Датчик угла наклона скважины Советский патент 1993 года по МПК E21B47/02 

ны перемещения границы раздела жидкостей в кольцевой полости относительно первоначальной происходит изменение Электрической емкости, значение которой соответствует углу наклона.

Данное устройство является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и принято за прототип. В отличие от электромеханического датчика данное устройство не содержит взаимодействующих между собой механических деталей и узлов , поэтому оно менее восприимчиво к случайным механическим воздействиям. Однако, оно также не обеспечивает высокой точности измерений, что связано с низкой чувствительностью емкостного преобразователя угла.наклона.

. /Даже в случае небольшого зазора между электродами емкостного преобразователя (например, при соотношении радиусов

Ri электродов-jr- 1,1 - 1,2) и значительной

осевой протяженности электродов (0,3- 0,5м) емкостный преобразователь образует электрическую емкость очень малой величины (менее 10 пФ). При этом добротность измерительной цепи низка (оставляет доли единиц), а резонансная частота очень велика (сотни МГц), что обуславливает размытость резонансных кривых, существенное влияние емкостей С1-С4 емкостного преобразователя датчика друг на друга и, как следствие, низкую чувствительность к изменению угла наклона и, соответственно, низкую точность измерений. Поэтому такой преобразователь не может быть использован при исследовании скважин с .горизонтальными стволами, требующими высокую точность измерения зенитных углов для попадания в продуктивные пласты малой мощности и контроля за прохождением трассы ствола скважины по простиранию пласта (погрешность в определении зенитных углов не должна превышать ± 15-20 угловых минут).

Целью предлагаемого технического решения является повышение точности измерений при проведении исследований скважин с наклонами стволов, близких к горизонтальным.

Указанная цель достигается тем, что в известном датчике угла наклона скважины, содержащем цилиндрический корпус, выполненный в виде двух коаксиально расположенных частей с образованием между ними герметичной круговой полости, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями, и регистрирующий блок, согласно изобретению, в качестве несмешивающихся жидкостей использованы раствор радиоактивного изотопа и ртуть, а регистрирующий блок выполнен в виде радиационного преобразователя, детектор гамма-излучения. которого установлен на наружной торцевой поверхности корпуса соосно с ним.

Интенсивность регистрируемого радиационным преобразователем гамма-излучения раствора радиоактивного изотопа

зависит от гамма-активности раствора, которая пропорциональна его действующей массе. Действующей массой является масса раствора, находящегося в круговой полости между внешним и внутренним цилиндрическими стаканами непосредственно против детектора гамма-излучения радиационного преобразователя, так как излучение всей остальной массы раствора экранируется в круговой полости ртутью, обладающей высокой

эффективностью поглощения гамма-излучения.

При изменении угла наклона устройства изменяется действующая масса раствора радиоактивного изотопа в круговой полости

против детектора гамма-излучения и соответственно пропорционально изменяется интенсивность регистрируемого гамма-излучения. Чувствительность устройства к из- менению угла наклона регулируется

исходным соотношением масс раствора радиоактивного изотопа и ртути, и соотношением диаметра детектора гамма-излучения и протяженности в осевом направлении кру- говой полости.

При заданном узком диапазоне изменений угла наклона скважины путем выбора соотношения масс несмешивающихся жидкостей в круговой полости датчика, соотношения геометрических размеров элементов

корпуса датчика и диаметра детектора может быть достигнута наперед заданная дифференциация регистрируемых детектором значений гамма-излучения от угла наклона, а соответственно и точность

измерений.

На фиг. 1 и 2 приведен общий вид предлагаемого датчика угла наклона (на фиг. 1 датчик расположен горизонтально, на фиг. 2 - датчик - под некоторым углом а к го ризонтальной плоскости); на фиг. 3 приведен разрез датчика (фиг. 1)по плоскостям А-А И Б-Б, на фиг. 4 и 5 приведены разрезы датчика (фиг. 2) по плоскостям А-А и Б-Б соответственно.

Датчик угла наклона (фиг. 1-5) содержит корпус, выполненный в виде двух коаксиально расположенных частей: внешней 1 и внутренней 2, с образованием между ними герметичной круговой полости 3, заполнен ной двумя несмешивающимися жидкостями, в качестве одной из которых использован раствор радиоактивного изотопа А, а в качестве другой - ртуть 5. Раствор радиоактивного изотопа 4 является рабочей жидкостью, а ртуть 5 выполняет роль гам- ма-поглощающего экрана. Внутри корпуса 2 размещен дополнительнчи гамма-погло- щающий экран 6, выполненный, например из свинца. Для образования раствора радиоактивного изотопа может быть применена, например, соль цезия-137 (Cs137. энергия гамма-излучения Е у 0,67 МэВ, период полураспада Ti/2 -30 лет) суммарной активностью не более 0,01 мг-экв. Ra

Круговая полость 3 в корпусе и заполняющие ее несмешивающиеся жидкости 4 и 5 образуют чувствительный к изменению угла наклона элемент. В приведенной на фиг. 1 и 2 конструкции датчика угла наклона детектор гамма-излучения состоит из двух идентичных кристаллов Nal(TI) 7 и 8, установленных на наружных торцевых поверхностях внешнего корпуса 1, соосно с ним. Диаметры кристаллов Na(TI) близки к внутреннему диаметру внешнего корпуса. Расстояние между торцами внешнего и внутреннего частей корпуса (торцевой за- :эор) выбирают в зависимости от энергии гамма-излучения используемого раствора радиоактивного изотопа, его удельной активности и, в большинстве случае, может находиться в пределах 5-15 мм.

Датчик угла наклона работает следующим образом.

Глубинный прибор, в котором вдоль оси размещен датчик, опускают в скважину на геофизическом кабеле и устанавливают в заданных для измерения угла наклона ство

5

0

5

0

5

ла скважины точках. В зависимости от зенитного угла ствола скважины уровень 9 и 10 датчика угла наклона будет устанавливаться на такой же угол. При этом соответственно будут изменяться массы раствора радиоактивного изотопа в торцевых зазорах, причем, если в одном торцевом зазоре масса изотопа будет увеличиваться, то в противоположном торцевом зазоре будет соответственно уменьшаться, и наоборот. В соответствии с изменениями масс изотопа в торцевых зазорах будет изменяться интенсивность гамма-излучения регистрируе- мого кристаллами Na(TI). При этом, отношение значений гамма-излучения, зарегистрированных соответственно кристаллами 7 и 8, будет являться только функцией

угла наклона скважины, -у- тр ( cf )

Градуировочный график J0™. #(a°) представляет собой экспоненту в диапазоне изменения углов от 80 до 100. угловых градуса. Как следует из приведенного графика, имеет место очень высокая дифферен- циация показаний, подтверждающая высокую точность измерений зенитных углов.. .

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключаются в значительном повышении точности измерений углов наклона скважин. Это позволяет уверенно использовать устройство при инклинометрии скважин, где требуется высокая точность измерений, в частности, при проводке гори- зонтальных стволов скважин вдоль продуктивного пласта малой мощности.

Формула изобретения

Датчик угла наклона скважины, содержащий цилиндрический корпус, выполненный в виде двух коаксиально расположенных частей с образованием между ними герметичной круговой полости, заполненной двумя несмещивающимися жидкостями, и регистрирующий блок, о т - ли чающийся тем, что, с целью повышения точности измерений при проведении исследований скважины с наклонами стволов близких к горизонтальным, в качестве несмешивающихся жидкостей использованы раствор радиоактивного изотопа и ртуть, а регистрирующий блок выполнен в виде радиационного преобразователя, детектор гамма-излучения которого установлен на наружной торцевой поверхности корпуса соосно с ним.

У

Л

S

S

0,5

«u85

X

X

ГсГ

ss

{00