Устройство для определения объема затрубного пространства скважины

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пц 565l00

Союз Советских

Сон1иалистииесаас

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.09.74 (21) 2060147/03 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.07.77. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 12.08. 77 (51) М. Кл.2 Е 21В 47/08

Госурарственный номитвт

Свввта Министров СССР ао делам изобретений

sa отиравший (53) УДК 622.241(088.8) (72) Авторы изобретения

А, К. Богаткин, Г, Б. Горбовицкий и И. К. Саркисов (71) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА

ЗАТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА СКВАЖИНЪ|

Изобретение относится к области геофизических исследований в скважинах, а более конкретно — к технике определения объема затрубного пространства скважины.

Устройства для определения объема затрубного пространства скважины дают возмо>кность подсчитать количество цемента, необходимого для ее цементирования. Объем затрубного пространства может быть получен либо расчетным путем из полного объема скважины по заданному диаметру трубы обсадной колонны, либо непосредственно в процессе каротажа, если диаметр трубыизвестен.

Известно устройство для определения объема затрубного пространства скважины, включающее датчик и систему измерения (1), Недостатком известного устройства является неудовлетворительная надежность его измерений.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для определения объема затрубного пространства скважины, содержащее датчик диаметра скважины, блок квадратирования, электронный ключ и блок формирования последовательности импульсов (2), Однако определение промежуточного параметра — площади поперечного сечения скважины — осуществляется в устройстве путем квадратирования одной величины — диаметра скважины, измеряемого одноканальным сква KHHHbIM прибором, каверномером, что не обеспечивает достаточной точности вычислений при сложной форме сечения.

Недостатком является также сложность примененного в данном устройстве блока формирования последовательности импульсов.

Этот блок выполнен на базе преобразователя напряжение-частота и помимо собственно

10 преобразователя он содержит еще два устройства — генератор, частота которого должна устанавливаться в соответствии со значением наружного диаметра обсадной колонны, и смеситель, выделяющий разностную частоту, что также влияет на точность измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что уст20 ройство снабжено сумматором и источником регулируемого напряжения, причем ко входу сумматора подключены выходы блока квадратирования и источника регулируемого напря>кения, блок формирования выполнен в

25 виде генератора напряжения постоянной частоты, связанного с ключом, на второй вход которого подключен выход преобразователя напря>кение — длительность импульсов, подключенного своим входом к выходу суммато30 ра.

Введение в состав устройства сумматора позволяет осуществлять определение объема затрубного пространства скважины с использованием не только одноканального скважинного прибора, но также и многоканального прибора, проф илемера, измеряющего одновременно несколько радиусов сечения скважины и обеспечивающего более точное определение площади этого сечения. Соответственно увеличивается и точность определения объема.

Блок квадратирования выполняется также многоканальным и осуществляет раздельное возведение в квадрат всех радиусов, измеряемых скважинным прибором, после чего квадраты суммируются сумматором. Одновременно тот же сумматор используется для осуществления операции вычитания площади, которая в известном устройстве осуществляется в смесителе. Для этого к одному из входов сумматора подсоединен выход источника регулируемого напряжения, выполненного, например, в виде простейшего потенциометра, подсоединенного к источнику питания всей схемы, при нулевом значении напряжения, на выходе которого устройство определяет полный объем скважины.

Примененный в составе устройства преобразователь напряжение — длительность импульса сам по себе является одним из самых простых из подобных у.стройств, используемых для цифровых измерении, при вполне достаточной точности. 11рименение такого преобразователя позволяет существенно упростить схему устройства в целом, исключив из него используемые в известном устройстве перестраиваемый генератор и смеситель. В состав устройства введены элементы, позволяющие осуществить регистрацию объема с помощью аналогового регистратора.

На чертеже показана блок-схема устройства в сочетании с рядом вспомогательных элементов.

Устройство содержит скважинный прибор

1 с датчиком диаметра скважины, соединенный с наземной аппаратурой кабелем 2, огибающим ролик 3 блок-баланса, с осью которого связан сельсин 4, связанный в свою очередь с лентопротяжным механизмом аналогового регистратора 5 и с датчиком б импульсов глубины. К выходу кабеля подключен входящий в комплект скважинного прибора блок 7, содержащий элементы управления скважинным прибором, а также разделения канальной информации, поступающей от него. На схеме изображен также блок квадратирования с квадраторами 8ь 2г,..., 8„, где п равно числу измеряемых радиусов.

Устройство снабжено сумматором 9, источником регулируемого напряжения 10 и блоком формирования последовательности импульсов, включающим преобразователь 11 напряжение — длительность импульса и генератора напряжения 12 постоянной частоты, который связан с электронным ключом 13.

565)IOO

Устройство, кроме того, содержит выключатель 14, пересчетную схему 15, электромеханический или электронный счетчик 16 с цифровой индикацией, электронный счетчик 17, 5 преобразователь 18 код — аналог, счетчик глубины 19, устройство 20,,г для установки границ измеряемого участка скважины. Ко входу сумматора подключены выходы блока квадратирования и источника регулируемого

10 напряжения. На второй вход ключа подключен преобразователь напряжение — длительность импульса.

Работа устройства основана на следующих соотношениях.

15 Известно, что площадь поперечного сечения скважины можно приближенно определить по формуле:

Ь =—

П t 1

r;Q>

S="

{2) 40 где D — измеренный средний диаметр скважины.

Площадь сечения затрубного пространства скважины равна: (3) т г з и —

4 где D, — внешний диаметр трубы обсадной колонны.

50 Если скважину разбить Ilo глубине на отрезки ЛН, достаточно малые, чтобы считать в их пределах площадь поперечного сечения постоянной, то полный объем скважины в пределах глубин Н и Нг будет равен:

V =, S 4H = — ЛН,"), S,, (4)

j=l j=-1 а объем затрубного пространства равен:

V,, =, S j,.„ÜÍ = ЬН S, (о)

f=l j= l 2 О! где и=

65 ЬН где R, — радиусы, проведенные из некоторой точки внутри сечения до контура сечения, и — общее число радиусов.

Площадь по этой формуле определяется тем точнее, чем больше и.

Определение площади сечения по формуле

30 (1 может быть реализовано при использовании многоканального скважинного прибора, обеспечивающего одновременное измерение радиусов поперечного сечения скважины по нескольким направлениям. При использовании одноканального скважинного прибора площадь сечения определяют по упрощенной формуле:

565100

25

Устройство работает следующим образом, Перемещают скважинный прибор 1 по скважине, при этом на вход блока 7 с датчика прибора поступают сигналы, содержащие информацию о текущих значениях радиусов сечений скважины. С выходов указанного устройства сигналы, пропорциональные R,, поступают на квадраторы 8ь 8,..., 8 (по числу измеренных радиусов), а с выхода последних сигналы, пропорциональные R, », поступают на сумматор 9. Затем на дополнительный вход сумматора подают от источника 10 налО пряжение пропорциональное, в резуль4 тате чего в сумматоре реализуется операция, отображенная формулой (3), то есть определяется площадь $,.,.

Далее, напряжение с выхода сумматора подается на вход преобразователя 11 напряжение — длительность импульсов. Управление работой преобразователя производят от датчика импульсов глубины 6 таким образом, чтобы импульсы на выходе преобразователя соответствовали точкам ствола скважины, расположенным через интервалы ЛН. Длительность этих импульсов пропорциональна площади $,,„или $; поперечного сечения скважины в соответствующей точке. Указанные импульсы открывают электронный ключ 13, на вход которого поступают импульсы постоянной частоты от генератора напряжения 12.

Таким образом, на выходе ключа получаются

«пачки» импульсов; количество последних в каждой «пачке» пропорционально S, . или S;.

После деления на любое удобное число М пересчетной схемой 15 суммарное количество импульсов регистрируется электронным счетчиком 16, 11оследний и осуществляет заключительную операцию в соответствии с формулой (4) или (5). Число М выбирается таким, чтобы единица младшего разряда счетчика соответствовала удобной величине объема

V».< или V, например 0,1 м .

Выключатель 14 используется в тех случаях, когда требуется измерить объем не всей скважины, а ее участка, Выключатель управляется устройством, состоящим из счетчика глубины 19 и двух уставок 20 и 20р устройства 20ь, настраиваемых на начальную и конечную глубины, в пределах которых должен быть измерен объем скважины.

Импульсы с выхода ключа 13 поступают на электронный счетчик 17, управляющий преобразователем 18 код — аналог, напряжение с выхода которого регистрируется счетчиком глубины 19, характеризующим объем скважины. Емкость счетчика 17 и параметры преобразователя 18 подбираются с учетом чувствительности счетчика 19 таким образом, чтобы отклонение луча счетчика на высоту «зуба» пилообразной кривой соответствовало удобной для подсчетов величине объема, например, 10 м . При полном заполнении счетчика он сбрасывается на нуль и начинается новый цикл подсчета и регистрации. Полный зарегистрированный объем определяется по диаграмме путем подсчета количества целых циклов и измерения величины отклонения луча в последнем незавершенном цикле, Описанная конструкция устройства повышает точность измерения объема затрубного пространства скважины, что в итоге позволяет более точно определить количество цемента, необходимого для ее цементирования.

Формула изобретения

Устройство для определения объема затрубного пространства скважины, содержащее датчик диаметра скважины, блок квадратировання, электронный ключ, блок формирования последовательности импульсов, о т л ича ющееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено сумматором и источником регулируемого напряжения, причем ко входу сумматора подключены выходы блока квадратирования и источника регулируемого напряжения, блок формирования выполнен в виде генератора напряжения постоянной частоты, связанного с ключом, на второй вход которого подключен выход преобразователя напряжение — длительность импульса, подключенного своим входом к выходу сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе, 1, 11отоцкий Е, М, Изучение технического состояния ствола скважины методом профилеметрии, ВШЗМС, 1970.

2. Патент США _#_e 2716340, кл. 73 — 149, 1964.

565100

Составитель Н. Тулениноы

Техред 3. Тараненко Корректор О. Тюрина

Редактор Э. Шибаева

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1604/18 Изд. № 598 Тираж 778 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5