УСТРОЙСТВО для ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПРИХВАТА КОЛОННЫ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ Советский патент 1967 года по МПК E21B47/09 

Известны устройства для онределения места нрихвата колонны бурильных труб, включающие наземную аннаратуру и скважинный снаряд, содержащий магнитоупругий бесконтактный датчик.

Предложенное устройство отличается от известных тем, что скважинный снаряд снабжен управляемым с новерхности многополюсным электромагнитом. Это позволяет надежно фиксировать датчик у стенки трубы.

На фиг. ) показана принципиальная схема комплекта прибора; на фиг. 2 - электрическая схема скважиииого снаряда; на фиг. 3 - конструктивная схема снаряда; на фиг. 4 -принципиальная схема датчика; на фиг. 5 - принципиальная схема электромагнита.

Устройство состоит из скважинного снаряда Л спускаемого внутрь исследуемой колонны труб 2 на одножильном каротажном кабеле 3 с помощью обычного каротажного автомобильного подъемника, и комплекта наземной аппаратуры. Внутрь колонны бурильных труб, прихваченной в зоне 4, спущен скважинный снаряд на кабеле через ролик 5 блок-баланса, укрепленного на верхней части колонны, или через ролик, укрепленный на крюке талевой системы буровой. Со щеточно-контактного устройства 6 подъемника сигнал от скважинного снаряда подается в комплект наземной аппаратуры, состоящей из блока питания снаряда 7, входного полосового усилителя 8, смесителя и детектора 9, на котором происходит смещение несущей частоты сигнала и частоты опорного генератора, в результате чего выделяется разностная частота, поступающая на стрелочный 10 и регистрирующий 11 частотомеры, отмечающие изменения частоты, вызываемые изменениями механических напряжений в материале колонны в ее

части выще места прихвата, при измененнях нагрззки на верх колонны и опорного генератора 12.

Электрическая схема скважинного снаряда (фиг. 2) состоит из датчика 13, транзисторного генератора 14 несущей частоты, контурной индуктивностью которого является обмогка датчика, блока 15 многополюсных ориентированных электромагнитов, конденсатора 16, соединяющего по несущей частоте выход генератора 14 с центральной жилой каротажного кабеля.

Один из выводов каждого блока электромагнитов, генератора 14 и датчика 13 соединяется с корпусом 17 снаряда, с ним же соединяется оболочка кабеля.

Па конструктивной (фиг. 3) схеме показана компоновка отдельных частей скважинного снаряда.

индуктивностью которого является обыогка датчика 13. Датчик 13 представляет собой сердечник из пермаллоя с обмоткой. Магнитная цепь сердечника замыкается через стенку бурильной трубы 2, как это показано пунктирной линией на фиг. 4. Обмотки электромагиитов питаются постоянным током по каротажному кабелю. Питание генератора постоянным током осуществляется от одной из секций обмотки электромагнита (от нижней секции на фиг. 2). Переменный ток от генератора 14 вводится в кабель через конденсатор 16. Утечкам его, помимо кабеля, препятствуег индуктивность обмоток электромагнитов . Корпус снаряда выполнен из немагнитной стали; в специальной фрезеровке в нем расположен датчик / /защищенный литым изолирующим компаундом на базе эпоксидной смолы. Полюсы электромагнитов сделаны ориентированными на одну сторону снаряда и расположены на одпой оси с датчиком, как это видно на фиг. 3. Сверху снаряд заканчивается деталью 18 и головкой 19. Это стандартные узлы ряда геофизических приборов, предназначенные для подвески снаряда к кабелю и ввода жилы кабеля в снаряд; снизу снаряд имеет крышку 20.

При малых иоперечиых размерах снаряда, обладающего весом, достаточно большим длл возможности быстрого его спуска в скважину, трудно создать одиночный электримагйат с большим тяговым усилием, необходимылг дл:,| надежного удерживания снаряда у стенки бурильной трубы. Для увеличения тягового усилия можно применить несколько электромагнитов. Если полюсы магнитов расположить так, как показано в верхней части фиг. 5, т. е. одноименными полюсами друг к другу, то оказывается возможным вместо нескольких отдельных магнитов выполнить один многополюсный электромагнит. В нижней части фиг. 5 показан четырехполюсный электромагнит, эквивалентный по своим нараметрам трем двухполюсным, однако более компактный по объему и обладающий конструктивным преимуществом - его центральный стержень является несущим механические нагрузки, что снижает часть нагрузок с корпуса снаряда.

На наружной поверхности снаряда вдоль оси полюсов электромагпитов и датчика сделана лыска. Это обеспечивает устойчивое положение снаряда, притянутого электромагнитами к стенке трубы, исключает возможиость его поворота (качания) в горизоитальиой плоскости, так как при этом снаряд соирикасается с трубой по двум линиям, разнесенным друг от друга на некоторое (15-20 мм) расстояние.

Работа с ирибором производится следующим образом. При спуске в скважину снаряд останавливают на какой-либо глубине, включают его питание и производят «опрос, имеющий целью установить, где находится снаряд: выше или ниже места прихвата.

Для этого 2-3 раза измеияют нагрузку на верхний конец колоины на 20-30 г. При этом

по всей длине колонны выше места прихвата будут, соответственно, изменяться нродольные механические напряжения в материале труб, ниже места прихвата таких изменений не произойдет. Изменения механических напряжений вызывают измеиения магнитных параметров стали (магнитиой ироницаемости в иаправлении магиитного потока между полюсами датчика), в связи с чем меняется и иидуктивность об.мотки датчика и, следовательно, частота генератора в снаряде, передаваемая на поверхность. Эти незначительные, по отношению к частоте генератора, несущей информацию на поверхность, измеиения частоты в наземной аппаратуре преобразуются

в изменения разностной частоты, по абсолютной величине равные измеиениям несущей, во значительные но отношению к разностной. Прибор, измеряющий значение разностной частоты, четко отмечает ее измеиения, следующие за изменениями нагрузки на колонну, когда снаряд остановлен выше зоны прихвата. Определив местоположение снаряда (в свободной или прихваченной частн колонны), изменяют в нужную сторону глубину расположения снаряда н повторяют опрос. За 6-8 опросов интервал глубин, между которыми расноложеиа верхняя граница зоны прихвата, может быть сужен до 30-50 м. Каждый последующий опрос уменьшает этот интервал

вдвое, такнм образом, еще 3-4 опросами этот интервал может быть доведен до нескольких метров. Общая затрата времени иа всю операцию составляет 1,5-2,5 час, причем основную часть времени составляет время спуско-подъема, каждый опрос занимает 4-5 мин. Псследование работы снаряда в скважине показало, что он надежно прихватывается к стеике сквал ины при включении питания в любом его положении после остановки. В самом неблагоприятном случае, когда в наклонной скважиие снаряд остановлен нолюсами вверх, достаточно неремещения снаряда на 10-20 см после ослабления натяжения кабеля при включенном нитанин, чтобы

снаряд повернулся и прнтянулся к трубе полюсами магнитов, а следовательно, и датчиком.

Предмет изобретения

Устройство для определения места прихвата колонны бурильных труб, включающее наземную аппаратуру н скважинный-снаряд, содержащий магнитоупругий бесконтактный датчнк, отличающееся тем, что, с целью фиксирования датчнка у стенки трубы, скважиниый снаряд снабжен управляемым с поверхности многополюсным электромагнитом.