Устройство для измерения давления среды в заколонном пространстве скважины Советский патент 1992 года по МПК E21B47/06 

Изобретение относится к промысло- во-геофизическим исследованиям скважин и может применяться для изучения физических процессов в затрубном пространстве скважины: характера измене 1 ния давления в течение длительного времени; формирования цементного камня; контроля фактического состояния крепления скважин

Известно устройство для измерения давления среды в заколонном пространстве скважины, включающее герметичную камеру, внутри которой размещены подвижный в осевом направлении шток с установленными на нем двумя источниками гамма-излучения поглощающий экран и механизм преобразования дав ления среды в осевое перемещение што .

ка. Поглощающий экран выполнен симметричным относительно поперечного сечения с отличающейся толщиной стенок на противоположных концах, причем один из источников установлен против мак- симальной толщины экрана, а другой - против минимальной толщины стенки на другом его конце

Механизм преобразования давления среды в осевое перемещение штока со-, держит поршень, воспринимающий давление среды в заколонном пространстве, к которому крепится шток с источниками, и силовой упругий элемент, представляющий собой спиральную пружину, обеспечивающую возвратное движение поршня и создающую противодействующее давлению усилие

VJ

XI оо ю

00 Os

Существенным недостатком устроист ва является низкая надежность его работы. Обусловлено это тем, что в герметичной заполненной воздухом камере g давление среды близко к атмосферному, поэтому на поршень его уплотнительные элементы (резиновые кольца) действует значительный перепад давления,величина которого соответствует давлению JQ среды в заколонном пространстве и может составлять более 100-200 кг/см. Это приводит к деформациям и быстро-, му износу уплотнительных элементов, что может привести к разгерметизации д и заполнению камеры скважинной жидкостью, так как поршень является подвижным о

Известно устройство для измерения давления среды в заколонном простран-20 стве скважины, обеспечивающее более высокую надежность, являющееся наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому эффекту и принятое за прототип„ 5 В данном устройстве герметичная полость заполнена жидкостью, а силовой упругий элемент выполнен в виде герметичного эластичного баллона, заполненного газом, который выполнен с зэщит -30 ным перфорированным кожухом и размещен внутри герметичной камеры Такое решение обеспечивает уравновешивание давления среды на поршень с обеих его сторон, благодаря чему уплотнитель- де ные элементы поршня, служащие для герметизации, будут разгружены, 4fo исключает их преждевременный износ и тем самым повышает надежность работы устройства по сравнению с анало- 40 том „

Вместе с тем, надежность работы устройства-прототипа остается недостаточно высокой, что обусловлено наличием движущихся и трущихся механи- 45 ческих деталей, в частности, поршня с уплотнительными элементами, которые подвержены механическому износу и старению (коррозии), особенно при длительной эксплуатации в условиях -- наличия агрессивных сред в скважинах I Целью изобретения является повыше- 1ние надежности устройства за счет исключения применения движущихся и трущихся механических деталей и в част- .

55

ности - поршня со штоком

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения давления среды в заколонном пространстве

)

скважины, содежащем полый корпус, состоящий из двух емкостей, одна из которых выполнена герметичной, а другая сообщена с окружающей средой, гамма- поглощающий экран, два источника гамма-излучения, установленных на заданном расстоянии друг от друга,и силовой упругий элемент, выполненный в виде герметичного эластичного баллона, заполненного газом, согласно изобретению, герметичная емкость заполнена ксеноном и выполнена из двух сообщенных между собой камер, одна из которых имеет фиксированный объем, а другая образована силовым упругим элементом, один из источников гамма-излучения закреплен на боковой внутренней поверхности камеры фиксированного объема, а другой расположен на внешней поверхности корпуса

На фиг с 1 представлено устройство для измерения давления среды в заколонном пространстве скважины, общий вид; на йиг 2 - сечение А-А на Фиг„ 1; на фиг 3 - калибровочный график зависимости относительных значений.

Устройство содержит корпус 1 ,разде- i ленный на полости 2 и 3, причем полость 2 ; герметичная,а полость 3 выполнена с отверстиями для сообщения с внешней средой. Герметичная полость 2 состоит из камеры 5 с фиксированным объемам и упругого силового элемента 6, размещенного в полости 3 и сообщающегося с камерой 5 посредством канала 7.,Герметичная полость 2 заполнена газообразным ксеноном (Хе э ) 8, выполняющим функцию гамма-поглощающего экрана. Устройство содержит источники 9 и 10- гамма-излучения, которые разнесены относительно друг друга вдоль оси корпуса на расстояние порядка 25-30 см,, обеспечивающее их однозначную идентич фикацию при проведении измерений,, При этом источник 9 закреплен на боковой внутренней поверхности камеры 5, а источник 10 размещен в нижней части корпуса 1 о На внешней стороне корпуса 1 против камеры 5 со стороны источника 9 закреплен свинцовый экран 12 с колв лимационным окном 13, направленным в сторону обсадной колонны 1. В корпусе 1 устройства имеется штуцер 11 для v заполнения герметичной полости 2 (камер 5,6) ксеноном

Устройство работает следующим образом

Посредством специальных приспособ лений устройство закрепляют на наружной поверхности обсадных труб 1 так, чтобы оно по окончании спуска обсад- g ной колонны оказалось в заданном для исследования интервале заколонного пространства При давлении среды в за- колонном пространстве, превышающем начальное давление ксенона 8 в герме- ц) тичной полости 2, упругий силовой элемент 6 начнет сжиматься до тех пор, пока давление среды не будет уравновешено давлением ксенона 8„ Плотность ксенона будет при этом возрастать 15 пропорционально повышению давления . среды в заколонном- пространстве. Уплотнение ксенона В в камере 5 приведет к увеличению поглощения гамма-изНИР,

ника

зарегистрированное против истомТ2

зэоегистрированное против источника 10.

С целью сокращения габаритов герметичную полость 2 целесообразно заполнять ксеноном предварительно сжатым до давления в несколько атмосфер или десятков атмосфер

Изобретение позволяет значительно повысить надежность работы устройства так как обеспечивает его Функционирование без наличия подвижных и трущихся элементов конструкции. Это позволяет уверенно использовать устройство для контроля за гидродинамическими процессами в заколонном пространстве скважин, s частности для определения герметичности цементного кольца;

лучения от источника 9,и, следователь-20 контроля формирования цементного камНИР,

ника

зарегистрированное против истомТ2

зэоегистрированное против источника 10.

С целью сокращения габаритов герметичную полость 2 целесообразно заполнять ксеноном предварительно сжатым до давления в несколько атмосфер или десятков атмосфер

Изобретение позволяет значительно повысить надежность работы устройства так как обеспечивает его Функционирование без наличия подвижных и трущихся элементов конструкции. Это позволяет уверенно использовать устройство для контроля за гидродинамическими процессами в заколонном пространстве скважин, s частности для определения герметичности цементного кольца;

контроля формирования цементного кам

Использование: промыслово-геофи- зические исследования в затрубном пространстве скважин Сущность изобретения: герметичная емкость выполнена из двух сообщенных между собой камер и заполнена ксеноном. Одна из камер имеет фиксированный объем, а другая образована упругим силовым элементом Устройство имеет два источника гамма-излучения0 Один источник гамма- излучения установлен на боковой по- 4 верхности внутри камеры фиксированного объема о Другой источник гамма-излучения расположен на внешней поверхности корпуса. Изменение давления окружающей среды посредством стенок силового элемента приводит к изменению плотности ксенона в емкости и интенсивности излучения источника гамма- излучения в ней. 3 ило 43 ел с

1Й 30

но, к уменьшению регистрируемой ини тенсивности гамма-излучения

Во ВНИИнефтепромгеофизики (г0Уфа) изготовлен экспериментальный образец 25 предложенного устройства, который был испытан на модельной установке, позволяющей задавать различные значения гидравлического давления в заколонном пространстве., при этом регистрирующий гамма-излучение прибор устанавливался внутри колонны, в качестве источников гамма-излучения 9 и 10 использовался кадмий-109 (СсИ09 ), энергия излучения которого составляет 87 КэВ, период,полураспада-- 1,3 года Для измерения интенсмвностей гамма-излучения источником 9, и 1П устройстра использовался серийный прибор радиоактивного каротажа (типа /1РСТ-3-60, СГДТ-НВ, 0 РКС-3 и др.) спускаемый в колонну на геофизическом кабеле На фиг. 3 приведен калибровочный график зависимости относительных значений зарегистрированного излучения I0in от давления среды в ааколонном пространстве Рс, где I оТн 1,/1а; Т., - гамма-излуче35

45

ня и др.

Формула изобрртения

. Устройство для измерения давления среды в заколоннон пространстве скважины, содержащее полый корпус, состоя30

25 035

щии из двух емкостей, одна из которых выполнена герметичной,а другая сообщена с окружающей средой, гаммапогло- щающий экран, два источника гаммаиз- лучения, установленных на заданном расстоянии друг от друга, и силовой упругий элемент, выполненный в виде герметичного эластичного баллона, заполненного газом, отличающее- с я тем, что, с .целью повышения надежности в работе устройства, герметичная емкость заполнена ксеноном и выполнена из двух сообщенных между собой камер,одна из которых имеет фиксированный объем, а другая образована силовым упругим элементом, один источник гаммаизлучения закреплен на 45 боковой внутренней поверхности камеры фиксированного объема,а другой расположен на внешней поверхности корпуса

U

9338ZZI

. ю ьо во во too tzo № %«/г

с w /Сл

Фиг.З