Датчик обнаружения перфорационных взрывов в скважине Советский патент 1992 года по МПК E21B47/00 

Изобретение относится к геофизическому исследованию скважин, в частности для. фиксации взрыва и определения его полноты при проведении перфорационных работ, и может быть использовано при измерениях параметров в жидких и твердых средах.

Известно устройство контроля перфорационных взрывов, содержащее приемный акустический преобразователь упругих колебаний, возбуждаемых взрывом и распространяющихся по обсадной колонне, а также контрольно-измерительную панель с усилителем, фильтром, детектором, интегратором, пороговым устройством, индикатором и фоторегистратором.

Недостатки указанного устройства заключаются в следующем, Приемный акустический преобразователь устанавливается на торце обсадной колонны в устье скважины. Акустический сигнал, возбуждаемый взрывом на глубинах порядка км, приходит к устью скважины по колонне буриль- ных труб. Такой канал связи имеет характеристику полосового фильтра с частотным диапазоном 6-12 кГц. Столь высокие частоты при распространении на указанное расстояние испытывают значительное затухание, обусловленное не только потерями в материале труб, резьбовых соединениях, но и потерями за счет переизлучения акустического поля в породу. По этой причине наблюдается существенная вариация затухания сигнала в зависимости от пород, пересекаемых скважиной, и степени связи обсадной колонны с окружающей средой. Так как эти данные неизвестны, то выносить решение по амплитуде принятого сигнала о полноте взрыва не представляется возможным. Кроме того, в большинстве случаев при глубинах взрыва 4-5 км и среднем количестве перфорационных зарядов уровень принимаемого сигнала окаазывает- ся недостаточным. Повышение коэффициента усиления усилителя не приводит к желаемому результату из-за снижения помехоустойчивости процесса контроля.

Наиболее близким к предлагаемому является датчик-преобразователь массовой скорости, содержащий защитный кожух, кабельный ввод, катушку индуктивности, намотанную на цилиндрическом каркасе из немагнитного материала с малым коэффициентом трения, при этом во внутренней полости каркаса установлен со скользящим зазором постоянный магнит, перемещающийся под действием ударной волны.

Основным недостатком этого устройства является его низкая чувствительность. Несмотря на использование фторопластовое каркаса датчик может быть применен

только для регистрации горизонтальной составляющей ударной волны. При вертикаль- .ном положении датчика добавление нескомпенсированной силы тяжести постоянного магнита исключает возможность его перемещения относительно витков катушки индуктивности в момент прохождения ударной волны, Недостатком устройства является также то, что после измерения для

0 повторной регистрации необходимо сместить магнит в начальное положение.

Цель изобретения - увеличение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что

5 в устройстве, содержащем защитный кожух с кабельным вводом, цилиндрический полый корпус из немагнитного материала, установленную на цилиндрическом корпусе катушку индуктивности и постоянный коль0 цевой магнит, катушка индуктивности выполнена секционной, цилиндрический корпус имеет ребра жесткости, а его полость заполнена магнитной жидкостью, при этом постоянный кольцевой магнит закреплен на

5 цилиндрическом корпусе ориентированно относительно магнитного поля для создания на поверхности магнитной жидкости вогнутого мениска.

Достижение положительного эффекта

0 ПРИ осуществлении данного технического решения подтверждается следующими свойствами.

Удельная плотность магнитной жидкости значительно меньше удельной плотно5 сти перемещающегося постоянного магнита, используемого в известном устройстве.

Кроме того, вогнутый мениск, образованный на поверхности магнитной жидкоQ сти, обеспечивает формирование кумулятивной струи из намагниченной жидкости в момент прохождения ударной волны.

На фиг. 1 схематически показана конст5 рукция датчика: на фиг. 2 - схема электрических соединений отдельных узлов и блоков. Датчик обнаружения перфорационных взрывов (фиг. 1) содержит датчик-преобразователь 1 защитный кожух 2, верхний 3 и

п нижний 4 кабельные вводы, цилиндрический корпус 5 из немагнитного материала с ребрами жесткости, секционированную катушку 6 индуктивности, магнитную жидкость 7, постоянный кольцевой магнит 8.

5 цилиндрическую гайку 9, герметичную заглушку 10, каротажный кабель 11 и контрольно-регистрирующую панель 12.

На цилиндрический корпус 5 из немагнитного материала 5 (фиг. 1) намотана секционированная катушка индуктивности.

Внутренняя полость нижней части корпуса (часть, направленная в сторону перфоратора) заполнена магнитной жидкостью 7, а сама полость закрыта герметичной заглушкой 10. Сверху корпуса на уровне магнитной жидкости закреплен постоянный кольцевой магнит 8. Указанные составные части помещены в защитный кожух 2, на который сверху и снизу навернуты кабельные вводы 3 и 4.

Требуемая полярность постоянного кольцевого магнита 8 перед установкой в датчик-преобразователь 1 легко определяется при помощи магнитной стрелки или непосредственно по мениску магнитной жидкости, помещенной в стеклянную трубку, на которую надет проверяемый магнит. Герметичная заглушка 10 используется для доступа во внутреннюю полость корпуса 5 при заливке магнитной жидкости 7. Назначение ребер жесткости цилиндрического корпуса 5 из немагнитного материала 5 - уменьшить возможность смещения витков катушки в момент прохождения ударной волны, приводящую к нарушению ее работоспособности.

Схема электрических соединений (фиг. 2) содержит датчик-преобразователь 1, верхний 3 и нижний 4 кабельные вводы, секционированную катушку б индуктивности, контрольно-регистрирующую панель 12, высокоомную ограничивающую цепь 13, коллектор 14 каротажного подьемника, первую отсекающую цепь 15, взрывмашинку 16, вторую отсекающую цепь 17, перфоратор 18, взрывной патрон 19 и перфорационные заряды 20.

Секционированная катушка 6 индуктивности датчика-преобразователя 1 через верхний кабельный ввод 3 и каротажный кабель 11 подключена на коллектор 14 каротажного подьемника. Параллельно последнему под1 ключена через высокоомную ограничивающую цепь 13 контрольно-регистрирующая панель 12, а через первую отсекающую цепь 15 - взрывмашинка 16. Через вторую отсекающую цепь 17 и.нижний кабельный ввод 4 центральная жила каротажного кабеля 11, транзитом проходящая через датчик-преоб разователь 1, подключена к взрывному патрону 19 перфоратора 18.

Датчик обнаружения перфорационных взрывов в скважине работает следующим образом.

Согласно схемы (фиг. 2) производят подсоединение датчика-преобразователя 1 и контрольно-измерительной панели 12 к каротажному кабелю 11, перфоратору 18, коллектору 14 каротажного подьемника, и взрывмашинке 16. При нажатии оператором кнопки взрывмэшинки 16 импульс под- жига от взрывмашинки через отсекающую .цепь 15 и коллектор 14 каротажного подьемника по каротажному кабелю 11 и верхний 5 кабельный ввод 3 попадает в датчик-преобразователь 1. Индуктивность секционированной катушки 6 индуктивности имеет величину, исключающую шунтирование импульса поджига, и он через вторую отсекаю- Ю щую цепь 17 и нижний кабельный ввод 4 по каротажному кабелю 11 подается в перфоратор 18 непосредственно на взрывной пат- рон 19. Под действием последнего происходит детонация перфорационных за- 15 рядов 20. Ударная волна, распространяющаяся по жидкости, через некоторое время достигнет датчика-преобразователя 1 и начнет распространяться по его корпусу. Вог- нутый мениск, образованный на 0 поверхности магнитной жидкости 7 (фиг. 1) под действием магнитного поля постоянного кольцевого магнита 8 в момент про- хождения ударной волны обеспечивает формирование кумулятивной струи из маг- 5 нитной жидкости 7. Так как магнитная жидкость под действием постоянного кольцевого магнита 8 намагничена, то за счет перемещения ее во внутренней полости цилиндрического корпуса 5 в катушке 6 0 индуктивности возникает ЭДС в виде импульса напряжения, который по кабелю 11 попадает на вход контрольно-измерительной панели 12. Первая отсекающая цепь 15 исключает шунтирование каротажного ка- 5 беля 11 накопительной емкостью взрывмашинки 16 в моментнажатия кнопки последней, так как интервал времени между импульсом поджига и информационным сигналом имеет величину порядка 1 мс. Вто- Q рая отсекающая цепь 17 также исключает шунтирование указанной измерительной цепи за счет контакта оголенных проводов с буровой жидкостью, в момент детонации взрывного патрона 19. 5 Высокоомная ограничивающая цепь 13 исключает перенапряжение входных цепей контрольно-измерительной панели в момент прохождения импульса поджига, имеющего амплитуду напряжения порядка O 600 В. При проведении перфорационных работе использованием специальных зарядов типа ПКТ-105 и других, опускаемых на на- сосно-компрессорных трублх, детонация зарядов осуществляется при помощи ударной 5 тепловой трубки, опускаемой на каротаж- ном кабеле. В этом случае (фиг. 2) ударная тепловая трубка механически соединяется с каротажным кабелем 11. выходящим из нижнего кабельного ввода 4 датчика-преобразователя 1. Так как при указанной технологии проведения перфорационных работ импульс поджига отсутствует, упрощается схема коммутации. Контрольно-измерительная панель подключается к коллектору

14непосредственно без использования ограничивающей цепи 13. Отсекающие цепи

15и 17 также не нужны.

Аналогичная схема коммутации используется при измерении параметров взрыва в жидкой среде. При этом нижний кабельный ввод 4 датчика-преобразователя 1 заменяется герметичной заглушкой. Информационный сигнал, .пришедший на контрольно-измерительную панель 12, подается на типовой тракт обработки, включающий усиление и фильтрацию, а затем на известный амплитудный анализатор одиночных импульсов, разрядность которого определяется минимальным и максимальным количеством используемых при одном взрыве зарядов ВВ (за минимальный заряд целесообразно принять заряд взрывного патрона). По окончании процесса измерения значение амплитуды сигнала высвечивается на индикаторе. Одновременно аналоговый сигнал напряжения, возбуждаемый ударной вол ной,, подается на каротажный фоторегистратор с целью документирования перфорационных работ.

Регулировка чувствительности предлагаемого датчика может осуществляться за счет изменения расстояния между датчиком-преобразователем и очагом взрыва, но при выборе этого расстояния.необходимо

учитывать, что на каком-то удалении от очага взрыва ударная волна преобразуется в сейсмическую, а последняя не может регистрироваться предлагаемым устройством.

Кроме того, регулировка чувствительности может осуществляться также за счет выбора постоянного кольцевого магнита, обеспечивающего требуемую намагниченность магнитной жидкости.

Для регистрации взрывов в водной среде, а также при перфорационных работах с использованием ударной тепловой трубки для увеличения срока службы датчика-преобразователя постоянный кольцевой магнит можно заменить дополнительной обмоткой, запитанной постоянным током.

Формула изобретения Датчик обнаружения перфорационных

взрывов в скважине, содержащий защитный кожух с кабельным вводом, цилиндрический полый корпус из немагнитного материала, установленную на цилиндрическом корпусе катушку индуктивности и постоянный кольцевой магнит, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, катушка индуктивности выполнена секционной, цилиндрический корпус имеет ребра жесткости, а его полость

заполнена магнитной жидкостью, при этом постоянный кольцевой магнит закреплен на цилиндрическом корпусе ориентирований относительно магнитного поля для создания на поверхности магнитной жидкости

вогнутого мениска.

Изобретение относится к технике геофизического исследования скважин, предназначено для фиксации взрыва и определения его полноты при проведении перфорационных работ, может быть использовано при измерении параметров взрыва в жидких и твердых средах. Цель изобретения - повышение чувствительности.. Катушка 6 индуктивности выполнена секционной, цилиндрический корпус 5 имеет ребра жесткости, а его полость заполнена магнитной жидкостью 7, Постоянный кольцевой магнит 8 закреплен на цилиндрическом корпусе 5 ориентированно относительно магнитного поля для создания на поверхности магнитной жидкости вогнутого мениска. Устройство позволяет регистрировать вертикальную составляющую ударной волны при повтор-, ных взрывах в одной точке. При скважинных измерениях датчик 1 размещается вблизи очага взрыва, тем самым исключаются неконтролируемые воздействия окружающих пород и самой конструкции скважины на амеплитуду сигнала упругих колебаний,возбуждаемых взрывом при использовании традиционного канала связи - обсадной колонны. 2 ил. ё «О о ю ю

Wu.e.2