скважинный профилемер

Формула изобретения

1. Скважинный профилемер, содержащий корпус с шарнирно соединенным с ним измерительным подпружиненным рычагом, преобразователь механического перемещения рычага в электрический сигнал, выполненный в виде магнитометра с постоянным магнитом, отличающийся тем, что несколько независимых измерительных рычагов размещены равномерно по окружности наружной поверхности корпуса, каждый измерительный рычаг с помощью подвижного шарнира, установленного в пазу измерительного рычага соединен со своим вспомогательным рычагом, шарнирно закрепленным на наружной поверхности корпуса, связан со своим преобразователем механического перемещения в электрический сигнал, при этом каждый измерительный рычаг подпружинен кинематически связанным с ним торсионом, установленным вдоль продольной оси корпуса, на подвижном торце торсиона закреплен постоянный магнит и соосно с ним установлен магниточувствительный элемент преобразователя.

2. Скважинный профилемер по п. 1, отличающийся тем, что постоянный магнит выполнен с поперечной намагниченностью и установлен в магнитном экране, в качестве магниточувствительного элемента используется магниторезистивный датчик угла поворота, размещенный в немагнитном защитном кожухе в зоне действия магнитного поля постоянного магнита.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах и может найти применение в разведочной и промысловой геофизике.

Известен профилемер скважинный [1], содержащий измерительные рычаги и преобразователь перемещений, каждый измерительный рычаг которого выполнен в виде вогнутой в сторону оси профилемера упругой рессоры с наклеенным на его поверхности тензорезистором.

Недостатком известного профилемера является сложность и ненадежность герметизации тензорезисторов и отводящих проводов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является профилемер скважинный [2] , содержащий корпус, в котором размещена герметичная немагнитная камера, шарнирно соединенный с корпусом и подпружиненный относительно него измерительный рычаг и преобразователь механического перемещения рычага в электрический сигнал, связанный с одним из концов измерительного рычага, второй конец которого предназначен для сопряжения со стенкой скважины. Преобразователь механического перемещения в электрический сигнал выполнен в виде феррозондового магнитометра с постоянным магнитом, установленным на одном шарнирно соединенном конце измерительного рычага вдоль его продольной оси, при этом феррозондовый магнитометр установлен в герметичной немагнитной камере и феррозонд его установлен перпендикулярно продольной оси профилемера.

Недостатком указанного профилемера является недостаточно высокая точность измерений, вызванная применением однорычажной системы измерения профиля скважины. Практическая реализация многорычажного профилемера по данному авторскому свидетельству приведет к увеличению поперечных размеров профилемера, а также вызовет взаимовлияние магнитных полей соседних преобразователей.

Перед авторами заявляемого изобретения стояла задача более точного измерения поперечного сечение скважины, то есть определения его формы и размеров. Решение этой задачи важно для интерпретации данных геофизических исследований для выявления желобов с целью предотвращения аварий при бурении, контроля спуска обсадной колонны и подсчетов фактического количества цемента, необходимого для цементирования обсадной колонны.

Указанная задача решена благодаря тому, что в скважинном профилемере, содержащем корпус с шарнирно соединенным с ним подпружиненным рычагом, преобразователь механического перемещения рычага в электрический сигнал, выполненный в виде магнитометра с постоянным магнитом, равномерно по окружности наружной поверхности корпуса размещены несколько независимых измерительных рычагов. Каждый измерительный рычаг с помощью подвижного шарнира, установленного в пазу измерительного рычага, соединен со своим вспомогательным рычагом, шарнирно закрепленным на наружной поверхности корпуса,, и связан со своим преобразователем механического перемещения в электрический сигнал. Каждый измерительный рычаг подпружинен пружинами кручения - торсионами. Каждый торсион установлен вдоль продольной оси корпуса, на подвижном торце торсиона закреплен постоянный магнит и соосно с ним установлен магниточувствительный элемент преобразователя.

Кроме того, постоянный магнит выполнен с поперечной намагниченностью и установлен в магнитном экране, а в качестве магниточувствительного элемента используется магниторезистивный датчик угла поворота, размещенный в зоне действия магнитного поля постоянного магнита.

Новым по отношению к прототипу является то, что в скважинном профилемере, содержащем корпус с шарнирно соединенным с ним измерительным подпружиненным рычагом, преобразователь механического перемещения рычага в электрический сигнал, выполненный в виде магнитометра с постоянным магнитом по окружности наружной поверхности корпуса, размещены равномерно несколько измерительных рычагов. Каждый измерительный рычаг имеет фигурный паз, в котором установлен подвижный шарнир, с помощью которого к измерительному рычагу присоединяется вспомогательный рычаг. Каждый измерительный рычаг соединен со своим преобразователем механического перемещения в электрический сигнал и подпружинен кинематически связанным с ним торсионом. Торсион установлен вдоль продольной оси корпуса. Один торец торсиона закреплен неподвижно, а на подвижном торце торсиона закреплен постоянный магнит и соосно с ним установлен магниточувствительный элемент преобразователя. Постоянный магнит выполнен с поперечной намагниченностью, установлен в магнитном экране и в качестве магниточувствительного элемента используется магниторезистивный датчик угла поворота, размещенный в зоне действия магнитного поля постоянного магнита.

Применение магниточувствительных датчиков позволяет обойтись без ввода рычагов внутрь корпуса регистрирующего электронного блока, что исключает подвижные уплотнения и маслонаполненный корпус, повышая эксплуатационные свойства аппаратуры.

Торсионы имеют возможность компенсировать неточности изготовления - несоосность и перекосы, амортизируют колебания крутящего момента, обеспечивают мягкость и плавность хода рычагов. Благодаря малым радиальным размерам торсионы хорошо вписываются в габариты внутренней полости корпуса, позволяют создать многорычажную систему в минимальных габаритах, не подвержены загрязнениям, легко промываются. Ранее в скважинной аппаратуре не применялись.

Описанная совокупность существенных признаков не известна из уровня техники, и изобретение является новым.

На чертеже представлен общий вид скважинного профилемера.

Скважинный профилемер содержит корпус 1 с шарнирно соединенными с ним независимыми измерительными подпружиненными рычагами 2, преобразователи механического перемещения рычага в электрический сигнал, включающие магниточувствительные элементы 3 и постоянные магниты 4. Независимые измерительные рычаги 2 размещены равномерно по окружности наружной поверхности корпуса 1, каждый измерительный рычаг 2 с помощью подвижного шарнира 5, установленного в пазу измерительного рычага, соединен со своим вспомогательным рычагом 6, служащим для безаварийного спуска в скважину. Вспомогательный рычаг 6 шарнирно закреплен на наружной поверхности корпуса 1 и связан со своим измерительным рычагом 2. Каждый измерительный рычаг 2 подпружинен кинематически связанным с ним торсионом 7, установленным вдоль продольной оси корпуса 1, и жестко зафиксирован одним концом в корпусе. На подвижном торце торсиона 7 закреплен постоянный магнит 4 и соосно с ним установлен магниточувствительный элемент 3. Кинематическая связь торсиона с измерительным рычагом осуществлена посредством коромысла с толкателем 8 таким образом, что угол поворота подвижного торца торсиона пропорционален отклонению измерительного рычага 2 до стенки скважины. Постоянный магнит 4 выполнен с поперечной намагниченностью и установлен в магнитном экране 9, в качестве магниточувствительного элемента используется магниторезистивный датчик угла поворота.

Скважинный профилемер работает следующим образом. Измерения осуществляются как при подъеме, так и при спуске его в скважину. При определении профиля скважины опорные ролики шарниров 5 прижаты к стенкам скважины. Измерительные рычаги 2, 6 подпружинены торсионами 7. При изменении диаметра скважины меняется положение шарниров 5. Шарниры 5 установлены в фигурных пазах, выполненных по дуге окружности, что обеспечивает скольжение опорных роликов шарниров 5 по стенке скважины во всем диапазоне измеряемых диаметров, а самих шарниров 5 по радиусному пазу измерительного рычага 2. Через измерительный 2 рычаг, который связан кинематически с торсионом 7, меняется угол поворота подвижного торца торсиона 7. Вспомогательные рычаги 6 служат для надежного спуска профилемера в скважину и исключения возможности поломки рычагов. Чем меньше диаметр скважины, тем больше угол поворота подвижного торца торсиона 7, на котором закреплен постоянный магнит 4. Изменения угла поворота постоянного магнита 4 вызывают пропорциональные изменения электрического сигнала магниточувствительного элемента 3. Каждый измерительный рычаг 2 работает независимо от остальных, что повышает информативность измерений и обеспечивает, при достаточном количестве рычагов, точность восстановления профиля поперечного сечения скважины. Автономная работа каждой рычажной пары 2 и 6 обеспечена установкой шарнира 5 в фигурном пазу измерительного рычага 2 и жестким закреплением рычагов в корпусе 1. Это дает возможность мягко без заклинивании складывать рычагов 2, 6 как при плавном, так и при резком сужении диаметра скважин.

Рычажная система скважинного профилемера, изготовленного по предлагаемому изобретению, образована восемью парами измерительных 2 и вспомогательных 6 рычагов. Предлагаемый скважинный профилемер может быть использован для измерений в горизонтальных и наклонно направленных скважинах (каротаж на бурильных трубах). Рычажная система в таком варианте применения снабжается устройством фиксации рычагов в сложенном состоянии для надежной доставки прибора на интервал исследований. Открывание рычажной системы при достижении интервала исследований производится нагнетанием бурового раствора в бурильную колонну. Буровой раствор, пройдя по колонне, достигает профилемера, устройство фиксации которого освобождает рычаги. При этом на поверхность поступает информация об открытии рычажной системы. Существует система гидрозадержки, исключающая самопроизвольное открытие рычажной системы во время спуска при резких остановках и рывках вверх.

Скважинный профилемер предназначен для непрерывной записи радиусов поперечного сечения скважины вдоль ствола в интервале исследований. Данные измерений используются для решения следующих задач:

учета профиля скважины при интерпретации данных измерений, полученных методами геофизических исследований в скважинах;

определения объема скважины, необходимого при замене раствора в скважине;

определение объема затрубного пространства для расчета потребного количества тампонажной смеси;

учета геометрии стволов при аварийных работах;

оценки прихватоопасности желобов.

Источники информации

1. Авт. св. СССР 1382937, МКИ Е 21 В 47/08, 1988.

2. Авт. св. СССР 1288290, МКИ Е 21 В 47/08, 1987.