СКВАЖИННЫЙ ГАММА-ГАММА ДЕФЕКТОМЕР

Полезная модель относится к приборам для геофизического исследования скважин, а именно к приборам с использованием источников гамма-излучения для диагностики состояния ствола обсаженных скважин.
Уровень техники по данному направлению характеризуется целым рядом технических решений, известных из патентной документации: SU 133019 А1, БИ №21, 1960; SU 137595 A1, БИ №8, 1961; SU 203799 A1, 09.10.1967; SU 548819 A1, 28.02.1977; SU 739455 A1, 05.06.1980; SU 1024857 A1, 23.06.1983; SU 1364704 A1, 07.01.1988; SU 1778718 A1, 30.11.1992; RU 2073896 C1, 20.02.1997; RU 2254598 C1, 20.06.2005; RU 2259574 C1, 27.08.2005; RU 2305766 C1, 10.09.2007; RU 2309437 C1, 27.10.2007, причем отправным (исходным, изначальным) мотивом для создания подобных устройств послужил так называемый метод рассеянного гамма-излучения (Ю.А.Гулин, Д.А.Бернштейн, П.А.Прямов, Б.М.Рябов. Акустические и радиометрические методы определения качества цементирования нефтяных и газовых скважин. М., Недра, 1971, с.5…62).
Учитывая общеизвестность подобных конструкций, следует отметить, что, как минимум, изделие содержит корпус, источник гамма-излучения (например цезий-137), датчики-регистраторы последнего, причем эти элементы друг от друга разобщены экраном из соответствующего материала (например свинца, вольфрама и т.п.), и, естественно, кабельный наконечник на корпусе для механического подвеса прибора и обеспечения канала связи с наземным комплексом геофизической аппаратуры посредством несущего кабеля. Изделия подобного назначения отличны друг от друга, в основном, количеством датчиков-регистраторов информационных параметров, количеством каналов связи с наземным комплексом геофизической аппаратуры и/или с автономным блоком регистрации информации, той или иной формой выполнения экранов, взаимной компоновкой основных элементов и узлов, а также их геометрическими формами и размерами.
Одним из известных устройств является, например, устройство для исследования цементного кольца за обсадной колонной в скважинах (SU 203799 А1, 09.10.1967), содержащее корпус в виде, например, цилиндрического свинцового экрана, в котором выполнены коллимационные отверстия для источника гамма-излучения и датчиков-регистраторов последнего, равномерно расположенных по окружности корпуса, систему, обеспечивающую равномерное вращение корпуса с необходимой штатной угловой скоростью, а также узел определения углового положения опорного измерительного канала «источник гамма-излучения - датчик-регистратор» относительно плоскости зенитного угла ствола скважины для правильной интерпретации результатов каротажа исследуемого интервала глубин.
Недостатки известного устройства заключены в ограниченных габаритах коллимационных окон для датчиков-регистраторов; в несовершенстве системы вращения экранов; в несовершенстве узла определения углового положения опорного измерительного канала прибора относительно плоскости зенитного угла ствола скважины, а также в невозможности использования приборов в сочетании с центраторами с наклонными роликами.
Наиболее близким техническим решением - прототипом - к заявляемому устройству является известная конструкция (RU 2254598 С1, 20.06.2005), содержащая корпус и неподвижный, относительно корпуса, экран с коллимационными окнами для источника гамма-излучения и датчиков-регистраторов последнего, датчики-регистраторы гамма-излучения, расположенные равномерно по окружности корпуса (см. четвертый независимый пункт формулы, RU 2254598 С1), электрическую схему, датчик угла положения опорного измерительного канала, причем датчик-регистратор гамма-излучения малого зонда расположен по оси прибора, а датчики-регистраторы гамма-излучения больших зондов равномерно распределены по периметру прибора относительно друг друга на угол 360°/m, где m - число датчиков-регистраторов. Естественно, что корпус конструкции снабжен центраторами для ее позиционирования по оси обсадной колонны и узлами (наконечниками) соединения с другими приборами и/или для сообщения с наземной аппаратурой посредством несущего кабеля.
К недостаткам устройства-прототипа отнесены:
- широкий сектор охвата излучения источника гамма-излучения в связи с использованием двух измерительных электрических блоков, что вносит дополнительную погрешность при определении плотности цемента и толщины стенки колонны за счет увеличения влияния вторичного гамма-излучения горных пород, а также снижает радиационную безопасность при работе с данным устройством;
- отсутствие канала регистрации естественного излучения (то есть гамма-активности) горных пород, необходимого для точной привязки к геологическому разрезу при проведении каротажа;
- сложность конструкции устройства, включающего герметичную камеру гамма-источника, присоединенные к ней с двух сторон измерительные блоки и их коммутационные связи.
Технической задачей заявляемой полезной модели (или иначе - требуемым техническим результатом) является повышение потребительских свойств объекта путем упрощения конструкции и использования унифицированных узлов и деталей при снижении трудовых и материальных затрат на изготовление, эксплуатацию, обслуживание и ремонт.
Указанная задача (результат) достигается тем, что известный скважинный гамма-гамма дефектомер, содержащий герметичный корпус с размещенными в нем источником гамма-излучения и неподвижным экраном, имеющим коллимационные окна для исходящего и вторичного гамма-излучения, детекторы для регистрации последнего, размещенные по оси и по периметру корпуса в коллимационных окнах экрана, электрическую измерительную схему с управляющим контроллером и блоками формирования измерительных сигналов, экран выполнен составным из трех частей, между которыми, по оси корпуса, соответственно размещены две прозрачные для гамма-излучения втулки, штатным осевым размером Z каждой из которых образованы круговые коллимационные окна для гамма-излучения источника и для осерасположенного детектора малого зонда для оценки состояния обсадной колонны, снабжен дополнительным детектором для оценки естественной гамма-активности горной породы, который наиболее удален от источника гамма-излучения, а блоки формирования измерительных сигналов электрической измерительной схемы с многоканальными входом-выходом для детекторов и входом-выходом для электропитания и передачи информационных сигналов выполнены одинаковыми (однотипными) соответственно количеству детекторов гамма-излучения.
Требуемый технический результат обеспечен наличием (в известной совокупности существенных признаков, характеризующих предлагаемую конструкцию скважинного гамма-гамма дефектомера) вышеуказанных отличительных признаков, что при отсутствии в общедоступных источниках патентной и технической информации технических решений, эквивалентных предложенному (то есть с теми же свойствами), предполагает соответствие последнего критериям «полезной модели».
На чертежах представлены: на фигуре 1 - скважинный гамма-гамма дефектомер, на фигуре 2 - фрагмент корпуса, содержащий электрическую измерительную схему; на фигуре 3 - блок-схема дефектомера.
Скважинный гамма-гамма дефектомер (см. фиг.1) содержит герметичный корпус 1 с размещенными в нем источником 2 гамма-излучения, составной, из трех частей а, б и в экран 3 с коллимационным окном 4 для источника 2 гамма-излучения и коллимационным окном 5 для детектора 6, расположенного по оси дефектомера и образующего с источником 2 так называемый малый зонд по оценке состояния обсадной колонны. Коллимационные окна 4 и 5 являются круговыми и образованы, соответственно, двумя втулками 7 и 8, расположенными между частями а, б и в составного экрана 3. Внутри втулки 7 размещен источник 2 гамма-излучения, а внутри втулки 8 размещен детектор 6 вторичного гамма-излучения; втулки 7 и 8, при этом, выполнены из прозрачного для гамма-излучения материала. Над частью в составного экрана 3 расположены детекторы 9 гамма-излучения (см. фиг.2) для оценки состояния цементного кольца (камня) за обсадной колонной, которые равномерно размещены по периметру дефектомера и образуют с источником 2 гамма-излучения так называемый большой зонд. Корпус дефектомера (см. фиг.2) содержит также шасси 10, внутри которого размещены детектор 11 для измерения естественной гамма-активности горных пород, подвешенный на пружинах 12 для амортизации, детекторы 9 большого зонда расположенные равномерно по периметру экрана 13, входящего в состав шасси, детектор 6 малого зонда и электрическую измерительную схему 14. Электрическая измерительная схема изображена на фиг.3 в виде блок-схемы, которая показывает взаимосвязи всех узлов и состоит из детектора 6 малого зонда, детектора 11 гамма-активности горной породы, детекторов 9 большого зонда, одинаковых блоков 15 формирования информационных сигналов, контроллера 16 и многоканальных входа-выхода 17 для детекторов и входа-выхода 18 для наземной аппаратуры.
Скважинный гамма-гамма дефектомер работает следующим образом.
На несущем кабеле (на фигурах не показан) дефектомер опускают в скважину под исследуемый интервал ствола, привязку к которому производят по диаграммам канала измерения естественной гамма-активности горной породы. Детекторы 6, 9, 11 регистрируют интенсивность гамма-излучения и выдают информационные импульсы на унифицированные платы блоков 15 формирования информационных сигналов. Каждый из этих блоков осуществляет электропитание соответствующего ему детектора высоким напряжением и формирует (усиливает и нормирует) импульсы, поступающие с детектора по программе контроллера 16. Электрическая измерительная схема 14 по многоканальному входу-выходу 18 выдает информационные сигналы к наземной аппаратуре посредством несущего кабеля.
Особенности предлагаемого скважинного гамма-гамма дефектомера, как полезной модели, обеспечивают гарантированное получение требуемого технического результата при таком, например, конструктивном исполнении и комплектности: габариты корпуса (длина и диаметр соответственно, мм) - 2680×110; размер Z прозрачных для гамма-излучения втулок 7 и 8, мм - от 20 до 30; детекторов 6 и 11 расположенных по оси прибора, шт. - по одному; детекторов 9, расположенных равномерно по периметру корпуса, шт. - 6; однотипных блоков 15 формирования информационного сигнала, шт. - 8; круговые коллимационные окна 4 и 5 для источника 2 и детектора 6 выполнены конусообразными, как это изображено на фиг.1 графических материалов.