Устройство для измерения давления среды в заколонном пространстве скважины

 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в нефтяных скважинах и может быть использовано для контроля состояния цементного кольца при креплении скважин. Цель - повышение надежности работы устройства. Устройство содержит герметичную камеру 1, внутри которой размещен подвижный в осевом на

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я}5 Е 21 В 47/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

g0 (21) 4709259/03 (22) 23.06.89 (46) 30.09.91.Бюл. N 36 (7.1) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (72) Д.А,Бернштейн, И.M.Áàðñêèé и B.À.Рапин (53) 622.241 (088.8) . (56) Авторское свидетельство СССР

М 1606689, кл. E 21 В 47/06, 11 05 8

13

18

58

17

19,».SU „1680964A1. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ СРЕДЫ В ЗАКОЛОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ СКВАЖИНЫ (57) Изобретение относится к геофизическим исследованиям в нефтяных скважинах и может быть использовано для контроля состояния цементного кольца при креплении скважин, Цель — повышение надежности работы устройства. Устройство содержит герметичную камеру 1, внутри которой размещен подвижный в осевом на1680964

20

40 правлении шток 2 с источниками 3 и 4 гамма-излучения, поглощающий экран 5 и механизм преобразования давления среды в осевое перемещение штска 2. Последний содержит соединенный жестко со штоком 2 поршень 6 и упругий элемент, состоящий иэ герметичного эластичного баллона 7, помещенного в защитный кожух 8 с отверстиями

9. Баллон 7 заполнен сжатым газом 10, начальное давление которого равно нижнему пределу диапазона измеряемого давления среды. Поршень 6 делит корпус 17 на герметичную полость 1 и полость 18, сообщенную со скважинной сред>й через окна 19. ПоИзобретение относится к технике и методике промыслово-геофизических исследований скважин и может применяться для изучения физических процессов в заколонном пространстве скважины, в частности для изучения характера изменения давления в течение длительного времени, контроля фактического состояния цементного кольца при креплении скважин, контроля герметичности заколонного пространства

Цель изобретения — повышение надежности работы устройства.

На чертеже схематично изображено устройство для измерения давления среды в заколонном пространстве скважины, общий вид, устройство содержит герметичную камеру 1, внутри которой размещен подвижный в осевом направлении шток 2 с установленными на нем двумя источниками

3 и 4 гамма-излучения, поглощающий экран

5 и механизм преобразования давления среды в осевое перемещение штока, включающий жестко соединенный со штоком 2 поршень 6 и упругий элемент. состоящий из герметичного эластичного баллона 7, помещенного в защитный кожух 8 с отверстиями

9, Баллон 7 заполнен сжатым газом 10, начальное давление которого выбирают равным нижнему пределу диапазона измеряемого давления среды в заколонном пространстве. Защитный кожух 8 служит для предотвращения разрыва эластичного баллона при заполнении его газом.

Для заполнения баллона может быть использован любой безопасный гаэ, например воздух, углекислый газ, аргон и Др, Для удобства сборки упругий элемент сочленен с головкой 11, ввинчиваемой в корпус камеры. В головке 11 выполнен штуцер 12 для заправки баллона газом. Все свооодное лость 1 заполнена трансформаторным маслом 13. Поглощающий экран 5 выполнен симметричным относительно плоскости поперечного сечения с максимальной и минимальной толщинами стенок. При измерении давления в заколонном простран=тве поршень 6 переместится на определенное расстояние, пропорцйональное измеряемому давлению. Измеряется .:нтенсивность гамма-излучения источ иков 3 и 4 излучения, отношение которых соответствует абсолютному значен»ю давления среды в заколонном пространстве. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. пространс, цо герметичной камеры 1 заполнено жидкостью 13, например трансформаторным маслом. Внутри камеры имеются выступы 14 и 15 для ограничения хода поршня 6.

В качестве уплотнительных элементов поршня применяют резиновые кольца 16.

Поршень 6 делит корпус 17 на герметичную полость 1 и полость 18, сообщенную со скважинной средой через окна 19.

Поглощающий экран 5 выполнен симметрично относительно плоскости поперечного сечения с отличающейся толщиной стенок на противоположных концах, причем в исходном состоянии один из источников 3 установлен против минимальной толщины стенки экрана, а другой 4 — против максимальной толщины стенки экрана.

В верхней части корпуса герметичной камеры 1 выполнено технологическое отверстие 20. которое после сборки устройства герметизируется специальнь>м винтом, Поскольку гидравлическое давление среды на поршень с обеих сторон всегда одинаковое (уравновешенное), уплотнительные элементы поршня, служащие для герметизации (например резиновые кольца). разгружены и поэтому не происходит их деформация и износ, благодаря чему повышается надежность и долговечность работы устройства. В качестве силового упругого элемента, обеспечивающего противодействующее внешнему давлению усилие, применяют герметичный эластичный баллон, помещенный в защитный кожух и заполненный сжатым газом.

Начальное давление газа в баллоне определяют и устанавливают в соответствии с заданным нижним пределом диапазона измеряемого давления среды, при этом поршень со штоком начинает перемещаться из начального своего положения только тогда, 1680964

30

50 когда давление среды в заколонном пространстве превышает начальное давление газа в баллоне. При дальнейшем повышении давления среды поршень давит на.жидкость, расположенную а камере, которая, в свою очередь, сжимает баллон с газом, Чем выше начальное давление в баллоне, тем выше верхний предел диапазона измеряемого давления, однако при этом повышается и нижний предел диапазона, так как при давлении среды, меньшем начального давления газа в баллоне. поршень со штоком перемещаться не будет. С целью расширения диапазона измеряемых давлений внутри камеры размещают несколько баллонов, заполненных газом до различных начальных давлений. 8 этом случае при низких давлениях среды работает баллон, в котором газ первоначально сжат, например до давления, близкого к атмосферному, затем при дальнейшем повышении давления внешней среды начинает работать следующий баллон, в котором гаЬ сжат до более высокого давления, например до 10 кг/см и т.д.

При сборке устройства поршень 6 со штоком 2 опускают в крайнее нижнее положение до упора на выступ 15. Затем внутреннее пространство герметичной камеры заполняют трансформаторным маслом, после чего в корпус камеры ввинчивают пробку с баллоном 7, заполненным сжатым газом 10 и защищенным кожухом 8, При этом находящееся в камере.1 избыточное трансформаторное масло вытекает через технологическое отверстие 20, которое после окончания сборки герметизируется винтом.

Целесообразно указанные операции сборки заранее производить в лабораторных условиях и на скважину доставлять устройство в рабочем состоянии.

Устройство работает следующим образом, С помощью специальных приспособлений устройство для измерения давления среды в заколонном пространстве скважины закрепляют на наружной поверхности обсадных труб при их спуске в скважину в заранее рассчитанных точках,так цтобы они при окончании спуска обсадной колонны оказались установленными в заданных для исследования интервалах заколонного пространства.

Для измерения интенсивности гаммаизлучения источников 3 и 4, отношение которых соответствует абсолютному значению давления среды в заколонном пространстве, используют регистрирующий гамма-излучение прибор, спускаемый в скважину(в колонну) на каротажном кабеле, в качестве которого может быть использован серийно выпускаемый прибор РК, например ДРСТ, СГДТ-3, PKC-3 и др

При давлении Рз среды в заколонном пространстве 18 превышающем начальное давление Pg газа 10 в баллоне 7, поршень 6 перемещается вверх и баллон 7 соответственно сжимается. При этом поршень 6 перемещается на определенное расстояние, пропорциональное значению измеряемого давления, и соответственно регистрируемая интенсивность источника 3 уменьшается, а интенсивность источника 4 увеличивается. Следует отметить, что давление жидкости Р1 в камере 1 всегда равно давлению Рз среды в заколонном пространстве 18, воздействующему на поршень 6, благодаря чему поршень разгружен и его уплотнительные элементы (резиновые кольца

16) не деформируются и не изнашиваются.

Формула изобретения

1, Устройство для измерения давления среды в заколонном пространстве скважины, содержащее корпус, установленный в нем поршень со штоком, разделяющий корпус на две полости, одна из которых герметична, а другая с окном для сообщения со средой, установленные в герметичной полости поглощающий экран, симметричный относительно плоскости поперечного сечения с максимальной и минимальной толщинами стенок, два источника гамма-излучения, размещенные на штоке против максимальной и минимальной толщин стенок экрана, силовой упругий элемент и шток с возможностью осевого перемещения относительно поглощающего экрана, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, герметичная полость заполнена жидкостью, а силовой упругий элемент выполнен в виде герметичного эластичного баллона, заполненного газом.

2.Устройство пои. 1, о тл и ч а ю щеес я тем, что герметичный эластичный баллон выполнен с защитным перфорированным кожухом,