Телеметрическое устройство с гамма-датчиком для бурения скважин

Полезная модель относится к области скважинных инструментов, связанных с измерениями во время бурения в горных породах. Бурильную колонну собирают из последовательности трубных элементов, которые соединяют компоновку низа бурильной колонны с поверхностью. Компоновка низа бурильной колонны может содержать буровое долото, которое при вращении может разрушать горные породы. Выше и вблизи бурового долота могут располагаться скважинные приборы и измерительные инструменты для измерения, и передачи информации о состоянии пласта и направлении ствола скважины. Датчики могут содержать детекторы радиоактивного излучения, выполненные с возможностью обнаружения гамма-излучения. Датчик может быть окружен гильзой из непрозрачного для гамма-излучения материала с окнами [ИЗ 2683798 от 29.04.2015].
Недостатком данного технического решения - необходимость увеличить диаметр внутреннего корпуса прибора под гильзу, что приводит к уменьшению проходного сечения для бурового раствора. Повышается вероятность размытия корпусов за счет увеличения скорости потока бурового раствора.
Известно техническое решение, в котором стабилизатор-коллиматор выполнен в виде единого трехлопастного сегмента, внутренний диаметр которого позволяет надевать его на корпус прибора. Для крепления такого стабилизатора-коллиматора предложено использовать резьбовое соединение, выполненное на внешней стороне прибора и на внутренней стороне стабилизатора-коллиматора. Недостатком данного технического решения это то, что стабилизатор-коллиматор представляет собой сложную и дорогую деталь, выполненную из твердого сплава [US 5,134,285].
Известно техническое решение, в котором коллимационный блок установлен в корпусе прибора, а лопасти стабилизатора, закрывающие коллимационный блок, расположены в пазах, выполненных в виде «ласточкиного хвоста», площадки-углубления под запирающий замок, зафиксированный болтами. Лопасти стабилизатора разделены на несколько фрагментов [ИЗ 2698494 от 17.01.2019]. Недостатком данного технического решения - сложность изготовления пазов в виде «ласточкина хвоста» на корпусе прибора. Снижение усталостной прочности корпуса, так как данные пазы являются концентраторами напряжения, что приводит к быстрому выходу из эксплуатации самой дорогой детали (корпус чаще всего выполняют из немагнитного сплава). Снижается надежность работы устройства.
Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение надежности работы телеметрического устройства с гамма датчиком для бурения скважин с определением границы (кровля или подошва) продуктивного пласта (например бурение горизонтальной скважины по угольному пласту).
Указанная техническая задача решается за счет использования в телеметрическом устройстве гамма датчика для бурения скважин, включающее установленные с возможностью совместного вращения внешний корпус из немагнитного материала, являющийся элементом бурильной колонны, и внутренний корпус с размещенными в нем телеметрической системой с гамма датчиком, расположенные с образованием канала для подачи бурового раствора между ними, причем в кольцевой проточке внешнего корпуса размещена совмещенная по длине с гамма датчиком гильза из материала непрозрачного для гамма-излучения с окном, прозрачным для гамма-излучения, снаружи гильза закрыта цилиндрической оболочкой из немагнитного материала.
Возможны варианты, когда
гильза может быть выполнена в виде секторов или сегментов из вольфрама или свинца;
в цилиндрической оболочке выполнено как минимум одно заливочное отверстие;
цилиндрическая оболочка выполнена разъемной;
цилиндрическая оболочка закреплена на внешнем корпусе винтами;
в полости между цилиндрической оболочкой и внешним корпусом закреплена рамка, позволяющая отделить полость окна от гильзы;
гильза выполнена литой;
полость окна гильзы заполнена материалом прозрачным для гамма-излучения.
Для удобства описания полезной модели на фигурах 1, 2, 3 и 4 представлено заявляемое телеметрическое устройство с гамма датчиком для бурения скважин.
На фигуре 1 представлен продольным разрез телеметрического устройства с гамма датчиком для бурения скважин в месте расположения гамма датчика.
На фигуре 2 представлен поперечный разрез телеметрического устройства с гамма датчиком для бурения скважин А-А фиг 1 в исполнении гильзы из секторов.
На фигуре 3 представлен поперечный разрез телеметрического устройства с гамма датчиком для бурения скважин А-А фиг 1 в исполнении гильзы, выполненной литьем и с рамкой для окна.
На фигуре 4 представлен поперечный разрез телеметрического устройства с гамма датчиком для бурения скважин А-А фиг 1 в исполнении гильзы с окном, выполненным путем неполной заливки.
Телеметрическое устройство с гамма датчиком для бурения скважин содержит внешний корпус 1. Внешний корпус выполнен из немагнитного материала и является элементом бурильной колонны, внутри которого размещен внутренний корпус 2 телеметрического устройства. Во внутреннем корпусе 2 размещены датчики и электронные блоки телеметрической системы 3, в частности гамма датчик 4. В пространстве 5 между внешним корпусом 1 и внутренним корпусом 2 создан канал для подачи бурового раствора к буровому инструменту. В кольцевой проточке внешнего корпуса 1, совмещенной по длине с гамма датчиком 4, размещена гильза 6 выполнена из материала, непрозрачного для гамма-излучения. В гильзе 6 выполнено как минимум одно окно 7. Гильза 6 снаружи закрыта цилиндрической оболочкой 8, выполненной из немагнитного материала.
Гильза 6 может быть выполнена в виде секторов или сегментов из вольфрама или свинца, зафиксированных цилиндрической оболочкой 8, которая в этом случае может выполняться разъемной с нижней частью 9 (фиг. 2).
Гильза 6 может быть выполнена из свинца путем заливки расплавленного металла в отверстие 10 цилиндрической оболочки 8. Закрепленная известным способом рамка 11 между внешним корпусом 1 и оболочкой 8 обеспечивает окно 12 в гильзе 6. Окно 12 заполнено материалом, прозрачным для гамма-излучения (например эпоксидным клеем).
Окно 12 может быть выполнено путем неполной заливки расплава свинца (фиг 4) и заполнена оставшаяся часть эпоксидным клеем или другим твердеющим материалом прозрачным для гамма-излучения.
Цилиндрическая оболочка 8 и разъемная нижняя часть 9 закреплены на внешнем корпусе 1 винтами 13.
Телеметрическое устройство с гамма датчиком для бурения скважин работает следующим образом. Буровой раствор проходит по каналу 5 приводит в действие буровой инструмент и производится бурение скважины. Телеметрическое устройство измеряет параметры скважины и передает их оператору. Гамма датчик 4 измеряет уровень гамма-излучения.
Чувствительность гамма датчика 4 со стороны окна 12 выше, чем со стороны гильзы 6. (в процессе испытания при диаметре внешнего корпуса 1∅120 мм и гильзы 6 из свинца толщиной 10 мм разница показаний гамма датчика 4 отличались в два раза). Вращая буровую колонну и вместе с ней внешний корпус 1 с телеметрической системой, можно определить направление к пласту, радиоактивность которого отличается от окружающей породы. Например, можно контролировать прохождение скважины по верхнему краю угольного пласта.
За счет размещения гильзы 6 в кольцевой проточке внешнего корпуса 1 сохраняется проходное сечение канала 5. Выполнить кольцевую проточку на внешнем корпусе - простая задача. Выполнение кольцевой проточки с применением плавного перехода к стенкам позволяет уменьшить концентрацию напряжения во внешнем корпусе 1. Все это позволяет легко доработать существующую телеметрическую систему или изготовить вновь.
Достигается технический результат по упрощению конструкции и повышению надежности работы телеметрического устройства при определении границы (кровля или подошва) продуктивного пласта с помощью гамма датчика.