устройство контроля местоположения дефектов цементирования в обсаженных наклонно направленных скважинах

Формула изобретения

Устройство контроля местоположения дефектов цементирования в обсаженных наклонно направленных скважинах, содержащее жестко соединенные каротажное устройство и устройство углового положения, в корпусе которого соосно с ним установлен подвижный элемент с эксцентричным грузом, отличающееся тем, что подвижный элемент выполнен в виде рамки, на оси которой перпендикулярно ей установлен постоянный магнит, против которого закреплена в корпусе устройства площадка с феррозондами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области геофизических исследований, проводимых в обсаженных наклонно-направленных скважинах, и может быть использовано для обнаружения местоположения дефектов как в цементном камне, так и в колонне скважины с последующим проведением поисковых и ремонтных работ, ориентированных по глубине и периметру скважины.

Известен метод и инструмент для ориентирования направленного скважинного измерения, включающий: первую катушку, установленную для вращения вокруг оси, ориентированной в направлении оси скважины, и средство вращения катушки; средство для генерирования первого магнитного поля, направление которого совпадает с вертикалью скважины, расположенного в левой части пространства, занятого первой вращающей катушкой, индуцирующей электрический сигнал, пропорциональный углу наклона скважины; вторую катушку, установленную для вращения со скоростью первой катушки и индуцирующую второе магнитное поле с горизонтальной компанентой известного азимутального направления и гирокомпас (патент США N 1587175, кл. Е 21 В 47/022, 1971).

Недостатки известного устройства заключены в сложности конструкции и в зависимости измерений от изменений условий окружающей среды, выраженной в нестабильности сигналов индуктивных катушек, а также, влияния аномальных магнитных полей на результаты измерений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, выбранное за прототип. Оно содержит зонд гамма-гамма каротажа, снабженный системой, обеспечивающей его равномерное вращение с необходимой угловой скоростью, устанавливаемой с поверхности, свинцовые экраны с коллимационными отверстиями для источника и детектора излучения, расположенные на одной образующей, причем свинцовый экран снабжен тороидальной полостью, а вне полости установлена катушка индуктивности, предназначенная для отметки прохождения зондом апсидального направления в стволе скважины, и регистрирующее устройство (авт. св. N 548819, кл. G 01 V 5/12, 1977).

Недостатки известного устройства заключены в необходимости поддержания синхронной скорости вращения цилиндрического свинцового экрана, обеспечиваемого либо работой синхронного двигателя, либо введением дополнительного канала, по которому идет сигнал, пропорциональный мгновенной скорости вращающегося экрана, а также принципиальной невозможностью использования в геофизических приборах, где для вращения устройства применены наклонные ролики, установленные в центраторах.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности определения местоположения аномалий затрубного пространства и дефектов обсадной колонны по периметру скважины, ориентируясь относительно апсидальной плоскости.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащем зонд гамма-гамма каротажа в виде цилиндрического экрана, источник и детектор излучения, расположенные на одной образующей, систему вращения, датчик углового положения, в корпусе которого установлена подвижная рамка с эксцентричным грузом, на оси рамки перпендикулярно ей установлен постоянный магнит, а в корпусе датчика напротив магнита площадка с феррозондами.

Новыми признаками устройства являются: снабжение постоянным магнитом, установленным на рамке, перпендикулярно ее оси, что позволяет ориентировать вектор напряженности магнитного поля по вектору силы гравитационного поля Земли; снабжение площадкой с феррозондами, закрепленной в корпусе датчика углового положения дефектов, что позволяет осуществлять бесконтактный съем сигнала с феррозондов от изменения взаимного углового положения магнита и феррозондов.

Предложенное техническое решение обеспечивает возможность угловой привязки зарегистрированных дефектов к апсидальной плоскости скважины без известной, сложной в исполнении инклинометрии.

Отличительным от прототипа признаком является непрерывность измерения угла в процессе вращения устройства при проведении каротажных работ, что позволяет не контролировать скорость вращения детектора и устройства в целом, последнее является необходимым условием для обеспечения работы прототипа.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "Новизна".

Заявителю не известны технические решения со сходными признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа, поэтому считаем, что оно отвечает критерию "Изобретательский уровень".

Изобретение представлено чертежом.

Устройство содержит каротажное устройство 1 и устройство углового положения 2, в корпусе 3 которого установлены подвижная рамка 4 с эксцентричным грузом 5 и постоянным магнитом 6 и площадка 7 с феррозондами 8, 9.

В герметичном корпусе 3 устройства 2, заполненном кремнийорганической жидкостью, на подвижных опорах установлена выполненная в виде поплавка рамка 4, на которой эксцентрично закреплен груз 5. Постоянный магнит 6 закреплен на оси рамки и перпендикулярен ей. Площадка 7 с феррозондами 8, 9 закреплена в корпусе 3 устройства 2, причем площадка с феррозондами установлена параллельно плоскости вращения постоянного магнита, а ось вращения последнего соосна оси устройства, что обеспечивает однозначность измерения направления наклона скважины в точке измерения. Феррозонды 8, 9 (не менее двух) установлены под углом 90^o друг к другу, причем точка пересечения их осей совпадает с осью рамки и с центром симметрии постоянного магнита, что позволяет свести к минимуму погрешности вычисления угла за счет ортогональности разложения полного магнитного вектора. Ось одного из феррозондов совмещена с плоскостью, проходящей через ось каротажного устройства и центр приемного детектора устройства (или одного из детекторов, в случае наличия N-ого количества детекторов, определенным образом закрепленных в каротажном устройстве) это позволяет установить однозначность отсчета угла между направлением на аномалию, зарегистрированную приемным детектором, и апсидальной плоскостью скважины в точке измерения.

В устройстве углового положения могут быть использованы любые дифференциальные стержневые феррозонды, в частности чувствительные элементы 6Д6.036.001 от индукционных датчиков ИД-6, выпускаемых по 9Ж2.329.000 ТУ.

Устройство работает следующим образом.

При перемещении устройства вдоль ствола скважины корпус 3 устройств 1, 2 свободно вращается, отрабатывая спиральность проходки профиля ствола скважины. Прием каротажной информации ведется с помощью приемных детекторов каротажного устройства 1, а местоположение последних в пространстве в момент получения информации определяется с помощью устройства углового положения 2, которое отслеживает угол между апсидальной плоскостью и направлением приема каротажной информации () за счет жесткой ориентации площадки с феррозондами по отношению к приемным детекторам каротажного устройства 1, а именно совмещением оси одного из феррозондов с плоскостью, проходящей через ось каротажного устройства и центр одного из приемных детекторов. При движении устройства вдоль ствола скважины подвижная рамка 4 под действием эксцентричного груза 5 устанавливается в апсидальной плоскости скважины. При этом, вектор напряженности магнитного поля магнита 6 ориентируется в плоскости вектора гравитационного поля Земли и совпадает с апсидальной плоскостью скважины.

Cигналы, снимаемые с феррозондов, зависят от угла между плоскостью, проходящей через центр детектора и ось каротажного устройства, и апсидальной плоскостью скважины в точке измерения:

e₁=(A₁sin) и e₂=(A₂cos),

где: А₁, А₂ постоянные коэффициенты;

е₁, е₂ ЭДС, снимаемые с сигнальных обмоток феррозондов.

Таким образом, искомый угол будет вычисляться как:



Поскольку феррозонд 10 ориентирован в плоскости, проходящей через ось каротажного устройства и ось детектора, то вычисленный угол и будет углом между направлением на дефект и апсидальную плоскость в точке измерения.

Предлагаемое устройство может использоваться: с любыми геофизическими устройствами гамма-гамма каротажа, имеющими радиальную избирательность измерения, обеспечиваемую либо вращением зондового устройства, либо наличием трех и более приемных зондов, имеющих диаграммы направленности, равномерно расположенные по окружности; с любыми другими каротажными устройствами, в основу измерения которых положена радиальная избирательность получения геофизической информации.

Предлагаемое устройство обеспечивает высокую чувствительность, надежность и виброударопрочность при конструктивной простоте исполнения.