Устройство для контроля качества цементирования обсадных колонн большого диаметра Советский патент 1992 года по МПК E21B47/00 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и может быть использовано для контроля качества цементирования обсадных колонн большого диаметра методом рассеянного гамма- излучения.

Известен скважинный каротажный комплекс, содержащий каротажный кабель, скважинный прибор и центратор-устройство для фиксации скважинного прибора по оси скважины при одновременном прижатии рычагов устройства с установленными на них электродами к стенке скважины,

Рычажный центратор, расположенный на скважинном приборе, обеспечивает независимо от рельефа, изменяющегося диаметра и наклона скважины центральное положение прибора в сечении скважины и необходимый контакт рычагов центратора со стенками скважины.

Жесткость рычажных центраторов для удержания веса прибора с кабелем снижает вибрационную и ударную способность прибора и повышает вероятность заклинивания прибора при несрабатывании сложных управляющего и исполнительного устройства, работающих в условиях агрессивной среды скважины.

Известен скважинный каротажный комплекс, включающий каротажный кабель, пристыкованный к кабелю скважинный прибор и устройство для фиксации положения скважинного прибора в сечении скважины, например центратор или прижимное устройство. Устройство для фиксации положения скважмнного прибора в сечении скважины установлено с возможностью его продольного перемещения относительно кабеля на участке, ограниченном снизу скважинным прибором, сверху - дополнительно введенным упором-толкателем.

Введение слабого центратора на сква- жиНном приборе улучшает условия работы при ударах и вибрациях, однако слабый центратор в данном каротажном комплексе работает один только при спуске прибора, а при подъеме прибор стыкуется с жестким центратором, расположенным на кабеле, через который удары и вибрации, возникающие в колонне скважины, передаются непосредственно на прибор, снижая его вибро-и удароспособность. Жесткий центратор помимо изложенного всегда повышает вероятность заклинивания его в скважине с переменным диаметром в местах стыка труб колонны и в местах изгиба колонны при переходе на новый угол наклона.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее корпус, соединенный подвижно со свечным мостом, подпружиненные шарнирно-рычажного типа центраторы с контактными роликами, измерительные блоки, расположенные на

образующих цилиндрической поверхности, вписанной с зазором в обсадную колонну, и шарнирно закрепленные на осях контактных роликов.

Недостаток известного устройства заключей в конструкции центратора. Центратор содержит пружины, связывающие попарно рычаги верхнего и нижнего опорного роликов, Для удержания измерительных блоков на образующей цилиндрической

поверхности жесткость как минимум одной из пружин должна быть равной суммарной нормальной составляющей силы веса подвижной части рычажной системы, т.е. в рычаге, где стоит жесткая пружина, возникает

контакт для передачи ударов и вибрации на корпус измерительного устройства, что снижает его ударо-и виброспособность, а также повышает вероятность возникновения заклинивания прибора в скважине.

Цель изобретения - улучшение проходимости устройства по обсадной колонне и повышение виброудяропрочности измерительных блоков.

Положительный эффект от применения

изобретения обусловлен также расширенным диапазоном исследования обсадных колонн, поскопьку устройство может работать как при максимальном раскрытии, так и в сложенном состоянии, без проведения

каких-либо дополнительных монтажных работ.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем корпус с направляющей штангой, соединенной подвижно с

кабелем, размещенные на штанге подвижные опоры, к которым шарнирно прикреплены нижние и верхние спаренные рычаги с контрактными роликами, между осями которых закреплены измерительные блоки, установлены пружины, одна из которых установлена под нижней подвижной опорой спаренных нижних рычагов и выполнена с жесткостью, определяемой условием Fi G+FConp.,

две - под нижней и верхней подвижными опорами верхних спаренных рычагов и выполнены с жесткостью, определяемой условием

51пгЛоз7Г(-р +С-51)

а одна - под верхней подвижной опорой нижних спаренных рычагов и выполнена с жесткостью, определяемой условием

F3 Jj F2,

где Fi, F2, Рз- силы сжатия пружин,Н;

G - приведенный суммарный вес измерительных блоков, Н,

Fconp - сила сопротивления при движении устройства, Н;

а - допустимый угол между образующей рычага и направляющей штангой при условии максимального раскрытия устройства в колонне,град;

п - число измерительных блоков;

в- допустимый угол наклона оси скважины, град;

FH - нормальная составляющая усилия, воздействующего на колонну, Н,

Использование собственного веса измерительных блоков для их прижима к стенкам колонны скважины путем раскрытия рычагов позволяет перейти от системы центрирования оси устройства к системе упругого подвеса и прижима измерительных блоков устройства к стенкам обсадной колонны в скважине Пружины в известном устройстве обеспечивают работу центрирующих устройств, последние - жесткое центрирование оси устройства относительно оси обсадной колонны Система подвеса измерительных блоков позволяет раскрываться и складываться рычагам подвесной части устройства относительно нижней опоры нижнего спаренного рычага, обеспечивая постоянным прижим измерительных блоков к стенке колонны Пружина, установленная под нижнюю опору нижнего спаренного рычага, является опорной и обладает жесткостью, выбранной из условия- Fi G+Fconp ,

что исключает возможность провисания прибора на вертикальном участке скважины и одновременно устраняет жесткую опору в подвесной части устройства, обеспечивая упругий подвес. Рабочие усилия дополнительных пружин выбраны из условий:

sin a cos a

(п FH +G sin (9)

иРз J

F2

Условия определены необходимостью обеспечения заданной нормальной составляющей усилия - усилия прижима наклонных роликов к стенкам колонны в скважине на вертикальном участке, гарантирующего вращение измерительных блоков относительно оси скважины и искпючающего возможность проскальзывания наклонных роликов при подъеме устройства, а также необходимостью исключения возможности складывания подвесной части устройства на заданном наклоне скважины

Использование собственного веса измерительных блоков для прижима последних к стенкам обсадной колонны позволяет применять мягкие пружины для создания

дополнительных усилий прижима опорных роликов к стенкам обсадной колонны в скважине и выполнить подвес измерительных блоков упругим. Таким образом, удары и вибрации, возникающие в колонне и воз0 действующие на нижний ролик, гасятся на мягкой пружине, установленной над верхней опорой нижнего рычага, а воздействующие на верхний ролик гасятся на мягких пружинах, установленных под опоры верх5 него спаренного рычага.

На фиг.1 изображена кинематическая схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - скважинный прибор.

Устройство (фиг.1) содержит корпус 1

0 прибора, электрически и механически связанный со свечным мостом 2. С корпусом жестко связана направляющая штанга 3, на которой установлены опоры 4-7 верхних и нижних спаренных рычагов 8-11, шарнирно

5 закрепленных на осях наклонных роликов 12, между которыми установлены измерительные блоки 13. Под опоры установлены пружины 14-17, ход которых ограничен упорами 18-21. Предусмотрена возможность

0 свободного вращения корпуса 1 относительно свечного моста 2.

Устройство работает следующим образом.

При опускании прибора в обсадную ко5 лонну скважины прибор, находясь в вертикальном положении, раскрыт, при этом пружина 17 сжимается под действием веса подвижной части подвеса измерительных блоков 13. Рычаги 11 раскрываются относи0 тельно установившегося положения опоры 7. Опоры 4,5 и 6 рычагов 8.9 и 10 смещаются вдоль направляющей штанги 3. Выступающая кромка обсадной колонны, скользя по рычагу 7, переходит на контактные ролики

5 12. Под действием собственного веса прибор погружается в скважину, причем мягкие пружины 14. 15 и 16 отрабатывают профиль входа. Прибор на кабеле опускается на заданную глубину, где находится в

0 свободном равновесном Состоянии, Вес подвижной части подвеса измерительных блоков 13 совместно с усилиями пружин 14, 15 и 1 б обеспечивает максимальное раскрытие подвижной части подвеса при условии ми5 нимального усилия прижатия наклонных роликов 12 к стенкам колонны скважины. Измерение происходит во время подъема устройства. При проведении измерений устройство перемещается по стволу скважины, при этом наклонные ролики 12,

контактируя со стенкой обсадной колонны скважины, приводят во вращательное движение корпус 1 прибора Скручивающие усилия гасятся на свечном мосту 2. Измерительные блоки 13 описывают при подъеме спиральные образующие с шагом, зависящим от угла наклона роликов 12. Подвижные опоры 4, 5 и 6 рычагов 8, 9 и 10 скользят по направляющей штанге 3, отрабатывая совместно с мягкими пружинами 14, 15 и 16 возможные переходы и стыки колонны, исключая возможность заклинивания прибора. Возможность независимого складывания и раскрытия верхних и нижних спаренных рычагов 8, 9, 10 и 11 снижает воздействие Ударов и вибраций на контактные ролики 12, отрабатывая воздействие их мягкими пружинами 15 и 1S. Детекторы измерительных блоков регистрируют кривые интенсивности рассеянного гамма-излучения по периметру колонны и глубине залегания цемента, От измерительных блоков сигналы поступают в преобразовательный блок, расположенный в корпусе 1 прибора и по кабелю передаются на поверхность - наземную панель.

Изобретение иллюстрируется скважин- ным прибором для контроля качества цементирования кондукторов и технических колонн больших диаметров, разработанным во ВНИИнефтепромгеофизике.

На фиг.2 представлен прибоо, общий вид. Прибор содержит герметичный корпус 1, внутри которого размещен электронный блок прибора с присоединенными к нему герметичными электровводами 4; направляющую штангу 3, подсоединенную с помощью накидной гайки 2 к корпусу 1; шарнирно-рычажную систему, установленную на направляющей штанге 3 и содержащую рычаги 19 и 20, 20 и 23, соединенные с одной стороны с опорами 5, 13, 25 и 26, выполненными в виде втулок и установленными на направляющей штанге 3. с другой стороны рычаги 19 и 20. 20 и 23 спарены на опорах 8 и 10, на которых закреплены опорные ролики 11; приводную систему, выполненную в виде пружин 6,16-18 и приводных штоков 12 и 15, соединенных с опорными втулками шарнирно-рычажной системы, механическим приводом которой служат три идентичных измерительных башмака 9, закрепленных на опорах 8 и 10. Внутри башмака установлены радиоактивный источник 27, приемный электронно-преобразовательный блок и защитный экран с коллимационными окнами; защитный наконечник 14 с амортизационной резиновой втулкой 24.

Формула изобретения Устройство для контроля качества цементирования обсадных колонн большого диаметра, содержащее корпусе направляющей штангой, соединенный подвижно с кабелем, размещенные на штанге подвижные опоры, к которым шарнирно прикреплены

нижние и верхние спаренные рычаги с контактными роликами, между осями которых закреплены измерительные блоки, отличающееся тем, что, с целью улучшения проходимости устройства по обсадной колонне и повышения виброударопрочности измерительных блоков, оно снабжено пружинами, одна из которых установлена под нижней подвижной опорой спаренных нижних рычагов и выполнена с жесткостью определяемой условием

Fi G+FCOnp

две - под нижней и верхней подвижными опорами верхних спаренных рычагов и выполнены с жесткостью, определяемой условием

F2 sina1cos«-(n-F +G-sin)- и одна - под верхней подвижной опорой нижних спаренных рычагов и выполнена с жесткостью, определяемой условием

Рз 2 Р2.

где FI, F2, Рз - сила сжатия пружин, Н;

G - приведенный суммарный вес изме- рительных блоков, Н;

Fconp - сила сопротивления при движении устройства, Н;

а - допустимый угол между образующей рычага и направляющей при условии максимального раскрытия устройства в колонне, град;

п - число измерительных блоков; в- допустимый угол наклона оси скважины, град.;

FH - нормальная составляющая усилия, воздействующего на колонну. Н.

20

Использование: область геофизических исследований. Сущность изобретения: обеспечение более оптимальных условий прижима измерительных блоков скважин- ного геофизического прибора за счет использования собственной массы измерительных блоков и независимой работы верхнего и нижнего шарнирно-рычажных узлов прижима измерительных блоков. Устр-во содержит корпус 1, связанный со свечным мостом 2. С корпусом 1 жестко связана направляющая штанга 3, на послег.- ней установлены подвижные опоры 4-7 с шарнирно скрепленными верхними и нижними рычагами 8-11 и контактными роликами 12. Между осями роликов 12 закреплены измерительные блоки 13, а под опорами рычагов установлены пружины 14-17 заданной жесткости и рабочего хода. При опускании прибора пружина 17 сжимается под действием массы подвижной части подвеса блоков 13, Под действием массы прибор погружается в скважину, при этом мягкие пружины 14, 15 и 16 отрабатывают профиль входа. Независимое складывание и раскрытие верхних и нижних спаренных рычагов 8-11 снижает воздействие ударов и вибраций на контактные ролики 12, отрабатывая воздействие их мягкими пружинами 15 и 16.2 ил. Фиг 2