Результат интеллектуальной деятельности: СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ БЛОК ДЛЯ СКВАЖИННОГО ПРИБОРА

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин методом гамма-каротажа и может быть использовано в модулях гамма и гамма-каротажа, входящих в состав комплексных скважинных приборов.

Данное изобретение позволяет повысить надежность работы модуля за счет повышения вибропрочности и ударопрочности узлов, входящих в модуль гамма-каротажа в результате чего достигается технический эффект, заключающийся в увеличении срока службы модуля, что в конечном итоге ведет к устранению отказов всего комплексного скважинного прибора из-за повреждения хрупких фотоумножителя и детектора гамма-излучений.

Известен фотоприемный модуль для детектора излучения, в котором фотоумножитель модуля имеет планшайбу и стержень, расположенные напротив друг друга, печатную плату, расположенную между стержнем и планшайбой и электрически соединенную с фотоумножителем, корпус для фотоумножителя и платы, имеющий отверстие для экспозиции планшайбы, ступеньку на внутренней поверхности и ограничитель на этой ступеньке, задающей положение фотоумножителя в корпусе, причем ограничитель может быть, или отдельным элементом из полиимидной смолы, или представлять собой увеличенную ступеньку и может иметь контактную поверхность, которая наклонена и удерживает планшайбу параллельно отверстию даже в том случае, когда стержень не параллелен планшайбе, причем сам фотоприемный модуль можно использовать в комбинации со сцинтиллятором (Пат. GB №2361802 А1 от 31.10.2001 г., МПК 7 G01Т 1/20, опубл. в ИСМ, вып.86, МПК G01Т, V, W, №10, М., 2002 г., стр.10, 11).

Недостатками известного устройства являются:

- сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества малых по размерам деталей, подвижно установленных в жестком корпусе, что ограничивает возможность изготовления модуля малых габаритов;

- выполнение означенных деталей из различных по структуре материалов, что вносит дополнительные сложности по их изготовлению и эксплуатации;

- отсутствие в конструкции упругих элементов, значительно гасящих механические вибрацию и удары, что уменьшает надежность устройства в целом.

Известен каротажный зонд относительно малого диаметра, содержащий источник гамма-излучения и датчики, установленные в продолговатой трубке, которая пропускает гамма-лучи небольшой интенсивности, может быть изготовлена из нержавеющей стали и поддерживается на вольфрамовой втулке с окнами, обращенными к датчикам (Пат. GB №2338730 А1 от 29.12.99 г., МПК 6 Е21В 47/01, опубл. в ИСМ, вып. 63, МПК Е 21, №24, М., 2000 г., стр.5).

Недостатками известного устройства являются:

- жесткость конструкции корпуса, роль которого выполняет продолговатая трубка, установленная в вольфрамовой втулке, что снижает надежность зонда при воздействии вибраций и ударов, возникающих в процессе перемещения зонда;

- жесткая установка датчиков в корпусе, что приводит к соударению датчиков при воздействии вибраций и ударов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является гибкий динамический корпус для детектора гамма-излучения, в котором детектор гамма-излучения имеет сцинтилляционный узел и электронный модуль, установленные в жестком корпусе, а удлиненные пружины проходят вдоль жесткого корпуса и расположены в пределах внешнего гибкого корпуса, образуя гибкий динамический корпус, причем сцинтилляционный узел содержит кристалл, герметично размещенный в жестком корпусе, а электронный модуль имеет фотоумножитель, размещенный в жестком корпусе для этого модуля, причем внутренний гибкий динамический корпус имеет пружины и гибкий корпус и расположен между жестким корпусом снаружи и корпусами сцинтилляционного узла и электронного модуля (Пат. WO №2101415 А1 от 19.12.2002, МПК 7 G01Т 1/20, опубл. в ИСМ, вып.86, МПК G01Т, V, W, №12, М., 2003 г., стр.44; Пат. US №6657199 ВВ от 02.12.2003, МПК 7 G01Т 1/20, опубл. в ИСМ, вып.86, МПК G01Т, V, W, №12, М., 2004 г., стр.13).

Недостатками известного прибора являются:

- отсутствие амортизирующих деталей для сцинтилляционного узла и электронного модуля, работающих при воздействии продольных и поперечных нагрузок, что снижает надежность устройства;

- наличие двух гибких корпусов, что приводит к подвижности установленных в них сцинтилляционного узла и электронного модуля не только при установке, но и в процессе проведения измерений, нарушая оптический контакт сцинтиллятора и фотоумножителя, а следовательно, устойчивость системы в целом.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы модуля гамма-каротажа за счет повышения вибропрочности и ударопрочности узлов сцинтилляционного блока.

Указанная задача достигается тем, что в сцинтилляционном блоке для скважинного прибора, содержащем сцинтилляционный узел и электронный модуль, упруго установленные в жестком корпусе, снабженном гайкой и опорной втулкой, причем сцинтилляционный узел, содержащий детектор гамма-излучения, установлен в опорный амортизатор, выполненный в виде втулки из эластичного материала, снабженной с двух сторон внутренними круговыми уступами, а электронный модуль содержит фотоумножитель и делитель, причем на наружной и внутренней цилиндрических поверхностях опорного амортизатора выполнены равномерно расположенные по окружности продольные пазы, а делитель электронного модуля содержит выполненные из электроизоляционного материала полую цилиндрическую ножку с фланцем, втулку, снабженную фланцем, колпачок и электронную схему, причем фланцы снабжены отверстиями, равномерно расположенными по окружности, а наружная цилиндрическая поверхность втулки снабжена ребрами, расположенными между отверстиями, в которые установлены контактные электропроводящие гнезда.

Новыми признаками сцинтилляционного блока являются:

- выполнение, равномерно расположенных по окружности, продольных пазов на наружной и внутренней цилиндрических поверхностях опорного амортизатора детектора гамма излучения, что обеспечивает дополнительную эластичность опорному амортизатору, защищая детектор гамма-излучения от воздействия поперечных ударов и вибраций, возникающих при перемещении устройства по скважине.

- выполнение делителя в виде трех изготовленных из электроизоляционного материала деталей, включающих полую цилиндрическую ножку с фланцем, втулку, снабженную фланцем, и колпачок, на которых расположена электронная схема, обеспечивает простоту сборки и изоляции элементов электронной схемы, повышая надежность работы данного узла;

- снабжение наружной цилиндрической поверхности втулки делителя ребрами, расположенными между отверстиями, в которые установлены контактные электропроводящие гнезда, обеспечивает гарантированную изоляцию элементов электронной схемы, повышая надежность работы делителя.

Сообразуясь с использованием сцинтилляционного блока в многомодульных малогабаритных конструкциях скважинных приборов, возникает необходимость в пропускании через блок токопроводящих жил кабеля, что требует расширения функциональных возможностей корпуса сцинтилляционного блока.

Указанная задача достигается тем, что в сцинтилляционном блоке для скважинного прибора, содержащем сцинтилляционный узел и электронный модуль, упруго установленные в жестком корпусе, снабженном гайкой и опорной втулкой, в котором сцинтилляционный узел содержит детектор гамма-излучения, установленный в опорный амортизатор, а электронный модуль - фотоумножитель и делитель, жесткий корпус выполнен из стеклопластика, армированного токопроводящими жилами, которые снабжены электрическими соединителями.

Новыми признаками сцинтилляционного блока являются:

- выполнение жесткого корпуса сцинтилляционного блока из стеклопластика, армированного токопроводящими жилами, что позволит значительно расширить функциональные возможности корпуса, а значит, эксплуатационные возможности устройства в целом, позволяя устанавливать модуль гамма-каротажа в любом месте компоновки многомодульного скважинного прибора;

- снабжение токопроводящих жил электрическими соединителями, что обеспечит простоту и надежность соединений.

Сообразуясь с возможностью повышения вибро- и ударопрочности сцинтилляционного блока жесткий корпус сцинтилляционного блока выполнен двухслойным из жесткого электропроводного материала, покрытого стеклопластиком, который армирован таким образом, что с внутренней стороны он имеет жесткую волокнистую структуру, а с наружной - эластичную, что с одной стороны - повышает вибропрочность и ударопрочность сцинтилляционного блока за счет эластичности стеклопластика, с другой стороны - обеспечивает электроизоляцию для жесткого корпуса, который, одновременно, выполняет роль токопроводящей жилы.

Из анализа патентной и научно-технической литературы подобное решение не известно, что позволяет сделать вывод о «Новизне» и «Изобретательском уровне» предложенного сцинтилляционного блока для скважинного прибора - модуля гамма-каротажа.

На фиг.1 представлен вариант конструкции предложенного сцинтилляционного блока для скважинного прибора.

Сцинтилляционный блок для скважинного прибора содержит: сцинтилляционный узел 1 и электронный модуль 2, упруго установленные в жестком корпусе, состоящем из двух частей 3 и 4, причем сцинтилляционный узел 1 содержит детектор гамма-излучения 5, размещенный в части 3 жесткого корпуса, а электронный модуль 2 содержит фотоумножитель 6 и делитель 7, размещенные в части 4 жесткого корпуса; гайку 8, которая может быть выполнена из электропроводного материала и, таким образом, совместно с корпусом, может выполнять роль токопроводящей жилы, и опорную втулку 9, выполненную из пластического материала.

На детектор гамма-излучения 5 установлен опорный амортизатор 10, выполненный в виде втулки из эластичного материала, снабженной с двух сторон внутренними круговыми уступами.

Делитель 7 содержит: выполненные из электроизоляционного материала полую цилиндрическую ножку 11 с фланцем, втулку 12, снабженную фланцем, причем фланцы их снабжены отверстиями, равномерно расположенными по окружности, колпачок 13 и электронную схему 14. Наружная цилиндрическая поверхность втулки 12 снабжена ребрами 15, расположенными между отверстиями, в которые установлены контактные электропроводящие гнезда 16.

Части 3 и 4 жесткого корпуса могут быть выполнены двухслойными, состоящими из жесткого электропроводного материала 17, покрытого стеклопластиком 18, который армирован таким образом, что с внутренней стороны он имеет жесткую волокнистую структуру, а с наружной - эластичную.

На наружной и внутренней, цилиндрических поверхностях опорного амортизатора 10 детектора гамма-излучения 5 выполнены продольные пазы 19 и 20, равномерно расположенные по окружности.

Электронный модуль 2 прижат пружиной 21 к детектору гамма-излучения 5, обеспечивая оптический контакт рабочих поверхностей фотоумножителя 6 и детектора гамма-излучения 5 и упругость установки сцинтилляционного узла 1 и электронного модуля 2 в корпусе.

На фиг.2 представлен вариант конструкции сцинтилляционного блока с жестким корпусом, армированным токопроводящими жилами.

Сцинтилляционный блок для скважинного прибора содержит:

- сцинтилляционный узел 1 и электронный модуль 2, упруго установленные (пружина 21) в жестком корпусе, состоящим из двух частей 3 и 4. Сцинтилляционный узел 1 содержит детектор гамма-излучения 5, установленный в опорный амортизатор 10, выполненный из эластичного материала. Электронный модуль 2 содержит фотоумножитель 6 и делитель 7, содержащий полую цилиндрическую ножку 11, втулку 12 (см. фиг.1, сеч.Б-Б), колпачок 13 и электронную схему 14;

- гайку 8, выполненную из стеклопластика и обеспечивающую плотность сопряжения рабочих поверхностей детектора гамма-излучения 5 и фотоумножителя 6;

- опорную втулку 9, выполненную из эластичного материала;

- жесткий корпус (части 3 и 4), который выполнен из стеклопластика 18, армированного токопроводящими жилами 24, которые снабжены электрическими соединителями 22 и 23. Токопроводящие жилы 24 могут быть расположены как вдоль корпуса, так и спирально уложены по окружности корпуса, а в местах стыковки частей жесткого корпуса 3 и 4 могут быть соединены электрическими соединителями, выполненными в виде фиксированных контактных соединений.

Сцинтилляционный блок работает следующим образом.

В процессе проведения измерений сцинтилляционный блок в составе модуля гамма-каротажа комплексного скважинного прибора перемещается по стволу скважины, при этом возникают продольные и поперечные силовые нагрузки, воздействующие на все входящие в сцинтилляционный блок элементы.

Силовые нагрузки, как поперечные, так и продольные, воздействующие соответственно:

- на сцинтилляционный узел 1 и детектор гамма-излучения 5 гасятся на ребрах опорного амортизатора 10, расположенных на наружной и внутренней цилиндрических поверхностях и образованных продольными пазами 19 и 20, равномерно расположенными по окружностям опорного амортизатора 10;

- на электронный модуль 2, который выполнен из жестко соединенных между собой элементов: фотоумножителя 6 и составных частей делителя 7, содержащего полую цилиндрическую ножку 11, втулку 12, колпачок 13 и электронную схему 14, - гасятся на опорной втулке 9, выполненной из эластичного материала, и пружине 21;

- на части 3 и 4 жесткого корпуса, выполненного из электропроводного материала, и гайку 8 гасятся на стеклопластиковом покрытии 18, имеющем с наружной стороны корпуса эластичную структуру материала покрытия.

Все это значительно повышает вибро- и ударопрочность как отдельных элементов, так и сцинтилляционного блока в целом.

Выполнение жесткого корпуса сцинтилляционного блока из стеклопластика, армированного токопроводящими жилами 24, которые снабжены электрическими соединителями 22 и 23 позволяет провести вдоль сцинтилляционного блока любое необходимое количество токопроводящих жил, обеспечивая возможность использовать данную конструкцию сцинтилляционного блока при исполнении модулей гамма-каротажа малого диаметра, применяемых в многомодульных комплексных скважинных приборах.

Предлагаемый сцинтилляционный блок для скважинного прибора опробован в модуле гамма-каротажа, в составе комплексного малогабаритного скважинного прибора «Сова», что позволяет сделать вывод о «Промышленной применимости».

Таким образом, предлагаемый сцинтилляционный блок для скважинного прибора позволяет повысить надежность работы модуля гамма-каротажа за счет повышения вибропрочности и ударопрочности узлов, входящих в сцинтилляционный блок, в результате чего достигается технический эффект, заключающийся в увеличении срока службы модуля, что в конечном итоге ведет к устранению отказов модуля гамма-каротажа из-за повреждения хрупких фотоумножителя и детектора гамма-излучений.