RU2569905C1

RU2569905C1 - Device measuring intensity of radioactive radiation of rocks in well

Info

Publication number: RU2569905C1
Application number: RU2014117721/28A
Authority: RU
Inventors: Иван Владимирович Байрашевский; Владимир Николаевич Есауленко
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2015-12-10

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: device contains a casing, an ionization chamber with metallised area, a primary converter, an jet generator with power supply channels (intake, output and service), receiving tank, fixed and movable electrodes, power source, bellows. On the movable electrode low diameter pipe is rigidly secured, it is made out of polymer material, for example, fluorine rubber, and is connected with the receiving tank of the jet generator.

EFFECT: increased accuracy of measurements of the radioactive radiation intensity of the rocks.

4 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к устройствам для измерения интенсивности радиоактивного излучения непосредственно в процессе бурения на забое скважины. Оно может быть использовано в забойных телеметрических системах для измерения радиоактивного излучения горных пород в процессе бурения разведочных, эксплуатационных и пьезометрических скважин как роторным, так и турбинным способом. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения и надежности работы скважинного прибора путем использования в качестве преобразователя интенсивности радиоактивного излучения струйного генератора и применения гидравлического канала связи забоя с устьем скважины.The invention relates to the oil and gas industry, and in particular to devices for measuring the intensity of radioactive radiation directly during drilling at the bottom of the well. It can be used in downhole telemetry systems for measuring radioactive radiation of rocks during the drilling of exploratory, production and piezometric wells using both rotary and turbine methods. The technical result of the invention is to improve the accuracy of measurement and reliability of the downhole tool by using a jet generator as the intensity of the radioactive radiation and using a hydraulic channel for communicating the bottomhole with the wellhead.

Известно устройство для измерения плотности и естественной радиоактивности горных пород, содержащее детекторы, расположенные на разных расстояниях от источника излучения, усилительно-преобразовательную схему, выполненную на полупроводниковых элементах. (см. кн. Молчанов А.А., Лаптев В.В. Аппаратура и оборудование для геофизических исследований нефтяных и газовых скважин. - М.: Недра, 1987. - с. 77-83).A device for measuring the density and natural radioactivity of rocks, containing detectors located at different distances from the radiation source, an amplification-conversion circuit made on semiconductor elements. (see the book. Molchanov A.A., Laptev V.V. Apparatus and equipment for geophysical studies of oil and gas wells. - M .: Nedra, 1987. - p. 77-83).

Недостатком данного устройства является малый диапазон рабочих температур (до 200°C) из-за полупроводниковых приборов, прерывность процесса измерения, а также затраты времени на спускоподъемные операции.The disadvantage of this device is the small range of operating temperatures (up to 200 ° C) due to semiconductor devices, the discontinuity of the measurement process, as well as the time required for tripping.

Самым близким по технической сути является устройство (см. диссертацию Есауленко В.Н.: Теория и практика систем контроля автоматического управления забойными параметрами для совершенствования техники и технологии бурения скважин: дисс. д-ра техн. наук. Московская государственная геологоразведочная академия, Москва, 1994, с. 221-228), содержащее корпус, ионизационную камеру с металлизированной поверхностью, первичный преобразователь, струйный генератор, канал питания, приемный, выходной и расходный каналы, приемную емкость, неподвижный и подвижный электроды, источник питания, сильфон.The closest in technical essence is the device (see the dissertation by VN Esaulenko: Theory and practice of control systems for automatic control of downhole parameters for improving the technique and technology of well drilling: dissertation of a doctor of technical sciences. Moscow State Geological Prospecting Academy, Moscow, 1994, S. 221-228), comprising a housing, an ionization chamber with a metallized surface, a primary transducer, a jet generator, a power channel, a receiving, output and flow channels, a receiving tank, fixed and movable w electrodes, power supply, bellows.

Недостатком прототипа является низкая точность измерения за счет малой девиации частоты колебаний струйного генератора.The disadvantage of the prototype is the low measurement accuracy due to the small deviation of the oscillation frequency of the jet generator.

Техническая задача - создание надежного и термостойкого устройства для непрерывного измерения интенсивности радиоактивного излучения горных пород непосредственно в процессе бурения.The technical task is to create a reliable and heat-resistant device for continuous measurement of the intensity of radioactive radiation of rocks directly during drilling.

Технический результат - повышение точности измерения интенсивности радиоактивного излучения горных пород.The technical result is an increase in the accuracy of measuring the intensity of radioactive radiation of rocks.

Он достигается тем, что в устройстве, содержащем корпус, ионизационную камеру с металлизированной поверхностью, первичный преобразователь, струйный генератор с каналами питания, приемным, выходным и расходным, приемной емкостью, неподвижный и подвижный электроды, источник питания, сильфон, на подвижном электроде жестко закреплена трубка малого диаметра, выполненная из полимерного материала, например фторкаучука, соединенная с приемной емкостью струйного генератора.It is achieved by the fact that in a device containing a housing, an ionization chamber with a metallized surface, a primary transducer, a jet generator with power channels, a receiving, output and consumable, receiving capacity, a fixed and mobile electrodes, a power source, a bellows, is rigidly fixed to the movable electrode a small diameter tube made of a polymeric material, for example fluororubber, connected to the receiving capacity of the jet generator.

Предлагаемое устройство изображено на чертежах: фиг. 1 - общий вид, фиг. 2 - схема, на которой показано истечение струи сжатого воздуха из канала питания, фиг. 3 - график зависимости частоты колебаний струйного генератора от изменения интенсивности радиоактивного излучения горных пород, фиг. 4 - график зависимости частоты колебаний струйного генератора от изменения угла между полимерной трубкой и осью приемного канала.The proposed device is shown in the drawings: FIG. 1 is a general view, FIG. 2 is a diagram showing the outflow of a stream of compressed air from a power channel, FIG. 3 is a graph of the oscillation frequency of the jet generator as a function of changes in the intensity of rock radiation, FIG. 4 is a graph of the oscillation frequency of the jet generator as a function of the angle between the polymer tube and the axis of the receiving channel.

Устройство содержит корпус 1, металлизированную ионизационную камеру 2, первичный преобразователь 19, включающий струйный генератор 3, в виде панели с размещенными на ней каналами: питания 4, приемным 5, выходным 6 и расходным 7, сообщающиеся через углубление 8 в точке схождения каналов, неподвижный электрод 9 и подвижный 10, с жестко закрепленной на нем полимерной трубкой 11, встроенные в приемный канал 5, приемную емкость 12, источник питания струйного генератора 3, выполненный в виде баллона со сжатым газом 13, выход которого через регулируемый дроссель 14 соединен с каналом питания 4 струйного генератора 3, приемный канал 5 соединен с приемной емкостью 12, а выходной канал 6 соединен через сильфон 15 с каналом связи (на чертеже не показан), управляющий шток 16 гидравлического усилителя (на чертеже не показан), нить 17, соединенная с источником электрического тока 18.The device comprises a housing 1, a metallized ionization chamber 2, a primary transducer 19, including a jet generator 3, in the form of a panel with channels: power 4, receiving 5, output 6 and consumable 7 communicating through a recess 8 at the convergence point of the channels, fixed electrode 9 and movable 10, with a polymer tube 11 rigidly fixed on it, integrated in the receiving channel 5, receiving capacity 12, power supply of the jet generator 3, made in the form of a cylinder with compressed gas 13, the output of which is through an adjustable core The mud 14 is connected to the power channel 4 of the jet generator 3, the receiving channel 5 is connected to the receiving tank 12, and the output channel 6 is connected via a bellows 15 to a communication channel (not shown), the control rod 16 of the hydraulic amplifier (not shown), thread 17 connected to an electric current source 18.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Выходящий из канала питания 4 поток воздуха в силу эффекта Коанда прилипает к приемному каналу 5, попадает в закрепленную на подвижном электроде 10 полимерную трубку малого диаметра 11 и заполняет емкость 12. При достижении максимального давления в емкости 12 поток воздуха прилипает к выходному каналу 6 и удерживается до тех пор, пока противодавление в емкости 12 на входе приемного канала 5 не снизится до величины, при которой поток вновь будет обтекать поверхность стенки приемного канала 5 и заполнять емкость 12. Далее процесс повторяется. При этом частота переключения определяется уравнениемDue to the Coanda effect, the air stream leaving the supply channel 4 adheres to the receiving channel 5, enters the polymer tube of small diameter 11 fixed to the movable electrode 10 and fills the container 12. When the maximum pressure in the container 12 is reached, the air flow adheres to the output channel 6 and is held until the back pressure in the container 12 at the inlet of the receiving channel 5 decreases to a value at which the flow will again flow around the surface of the wall of the receiving channel 5 and fill the tank 12. Then the process is repeated. In this case, the switching frequency is determined by the equation

где С - постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей генератора;where C is a constant coefficient, depending on the design features of the generator;

V - объем емкости.V is the volume of the tank.

С изменением интенсивности радиоактивности горной породы в скважине изменяется степень ионизации газа в металлизированной ионизационной камере 2. При этом изменяется заряд электрически связанных неподвижного 9 и подвижного 10 электродов и металлизированной ионизационной камеры 2, созданный источником электрического тока 18, и изменяется отталкивающая сила одноименно заряженных неподвижного 9 и подвижного 10 электродов. В результате конец подвижного электрода 10 перемещается от оси струи сжатого воздуха, вытекающей из канала питания 4 и прилипающей к профилю приемного канала 5, к ее периферии. Это показано на фиг. 2, где 1 - это полимерная трубка малого диаметра, закрепленная на подвижном электроде, в двух крайних положениях, 2 - эпюр изменения скорости струи в зависимости от изменения угла θ, 3 - приемный канал. Перемещение трубки 10 вызывает изменение времени заполнения приемной емкости 12, а следовательно, и частоты колебаний струйного генератора 3 в зависимости от изменения интенсивности радиоактивного излучения горных пород, что показано на графиках фиг. 3 и фиг. 4. Серия пневматических импульсов, полученных на струйном генераторе 3 и преобразованных сильфоном 15 в линейное перемещение управляющего штока 16 гидравлического усилителя, преобразуется в серию мощных гидравлических импульсов промывочной жидкости, которые простираются до устья скважины, где трансформируются в электрические импульсы, например, посредством тензопреобразователя, усиливаются и поступают на фильтр, где отфильтровываются от помех, фиксируются регистрирующим прибором. (См. кн.: Молчанов А.А. "Измерение геофизических параметров в процессе бурения скважин". М.: Недра, 1983, стр. 113-132). Корпус предлагаемого устройства должен быть герметичным, что обеспечивается путем тщательной притирки управляющего штока 16 в отверстии корпуса 1. Регулируемый дроссель 14 обеспечивает стабильность давления питания при изменении внешних воздействий.With a change in the intensity of rock radioactivity in the well, the degree of gas ionization in the metallized ionization chamber 2 changes. In this case, the charge of the electrically connected stationary 9 and movable 10 electrodes and the metallized ionization chamber 2 created by the electric current source 18 changes, and the repulsive force of the same-charged stationary 9 changes and rolling 10 electrodes. As a result, the end of the movable electrode 10 moves from the axis of the jet of compressed air flowing from the supply channel 4 and adhering to the profile of the receiving channel 5, to its periphery. This is shown in FIG. 2, where 1 is a polymer tube of small diameter, mounted on a movable electrode, in two extreme positions, 2 is a diagram of the change in jet velocity depending on a change in the angle θ, 3 is a receiving channel. Moving the tube 10 causes a change in the filling time of the receiving tank 12, and therefore, the oscillation frequency of the jet generator 3, depending on the change in the intensity of rock radiation, as shown in the graphs of FIG. 3 and FIG. 4. A series of pneumatic pulses received on a jet generator 3 and transformed by a bellows 15 into a linear movement of the control rod 16 of the hydraulic amplifier is converted into a series of powerful hydraulic pulses of the flushing fluid, which extend to the wellhead, where they are transformed into electrical pulses, for example, by means of a strain gauge, amplified and fed to the filter, where they are filtered out from interference, fixed by a recording device. (See book: A. Molchanov, “Measurement of geophysical parameters in the process of drilling wells.” M.: Nedra, 1983, pp. 113-132). The housing of the proposed device should be tight, which is achieved by carefully grinding the control rod 16 in the hole of the housing 1. The adjustable throttle 14 ensures the stability of the supply pressure when changing external influences.

Конструктивные размеры элементов струйного генератора находятся в следующих пределах: сечение каналов и сопел - 0,25÷0,5 мм²; объем емкости - 40÷50 см³; начальное расстояние между подвижным и неподвижным электродом - 0,2÷0,3 мм, подвижный электрод изготовлен из фосфористой бронзы толщиной 0,1 мм и имеет форму стерженька размером 30×5×0,1 мм. Расстояние между нитью и электродом - 15 мм. Диапазон измеряемых интенсивностей составляет от единиц до 100 нкг·экв. Ra/м³. В соответствии с графиком на фиг. 3 чувствительность устройства равна 0,6 Гц/(мр/ч).The structural dimensions of the elements of the jet generator are in the following limits: section of channels and nozzles - 0.25 ÷ 0.5 mm ² ; capacity volume - 40 ÷ 50 cm ³ ; the initial distance between the movable and fixed electrodes is 0.2–0.3 mm, the movable electrode is made of phosphor bronze 0.1 mm thick and has the shape of a rod 30 × 5 × 0.1 mm in size. The distance between the thread and the electrode is 15 mm. The range of measured intensities is from units to 100 nkg · equiv. Ra / m ³ . In accordance with the graph of FIG. 3, the sensitivity of the device is 0.6 Hz / (mr / h).

Для определения работоспособности и чувствительности на макете была проведена опытная проверка предложенного устройства. Макет представляет собой плату из оргстекла с выполненной в ней системой сопел и встроенным соответствующим образом подвижным, неподвижным электродами и нитью. На электроды подавалось напряжение от источника питания. Макет облучался источником радиоактивного излучения изотопом "Цезий-137". Максимальная мощность дозы излучения составила 40 мр/ч. Заряд на электродах ≈10 кВ максимальное перемещение электрода, указанных выше размеров 0,8 мм. Опыт проводился на воздухе при нормальных условиях (t=20°C, Р=760 мм рт.ст.).To determine the performance and sensitivity on the layout, an experimental verification of the proposed device was carried out. The model is a Plexiglas board with a nozzle system made in it and a correspondingly movable, fixed electrode and thread integrated in it. The electrodes were supplied with voltage from a power source. The model was irradiated with a source of radioactive radiation by the Cesium-137 isotope. The maximum dose rate was 40 mr / h. The charge on the electrodes is ≈10 kV; the maximum electrode displacement of the above dimensions is 0.8 mm. The experiment was conducted in air under normal conditions (t = 20 ° C, P = 760 mm Hg).

Пластичность трубки, влияющая на ее перемещение и, как следствие, на точность измерения устройства, достигается использованием полимерного материала, обладающего высокой пластичностью и термостойкостью, например фторкаучука СКФ-26, температура эксплуатации которого может достигать 300°C. Диаметр трубки выбирается малым (d=0,2÷0,3 мм) с целью уменьшения расхода сжатого воздуха в условиях стесненных размеров скважины.The ductility of the tube, which affects its movement and, as a consequence, the measurement accuracy of the device, is achieved by using a polymer material with high ductility and heat resistance, for example, SKF-26 fluororubber, whose operating temperature can reach 300 ° C. The diameter of the tube is chosen small (d = 0.2 ÷ 0.3 mm) in order to reduce the flow of compressed air in the constrained well size.

Положительный эффект - данное устройство позволяет непрерывно измерять интенсивность излучения горных пород в скважине непосредственно в процессе бурения с малой величиной погрешности и высокой чувствительностью, отвечает высокой надежности и термостойкости.Positive effect - this device allows you to continuously measure the radiation intensity of rocks in the well directly during drilling with a small error and high sensitivity, meets high reliability and heat resistance.

Источники информации Information sources

1. Молчанов А.А., Лаптев В.В. Аппаратура и оборудование для геофизических исследований нефтяных и газовых скважин. - М.: Недра, 1987, - с. 77-83.1. Molchanov A.A., Laptev V.V. Instrumentation and equipment for geophysical studies of oil and gas wells. - M .: Nedra, 1987, - p. 77-83.

2. Молчанов А.А. "Измерение геофизических параметров в процессе бурения скважин". М.: Недра, 1983, стр. 113-132.2. Molchanov A.A. "Measurement of geophysical parameters in the process of drilling wells." M .: Nedra, 1983, pp. 113-132.

3. Есауленко В.Н. Теория и практика систем контроля автоматического управления забойными параметрами для совершенствования техники и технологии бурения скважин: диссертация д-ра техн. наук. Московская государственная геологоразведочная академия, Москва, 1994, - с. 221-228 (прототип).3. Esaulenko V.N. Theory and practice of control systems for automatic control of downhole parameters to improve the technique and technology of drilling wells: the dissertation of Dr. tech. sciences. Moscow State Geological Prospecting Academy, Moscow, 1994, - p. 221-228 (prototype).

Claims

A device for measuring the intensity of radioactive radiation of rocks in a well, comprising a housing, an ionization chamber with a metallized surface, a primary transducer, a jet generator with power channels, a receiving, output and flow rate, a receiving capacitance, fixed and movable electrodes, a power source, a bellows, characterized in that a small-diameter tube made of a polymer material, for example fluororubber, connected to the receiving capacity of the jet generator is rigidly fixed to the movable electrode Torah.