Устройство для измерения гидростатического давления в скважине Советский патент 1979 года по МПК E21B47/06 E21B47/00 

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и может быть использова.но, в частности, при изучении взаимодействия системы скважина - мерзлый грунт на экспериментальных и опытно-промышленных скважинах, предназначенных для изучения поведения мерзлоты и отработки конструкций эксплуатационных скважин в районах Севера.

Известно устройство для измерения давления в заколонном пространстве скважин с помощью глубиялого датчика давления, который состоит из внутрискважи«ного датчика давления, закрепленного на внешней поверхности обсадных труб и соединенного кабелем связи с наземной вторичной аппаратурой и источником питания 1.

Внухрискважинный датчик да вления представляет собой герметичный сосуд, в котором находится полупроводниковый чувствительный элемент, наклеенный на внутреннюю сторону эластичной мембраны. Измерение давления осуществляют путем измерения деформации мембраны при воздействии на нее окружающей среды.

Известен также заколонный измеритель давления, который также включает внутрискважинный датчик давления, кабель связи и вториЧ)Ную адпа|ратуру 2.

В указанном устройстве использован ферритовый магнитоупругий датчик давления, обеспечивающий возможность раздельного измерения давления л идкой и твердой фазы в заколонном пространстве скважик.

Недостатком указанных устройств я.вляется то, что при цементировании скважин после твердения цемента датчик оказывается внутри цементного камня, который может частично или полностью перекрыть доступ л :идкости к чувствительному элементу датчика. Кроме того, затвердеваНие цемента на поверхности чувствительного элемента или эластичной диафрагмы резко повышает их жесткость. В результате точность и достоверность измерений гидростатического давления после затвердевания цемента существенно уменьшается.

Целью изобретения является обеспечение возможности замера гидростатического давления в породах за цементным камнем за счет создания надежного гидравлического контакта датчика давления с породой.

Это достигается тем, что устройство снаблсено жестко соединенным с корпусом и сообщающимся с ним упругим патрубком с заглушкой с размещенным в ней узлом разгерметизации. При этом узел разгерметизации выполнен ,в виде пробки из карбонатных материалов, например мрамора, и

элбктрома.гнитного клапана, а внутренний канал патрубка заполнен соляной кнслотой; пробки из водорастворимого материала, например сахара; пробки из пврофорного материала, например термита, и еоединенного с ней электрозапала; оловянной пробки, заралсенной перед спуском в скважину «оловянной чумой ; резиновой пробки, а внутренний канал патрубка заполнен бензином; ледяной пробки; пробки из матернала, вступающего в химическую реакцию с водой, например карбида кальция; (кумулятивного заряда взрывчатого вещества с химическим взрывателем замедленного дейст1вия.

На фиг. 1 представлена схема установки (В ск важине устройства для измерения гидростатического давления; на фиг. 2 - ко Н1Струкп,ия устройства для измерения гидростатического давления; на фиг. 3-8 представлены варианты конструктивного зынолнення узла разгерметизации.

Предлол енное устройство состоит из датчика У давления, закрелленного на обсадной колонне 2 и связанного кабелем связи 3 с вторпчной анпарлтурой 4. На корпусе датчика / размещен упругий патрубок 5.

Упругий патрубок 5 состоит из упругого элемента 6, выполненного, например в виде резинового щланга, заполненного жядкостью. Для придания шлангу большей упругости и защиты его от механических повреждений при спуске в скважину на шланге помещена стальная пружина 7. Упругий элемент 6 закреплен на корпусе датчика / давления с по.мощью штуцера 8, а его свободный конец закрыт заглушкой 9, в которой размещен узел разгерметизации 10. В полость датчика / давления помещена мембрана 11 с тензочувствительпым элементом 12. Полость над мембраной // заполнена жидкостью через отверстие, закрытое пробкой 13.

Узел разгерметизации может быть выполнен в виде пробки 14 из мрамора и электромагнитного клапана 15 (см. фиг. 3); пробки 16 из сахара или карбида кальция и защит ной резиновой пробки 17 (.см. фиг. 4); пробки 18 из термита, элект1розапала 19 и защитной парафиновой пробки 20 (см. фиг. 5); кумулятивного заряда 21 химического взрывателя 22 замедленного действия (см. фиг. 6); ледяной или резиновой пробки 23 (см. фиг. 7); оловянной пробки 24 и ампулы 25 с оловянной чумой (см. фиг. 8).

Устройство ра ботает следующим образом.

При спуске в акважину обсадной колон1НЫ 2 с укрепленным на ней датчиком / давления конец упругого патрубка 5 в силу своей упругости стремится максимально отклониться от стенми обсадной колонны и коснуться стенки скважины. Длина упругого датрубка выбирается такой, чтобы обеспечить касание стенки смважпны даже при наличии в месте установки датчика более или менее значительных каверн диаметром 0,8-1,2 м. После завершения спуска обсадной колонны 2 нроизводят приподъем ее на 20-30 см, в результате чего свободный конец патрубка 5 врезается в горные породы 26. Затем производят цементирование кольцевого пространства между обсадной колонной 2 и порода1ми 26 цементным раствором 27.

Далее происходит разрущение узла разгерметизации.

В случае, когда узел разгерметизации выполнен в виде ледяной пробки, процесс разрушения узла разгерметизации происходит следующим образом.

В процессе затвердевания цемента температура его повышается выще 0° С. При это.м пробка 23 тает, мембрана 11 датчика оказывается в гидравлическом контакте с поровой жидкостью в горных породах 26 за цементным камнем. Измеряемое давление перерабатывается тензочувствительным элементом Б электрический сигнал и по кабелю связи 3 передается на вторичную аппаратуру 4. Если по условиям соорул ения скважины во избежание оттаивания мерзлоты цементирование и затвердевание цемента предусмотрено осуществлять при отрицательных, температурах, оттаивание пробки 23 происходит после запуска скважины в эксплуатацию.

В случае выполнения узла разгерметизации в виде резиновой пробки процесс его разрущения происходит следующим образом.

Через некоторое время после затвердевания цемента происходит растворение резинового шланга и пробки 23 бензином, которым заполнена внутренняя полость патрубка 5. При этом герметичность шланга нарушается, и мембрана 11 датчика оказывается в пидравлическом контакте с поровой жидкостьро в горных породах 26 за цементным камнем. Из;меряемое давление перерабатывается тензочувствительным элементом 12 в электр1ический сигнал и но кабелю связи 3 передается на вторичную аппаратуру 4.

В случае выполнения узла разгерметизации в виде пробки из карбида кальция процесс его разрущения происходит следующим образом.

Перед спуском в скважину из заглущки 9 удаляют защитную резиновую пробку 17. Через некоторое время после спуска и цементирования обсадной колонны завершается химическая реакция между материалом пробки 16 и пластовой жидкостью, пробка 16 разрушается, и мембрана 11 датчика оказывается в гидравлическом контакте с поровой жидкостью, находящейся в горных породах 26 за цементным камнем. В случае выполнения узла разгерметизации В виде оловянной пробки, зараженной «оловянной чумой, процесс его разрушения происходит следуюцдим образом. Перед спуском датчика давления в скважину оловянную пробку 24 заражают «оловянной чумой, т. е. порошкообразной аллотропной модификацией олова, для чего разбивают ампулу 25. Через некоторое время после затвердевания цемента олово пробки 24 переходит в П0|рош1кообразную аллотропную форму. При этО:М .пробка 24 разрушается, и мембра«а датчика 11 оказывается в гидра1влическом контакте с поровой жидкостью в гориых породах 26 за цементным камнем. Преимущество м такого способа разгерметизации упругого патрубка 5 заключается в том, что нарушение герметичности происходит автоматически и при отрицательных температурах вблизи стенки сюважины. В случае выполнения узла разгерметизации в виде пробки из мрамора и электромагнитного клапана процесс его разруше(ния происходит следующим образом. В заданное время после спуска и цементирования обсадной колонны подают сигнал на электромагнитный клапан 15, открывая доступ соляной кислоте, которая заполняет внутреннюю полость упругого патрубка 5 и щрОбки 14. В результате химической реакции между мраморам и кислотой пробка 14 разрушается и мембрана датчика 11 оказывается в гидравлическом контакте с поровой жидкостью, находяш,ейся в горных породах 26 за цементным камнем. В случае выполнения узла разгерметизации в виде пробки из термита н электрозапала процесс его разрушения происходит следуюшим образом. Через некоторое время после спуска и цементирования обсадной колонны с помошью электрозапала 19 воспламеняют заряд терМ|Ита. При этом под воздействием высокой температуры выплавляется парафиновая прО|бка 20, и мембрана датчика 11 оказывается в (влическом контакте с поровой жидкостью, .находящейся в горных породах 26 за цементным камнем. В случае выполнения узла разгеметизаЦ(ИИ Б виде кумуляти1вного заряда взрывчатого вещества с химическим взрывателем замедленного действия процесс его разрушения происходит следующим образом. В заданное время после затвердевания цемента происходит срабатывание заряда 21 1взры1вчатого вещества. При этом заглушка 9 разрушается, и мембрана датчика 11 оказывается в гидравлическом контакте с паровой жидкостью в горных породах 26 за цементным камнем. Срабатывание кумулятивного заряда отм ечается по скачку давления в момент взрыва. При наличии такого скачка с последующим падением давления до величины, близкой к гидростатическому давлению на глубине установки датчика, достигается уверенность в том, что установлена надежная гидравлическая связь между датчиком давления и поровым пространством в горных породах. В случае выполнения узла разгерметизации в виде пробки из сахара его разрушение происходит следуюшим образом. Перед спуском скважины из заглушки 9 вынимают резиновую пробку 17, освобождая доступ пластовой влаги к водорастворимой пробке 16 из сахара. Через некоторое время после спуска и цементирования обсадной колонны материал пробки 16 растворяется путем диффуаии в пластовой жидкости, и мембрана датчика 11 оказывается в гидравлическом контакте с поровой жидкостью, находящейся в горных породах 26 за цементным камнем. Длина сахарной пробки подбирается опытным путем в зависимости от заданного времени разгерметизации упругого элемента. Для уменьшения времени растворения пробки и большей надежности процесса разгерметизации в качестве жидкости, заполняющей упругий патрубок 5, может быть использована вода. Формула изобретения 1.Устройство для измерения гидростатического давления в снважине, содержащее датчик давления, установленный в корпусе на наружной поверхности обсадной колонны, канал связи между датчиком и поверхностью земли и вторичную аппаратуру, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности замера гидростатического давления в породах за цементным камнем за счет создания надежного гидравлического контакта датчика давления с породой, оно снабл ено жестко соединенным с корпусом и сообщающимся с ним упругим патрубком с заглушкой с размещенным в ней узлом разгерметизации. 2.Устройство по п. 1, о т л н ч а ю щ е сс я тем, что узел разгерметизации выполнен в виде пробки из карбонатных материалов, например мрамора, и электромагнитного клапана, а внупренний канал патрубка заполнен соляной кислотой. 3.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е еся тем, что узел разгерметизации выполнен в виде пробки из водораствор|Имого материала, например сахара. 4.Устройство п. 1, отличающееся тем, что узел разгерметизации выполнен и виде пробки из пирофорного материал;;, например термита, и соединеиного с ней электрозапала. 5.Устройство п. 1, отличающееся тем, что узел разгерметизации выполнен в виде оловянной пробки, зараженной перед

спуском в скважину «оловянной чумой.

6.Устройство п. I, отличающееся тем, что узел разгерметизации выполнен в виде резиновой пробки, а внутренний канал патрубка заполнен бензином.

7.Устройство п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что узел разгерметизации выполнен в виде ледяной пробки.

8.Устройство п. 1, отличающееся тем, что узел разгерметизации выполнен в виде пробки из материала, вступающего в химическую реакцию с водой, например карбида кальция.

9.Устройство по п. 1, отличающеес я тем, что узел разгерметизации выполнен

в виде кумулятивного заряда взры вчатого вещества с химическим взрывателем замедленного действия.

Источники инфор1мации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Новые пути получения технологической информации с забоя скважины при бурении. - Труды Тюменского индуктриалыного института, вып. 39, Тюмень, 1974.

2.Методика измерений давления и температуры в зацементированной части заколонного пространства скважины, Краснодар, ВНИИКрнефть, 1975.

-.

LLZ.Z