Датчик угла наклона скважины

СОК)3 СОВЕ ВСКИХСО ИАЛИС ГИ ЕСКИРЕСПУБЛИК 1796015 УЪ(51)5 Е 21 В 47/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ПАТЕН оваофи ельскииики.А.Рапин еин,ельскийикииованияод ред, , 1983,о-исследоват ловой геофиз етоды исслед еофизика / П - М,: Недра идетельство СССР21 В 47/02, 1978.(54) ДАТЧИК УГЛА НА (57) Использование; в геозифики, при строи ризонтальными ство бретения; датчик угл ЛОНА СКВАЖИНЪ бласти промысловой льстве скважин с гоми. Сущность изонаклона содержит 6 ГОСУДАРСТВЕННОЕ .ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(73) Всесоюзный научнинститут нефтепромыс(56) Геофизические мскважин. Справочник гд.т.н. В,М,Запорожца.с.330 - 331.Авторское свМ 757696, кл, Е Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано при строительстве нефтяных и газовых скважин, в частности при строительстве скважин с горизонтальными стволами, требующими высокую точность измерений зенитных углов для попадания в продуктивные пласты малой мощности и контроля за прохождением трассы ствола скважины по простиранию пласта.Известны устройства для определения кривизны скважины, содержащие отвес, расположенный на рамке, которую смещенный относительно оси ее вращения груз совмещает с плоскостью искривления скважины. Уголискривления скважины равен углу между направлением отвеса и осью цилиндрический корпус, выполненный из двух коаксиально расположенных частей, образующих герметичную полость, заполненную двумя несмешивающимися жидкостями, в качестве одной из которых использован раствор радиоактивного изотопа, а в качестве другой - ртуть, выполняющая роль гамма-поглощающего экрана, а также детектор гамма-излучения, установленный соосно с корпусом на его наружной торцевой поверхности. В зависимости отзенитного угла ствола скважины уровень между жидкостями будет устанавливаться на такой же угол, При этом соответственно будут изменяться массы раствора радиоактивного изотопа в торцевых зазорах. В соответствии с изменением масс будет изменяться интенсивность гамма-излучения, Отношение значений гамма-излучения будет являться функцией угла наклона скважины. б ил. прибора. Недостатком этих устройств является их значительная восприимчивость к случайным механическим воздействиям, обуславливающая недостаточную точность измерений(погрешность в определении зенитного угла в ряде случаев превышает + 1угловои градус).Известен датчик угла наклона, включающий заполненную рвумя несмешивающимися жидкостями кольцевую полость, образованную двумя коаксиально расположенными цилиндрическими стаканами, где одна из несмешивающихся жидкостей - электропроводящая, а другая - диэлектрик, На внутренних стенках цилиндрических стаканов установлены электроды, имеющие слой диэлектрика. В зависимости от величи 1796015ны перемещения границы раздела жидкостей в кольцевой полости относительно первоначальной происходит изменение электрической емкости, значение которой соответствует углу наклона, 5Данное устройство является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и принято за прототип. В отличие от электромеханического датчика данное устройство не содержит взаимодействую щих между собой механических деталей и узлов, поэтому оно менее восприимчиво к случайным механическим воздействиям.Однако, оно также не обеспечивает высокой точности измерений, что связано с низкой 15 чувствительностью емкостного преобразователя угла. наклона.Даже в случае небольшого зазора между электродами емкостного и реобразователя (например, при соотношении радиусов 20В 1электродов = 1,1 - 1,2) и значительной2осевой протяженности электродов (0,3- 0,5 м) емкостный преобразователь образует электрическую емкость очень малой величины (менее 10 пФ). При этом добротность измерительной цепи низка (оставляет доли единиц), а резонансная частота очень велика (сотни МГц), что обуславливает "размытость" резонансных кривых, существенное 30 влияние емкостей С 1 - С 4 емкостного преобразователя датчика друг на друга и, как , следствие, низкую чувствительность к изменению угла наклона и, соответственно, низкую точность измерений. Поэтому такой преобразователь не может быть использован при исследовании скважин с горизонтальными стволами, требующими высокуо точность измерения зенитных углов для попадания в продуктивные пласты малой мощ ности и контроля за прохождением трассы ствола скважины по простиранию пласта (погрешность в определении зенитных углов не должна превышать .ф. 15-20 угловых минут),45Целью предлагаемого технического решения является повышение точности измерений при проведении исследований скважин с наклонами стволов, близких к горизонтальным. 50Указанная цель достигается тем, что визвестном датчике угла наклона скважины, содержащем цилиндрический корпус, выполненный в виде двух коаксиально расположенных частей с образованием между 55 ними герметичной круговой полости, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями, и регистрирующий блок, согласно изобретению, в качестве несмешивающихся жидкостей использованы раствор радиоактивного изотопа и ртуть, а регистрирующий блок выполнен в виде радиационногопреобразователя, детектор гамма-излучения которого установлен на наружной торцевой поверхности корпуса соосно с ним,Интенсивность регистрируемого радиационным преобразователем гамма-излучения раствора радиоактивного изотопазависит от гамма-активности раствора, которая пропорциональна его действующеймассе. Действующей массой является массараствора, находящегося в круговой полостимежду внешним и внутренним цилиндрическими стаканами непосредственно противдетектора гамма-излучения радиационногопреобразователя, так как излучение всей остальной массы раствора экранируется в круговой полости ртутью, обладающей высокойэффективностью поглощения гамма-излучения,При изменении угла наклона устройстваизменяется действующая масса растворарадиоактивного изотопа в круговой полостипротив детектора гамма-излучения и соответственно пропорционально изменяетсяинтенсивность регистрируемого гамма-излучения. Чувствительность устройства к изменению угла наклона регулируетсяисходным соотношением масс раствора радиоактивного изотопа и ртути, и соотношением диаметра детектора гамма-излученияи протякенности в осевом направлении круговой полости.При заданном узком диапазоне изменений угла наклона скважины путем выборасоотношения масс несмешивающихся жидкостей в круговой полости датчика, соотношения геометрических размеров элементовкорпуса датчика и диаметра детектора может быть достигнута наперед заданнаядифференциация регистрируемых детектором значений гамма-излучения от угла наклона, а соответственно и точностьизмерений,На фиг. 1 и 2 приведен общий вид предлагаемого датчика угла наклона (на фиг. 1датчик располокен горизонтально, на фиг.2 - датчик - под некоторым углом а к горизонтальной плоскости); на фиг. 3 приведенразрез датчика (фиг. 1) по плоскостям А - А ИБ - Б, на фиг. 4 и 5 приведены разрезы датцика (фиг, 2) по плоскостям А - А и Б - Б соответственно.Датчик угла наклона (фиг. 1 - 5) содержиткорпус, выполненный в виде двух коаксиально расположенных частей: внешней 1 ивнутренней 2, с образованием между нимигерметичной круговой полости 3, заполненной двумя несмешивающимися жидкостя1796015 соосно с ним. ми, в качестве одной из которых использован раствор радиоактивного изотопа 4, а в качестве другой - ртуть 5. Раствор радиоактивного изотопа 4 являетя рабочей жидкостью, а ртуть 5 выполняет роль гамма-поглощающего экрана, Внутри корпуса 2 размещен дополнительнчй гамма-поглощающий экран 6, выполненный, например из свинца. Для образования раствора радиоактивного изотопа может быть применена, например, соль цезия(Сз , энергия гамма-излучения Е у= 0,67 МэВ, период полураспада Тд =30 лет) суммарной активностью не более 0,01 мг-экв. БаКруговая полость 3 в корпусе и заполняющие ее несмешивающиеся жидкости 4 и 5 образуют чувствительный к изменению угла наклона элемент. В приведенной на фиг. 1 и 2 конструкции датчика угла наклона детектор гамма-излучения состоит из двух идентичных кристаллов йа 1(Т) 7 и 8, установленных на наружных торцевых поверхностях внешнего корпуса 1, соосно с ним. Диаметры кристаллов Ма(Т 1) близки к внутреннему диаметру внешнего корпуса. Расстояние между торцами внешнего и внутреннего частей корпуса (торцевой зазор) выбирают в зависимости от энергии гамма-излучения используемогораствора радиоактивного изотопа, его удельной активности и, в большинстве случае, может находиться в пределах 5 - 15 мм,Датчик угла наклона работает следующим образом.Глубинный прибор, в котором вдоль оси размещен датчик, опускают в скважину на геофизическом кабеле и устанавливают в заданных для измерения угла наклона ствоФормула изобретения Датчик угла наклона скважины, содержащий цилиндрический корпус, выполненный в виде двух коаксиально расположенных частей с образованием между ними герметичной круговой полости, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями, и регистрирующий блок, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышела скважиныточках, В зависимости от зенитного угла ствола скважины уровень 9 и 10 датчика угла наклона будет устанавливаться на такой же угол, При этом соответ ственно будут изменяться массы растворарадиоактивного изотопа в торцевых зазорах, причем, если в одном торцевом зазоре масса изотопа будет увеличиваться, то в противоположном торцевом зазоре будет 10 соответственно уменьшаться, и наоборот. Всоответствии с изменениями масс изотопа в торцевых зазорах будет изменяться интенсивность гамма-излучения регистрируемого кристаллами Иа(Т 1), При этом, 15 отношение значений гамма-излучения, зарегистрированных соответственно кристаллами 7 и 8, будет являться только функцией1угла наклона скважины, - =ф сР )220Градуировочный график 1 отн. = ф(Р)представляет собой экспоненту в диапазоне изменения углов от 80 до 100 угловых градуса. Как следует из приведенного графика, имеет место очень высокая дифференциация показаний, подтверждающая высокую точность измерений зенитных углов.Технико-экономические преимуществапредлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключаются в значительном повышении точности измерений углов наклона скважин. Это позволяет уверенно использовать устройство при инклинометрии скважин, где требуется высокая точность измерений, в частности, при проводке горизонтальных стволов скважин вдольпродуктивного пласта малой мощности,ния точности измерений при проведении исследований скважины с наклонами стволов близких к горизонтальным, в качестве несмешивающихся жидкостей использованы раствор радиоактивного изотопа и ртуть,а регистрирующий блок выполнен в виде радиационного преобразователя, детектор гамма-излучения которого установлен на наружной торцевой поверхности корпуса1796015 0,2 Корректор, Э.Лончакова Составитель Д.БерншРедактор Техред М.Моргентал оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 444ВНИИПИ Го Тиражрственного комитета по изобретени 113035, Москва, Ж, Раушская дписноеи открытиям при ГКНТ С