EA044123B1

EA044123B1 - DOWNHOLE NEUTRON LOGING TOOL

Info

Publication number: EA044123B1
Application number: EA202292748
Authority: EA
Inventors: Сергей Иванович Брагин; Вячеслав Владимирович Краевский; Галина Александровна Галайдова; Юрий Павлович Кузнецов; Роман Сергеевич Рачков
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2022-10-26
Publication date: 2023-07-25

Description

Изобретение относится к области физического приборостроения, в частности к источникам нейтронного излучения, предназначенного для проведения геофизических исследований скважин импульсными нейтронными методами.The invention relates to the field of physical instrumentation, in particular to sources of neutron radiation intended for geophysical surveys of wells using pulsed neutron methods.

Известно устройство для импульсного нейтронного каротажа скважин, состоящее из наземной аппаратуры временного анализа импульсов, блока управления и питания и скважинного прибора, содержащего импульсный источник быстрых нейтронов, выполненный на ускорительной трубке с мишенью, схемы управления источником нейтронов и источником питания. Авторское свидетельство СССР № 447097, МПК G01V 5/10, 10.05.2000. Из-за перегрева нейтронной трубки устройство работает нестабильно, ненадежно в работе и громоздко.A device for pulsed neutron logging of wells is known, consisting of ground-based equipment for time analysis of pulses, a control and power unit, and a downhole instrument containing a pulsed source of fast neutrons mounted on an accelerating tube with a target, a control circuit for the neutron source and a power source. Copyright certificate of the USSR No. 447097, IPC G01V 5/10, 05/10/2000. Due to overheating of the neutron tube, the device is unstable, unreliable and cumbersome.

Известен скважинный прибор, состоящий из соединенных между собой нейтронного излучателя, блока детектирования и блока электроники, которые расположены на одном шасси и размещены в общем охранном кожухе. Нейтронный излучатель включает в себя блок трубки и блок питания и управления, размещенные в отдельных металлических корпусах, соединенных между собой электрическим разъемом. Блок трубки включает в свой состав нейтронную трубку, являющуюся основным источником тепла, при этом около 75% электрической мощности, потребляемой скважинным прибором, выделяется в виде тепла и рассеивается в жидком диэлектрике, которым залит блок трубки. Сборник материалов Межотраслевой научно-технической конференции Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе. - Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова, 2004. - С. 256. Данное изобретение принято в качестве прототипа.A well-known downhole device consists of an interconnected neutron emitter, a detection unit and an electronics unit, which are located on the same chassis and housed in a common security casing. The neutron emitter includes a tube unit and a power and control unit, housed in separate metal housings connected to each other by an electrical connector. The tube block includes a neutron tube, which is the main source of heat, while about 75% of the electrical power consumed by the downhole tool is released in the form of heat and dissipated in the liquid dielectric with which the tube block is filled. Collection of materials of the Interindustry Scientific and Technical Conference Portable neutron generators and technologies based on them. - All-Russian Research Institute of Automation named after. N.L. Dukhova, 2004. - P. 256. This invention was accepted as a prototype.

В известном излучателе нейтронов тепло, выделившееся из нейтронной трубки, передается сначала через электроизоляционную среду блока трубки, затем передается на его корпус и далее через шасси поступает на охранный кожух, проходя через большой воздушный зазор, достигающий значений нескольких миллиметров. Это связано с тем, что шасси представляет собой длинную жесткую 2-метровую трубу с фрезерованным окнами, в которых размещаются и фиксируются отдельные узлы скважинного прибора, а именно его детекторная и излучательная части. Наличие большого воздушного зазора между шасси и внутренней поверхностью охранного кожуха обеспечивает собираемость жесткой конструкции шасси с охранным кожухом. Недостатком прототипа является то, что воздушный зазор, достигающий нескольких миллиметров, создает большое тепловое сопротивление, которое приводит к перегреву нейтронной трубки. Такая неэффективная теплопередача от шасси к охранному кожуху приводит к деградации основных узлов излучателя и изоляции, что негативно сказывается на сроке службы прототипа.In the known neutron emitter, the heat released from the neutron tube is first transferred through the electrically insulating medium of the tube block, then transferred to its body and then through the chassis to the guard casing, passing through a large air gap reaching several millimeters. This is due to the fact that the chassis is a long, rigid 2-meter pipe with milled windows in which individual components of the downhole tool are placed and fixed, namely its detector and emitter parts. The presence of a large air gap between the chassis and the inner surface of the guard casing ensures the assembly of the rigid structure of the chassis with the guard casing. The disadvantage of the prototype is that the air gap, reaching several millimeters, creates a large thermal resistance, which leads to overheating of the neutron tube. Such inefficient heat transfer from the chassis to the protective casing leads to degradation of the main components of the emitter and insulation, which negatively affects the service life of the prototype.

Задачей и техническим результатом изобретения является увеличение срока службы за счет эффективности теплопередачи.The objective and technical result of the invention is to increase service life due to heat transfer efficiency.

Технический результат достигается тем, что в скважинном приборе, содержащем излучатель нейтронов, состоящий из блока трубки и блока питания и управления, блок детектирования, блок электроники, выполненные в виде отдельных блоков, находящихся в металлических корпусах, расположенных на шасси в общем охранном кожухе, охранный кожух выполнен из высокоточной толстостенной металлической трубы, шасси изготовлено из высокоточной тонкостенной металлической трубы, разрезанной по длине на две равные части, формирующие основание и крышку, при этом в основании и крышке выполнены ряды продольных прорезей, образующих пластически деформируемые ряды пластин (ламели), длина которых на порядок больше ширины, выгнутых через одну внутрь и наружу, на основании закреплен излучатель нейтронов, блок детектирования и блок электроники, крышка крепится к основанию при помощи опорных втулок. При монтаже ламели шасси изгибаются и плотно, с тепловым контактом прилегают к внутренней поверхности охранного кожуха и наружным поверхностям излучателя нейтронов, блока детектирования и блока электроники.The technical result is achieved by the fact that in a downhole tool containing a neutron emitter consisting of a tube unit and a power and control unit, a detection unit, an electronics unit, made in the form of separate units located in metal cases located on the chassis in a common security casing, a security the casing is made of high-precision thick-walled metal pipe, the chassis is made of high-precision thin-walled metal pipe, cut along the length into two equal parts forming the base and cover, while rows of longitudinal slots are made in the base and cover, forming plastically deformable rows of plates (lamellas), length which are an order of magnitude larger than the width, curved through one inward and outward, a neutron emitter, a detection unit and an electronics unit are attached to the base, the lid is attached to the base using support bushings. During installation, the chassis lamellas bend and tightly, with thermal contact, adhere to the inner surface of the security casing and the outer surfaces of the neutron emitter, detection unit and electronics unit.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-3, где:The essence of the invention is illustrated in Fig. 1-3, where:

- излучатель нейтронов, 2 - блок детектирования, 3 - блок электроники, 4 - шасси (основание с крышкой), 5 - охранный кожух, 6 - герметичная заглушка, 7 - головка с геофизическим разъемом, 8 компенсатор, 9 - опорные втулки, 10 - крепеж, 11 - уплотнительные кольца, 12 - корпус излучателя нейтронов.- neutron emitter, 2 - detection unit, 3 - electronics unit, 4 - chassis (base with lid), 5 - protective casing, 6 - sealed plug, 7 - head with geophysical connector, 8 compensator, 9 - support bushings, 10 - fasteners, 11 - sealing rings, 12 - neutron emitter body.

На фиг. 1 схематично представлен продольный разрез скважинного прибора.In fig. Figure 1 schematically shows a longitudinal section of the downhole tool.

На фиг. 2 схематично представлен разрез А-А скважинного прибора в зоне расположения излучателя нейтронов.In fig. Figure 2 schematically shows section A-A of the downhole tool in the area where the neutron emitter is located.

На фиг. 3 представлена конструкция шасси (основание с крышкой).In fig. Figure 3 shows the design of the chassis (base with cover).

Скважинный прибор содержит охранный кожух 5, в котором на одном шасси 4 размещены излучатель нейтронов 1, блок детектирования 2 и блок электроники 3. Крепление блоков на шасси, а также соединение основания с крышкой осуществляется при помощи опорных втулок 9 и крепежа 10. Охранный кожух 5 загерметизирован при помощи уплотнительных колец 11 с одной стороны заглушкой 6, с другой - головкой 7 с геофизическим разъемом, предназначенным для соединения с каротажным кабелем. Скважинный прибор имеет также компенсатор 8, необходимый для саморегулирования зазоров, возникающих под действием нагрузки в продольном направлении.The downhole instrument contains a security casing 5, in which a neutron emitter 1, a detection unit 2 and an electronics unit 3 are placed on one chassis 4. The units are fastened to the chassis, as well as the connection of the base to the cover is carried out using support bushings 9 and fasteners 10. Security casing 5 sealed with sealing rings 11 on one side by a plug 6, on the other by a head 7 with a geophysical connector intended for connection to the logging cable. The downhole tool also has a compensator 8, which is necessary for self-regulation of gaps that arise under the influence of load in the longitudinal direction.

Эффективный отвод тепла к охранному кожуху от внутренних элементов скважинного прибора, а именно от нейтронной трубки, обеспечивается за счет уменьшения теплового сопротивления между корEffective heat removal to the protective casing from the internal elements of the downhole tool, namely from the neutron tube, is ensured by reducing the thermal resistance between the cores

- 1 044123 пусом излучателя нейтронов 12 и охранным кожухом 5 вследствие минимизации воздушного зазора. Минимизация зазора достигается тем, что кожух и шасси изготовлены из высокоточных металлических труб, допуск по диаметру которых не превышает 0,2 мм. Шасси изготовлено из тонкостенной металлической трубы, разрезанной на две половины: одна представляет собой основание шасси, другая - крышку (фиг. 2, 3). В основании и крышке выполнены ряды продольных прорезей, образующих пластически деформируемые ряды пластин (ламели), длина которых на порядок больше ширины, выгнутых через одну внутрь и наружу, так что при входе шасси в охранный кожух обеспечивается плотный тепловой контакт с внутренней стороной охранного кожуха (фиг. 2). При монтаже ламели выгибаются наружу и внутрь так, что образуют два амортизирующих пояса (фиг. 3), обеспечивающих при входе в охранный кожух плотный тепловой контакт с внутренней поверхностью охранного кожуха и наружной поверхностью излучателя нейтронов. При этом напряжения, возникающие при сдавливании выгнутых ламелей основания и крышки, обеспечивают плотный тепловой контакт и амортизацию при механических воздействиях (удары, вибрация) на скважинный прибор при эксплуатации.- 1 044123 with a neutron emitter 12 and a protective casing 5 due to the minimization of the air gap. Minimizing the gap is achieved by the fact that the casing and chassis are made of high-precision metal pipes, the diameter tolerance of which does not exceed 0.2 mm. The chassis is made of a thin-walled metal pipe, cut into two halves: one is the base of the chassis, the other is the cover (Fig. 2, 3). In the base and cover there are rows of longitudinal slots, forming plastically deformable rows of plates (lamellas), the length of which is an order of magnitude greater than the width, curved through one inward and outward, so that when the chassis enters the security casing, tight thermal contact is ensured with the inside of the security casing ( Fig. 2). During installation, the lamellas are bent outward and inward so that they form two shock-absorbing belts (Fig. 3), providing close thermal contact with the inner surface of the protective casing and the outer surface of the neutron emitter upon entering the protective casing. In this case, the stresses that arise when squeezing the curved lamellas of the base and cover provide tight thermal contact and shock absorption during mechanical impacts (shocks, vibration) on the downhole tool during operation.

Расчетами подтверждено, что использование такой конструкции позволяет улучшить передачу тепла от нейтронной трубки к охранному кожуху и снизить перегрев основных узлов на 20%.Calculations have confirmed that the use of this design improves heat transfer from the neutron tube to the protective casing and reduces overheating of the main components by 20%.

Работа устройства осуществляется следующим образом: импульсный излучатель нейтронов инициирует поток быстрых нейтронов. Эти нейтроны, в ходе взаимодействия с ядрами атомов породы скважины генерируют ответное гамма- и нейтронное излучение, которое регистрируется детекторами, что позволяет дать количественную оценку параметрам скважины.The device operates as follows: a pulsed neutron emitter initiates a flow of fast neutrons. These neutrons, during their interaction with the nuclei of atoms in the well rock, generate response gamma and neutron radiation, which is recorded by detectors, which allows a quantitative assessment of the well parameters.

При работе устройства основным источником тепла является нейтронная трубка. Тепло от нейтронной трубки путем конвективного обмена передается на корпус излучателя нейтронов, и далее через шасси на охранный кожух.When the device operates, the main source of heat is the neutron tube. Heat from the neutron tube is transferred by convective exchange to the body of the neutron emitter, and then through the chassis to the protective casing.

Claims

A downhole tool for neutron logging, containing a neutron emitter consisting of a tube unit and a power and control unit, a detection unit, an electronics unit, made in the form of separate units located in metal cases located on the chassis in a common security casing, characterized in that the security the casing is made of high-precision thick-walled metal pipe, the chassis is made of high-precision thin-walled metal pipe, cut along the length into two equal parts, forming the base and the cover, the neutron emitter, detection unit and electronics unit are attached to the base, the cover is attached to the base using support bushings; in the base and cover there are rows of longitudinal slots, forming plastically deformable rows of plates - lamellas, the length of which is an order of magnitude greater than the width, curved through one inward and outward, with the ability to bend during installation and fit tightly, with thermal contact, to the inner surface of the security casing and the outer surfaces of the neutron emitter, detection unit and electronics unit.