Устройство для определения объема затрубного пространства скважины Советский патент 1977 года по МПК E21B47/08 

1

Изобретение относится к области геофизических исследований в скважинах, а более конкретно - к технике определения объема затрубного пространства скважины.

Устройства для определения объема затрубного пространства скважины дают возможность подсчитать количество цемента, необходимого для ее цементирования. Объем затрубного пространства может быть получен либо расчетным путем из полного объема скважины по заданному диаметру трубы обсадной колонны, либо непосредственно в процессе каротажа, если диаметр трубы известен.

Известно устройство для определения объема затрубного пространства скважины, включающее датчик и систему измерения 1.

Недостатком известного устройства является неудовлетворительная надежность его измерений.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для определения объема затрубного пространства скважины, содержаш;ее датчик диаметра скважины, блок квадратирования, электронный ключ и блок формирования последовательности импульсов 2J.

Однако определение промежуточного параметра - площади поперечного сечения скважины - осуществляется в устройстве путем квадратирования одной величины - диаметра скважины, измеряемого одноканальным скважинным прибором, каверномером, что не обеспечивает достаточной точности вычислений при сложной форме сечения.

Недостатком является также сложность примененного в данном устройстве блока формирования последовательности импульсов. Этот блок выполнен на базе преобразователя напряжение-частота и помимо собственно

преобразователя он содержит еще два устройства - генератор, частота которого должна устанавливаться в соответствии со значением наружного диаметра обсадной колонны, и смеситель, выделяющий разностную частоту,

что влияет на точность измерений.

Цель изобретения - повыщение точности измерения. Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено сумматором и источником регулируемого напряжения, причем ко входу сумматора подключены выходы блока квадратирования и источника регулируемого напряжения, блок формирования выполнен в

виде генератора напряжения постоянной частоты, связанного с ключом, на второй вход которого подключен выход преобразователя напряжение-длительность импульсов, подключенного своим входом к выходу сумматора.

Введение в состав устройства сумматора позволяет осуществлять определение объема затрубного пространства скважины с использованием не только одноканального скважинного прибора, но также и многоканального прибора, профилемера, измеряющего одновременно несколько радиусов сечения скважнны и обеспечивающего более точное определение площади этого сечения. Соответственно увеличивается и точность определения объема.

Блок квадратнрования выполняется также многоканальным и осуществляет раздельное возведение в квадрат всех радиусов, измеряемых скважиниым прибором, после чего квадраты суммируются сумматором. Одновременно тот же сумматор используется для осуществления операции вычитания площади, которая в известном устройстве осуществляется в смесителе. Для этого к одному из входов сумматора подсоединен выход источника регулируемого напряжения, выполненного, например, в виде простейшего потенциометра, подсоединенного к источнику нитания всей схемы, при нулевом значении напряжения, на выходе которого устройство определяет полный объем скважины.

Примененный в составе устройства преобразователь напряжение-длительность импульса сам по себе является одним из самых иростых из нодобных устройств, используемых для цифровых измерении, при вполне достаточной точности. Применение такого нреобразователя нозволяет существенно упростить схему устройства в целом, исключив из него используемые в известном устройстве перестраиваемый генератор и смеситель. В состав устройства введены элементы, позволяющие осуществить регистрацию объема с помощью аналогового регистратора.

На чертеже показана блок-схема устройства в сочетании с рядом вспомогательных элементов.

Устройство содержит скважинный прибор 1 с датчиком диаметра скважины, соединенный с наземной аппаратурой кабелем 2, огибающим ролик 3 блок-баланса, с осью которого связан сельсин 4, связанный в свою очередь с лентопротяжным механизмом аналогового регистратора 5 и с датчиком 6 импульсов глубины. К выходу кабеля подключен входящий в комплект скважинного прибора блок 7, содержащий элементы управления сквал инным прибором, а также разделения канальной информации, поступающей от него. На схеме изображен также блок квадратирования с квадраторами 8i, 22,..., 8п, где п равно числу измеряемых радиусов.

Устройство снабжено сумматором 9, источником регулируемого напряжения 10 и блоком формирования последовательности импульсов, включающим преобразователь И напряжение-длительность импульса и генератора напряжения 12 постоянной частоты, который связан с электронным ключом 13.

Устройство, кроме того, содержит выключатель 14, пересчетную схему 15, электромеханический или электронный счетчик 16 с цифровой индикацией, электронный счетчик 17,

преобразователь 18 код-аналог, счетчик глубины 19, устройство 20i,2 для установки границ измеряемого участка скважины. Ко входу сумматора подключены выходы блока квадратирования и источника регулируемого

напряжения. На второй вход ключа подключен преобразователь напряжение-длительность импульса.

Работа устройства основана на следующих соотнощениях.

Известно, что площадь поперечного сечения скважины можно приближенно определить по формуле:

±,

S,

(1)

( 1

где Ri - радиусы, проведенные из некоторой точки внутри сечения до контура сечения, п - общее число радиусов.

Нлощадь по этой формуле определяется тем точнее, чем больше п.

Определение площади сечения по формуле (1) может быть реализовано при использовании многоканального скважннного прибора, обеспечивающего одновременное измерение радиусов поперечного сечения скважины по нескольким направлениям. При использовании одноканального скважиииого прибора площадь сечения определяют по упрощенной формуле;

S«f- (2)

где D - измеренный средний диаметр скважины.

Площадь сечения затрубного пространства скважины равна:

с „с -

(3) .п - J

где DT - внешний диаметр трубы обсадной

колонны.

Если скважину разбить по глубине на отрезки АН, достаточно малые, чтобы считать в их пределах площадь поперечного сечения постоянной, то полный объем скважины в пределах глубин HI и HZ будет равен:

V ,

(4)

а объем затрубного пространства равен:

V,.n 5;-з.пДЯ Ш S;-3.n, (5)

Hi-HI

т:

дя

Устройство работает следующим образом.

Перемещают скважипный прибор 1 по скважине, при этом на вход блока 7 с датчика прибора поступают сигналы, содержащие информацию о текущих значениях радиусов сечений скважины. С выходов указанного устройства сигналы, пропорциональные Ri, поступают на квадраторы 8, 82,..., 8„ (по числу измеренных радиусов), а с выхода последних сигналы, пропорциональные Ri, поступают на сумматор 9. Затем на дополнительный вход сумматора подают от источника 10 на1tD2.

в резульпряжение пропорциональное

тате чего в сумматоре реализуется операция, отображенная формулой (3), то есть определяется площадь Sa-n.

Далее, напряжение с выхода сумматора подается на вход преобразователя 11 напряжение-длительность импульсов. Управление работой преобразователя производят от датчика пмпульсов глубины 6 таким образом, чтобы импульсы на выходе преобразователя соответствовали точкам ствола скважины, расположенным через интервалы АЯ. Длительность этих импульсов пропорциональна площади Sj3-n или Sj поперечного сечения скважины в соответствующей точке. Указанные импульсы открывают электронный ключ 13, на вход которого поступают импульсы постоянной частоты от генератора напряжения 12. Таким образом, на выходе ключа получаются «пачки импульсов; количество последних в каждой «пачке пропорционально 5j3.n или Sj. После деления на любое удобное число М пересчетной схемой 15 суммарное количество импульсов регистрируется электронным счетчиком 16. Последний и осуществляет заключительную операцию в соответствии с формулой (4) или (5). Число М выбирается таким, чтобы единица младшего разряда счетчика соответствовала удобной величине объема УЗ-П или V, например 0,1 м.

Выключатель 14 используется в тех случаях, когда требуется измерить объем не всей скважины, а ее участка. Выключатель управляется устройством, состоящим из счетчика глубины 19 и двух уставок 20i и 202 устройства 20i,2, настраиваемых на начальную и конечную глубины, в пределах которых должен быть измерен объем скважины.

Импульсы с выхода ключа 13 поступают на электронный счетчик 17, управляющий преобразователем 18 код-аналог, напряжение с выхода которого регистрируется счетчиком глубины 19, характеризующим объем скважины. Емкость счетчика 17 и параметры преобразователя 18 подбираются с учетом чувствительности счетчика 19 таким образом, чтобы отклонение луча счетчика на высоту «зуба пилообразной кривой соответствовало удобной для подсчетов величине объема, например, 10 м. При полном заполнении счетчика он сбрасывается на нуль и начинается новый цикл подсчета и регистрации. Полный

зарегистрированный объем определяется по диаграмме путем подсчета количества целых циклов и измерения величины отклонения луча в последнем незавершенном цикле. Описанная конструкция устройства повышает точность измерения объема затрубного пространства скважины, что в итоге позволяет более точно определить количество цемента, необходимого для ее цементирования.

25

Формула изобретения

Устройство для определения объема затрубного пространства скважины, содержащее

датчик диаметра скважины, блок квадратироваиия, электронный ключ, блок формирования последовательности импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено сумматором и источником регулируемого напряжения, причем ко входу сумматора подключены выходы блока квадратирования и источника регулируемого напряжения, блок формирования выполнен в виде генератора напряжения

постоянной частоты, связанного с ключом, на второй вход которого подключен выход преобразователя напряжение-длительность импульса, подключенного своим входом к выходу сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1, Потоцкий Е. М. Изучение технического состояния ствола скважины методом нрофилеметрии, ВШЗМС, 1970.

2. Патент США № 2716340, кл. 73-149, 1954.