Устройство для измерения давления среды в затрубном пространстве скважины

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ш 16 6 9 У Е 21 В 47/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАН К АВТОРСКОМ Е ИЗОБРЕТЕНВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛНИЯ СРЕДЫ В ЗАТРУБНОМ ПРОСТРАНСТВЕСКВАЖИНЫ Бюл,й научитут неф(57) Йзоб во-геофиз етение относится ческим исследован и пр ческих назначено ля изуч затруби роцессов Цель -ий парамс транс тве, ти измерен рубном про ней сторон ышение ров сре скважин труб (К с онны(21) 4453449/2 (22) 04.07,88 (46) 15,11.90 (71) Всесоюзнь тельский инсти геофизики (72) И.М,Барск В.А,Напольски 1" М.Н.Лосев и К. (53) 622.24 1 ( (56) Авторское49006 1, кл,свидетельство СССРС 01 Ч 5/00, 1968,промыслоям скваения фиом проточносв затНа внеш 2 раз1606689 мещен измерительный преобразователь1, а в колонну на геофизическом кабеле 4 опущен регистрирующий прибор(РП) 3 для регистрации внутри КТ 2гамма-излучения. Внутри корпуса 5преобразователя 1 размещен подвиж"ный в осевом направлении шток 6 ипреобразователь давления, выполненный в виде поршня 7 и спиральнойпружины 8. На противоположныхконцах штока 6 установлены источники (И) 11 и 12 гамма-излучения, причем при нормальном давлении И 11 установлен против максимальной толщиныстенки закрепленного внутри корпуса 5симметричного относительно плоскостипоперечного сечения поглощающегоэкрана (ПЭ) 10, а И 12 - против минимальной толщины стенки ПЭ 10 Под Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям скважин и может применяться для изучения физических процессов в затрубном пространстве скважины: ха . рактера изменения давления в течение длительного времени, формирования цементного камня, контроля фактического состояния крепления скважин.Цель изобретения - повышение точности измерений параметров среды в затрубном пространстве скважин.На фиг.1 представлено устройство, обций, вид; на фиг.2 - калибровочная характеристика измерительного преоб разователя систочниками гамма-излучения в виде радиоактивного изотопа цезия Сб ; на фиг.3 - диаграммы интенсивности рассеянного гамма-излучения измерительных датчиков. 45Устройство содержит измерительный преобразователь 1, размещенный навнешней стороне колонны 2 труб, и прибор 3, опущенный в колонну на геофизическом кабеле 4, обеспечивающий регистрацию внутри колонныгамма-излучения измерительного преобразователя. Измерительный преобразователь 1 содержит корпус 5, внутри которого размещен подвижный в осевом,55 направлении шток 6 и преобразователь давления среды в эатрубиом пространстве скважины в осевое перемещение штока 6, выполненный в виде поршвоздействием жидкости в затрубномпространстве скважины перемещаетсяшток 6 с закрепленными на нем И 11 и ,12, Изменение положения И 11 и 12относительно ПЭ 10 вызывает изменение интенсивностей гамма-излученияпроходящего через ПЭ 10 внутрь КТ 2.Интенсивность рассеянного гамма-излучения источников 11 и 12 регистрируют РП 3 и определяют отношение зарегистрированных интенсивностей. Последнее является однозначной функциейвзаимного положения И 11, 12 и ПЭ 10,которое обусловлено только величинойдавления на поршень 7 среды в затрубном пространстве и не зависит от РП 3и его положения в КТ 2 состава и плотности заполняющей ее жидкости и идентичности И гамма-излучений. 3 ил,ня 7 и спиральной пружины 8, обеспечивающей возвратное движение поршня 7.Нижний конец штока 6 жестко закреплен на поршне 7, а силовая пружина 8 установлена между упором 9 на внутренней поверхности корпуса 5 и поршня 7, Внутри корпуса 5 измерительного преобразователя размещен поглощающий гамма-излучение экран 10, выполненный симметричным относительно плоскости поперечного сечения с плавно изменяющейся минимальной и максимальной толщиной стенок на противоположных концах, перекрывающий поток электромагнитного излучения в скважину от двух источников 11 и 12 гамма- излучения, установленных на противоположных концах штока 6, причем при нормальном (атмосферном) давлении источник 11 установлен против максимальной толщины стенки экрана 10, а источник 12 - против минимальной толщины стенки экрана 10, Колонна 2 труб, а также пространство между колонной 2 .труб и стенками скважины 13 заполнено жидкостью 14, давление которой в затрубном пространстве необходимо измерить.Устройство работает следующим образом.При спуске в скважину колонны 2 труо на ее наружной поверхности в заранее рассчитанной точке устанавливают измерительный преобразователь30 35 40 45 50 55 5 160 1, преобразующий механическое воздействие жидкости 14 в затрубном пространстве скважины в изменение поля электромагнитного излучения, интенсивность которого пропорциональна давлению среды. Колонну 2 труб опускают в скважину, и измерительный преобразователь 1 оказывается при этом установленным в заданном для исследования интервале затрубного пространства. Измерительный преобразователь 1 является частью устройства для измерения давления, которое также включает скважинный прибор 3 регистрирующий возбуждаемое поле гам-, ма-излучения и представляющий собой стандартный, серийно выпускаемый прибор РК (типа ДРСТЗ, СГДТ-З., РКСи др,), Прибор 3 опускают в скважину до .момента регистрации им аномалии гамма-излучения измерительного преобразователя 1, величина которой будет определяться положением штока 6 с источниками 11 и 12 гаммаизлучения относительно поглощающего излучение экрана 10, Жидкость 14 в ,затрубном пространстве скважины, находящаяся в точке закрепления измерительного преобразователя 1 устройства под определенным давлением (статическим или гидродинамическим в зависимости от проходящих в затрубном пространстве процессов), оказывает воздействие на поршень 7 измерительного преобразователя и перемещает его вместе с жестко закрепленным к нему штоком 6 в положение, определяемое равновесием сил, действующих на поршень 7 со стороны жидкости 14 и сжатой пружины 8, Перемещение штока 6 вызывает перемещение закрепленных на нем источников 11 и 12 гамма-излучения и изменение их положения относительно поглощающего экрана 10. Так как источники 11 и 12 перемещаются в зоне переменной толщины стенки экрана 10, то изменение их положения относительно экрана вызывает изменение интенсивностей гамма-излучения, проходящего через экран 10 внутрь колонны 2 труб.Изменение положения источника 11 вызывает повышение интенсивности рассеянного гамма-излучения источника, что обусловлено его перемещением в сторону уменьшения толприыстенок экрана 10. иоглопающего излучение, изменение положения источника 5 1 О 15 20 25 рассеянного гамма-излучения, таккак он при этом перемещается в сторону увеличения толщины стенки поглощающего экрана 10 и большая часть излучения источника 12 поглотится экраном. Устанавливая прибор 3 противодного, а затем другого источникагамма-излучения, что может быть осуществлено либо поточечно, по максимумам интенсивности гамма-излучения,либо в режиме непрерывной протяжкиприбора, регистрируют интенсивностьрассеянного гамма-излучения источников 11 и 12 и. определяют отношениезарегистрированных интенсивностей,являющееся однозначной функцией взаимного положения источников 11, 12и экрана 10, которое, в свою очередь обусловлено только величинойдавления на поршень 7 среды в затрубном пространстве и не зависит отрегистрирующего прибора и его положения в колонне, состава и плотностизаполняющей ее жидкости, идентичностиисточников гамма-излучения., Условиемпостоянства отношения интенсивностей регистрируемого гамма-излучения принеизменном положении источников 11и 12 относительно экрана 10 являетсяоднотипность применяемых источников,т.е, их одинаковые спектральные характеристики и величина периода полураспада., При этом не обязательно,чтобы начальная активность применяемых источников была абсолютно одинакова,однако при значительной разницев началвцой активности источниковухудшаются условия обеспечения исключения взаимного влияния источников на интенсивность регистрируемого откаждого иэ них излучения, Функциональ"цая зависимость между отношениями интенсивностей регистрируемого излучения и измеряемой величиной давленияприводятся в калибровочной характеристике каждого измерительного преобразователя, и она определяется типомприменяемых источников излучения,материалом поглощающего излучениеэкрана и диапазоном изменения толщины экрана,Пример калибровочной характеристики измерительного преобразователя,в котором использованы источникигамма-излучения в виде радиоактивно 137го изотопа цезия Сзс энергией фотонов Ео = 0,6616 1 эВ и свинцовыйпоглощающий экран с плавно изменяющейся толщиной стенки на противоположных в осевом направлении концахот 1 мм до 24 мм, приведен на фиг,2.На фиг.З приведены зарегистриро 5ванные на скважине диаграммы интенсивности рассеянного гамма-излучения измерительных преобразователей,имеющих описанные выше конструктив 10ные параметры и калибровочную харак-теристику, приведенную на фиг.2.Два источника Сб " активностью0,05 мг экв.радия установлены наштоке измерительного датчика на рас стоянии 0,5 м друг от друга, при котором практически отсутствует взаимовлияние источников на регистрируемуюинтенсивность гамма-излучения прииспользовании скважинньгх приборов сузконаправленной коллимацией, например, прибора СГДТ-З,Датчики закреплены к обсаднойколонне, опущены в скважину на глубину 417 и 610 м и при помощи нихизмерено статическое давление средыв затрубном пространстве скважины,представляющей собой промывочную .жидкость плотностью= 1210 кг/мкоторое соответственно составляло50 и 7,3 МПа. Действующее на данныхглубинах давление среды в затрубномпространстве составляло 5,05 и7,38 МПа, т.е. погрешность измерениядавления среды не превышала 10,1 МПа.В случае применения серийных при 35боров типа ДРСТ-З, СГДТи другихдля измерения внутри колонны полярассеянного гамма-излучения измерительных датчиков н них могут быть при 40менены источники гамма-излучения активностью не более 0,05-0,1 мг.экв.радия, применение которых не требуетсогласования и специальных мер защитыдля обеспечения безопасности работы 45с ними и которые способны создатьдостоверно регистрируемую аномалию(100-200 уровней фона) гамма-активности в скважине.Применение двух однотипных источ 50ников гамма-излучения, размещенныхна общем штоке и перемещающихся вдольпоглощающего экрана переменной толщины, позволяет регистрировать внутриколонны против источников две аномалии интенсивности рассеянного гамма 55излучения, отношение которых друг кдругу не зависит от положения регистрирующего прибора внутри колонны труб и типа его радиационного преобразователя, состава и плотности жидкости, заполняющей скважину, диаметра и толщины стенки колонны, поскольку все эти факторы, одинаково действуя на величину абсолютной интенсивности регистрируемого гамма-излучения первого и второго источников, не изменяют их отношения.Отношение интенсивностей регистрируемого излучения двух однотипных источников зависит от энергии излучаемых или гамма-квантов, а также материала и диапазона измененийтолщины стенок поглощающего экрана. При условии достоверной идентификации 253-ной разницы в интенсивностях регистрируемого излучения, что практически легко достигается, и при использовании свинцового поглощающего экрана и источников гамма-излучения С 5 с энергией 0,661 МэВ,1 з 7достаточно применение экрана с изменением толщины стенок на 20 мм, чтобы обеспечить предлагаемым устройством измерение давления с погрешностью не более + О,1 МПа. При использовании источников гамма-излучения Се " с энергиеи гамма-квантов144н0,134 МэВ для достижения такой же точности измерений достаточно применение поглощающего свинцового экрана с изменением толщины стенки на 7 мм.Формула изобретенияУстройство для измерения давления среды в затрубном пространстве скважины, включающее измерительный преобразователь, выполненный в виде корпуса с установленными в нем поглощающим экраном, штоком с размещенным на его конце источником гамма-излучения и преобразователем давления, шток установлен с возможностью осевого перемещения относительно поглощающего экрана и связан с преобразователем давления, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено дополнительным источником гамма-излучения, установленным на противоположном конце штока, а поглощающий экран выполнен симметричным относительно плоскости поперечного сечения с мию нимальной и максимальной толщинойстенок на противоположных концах,причем один из источников гамма-из 1606689 1 Олучения установлен напротив максимальной толщины стенки поглощающего экрана, а другой - напротив минимальной.1606 б 89 УО О 40 Составитель Г.Масловаедактор М.Товтин Техред М, Дидык Максимишин оррект оизводственно-издательский комбинат "Патент , г.ужгород, уп. Гагарина,1( аказ 3536 Тираж 490 НИИПИ Государственного комитета по 113035, Москва, Ж-ЗПодписноеобретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб д, ч/5