инте сизного теплообмена устанавливается тепловой режим, при котором жидкости 2 и 7 устройства приобретают темпера- туру окружающей среды0

Если температура среды в заколонном пространстве в месте расположения устройства выше температуры минус 0,4 С, последняя будет оставаться жидкой внутри сосуда 1, а сам сосуд будет занимать крайнее нижнее положение в жидкости 7 (поз„ А фиг„ 1), Т0к0 удельный вес сосуда 1 с закрепленным на нем источником гамма-излучения 5 (определенный как отношение веса зполненного сосуда 1 с источником 5 к объему вытесненной жидкости 7) составляет 1,0 г/см3, что боль- ,ше удельного веса жидкости 7 о

Если же температура среды в заколонном пространстве в месте расположения устройства ниже температуры кристаллизации водного раствора (жидкости 2) минус О,4°С, последний перейдет в твердое состояние, сопровождающееся увеличением его объема (вследствие положительного коэффициента изменения объема воды ДУ при фазовом переходе жидкость - твердое тело для чистой воды UV 0,08 см3/г) . Это приведет к увеличению объема упругого герметичного сосуда 1 и, соответственно, уменьшению его удельного веса, который станет равным 0,92 мН/см3, т„е0 меньше удельного веса жидкости 7, заполняющей корпус 3 Сосуд 1 при этом займет в жидкости 7 верхнее положение (поз „ Б фиг«, 1) „

Регистрацию положения в устройстве герметичного сосуда 1 с источни- ком 5 гямма-излучения осуществляют при помощи стандартного радиоактивного каротажа скважины. Для этого в колонну труб 8 опускают на геофизическом кабеле 10 радиометр 9 (типа СГДТ-3) и регистрируют при помощи коллимировэнного детектора 11 гамма- излучение источников 4 и 5 устройства,,

Пример зарегистрированных радио- метром диаграмм приведен на фиг„ 2, где кривая 13 соответствует положению А сосуда 1 устройства (при температуре среды выше минус 0,4 С), а кривая 14 - положению Б сосуда 1 устройства (при температуре среды ниже минус

0,4°С.

Если температура кристаллизации заполняющего сосуд 1 водного раствора 2 соответствует температуре промерзания горных пород на глубине размещения данного устройства в за- колонном пространстве скважины, то, зная положение сосуда 1 внутри корпуса 3 устройства, делают заключение о фазовом состоянии среды в заколон- ном пространстве скважины: при регистрации одного лика гамма-активности большой интенсивности в месте расположения устройства (кривая 13 фиг о 2), соответствующего одновременной регистрации гамма-активности источников 4 и 5, - среда в заколон- ном пространстве находится в стадии промерзания; при регистрации двух пи- ков гамма-активности меньшей интенсивности (кривая 14 фиго 2), что соответствует раздельной регистрации гамма-активности источников 4 и 5, - среда в заколонном пространстве на- ходится в оттаившем состоянии,,

Мерзлотомер может быть установлен за любой технической, эксплуатационной или насосно-компрессорной колонной труб, после чего на скважине мож быть осуществлен предусмотренный проектом регламент работ: промывка за- колонного пространства, цементирование или другие работы и при этом заколонные устройства не мешают их проведению,, Применяемые в устройствах источники гамма-излучения имеют малую активность (не более 0,05-0,1 мг-экв. Ra), достаточную для создания достоверно регистрируемой в скважине аномалии гамма-активности (100-200 уровней естественного фона), так что применение таких источников не требует согласования и специальных мер защиты для обеспечения безопасности работы

С НИМИо

Вблизи устройства для измерения фазового состояния среды в заколонном пространстве, имеющего заполненный водным раствором герметичный упругий сосуд, температура кристаллизации жидкости в котором соответствует температуре промерзания горных пород на глубине размещения данного устройства, могут быть размещены другие подобные им устройства, герметичные сосуды которых заполнены водным раствором с более высокой или более низкой температурой кристаллизации жидкости „ Это позволит с высокой точностью определить диапазон изменения температуры среды в заколонном пространстве скважиньи

Водные растворы с различной температурой кристаллизации могут быть получены за счет молекулярного понижения точки кристаллизации раствора путем введения в него растворимых веществ. Степень понижения температуры кристаллизации раствора определяется криоскопической постоянной растворителя К, которая для воды составляет 1,85 град, при растворении в 1000 г растворителя 1 моля любого нелетучего вещества (Таблицы физических величин, справочник под ред„ акад„ И„К„ Кикой- на, М0: Атомиздат, 1976, с0 196)0

I

Так, например, температура замерзания 10%-ного водного раствора глицерина составляет минус 1,6 С, 12,5%-ного водного раствора этипенгли- коля имеет температуру замерзания минус 3,9°С, 1,4%-ного водного раствора MgClg имеет температуру замерзания минус 0,7°С, 1,5%-ного водного раствора NaCl имеет температуру замерзания минус 0,9°С0

В качестве жидкостей, заполняющих корпус устройства, могут быть применены, например, чистый метиловый или этиловый спирты и др0

Когда удельный вес сосуда с источником гамма-излучения оказывается больше, чем это требует соотношение (например, в случае применения в качестве корпуса герметичного упругого сосуда металлического сильфона), требуемый удельный вес может быть получен за счет прикрепления к сосуду поплавка нужного объема или выполнения его с дополнительной герметичной воздушной камеройо Формула изобретения

Мерзлотомер, содержащий герметичный сосуд, заполненный жидкостью с заданной температурой замерзания, отличающийся тем, .что, с целью расширения области применения за счет обеспечения возможности измерения фазовых состояний среды в за- колонном пространстве, он снабжен герметичным корпусом, двумя источниками гамма-излучения, при этом герме- 1тичный корпус заполнен с образованием воздушной камеры жидкостью с температурой замерзания ниже температуры . замерзания жидкости, заполняющей герметичный сосуд, в качестве которой использован водный раствор этилового спирта, один из источников гамма-излуJQ чения закреплен в корпусе, а другой - на выполненном из эластичного материала герметичном сосуде, размещенном в корпусе с возможностью перемещения вдоль оси корпуса, причем удельный

J5 вес J1, заполняющей корпус жидкости, удельный вес уг заполненного жидкостью герметичного сосуда при температуре выше температуры замерзания жидкости в сосуде к удельный вес fj

2Q заполненного указанного сосуда при температуре ниже температуры замерзания жидкости в сосуде связаны соотношением у а у, j

ношением у а у, j

Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований буровых скважин. Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения возможности измерения фазовых состояний среды в заколонном пространстве Для этого содержащий герметичный сосуд 1 с жидИзобретение относится к области промыслово-геофизических исследований буровых скважин, а именно к устройствам для определения фазового состояния вещества в заколонном пространстве при пересечении многолет- немерзлых пород. Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения возможности измерения фазокостью 2 мерзлотомер снабжен герметичным корпусом 3 и двумя источниками 4, 5 гамма-излучения„ Герметичный корпус 3заполнен с образованием воздушной камеры 6 жидкостью 7, Температура замерзания последней ниже температуры замерзания жидкости 2, заполняющей герметичный сосуд 1. В качестве жидкости 2 использован водный раствор этилового спиртао Один из источников 4гамма-излучения закреплен в корпусе Зо Другой источник 5 установлен на выполненном из эластичного материала герметичном сосуде 1„ Последний размещен в корпусе 3 с возможностью перемещения вдоль оси корпуса 30 Удельный вес id заполняющей корпус 3 жидкости 7, удельный вес заполненного жидкостью 2 герметичного сосуда 1 при температуре выше температуры замерзания жидкости 2 и удельный вес у, заполненного сосуда 1 при темпе-,, ратуре ниже температуры замерзания жидкости 2 связаны соотношением (Л 2 нпвых состояний среды в заколонном пространстве На фиго 1 показан мерзлотомер, общий вид; на фиг. 2 - пример диаграммы фазового состояния среды в заколонном пространстве„ Мерзлотомер содержит герметичный сосуд 1, заполненный жидкостью 2 с заданной температурой замерзания. Мерзлотомер снабжен герметичным кор- с& 4 О оо эо эо

фиг1

Фиг. Z