устройство для гамма-гамма-каротажа наклонных и горизонтальных скважин

Формула изобретения

1. Устройство для гамма-гамма-каротажа наклонных и горизонтальных скважин, содержащее гамма-поглощающий экран, имеющий возможность свободного осевого вращения, внутри которого размещены источник гамма-излучения в контейнере и детекторы гамма-излучения, расположенные внутри герметичного корпуса, односторонне направленные коллимационные каналы, выполненные в гамма-поглощающем экране напротив источника и детекторов гамма-излучения, отличающееся тем, что гамма-поглощающий экран выполнен асимметричным со смещением центра тяжести в сторону коллимационных каналов источника гамма-излучения и детектора гамма-излучения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что герметичный цилиндрический корпус, гамма-поглощающий экран, контейнер с источником гамма-излучения помещены внутри дополнительного негерметичного цилиндрического корпуса, между гамма-поглощающим экраном и негерметичным цилиндрическим корпусом установлен зазор, при этом негерметичный цилиндрический корпус имеет выступ между коллимационными каналами источника гамма-излучения и детектора гамма-излучения, а напротив этого выступа гамма-поглощающий экран имеет углубление.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям и может быть использовано для измерения плотности горных пород при исследовании наклонных и горизонтальных нефтегазовых скважин приборами, спускаемыми на бурильных трубах.

Известно устройство для проведения ГГК в процессе бурения [1] которое содержит аксиальный источник гамма-излучения, 4 детектора гамма-излучения, расположенных симметрично и необходимую защиту от прямого фона. Зондовое устройство расположено а буровой трубе вблизи долота. Несмотря на то, что в этом устройстве имеются 4 детектора и есть возможность определения плотности породы, промывочной жидкости и текущего диаметра скважины, это устройство на самом деле является однозондовым устройством, поскольку все детекторы расположены на одном расстоянии от источника. Основным недостатком этого устройства является отсутствие возможности одновременного учета влияний нерегулируемого положения прибора в стволе скважины (из-за отклонения прибора от стенки скважины из-за шлама, образованного в процессе бурения или после него в результате обвалов породы) и нерегулируемого изменения диаметра скважины. Как известно [2] отклонение однозондовых устройств ГГК от стенки скважины приводит к большим погрешностям определения плотности пород.

Наиболее близким по достигаемой цели (измерение плотности пород) является устройство для проведения ГГК [3, 4] состоящий из источника гамма-излучения, двух детекторов гамма-излучения, гамма-поглощающего экрана, в котором выполнены односторонне направленные коллимационные каналы источника гамма-излучения и детектора гамма-излучения и которые расположены в специальной муфте на буровой трубе для минимизации зазора с породой. Источник гамма-излучения на специальном держателе может быть удален в случае необходимости. Недостатками этого устройства являются необходимость специальной муфты диаметром чуть меньше диаметра скважины, которое увеличивает вероятность прихвата прибора вследствие сужения ствола горизонтальной скважины из-за оставшегося после бурения шлама и осколков обрушившейся горной породы и возможное уменьшение точности измерений на участках увеличения диаметра скважины, поскольку диаметр горизонтальной скважины увеличивается, в основном, за счет обрушивания горной породы с верхней стенки скважины, а направление коллимационных каналов в скважине произвольное.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерений плотности горных пород [5] содержащее герметичный корпус, внутри которого размещен источник гамма-излучения и два детектора гамма-излучения, гамма-поглощающий экран, в котором выполнены односторонне направленные коллимационные каналы источника гамма-излучения и детекторов гамма-излучения, установленный на корпусе с возможностью свободного осевого вращения корпуса и экрана относительно друг друга, а также прижимная система, позволяющая прижимать устройство коллимационными каналами к стенке ствола скважины.

Недостатком этого устройства является проблема доставки на участок скважин, отклонение от вертикали которых выше 50 градусов. Спуск прибора на кабеле под собственным весом невозможен, а применение разных способов доставки, описанных в [4] приводит к резкому увеличению времени исследований, снижению точности измерений из-за отсутствия определенности прижатия устройства коллимационными каналами у стенке скважины, а также повышают вероятность аварий.

Наиболее эффективным способом доставки приборов в наклонные и горизонтальные (угол выше 80) участки скважины является спуск приборов на бурильном инструменте [4]

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения надежности и точности измерений при исследовании наклонных и горизонтальных скважин.

Для этого в известном устройстве гамма-гамма каротажа, содержащем гамма-поглощающий экран, имеющий возможность свободного осевого вращения, внутри которого размещены источник гамма-излучения в контейнере и детекторы гамма-излучения, расположенные внутри герметичного корпуса, односторонне-направленные коллимационные каналы, выполненные в гамма-поглощающем экране напротив источника и детекторов гамма-излучения, гамма-поглощающий экран выполнен асимметричным со смещением центра тяжести в сторону коллимационных каналов источника гамма-излучения и детектора гамма-излучения:

Для повышения надежности измерений герметичный цилиндрический корпус, гамма-поглощающий экран, контейнер с источником гамма-излучения помещены внутри дополнительного негерметичного цилиндрического корпуса, между гамма-поглощающим экраном и негерметичным цилиндрическим корпусом установлен зазор, при этом негерметичный цилиндрический корпус имеет выступ между коллимационными каналами источника гамма-излучения и детектора гамма-излучения, а напротив этого выступа гамма-поглощающий экран имеет углубление.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство. Внешний корпус из труб 1, 2, 3, соединенных между собой и буровым инструментом с помощью резьб, контейнер 4 с источником гамма-излучения 5, герметичный цилиндрический корпус 6, внутри которого размещены детекторы гамма-излучения 7, электронные схемы гамма-гамма метода 8, процессор 9, блок питания 10, блок хранения информации 11. На подшипниках 12, закрепленных на корпусе 2, установлен гамма-поглощающий экран 13 имеющий возможность свободного вращения относительно корпуса 6 и контейнера 4 из-за небольшого кольцевого зазора между ними. Экран 13 изготовлен из свинца и в нем выполнены односторонне направленные коллимационные каналы 14 и 15 соответственно против источника 5 и детекторов 7, при этом экран изготовлен асимметричным, позволяющим получить большую массу в той части экрана, где расположены коллимационные каналы 14 и 15. Экран 13 имеет уступ 17, а внешний корпус 2 выступ 16. Внешний корпус 3 имеет отверстие для сквозной промывки 18.

Устройство работает следующим образом.

После установки контейнера 4 с источником 5 и калибровки прибор опускают в скважину на заданный интервал исследований. На наклонном участке скважины прибор и буровой инструмент лежит на нижней стенке ствола скважины. При спуске прибора на наклонном или горизонтальном участке скважины гамма-поглощающий экран 13, вследствие смещенного центра тяжести, поворачивается на подшипниках 12 коллимационными каналами 14 и 15 вниз, что приводит к минимальному зазору 19 между гамма-поглощающим экраном 13 и нижней стенкой корпуса 2, которая в свою очередь, лежит на стенке скважины. В зазоре 19 возможны попадания осколков породы, которые могут заклинить гамма-поглощающий экран 13. Для исключения заклинивания зазор 19 имеет достаточный для прохождения осколков породы зазор (около 5 мм). Для исключения попадания гамма-излучения от источника гамма-излучения 5 в детекторы гамма-излучения 7 через зазор 19 в корпусе 2 предусмотрен выступ 16 из гамма-поглощающего материала, а для сохранения зазора в гамма-поглощающем экране 13 уступ 17. В случае аварийной ситуации (прихват бурового инструмента) имеется возможность извлечения контейнера с гамма-источником из скважины с помощью кабеля и ловильной головки.