RU2210091C1

RU2210091C1 - Device for locking acoustic transducer in downhole instrument

Info

Publication number: RU2210091C1
Application number: RU2002121223A
Authority: RU
Inventors: Г.М. Перцев
Original assignee: Открытое акционерное общество НПФ "Геофизика"
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2003-08-10

Abstract

FIELD: estimation of quality of cementing of oil and gas wells by means of geoacoustic apparatus. SUBSTANCE: stack of gaskets closes gap between wall of container and bearing washer, thus excluding forcing of wedge-shaped sealing ring into clearance and ensuring hydraulic seal at increased hydrostatic pressure. EFFECT: enhanced reliability and stability of characteristics of transducer. 1 dwg

Description

Устройство относится к области промысловой геофизики и может быть использовано в скважинной геоакустической аппаратуре, применяемой для оценки качества цементирования нефтяных и газовых скважин. The device relates to the field of field geophysics and can be used in downhole geoacoustic equipment used to assess the quality of cementing of oil and gas wells.

Известно устройство для фиксации преобразователя в скважинном приборе акустического каротажа (см. авт. св. СССР 1182898 G 01 V 1/40, 1983), содержащее корпус, трубчатый металлический вал, установленные на нем звукоизолирующие прокладки, расположенные по обе стороны от помещенного в контейнер преобразователя и уплотняемые стягивающим приспособлением, опорные шайбы с радиальными выступами, установленные между валом и контейнером и отделяющие контейнер от звукоизолирующих прокладок, причем между поверхностью опорных шайб и поверхностями контейнера и трубчатого металлического вала выполнен зазор не менее 0,2 мм, фиксируемый с помощью герметизирующих уплотнительных колец в кольцевых канавках на опорных шайбах и трубчатом металлическом валу. Объем, ограниченный поверхностями трубчатого металлического вала, опорными шайбами с радиальными выступами и внутренней стенкой контейнера, заполнен воздухом, контакт между контейнером и остальными элементами конструкции осуществляется лишь через уплотнительные кольца, за счет чего и достигается эффект звукоизоляции преобразователя. A device for fixing the transducer in a borehole acoustic logging tool (see ed. St. USSR 1182898 G 01 V 1/40, 1983), comprising a housing, a tubular metal shaft, sound insulating pads installed on it located on both sides of the placed in the container transducers and sealed with a tightening device, supporting washers with radial protrusions installed between the shaft and the container and separating the container from soundproof gaskets, and between the surface of the supporting washers and the surfaces of the container and of the tubular metal shaft, a clearance of at least 0.2 mm is made, which is fixed by means of sealing sealing rings in the annular grooves on the supporting washers and the tubular metal shaft. The volume limited by the surfaces of the tubular metal shaft, supporting washers with radial protrusions and the inner wall of the container is filled with air, contact between the container and the rest of the structure is made only through o-rings, due to which the soundproofing effect of the converter is achieved.

Опыт эксплуатации скважинных приборов аппаратуры МАК-1 (см. ТУ 39-874-83 "Модуль акустический каротажный МАК-1 (К 1-923), в которых реализовано устройство для фиксации преобразователя в скважинном приборе акустического каротажа по авт. св. 1182898, выявил следующие недостатки конструкции:
- недостаточная степень звукоизоляции преобразователя от корпуса скважинного прибора в радиальном направлении вследствие передачи акустической энергии через резиновые уплотнительные кольца, отделяющие внутреннюю стенку контейнера от опорных шайб. Недостаточная степень звукоизоляции приводит к снижению надежности работы устройства, особенно в интервалах скважин с сильным затуханием акустических сигналов;
- нестабильность акустических характеристик устройства в условиях действия переменного гидростатического давления вследствие изменения величины зазора (вплоть до его полного исчезновения) между радиальными выступами опорных шайб и торцевыми поверхностями контейнера.Operational experience of downhole tools of MAK-1 equipment (see TU 39-874-83 "MAK-1 acoustic logging module (K 1-923), in which a device for fixing the transducer in a borehole acoustic logging tool according to ed. St. 1182898, revealed the following design flaws:
- insufficient degree of sound insulation of the transducer from the downhole tool body in the radial direction due to the transfer of acoustic energy through rubber o-rings that separate the inner wall of the container from the support washers. An insufficient degree of sound insulation leads to a decrease in the reliability of the device, especially in the intervals of wells with strong attenuation of acoustic signals;
- the instability of the acoustic characteristics of the device under the action of variable hydrostatic pressure due to a change in the gap (up to its complete disappearance) between the radial protrusions of the support washers and the end surfaces of the container.

Известно также "Устройство для фиксации акустического преобразователя в скважинном приборе" (патент СССР 1542268 от 02.03.92), принятое за прототип. Устройство содержит корпус, трубчатый металлический вал, преобразователь, уплотнительные кольца, контейнер, внешняя стенка которого расположена между звукоизолирующими прокладками с зазором относительно опорных шайб, между которыми установлены опорные элементы, акустически развязанные с трубчатым металлическим валом и внутренней стенкой контейнера. It is also known "Device for fixing an acoustic transducer in a downhole tool" (USSR patent 1542268 from 02.03.92), adopted as a prototype. The device comprises a housing, a tubular metal shaft, a transducer, o-rings, a container, the outer wall of which is located between the soundproof gaskets with a gap relative to the support washers, between which support elements are installed, which are acoustically decoupled from the tubular metal shaft and the inner wall of the container.

Недостатком данного устройства является:
- нестабильность характеристик преобразователя в процессе эксплуатации;
- недостаточная надежность уплотнений при высоких гидростатических давлениях в глубоких скважинах.The disadvantage of this device is:
- instability of the characteristics of the converter during operation;
- insufficient reliability of seals at high hydrostatic pressures in deep wells.

Задачей предлагаемого устройства является повышения надежности и стабильности характеристик преобразователя. The objective of the proposed device is to increase the reliability and stability of the characteristics of the Converter.

Поставленная задача достигается тем, что известное устройство для фиксации акустического преобразователя в скважинном приборе, содержащее корпус, трубчатый металлический вал, преобразователь, уплотнительные кольца, опорные шайбы, звукоизолирующие прокладки, расположенные на трубчатом металлическом валу по обе стороны от преобразователя, контейнер, внешняя стенка которого расположена между звукоизолирующими прокладками с зазором относительно опорных шайб, между которыми установлены элементы, акустически развязанные с трубчатым металлическим валом и внутренней стенкой контейнера, снабжено пакетом прокладок, состоящим из тонкой металлической прокладки, расположенной между прокладками из материала с малым волновым сопротивлением и перекрывающим зазор между стенкой контейнера и опорной шайбой, с обеих сторон контейнера, а уплотнительные кольца имеют клиновидную форму и расположены в торцах внешней стенки контейнера между опорной шайбой, пакетом прокладок и звукоизолирующей прокладкой. This object is achieved in that the known device for fixing an acoustic transducer in a downhole tool, comprising a housing, a tubular metal shaft, a transducer, o-rings, thrust washers, soundproof gaskets located on a tubular metal shaft on either side of the transducer, a container whose outer wall located between soundproof gaskets with a gap relative to the supporting washers, between which there are elements acoustically decoupled from the tubular with an allic shaft and the inner wall of the container, it is equipped with a pack of gaskets consisting of a thin metal gasket located between gaskets of material with low wave impedance and covering the gap between the container wall and the support washer, on both sides of the container, and the o-rings are wedge-shaped and located in the ends of the outer wall of the container between the support washer, the pack of gaskets and a soundproof gasket.

Новыми признаками, отличающими заявляемое устройство от прототипа, являются:
- выполнение уплотнительных колец клиновидной формы, что позволяет расположить их в торцах контейнера преобразователя, тем самым исключив возможность проникновения скважинной жидкости в зазор между внешней стенкой контейнера и опорной шайбой и заполнение этого пространства твердым веществом из скважинной жидкости в процессе эксплуатации, обеспечив этим стабильность характеристик преобразователя;
- наличие пакета прокладок обеспечивает работоспособность всей конструкции при высоких гидростатических давлениях за счет наличия металлической прокладки, перекрывающей зазор, что исключает возможность продавливания уплотнительного кольца в зазор и нарушения герметичности всей системы, а помещение металлической прокладки между прокладками с малым волновым сопротивлением обеспечивает затухание сигналов, проходящих по металлической прокладке.New features that distinguish the claimed device from the prototype are:
- the implementation of the wedge-shaped sealing rings, which allows them to be located at the ends of the transducer container, thereby eliminating the possibility of penetration of the borehole fluid into the gap between the outer wall of the container and the support washer and filling this space with solid substance from the borehole fluid during operation, thereby ensuring the stability of the transducer characteristics ;
- the presence of a package of gaskets ensures the operability of the entire structure at high hydrostatic pressures due to the presence of a metal gasket covering the gap, which eliminates the possibility of forcing the sealing ring into the gap and violating the tightness of the entire system, and the placement of the metal gasket between gaskets with low wave resistance provides attenuation of the signals passing on a metal gasket.

Взаимосвязь указанных признаков повышает стабильность характеристик акустических преобразователей и надежность системы в процессе эксплуатации, в том числе и при высоких гидростатических давлениях. The interconnection of these features increases the stability of the characteristics of acoustic transducers and the reliability of the system during operation, including at high hydrostatic pressures.

Для практической реализации данного устройства не требуется специальных материалов и оборудования. Заявителю неизвестны технические решения, содержащие сходные признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа. For the practical implementation of this device does not require special materials and equipment. The applicant is not aware of technical solutions containing similar features that distinguish the claimed solution from the prototype.

Таким образом, можно сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критериям изобретения "Новизна" и "Изобретательский уровень". Thus, we can conclude that the claimed device meets the criteria of the invention of "Novelty" and "Inventive step".

Устройство для фиксации акустического преобразователя содержит корпус 1, трубчатый металлический вал 2, контейнер с внутренней 3 и внешней 4 стенками, преобразователь 5, опорные шайбы 6, звукоизолирующие прокладки 7, расположенные на трубчатом металлическом валу по обе стороны от помещенного в контейнер преобразователя. Внешняя стенка 4 контейнера выполнена с зазором 8 относительно опорных шайб 6. Между опорными шайбами установлены опорные элементы 9, препятствующие осевому перемещению шайб навстречу друг другу и акустически развязанные с трубчатым металлическим валом 2 и внутренней стенкой 3 контейнера. В трубчатом металлическом валу 2 и в опорных элементах 9 выполнены отверстия для проводов, соединяющих преобразователь с электронной схемой. Конкретно элемент 9 выполнен в виде распорной втулки, а для улучшения звукоизоляции опорные шайбы 6 расположены на трубчатом валу с зазором 8. Зазор 8 с двух сторон перекрыт пакетом прокладок, состоящим из тонкой металлической прокладки 10, расположенной между прокладками 11 из материала с малым акустическим сопротивлением (например, паронита), и уплотнительными кольцами 12 клиновидной формы, расположенными в торцах внешней стенки 4 контейнера. A device for fixing an acoustic transducer comprises a housing 1, a tubular metal shaft 2, a container with an inner 3 and an outer 4 walls, a transducer 5, support washers 6, soundproof gaskets 7 located on a tubular metal shaft on either side of the transducer placed in the container. The outer wall 4 of the container is made with a gap 8 relative to the supporting washers 6. Between the supporting washers, support elements 9 are installed that prevent axial movement of the washers towards each other and are acoustically decoupled from the tubular metal shaft 2 and the inner wall 3 of the container. In the tubular metal shaft 2 and in the supporting elements 9 are made holes for wires connecting the converter with the electronic circuit. Specifically, element 9 is made in the form of a spacer sleeve, and to improve sound insulation, the supporting washers 6 are located on the tubular shaft with a gap 8. The gap 8 is closed on both sides by a pack of gaskets consisting of a thin metal gasket 10 located between the gaskets 11 of a material with low acoustic impedance (for example, paronite), and wedge-shaped o-rings 12 located at the ends of the outer wall 4 of the container.

При работе в скважине гидростатическое давление скважинной жидкости воздействует на внешнюю стенку 4 контейнера, внешние боковые поверхности опорных шайб 6 и уплотнительные кольца 12. Через кольца 12 давление передается на пакет прокладок, при этом при увеличении давления происходит увеличение демпфирования тонкой металлической прокладки 10 за счет большего ее сдавливания между прокладками 11 из материала с малым акустическим сопротивлением. В то же время металлическая прокладка 10 препятствует вдавливанию уплотнительного кольца 12 в зазор 8, что позволяет увеличить этот зазор и исключить его исчезновение при высоких гидростатических давлениях за счет сжатия внешней 4 стенки контейнера. В этом случае величина зазора может быть выбрана значительно большей, чем установлено ГОСТами на гидравлические уплотнения. Использование кольца клиновидной формы позволяет расположить их в торцах внешней 4 стенки контейнера и полностью исключить возможность попадания скважинной жидкости и содержащихся в ней частиц в зазор между внешней 4 стенкой и опорными шайбами 6, а также между валом 2 и опорными шайбами 6. Кроме того, клиновидная форма кольца 12 обеспечивает улучшение гидроизоляции зазора за счет самоуплотнения кольца при увеличении гидростатического давления. When working in the well, the hydrostatic pressure of the well fluid acts on the outer wall 4 of the container, the outer side surfaces of the support washers 6 and the o-rings 12. Through the rings 12, pressure is transmitted to the gasket package, while increasing the damping of the thin metal gasket 10 increases due to the greater its compression between the gaskets 11 of a material with low acoustic impedance. At the same time, the metal gasket 10 prevents the sealing ring 12 from being pressed into the gap 8, which allows to increase this gap and to prevent its disappearance at high hydrostatic pressures due to compression of the outer 4 walls of the container. In this case, the gap size can be chosen much larger than that established by GOSTs for hydraulic seals. Using a wedge-shaped ring allows you to place them at the ends of the outer 4 walls of the container and completely eliminate the possibility of the well fluid and particles contained in it falling into the gap between the outer 4 wall and the supporting washers 6, as well as between the shaft 2 and the supporting washers 6. In addition, the wedge-shaped the shape of the ring 12 provides improved waterproofing of the gap due to self-sealing of the ring with increasing hydrostatic pressure.

Таким образом, по сравнению с известными устройствами использование предлагаемого устройства обеспечивает большую надежность уплотнений при высоких гидростатических давлениях и стабильность характеристик преобразователя. Thus, compared with known devices, the use of the proposed device provides greater reliability of seals at high hydrostatic pressures and the stability of the characteristics of the Converter.

Claims

A device for fixing an acoustic transducer in a downhole tool, comprising a housing, a tubular metal shaft, a transducer, o-rings, backup washers, soundproof gaskets located on a tubular metal shaft on either side of the transducer, a container whose outer wall is located between the soundproof gaskets with a clearance relative to support washers, between which support elements are installed, acoustically decoupled from the tubular metal shaft and the inner wall of the euner, characterized in that it is equipped with a pack of gaskets consisting of a thin metal gasket located between gaskets of material with low wave impedance and overlapping the gap between the container wall and the support washer on both sides, and the o-rings are wedge-shaped and located at the ends the outer wall of the container between the support washer, the pack of gaskets and soundproof gaskets.