Устройство для калибровки приборов акустического каротажа Советский патент 1982 года по МПК G01V13/00 

Изобретение относится к технике геофизических исследований скважины и предназначено для использования пр работе с аппаратурой акустического каротажа для исследования качества цементирования. Известны несколько типов устройст для калибровки аппаратуры акустического каротажа. К одному из них относятся устройства для калибровки, в которых волноводом служит корпус тру бы (ванны), в которую помещают целиком весь калибруемый прибор или его зондовую часть. Акустический контакт между ультразвуковыми преобразовател ми и стенкой трубы обеспечивается пу тем заполнения трубы жидкостью. Волновод выполнен в виде упругой металлической ленты, участки которой в зо нах электроакустических преобразователей прибора зафиксированы в жидкостной среде специальным узлом ориентации I 1 . Однако они позволяют проводить калибровку скважинной аппаратуры только по временным параметрам, что ограничивает область их применения. Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для калибровки приборов акустическрго каротажа, реализующее способ калибровки скважинной аппаратуры акустического каротажа и содержащее звукопровод в виде трубы, заполненный жидкостью, и механизм для поддержания давления. Калибровка акустической скважинной аппаратуры производится с помощью этого устройства путем измен ния задаваемого давления в жидкости, заполняющий внутренний объем калибре вочной трубы, за счет уменьшения влияния растворенного в воде газа 2. Это устройство не обеспечивает получения однозначных зависимостей между калибруемыми параметрами (время, амплитуда) и состоянием цементирования обсадной колонны величиной кольцевого микрозазора, раскрытостью вертикального канала из-за значительного влияния на измерения растворенного в эмерсионной жидкости воздуха. Последнее обстоятельство имеет особенно важное значение, поскольку исключает возможность использования калибровочных графиков для настройки различных типов акустической аппаратуры при оценке однотипных дефектов цементирования, т.е. затрудняет идентификацию дефектов цементирования в зависимости от типа используемой для этих целей аппаратуры.

Цель устройства - повышение точности калибровки путем получения калибровочных точек, соответствующих различным условиям сцепления цементного кольца с колонной.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для калибровки приборов акустического каротажа, содержащем звукопровод в виде трубы, заполненный жидкостью, и механизм для поддержания давления, поверх звукопровода размещен контактный имитатор цементного кольца, состоящий из обоймы, в которой находятся секционированные накладки, выполненные в виде частей цилиндрической втулки и установленные в плоскости перпендикулярной к оси звукопровода, при этом каждая накладка соединена с механизмом перемещения,.обеспечивающим ее перемещение относительно стенки звукопровода в плоскости перпендикулярной стенке. .

Механизм перемещения каждой накладки содержит цилиндрическую полость, в которой размещен поршень, жестко соединенный с накладкой, при этом полость заполнена жидкостью и связана с механизмом для поддержания давления.

На фиг. 1 показано устройство для калибровки приборов акустического .каротажа АК ,общий вид,на фиг.2 - конструкция имитатора цементного кольца разрез А-А на фиг. 1 ,на фиг.З калибровочный график зависимости времени распространения акустического сигнала по зацементированной колонне от величины угла раскрытия вертикального канала, н фиг. 4 - калибровочный график зависимости относительной амплитуды сигнала распространяющегося по отдельной трубе, от величины кольцевого микрозазора между наружной стенкой стальной трубы и цементным кольцом.

Устройство для калибровки аппаратуры акустического каротажа состоит из калибровочной трубы-звукопровода 1 с герметизируемым внутренним объемом, в котором размещен акустический скважинный прибор 2, подлежащий калибровке. Герметизация внутреннего объема осуществляется с помощью специального затвора 3.- Расположение прибора АК на оси калибровочной трубы-звукопровода 1 обеспечивается с помощью центраторов k. На наружной поверхности калибровочной трубы располагается контактный имитатор 5 цементного кольца, который состоит (см. фиг. 2) из обоймы 6, четырех секционированных прижимных накладок 7, резиновых подкладок 8, толкающих поршней 9 уплотнительных колец 10, маслопровода 11, впускного вентиля 12 и выпускного вентиля 13. Изменение давления внутри объема калибровочной трубы осуществляется с помощью гидравлического насоса 14, а управление контактным ими,татором 5 - с помощью насоса 15Калибровочная точка 16 (фиг. 3) соответствует времени распространения акустического сигнала по колонне без цемента, точки временам промежуточным, точка 20 соответствует полностью зацементированной колонне. Кривые 21-23 (фиг. 4) представляют собой калибровочные графики амплитуд дляразличных значений коэффициента усиления скважинного прибора АК, а точки соответствуют условиям распространения сигнала по стальной колонне без цемента.

Калибровочное устройство работает следующим образом.

Калибруемый скважинный прибор 2 размещают внутри калибровочной трубызвукопровода 1, заполненного нейтральной дегазированной эмерсионной жидкостью (например, трансформаторным маслом), и изолирует его герметичным затвором 3 через который пропущены электровводы, предназначенные для питания скважинного прибора 2 и передачи информационного сигнала на панель регистрации. Затем внутри калибровочной трубы-звукопровода с помощью насоса создают давление порядка 2050 кТс/см с целью исключения влияния растворенного в жидкости газа на измеряемые параметры. В начальный момент времени tg прижимные накладки 7 контактного имитатора 5 находятся в отжатом состоянии, а условия распространения акустического сигнала по калибровочному устройству соответствую стальной колонне без цемента (см. фиг. 3 и фиг. , калибровочные точки 16, 2Ц, 25 и 26К, .При необходимости проведения кали ровки скважинного прибора по амплиту де акустического сигнала в контактны имитатор 5 подают давление от насоса 15 в диапазоне от О до 200 кГс/см ступенями через 20-50 кГс/см . При этом зазор между прижимными накладками 7 имитатора 5 и стенкой калибровочной трубы-звукопровода 1 каждый раз уменьшается на некоторую величину по мере увеличения давления (на .ступень, а амплитуды акустического сигнала изменяются согласно графикам (фиг. Ц). Изменение соответствующих амплитуд акустического сигнала в зависимости от давления Р в камере кон тактного имитатора 5 (или от величины микрозазора 5) представляет собой калибровочный график амплитуд для ра личных значений коэффициента усиления глубинного прибора (фиг. 4, кривые 2 23). При необходимости проведения калибровки скважинного прибора по времени прихода акустического сигнала осуществляют последовательный сброс давления в четырех камерах контактного имитатора 5 путем поочередного открывания выпускных вентилей 13, при закрытых впускных вентилях 12. При этом происходит последовательное отжимание накладок 7 контактного имитатора 5 от наружной стенки калибровочной трубы-звукопровода 1 под влиянием резиновых прокладок 8 и снятия давления масла с поршня 9. По мере от жимания прижимных накладок 7 происходит изменение времени прихода акустического сигнала от значения времени, соответствующего зацементированной колонне, & t, (фиг. 3, уровень колонны с цементом) до значения времени, соответствующего свободной колонне - &t (фиг. 2, уровень колонны без цемента). Время распространения сигнала по калибровочной трубе по следовательно принимает значения tn« 9 f(6 П Чь (fle:t g utj, а t ut|(;), ПО которым строится калибровоч ный график времен, представляющий собою прямую линию (см. фиг. 3). Выбор длины, толщины и материала накладок блока имитатора цементного кольца необходимо осуществлять на основе следующих аналитических зависимостей . Так, скорость распространения обобщенных упругих колебаний в биморфной системе, образованной стенкойколонны и цементным кольцом, описывается выражением вида где fcT плотность стали; плотность цементного камня; PU, VCT скорость в стали; скорость в цементе. Частота возбуждения обобщенных (биморфных) колебаний определяется из формулы fo5 0.1 Vog/hg, -(Ч) , толщина стальной колонны; 1пц- толщина цементного кольца, Влияние объемных дефектов различной раскрытости на время распространения обобщенной волны в описанной биморфной среде учесть с помощью следующего выражения, полученного из предыдущих формул (1) и (2) /о /п lo ptK-))H-M)i .° lPa№«)) где Кч - внутренний диаметр колонны; RQ - наружный диаметр колонны; R наружный диаметр цементного кольца; М - угол раскрытия канала. Зависимости, описываемые формулой (3), представлены на фиг. 3. Приведенный график показывает, что время распространения обобщенных колебаний в : системе цемент - колонна зависит от величины угла раскрытости Ч вертикального канала в цементном камне. Учитывая, что механизм влияния плотности контакта цементного кольца с наружной стенкой обсадной колонны (см. фиг. k) связан с перераспределением энергии акустического сигнала, распространяющегося пО стенке колонны в окружающую среду через переходно-согласующий слой, которым является цементное кольцо, а также то, что главную роль в этом механизме играет зависимость коэффициента отражения на границе двух сред от волнового сопротивления этих сред, можно, варьируя волновое сопротивле792ние внешней контактной поверхности, обеспечить ее равноценное (с цементным кольцом) влияние на меньшей длине контактирующих поверхностей. Выбор длины прижимных накладок из материала с волновым сопротивлением, отличающимся от волнового сопротивления цементного камня ( ) может быть осуществлен на основе полученного из предыдущих формул следующего выражения , , , /сЛт-Уи, L ,,, Ч 1 л; №1г1р;; ;;«рл№ где (- длина контактной поверхности в материала заменителя с Рц Vu, ; I,, - длина контактной поверхности для цементного кольца; р V - волновое сопротивление стали ст ст у„ м волновое сопротивление цемента; Vv волновое сопротивление заменителя. Устройство имеет преимущества перед существующими, поскольку позволяет проводить калибровку аппаратуры акустического контроля цементирова:ния по амплитудно-временным параметрам, а также осуществлять привязку калиброванных значений к конкретным условиям цементирования обсадной ко,лонны, что дает возможность, проводит идентификацию различных дефектов цементирования независимо от типа акустической аппаратуры, применяемой для исследований. Кроме того, значительным преимуществом устройства является высокая оперативность и точность (.повторяемость ) результатов ввиду от сутствия элементов, обладающих нестабильностью своих свойств во времени (например, таких как цемент, эмерсионная жидкость насыщения воздухом и др.) . Формула изобретения 1.Устройство для калибровки приборов акустического каротажа, содержащее звукопровод в виде трубы, заполненный жидкостью, и механизм для поддержания давления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности калибровки путем получения калибровочных точек, соответствующих различным условиям сцепления цементного кольца с колонной, поверх звукопровода размещен контактный имитатор цементного кольца, состоящий из обоймы, в которой находятся секционированные накладки, выполненные в виде частей цилиндрической втулки и установленные в плоскости перпендикулярной к оси звукопровода, при этом каждая накладка соединена с механизмом перемещения, обеспечивающим ее перемещение относительно стенки звукопровода в плоскости перпендикулярной стенке. 2.Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что механизм перемещения каждой накладки содержит цилиндрическую полость, в которой размещен поршень, жестко соединенный с накладкой, при этом полость заполнена жидкостью и связана с механизмом для поддержания давления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 V , 197. 2.Авторское свидетельство СССР If 6 11376, кл. G 01 V 1/40, 1976 (прототип).