Мерзлотомер

(51)5 Е 21 В 47/ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГННТ СССР НОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ОБРЕТЕ ЛЬСТ вых состояний српространстве.На фиг. 1 покобщий вид; на фиграммы фазовогозаколонном простМерзлотомер ссосуд 1, заполнезаданной темпераМерзлотомер снаб ды в заколон к област исследов енно к у тся овог лонном прони многолетется расшиза счет обе ерения азо К АВТОРСКОМУ СВИ(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики(57) Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследова- . ний буровых скважин. Целью изобретения является расширение области приме кения за счет обеспечения возможности измерения фазовых состояний среды в заколонном пространстве. Для этого содержащий герметичный сосуд 1 с жидИзобретение относипромыслово-геоФизическихний буровых скважин, а имройствам для определениясостояния вещества в закстранстве при пересеченнемерзлых пород.Целью изобретения являрение области примененияспечения возможности изм 2костью 2 мерзлотомер снабжен герметичным корпусом 3 и двумя источниками 4, 5 гамма-излучения. Герметичный корпус 3 заполнен с образованием воздушной камеры 6 жидкостью 7, Температура замерзания последней ниже температуры замерзания жидкости 2, заполняющей герметичный сосуд 1. В качестве жидкости 2 использован водный раствор этилового спирта. Один из источников 4 гамма-излучения закреплен в корпусе 3. Другой источник 5 установлен на выполненном из эластичного материала герметичном сосуде 1, Последний размещен в корпусе 3 с возможностью перемещения вдоль оси корпуса 3. Удельный весзаполняющей корпус 3 жид- ) кости 7, удельный вес фзалолненного жидкостью 2 герметичного сосуда 1 при температуре выше температуры за- С мерзания жидкости 2 и удельный весзаполненного сосуда 1 при темпе- Д ратуре ниже температуры замерзания жидкости 2 связаны соотношением2 ил. азан мерзлотомер,г. 2 - пример диасостояния среды вранстве.одержит герметичныйнный жидкостью 2 с турой замерзания.жен герметичным кор16403пусом 3 и двумя источникаьаГ 4, 5гамма-излучения,Герметичньй корпус 3 заполнен собразованием воздушной камеры 6 жид 5костью 7 с температурой замерзанияниже температуры замерзания жидкости 2, заполняющей герметичный сосуд 1.В качестве жидкбсти 7 использован 267.-ный водный раствор этиловогоспирта с температурой замерзания минус 15 С и удельным весом (при температуре 4 С) 0,95 г/смз,Один из источников 4 гамма-излучения закреплен в,корпусе 3, а другой 5 - на выполненном из эластичного материала герметичном сосуде 1,Размещенном в корпусе 3 с возможностью перемещения вдоль оси корпуса 3.Удельный вес , заполняющей корпус3 жидкости 7, удельный весзаполненного жидкостью 2 герметичного сосуда 1 при температуре выше температуры замерзания жидкости 2 в сосуде 1и удельный весзаполненного ука- . 25занного сосуДа 1 при температуре нижетемпературы замерзания жидкости 2 всосуде 1 связаны соотношением)оГерметичный сосуд 1 заполнен 1 Ж-ным 0водным раствором (жидкостью 2) этилового спирта, имеющим температуру замерзания (кристаллизации) минус 0,4 Си удельный вес 0,98 г/см (при температуре 4 С)35Поскольку температура кристаллизалии жидкости 7 ниже температурыкристаллизации водного раствора(жидкости 2), поэтому при изменениитемпературы окружающей сРеды сначала 40будет кристаплизоваться водный раствор, а затем уже при дальнейшем понижении температуры - жидкость 7. Жидкости 7 и 2 подобраны таким образом,что удельный вес жидкости 7 меньше 45удельного веса заполненного сосуда 1при температуре выше температурыминус 0,4 С и больше удельного весазаполненного сосуда 1 при температуре ниже температуры минус 0,4 С. Для того, чтобы изменение объемасосуда 1 при изменении температурыжидкости 2 не привело к изменениюдавления в жидкости 7, существенному55влиянию на температуру кристаллизациижидкости 2 и механической деформации"корпуса 3, жццкость 7 заполняет кор-.пус 3 устройства с образованием воз 88 4душной камеры 6, объем которой выдолнен сравнимым с объемом сосуда 1.3На корпусе 3 и сосуде 1 закреплены два источника 4, 5 гамма-излучения Сз , активностью 0,05 мг-экв.Ка,яположение которых в пространстве позволяет опрЕделять фаэовое состояние среды. Устройство закрепляют на наружной поверхности колонны труб 8 при их спуске в скважину, Регистрацию положения источников 4, 5 осуществляют стандартным радиометром 9 типа СГДТНВ, опущенным в колонну труб 8 на геофизическом кабеле 10 и имеющем коллимированный детектор 11 гамма-излучения, размещенный в круговом окне, выполненном в свинцовом экране 12,Устройство работает следующим образом.При спуске в скважину колонны труб 8 мерзлотомер устанавливают в рассчитанном месте на наружной поверхности труб так, чтобы после спуска в скважину колонны устройство оказалось в заколонном пространстве в заданномдля исследований интервале скважины.В течение нескольких часов после спус ка колонны 8 в скважине за счет интеисизного теплообмена устанавливается тепловой режим, при котором жйдкоСти 2 и 7 устройства приобретают темпера. туру окружающей среды,Ест температура среды в заколонном пространстве в месте расположения устройства выше температуры минус 0,4 С, последняя будет оставатьсяожидкой внутри сосуда 1, а сам сосуд будет занимать крайнее нижнее положение в жидкости 7 (поз. А фиг. 1), т,к. удельный вес сосуда 1 с закрепленным на нем источником гамма-излучения 5 (определенный как отношение веса зполненного сосуда 1 с источником 5 к объему вытесненной жидкости 7) составляет 1,0 г/см, что больше удельного веса жидкости 7.Если же температура среды в заколонном пространстве в месте расположения устройства ниже температуры кристаллизации водного раствора (жидкости 2) минус О, 4 ОС, последний перейдет в твердое состояние, сопровождающееся увеличением его объема (вследствие положительного коэффициента изменения объема, воды 7 при фазовом переходе жидкость - твердое тело для чистой воды Ь 7 = 0,08 см /г), Это приведет к увеличению объема уп30 5 164038 ругого герметичного сосуда 1 и, соответственно, уменьшению его удельного веса, который станет равным .0,92 мН/см, т.е. меньше удельного веса жидкости 7, заполняющей корпус 3.5 Сосуд 1 при этом займет в жидкости 7 верхнее положение (поз. Б фиг. 1).Регистрацию положения в устройстве герметичного сосуда 1 с источником 5 гамма-излучения осушествляют при помощи стандартного радиоактивного каротажа скважины. Для этого в колонну труб 8 опускают на геофизическом кабеле 10 радиометр 9 (типа СГДТ) и регистрируют при помощи коллимированного детектора 11 гамма- излучение источнихов 4 и 5 устройства.Пример зарегистрированных радио метром диаграмм приведен на фиг. 2, где кривая 13 соответствует положению А сосуда 1 устройства (при температуоре среды выше минус 0,4 С), а кривая 14 - положению Б сосуда 1 устройства (при температуре среды нике минус 0,4 С).Если температура кристаллизации заполняющего сосуд 1 водного раствора 2 соответствует температуре промерзания горных пород на глубине размещения данного устройства в заколонном пространстве скважины, то, зная положение сосуда 1 внутри корпуса 3 устройства, делают заключение о фазовом состоянии среды в заколон 35 ном пространстве скважины: при регистрации одного пика гамма-активности большой интенсивности в месте расположения устройства (кривая 13 фиг, 2), соответствующего одновременной регистрации гамма-активности источников 4 и 5, . - среда в заколонном пространстве находится в стадии промерзания; при регистраци: двух пи ков гамма-активности меньшей интенсивности (кривая 14 фиг. 2), что соответствует раздельной регистрации гамма-активности источников 4 и 5, среда в заколонном пространстве находится в оттаившем состоянии.Иерзлотомер может быть установлен за любой технической, эксплуатационной или насосно-компрессорной колонной труб, после чего на скважине может,55 быть осуществлен предусмотренный проектом регламент работ: промьвка заколонного пространства, цементирование или другие работы и при этом за 8 6колонные устройства не мешают их проведению. Применяемые в устройствах источники гамма-излучения имеют малую активность (не более 0,05-0,1 мг-экв, Ва), достаточную для создания достоверно регистрируемой в скважине аномалии гамма-активности (100-200 уровней естественного фона), так что применение таких источников не требует согласования и специальных мер защиты дпя обеспечения безопасности работы с нимиоВблизи устройства для измерения фазового состояния среды в заколонном пространстве, имеющего заполненный водным раствором герметичный упругий сосуд, температура кристаллизации жидкости в котором соответствует температуре промерзания горных пород на глубине размещения данного устройства, могут быть размещены другие подобные им устройства, герметичные сосуды которых заполнены водным раствором с более высокой или более низкой температурой кристаллизации жидкости, Это позволит с высокой точностью определить диапазон изменения температуры среды в заколонном пространстве скважиныВодные растворы с различной температурой кристаллизации могут быть получены за счет молекулярного понижения точки кристаллизации раствора путем введения в него растворимых веществ, Степень понижения температуры кристаллизации раствора определяется криоскопической постоянной растворителя К, которая для воды составляет 1,85 град. при растворении в 1000 г растворителя 1 моля любого нелетучего вещества (Таблицы физических величин, справочник под ред. акад. И,К. Кикоина, И.: Атомиздат, 1976, с. 196).Тах, например, температура замерзания 107-ного водного раствора глиоцерина составляет минус 1,6 С,12,57-ного водного раствора этиленгликоля имеет температуру замерзания минус 3,9 С, 1,4 -ного водного раствораИ 8 С 1 имеет температуру замерзанияминус 0,7 С, 1,5l-ного водного раствора ИаС 1 имеет температуру замерзания минус 0,9 С,В качестве жидкостей, заполняющихкорпус устройства, могут быть применены, например, чистый метиловый илиэтиловый спирты и др,1 б 40388 Когда удельный вес сосуда с источ" ником гамма-излучения оказывается больше, чем это требует соотношение (например, в случае применения в качестве корпуса герметичного упругого5 сосуда металлического сильфона), требуемьп удельный вес может быть получен за счет прикрепления к сосуду поплавка нужного объема ипи выполнения его с дополнительной герметичной воздушной камерой.Формула изобретения В, Стрельченкогуновя Корректор А, Осауленко ставител хреД С,М б ак Подписное бретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб., д, 45 ственного комит 113035, Москв Производственно дательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Иерзлотомер, содержащий герметичный сосуд, заполненный жидкостью с заданной температурой замерзания, о т л и ч а ю ц и й с я темчто, с цедью расширения области применения за счет обеспечения возможности измерения фазовых состояний среды в заколонном пространстве, он снабжен геретичньи корпусом, двумя источни- Я Заказ 1260 Тираж 375 ВНИИПИ Государ ета по и а, Ж, хами гамма-излучения, при этом герметичный корпус заполнен с образованиемвоздушной камеры жидкостью с темпера-турой замерзания ниже температуры, замерзания жидкости, заполнякнцей герметичньй сосуд, в качестве которойиспользован водный раствор этиловогоспирта, один из источников гамма-излучения закреплен в корпусе, а другой -на выполненном из эластичного материала герметичном сосуде, размещенномв корпусе с возможностью перемещениявдоль оси корпуса, причем удельньйвес , заполняюцей корпус жидкости,удельный весзаполненного жидкостью герметичного сосуда при температуре выше температуры замерзанияжидкости в сосуде и удельный весзаполненного указанного сосуда притемпературе ниже температуры замерзания жидкости в сосуде связаны соотношейием", ).