Прибор для проведения радиоактивного каротажа в процессе бурения скважины

Полезная модель относится к области геофизических исследований в скважинах, а именно к приборам радиоактивного каротажа, и может быть использовано для повышения надежности аппаратуры, используемой в процессе бурения скважин на нефть и газ.
В современном процессе строительства скважины заметное место по временным затратам занимают геофизические исследования. Обычно такие исследования проводятся скважинными приборами, спускаемыми в интервал исследования на геофизическом кабеле, проволоке или буровых трубах, при проведении которых процесс бурения скважины останавливается, в связи с чем все чаще применяются методы геофизического исследования скважин, применяемые непосредственно в процессе бурения, позволяющие сократить время, затраченное на строительство скважины. Практически все такие приборы построены по единому принципу, важной отличительной особенностью которых является то, что в районе расположения они оснащены лопастями стабилизаторов, основное назначение которых заключается в обеспечении максимального приближения измерительного зонда к стенке скважины.
Известно устройство для проведения радиоактивного каротажа в процессе бурения скважины, раскрытое в патенте US 9243488 В2, 26.01.2016, в котором стабилизаторы выполнены из цельнометаллической заготовки и одеты на корпус прибора с последующей фиксацией, например, медным кольцом. В указанном решении стабилизаторы могут быть выполнены разного размера и использоваться в буровых скважинах разного размера. Однако данная конструкция не обеспечивает надежность крепления, трудоемка в изготовлении и установке на корпус прибора.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является прибор радиоактивного каротажа, предназначенный для работы в процессе бурения скважин и содержащий стабилизатор со съемными лопастями, закрепляемыми на корпусе прибора посредством крепежных болтов (см. В.А. Велижанин, А.В. Емельянов, В.Г. Черменский, Р.Т. Хаматдинов, А.Г. Тихонов. Каротажник, Выпуск 12 (210) История разработки и эксплуатации прибора радиоактивного каротажа в процессе бурения АПРК-MWD. Первый опыт, Тверь, Издательство АИС, 2011, с. 129-137). При относительной простоте конструкции недостатком этого технического решения является то, что под воздействием вибрационных и ударных нагрузок происходит раскручивание болтов и самопроизвольное снятие лопастей стабилизатора при прохождении скважинных испытаний и заклинивание буровой колонны. Это может привести к возникновению аварийной ситуации при строительстве скважины, а также к увеличению времени на последующий ремонт прибора или на его изготовление и сборку.
В связи с изложенным, техническая проблема заключается в создании прибора радиоактивного каротажа, характеристики которого позволяют повысить надежность крепления лопастей стабилизатора к корпусу прибора, обеспечить его безотказную и безопасную работу в процессе бурения и прохождения скважинных испытаний, сократить время на изготовление, ремонт и сборку.
Решение указанной технической проблемы обеспечивается при использовании заявленной полезной модели, которая позволяет устранить недостатки наиболее близкого аналога и получить технический результат, который заключается в повышении надежности крепления лопастей стабилизатора за счет создания дополнительной силы, прижимающей указанные лопасти стабилизатора к корпусу прибора.
Указанный технический результат достигается совокупностью существенных признаков полезной модели, характеризующей прибор для проведения радиоактивного каротажа в процессе бурения скважины, содержащий корпус, выполненный с расположенными на торцах присоединительными резьбами, каналом для прохождения бурового раствора и с герметичным отсеком для размещения электрических плат, закрываемым крышкой, блок коллиматоров из тяжелого металла, предназначенный для размещения детекторов гамма-излучения, и съемными лопастями стабилизатора, выполненными с возможностью закрепления на корпусе посредством крепежных болтов, при этом на контактирующих поверхностях корпуса и съемных лопастей стабилизатора выполнены кольцевые канавки, в которые установлены герметизирующие резиновые кольца, и выемки, расположенные концентрично внутри указанных канавок, при этом число канавок и выемок выбрано из условия снижения растягивающей нагрузки на крепежные болты и обеспечения прижима лопастей стабилизатора к корпусу при работе прибора в скважине.
Заявленный прибор для проведения радиоактивного каротажа в процессе бурения скважины поясняется чертежами, на которых:
- на фиг. 1 показан внешний вид заявленного прибора;
- на фиг. 2 показано выполнение кольцевых канавок и выемок на контактирующих поверхностях корпуса и лопастей стабилизатора с установленными в канавки герметизирующими резиновыми кольцами;
- на фиг. 3 показано 3D-изображение выполнения указанных канавок и выемок в корпусе прибора.
Прибор содержит корпус 1, заканчивающийся с обеих сторон присоединительными резьбами 2. Внутри корпуса проходит канал 3 для прохождения бурового раствора. Герметичный отсек 4 закрывается крышкой 5 и предназначен для размещения в нем электрических плат. Блок коллиматоров 6 прибора выполнен из тяжелого металла и предназначен для размещения детекторов гамма-излучения (фиг. 1). Лопасти 7 стабилизатора выполнены с возможностью закрепления их на корпусе посредством крепежных болтов 8 (фиг. 1, 2). Для создания дополнительной силы, прижимающей съемные лопасти 7 стабилизатора к корпусу 1 прибора, на контактирующих соединительных поверхностях корпуса 1 и съемных лопастей 7 стабилизатора выполнены кольцевые канавки 9 (фиг. 1), в которые установлены герметизирующие резиновые кольца 10 (фиг. 2, 3). Внутри указанных канавок 9 концентрично им расположены выемки 11 (фиг. 3). Число выполненных канавок и выемок выбирают исходя из условий, обеспечивающих снижение растягивающей нагрузки на крепежные болты, которая возникает при работе прибора в скважине.
При опускании заявленного прибора в скважину для проведения исследований наружное давление (давление снаружи герметичного резинового кольца 11) повышается и становится равным давлению в скважине, а внутри выемки 3 давление существенно ниже. За счет разницы давлений возникает прижимающее усилие, которое прижимает съемные лопасти 7 к корпусу 1 и снижает растягивающую нагрузку на крепежные болты, то есть каждое резиновое кольцо работает по типу «присоски», прижимая контактирующие поверхности друг к другу.
К примеру, давление снаружи герметичного резинового кольца 2 равно 400 атм, а внутри в выемке 3 давление составляет 1 атм. Такая разница давлений обеспечивает создание дополнительной прижимающей силы, благодаря чему повышается надежность крепления лопастей стабилизатора к корпусу прибора и снижается вероятность «раскручивания» крепежных болтов от возникающих усилий, что повышает безопасность работы прибором в целом.
2
3
В частности, в разработанном авторами приборе может быть установлено по 10 герметизирующих резиновых колец площадью 3,14 см, что при глубине 2000 м обеспечивает усилие порядка 75кН при плотности бурового раствора 1,2 г/см. Очевидно, что при таком сжимающем усилии обеспечивается существенное снижение нагрузки на крепежные болты.
Таким образом, заявленный прибор для проведения радиоактивного каротажа обеспечивает решение указанной выше технической проблемы и получение при его использовании предусмотренного авторами технического результата.