Скважинный расходомер

 

Изобретение относится к скважинной расходометрии. Цель изобретения - повышение достоверности и оперативности определения расхода по глубине скважины. Устройство содержит крыльчатку 1 с валом и магнитом 2, магнитоуправляющие элементы (МУЭ) 3, 4 направления потока и фазы среды (жидкость-газ), поплавок 5, МУЭ 9, подпружиненные измерительные рычаги 8 с подвижной муфтой 11. На последней укреплены постоянный магнит 12, МУЭ 10, переменный резистор 20. Устройство имеет дешифраторы направления потока, фазы среды и диаметра скважины. Регистрация производится в цифровой форме на соответствующих индикаторах. При вращении крыльчатки 1 последовательность замыкания МУЭ 3 определяется направлением ее вращения. Импульсы через кабель связи проходят на наземный дешифратор направления потока. Результат отображается на индикаторе. При нахождении устройства в жидкости поплавок 5 всплывает и взаимодействует с МУЭ 4. Это позвоялет судить о фазе среды. Для повышения достоверности измерения расхода по глубине скважины при вращении крыльчатки 1 и взаимодействии МУЭ 9 с магнитом 2 передается информация о диаметре скважины. Вращение крыльчатки используется для временного разделения передаваемой информации. Сопротивление переменного резистора 20 изменяется при срабатывании МУЭ 10 во время передвижения муфты 11 с магнитом 12. Применение устройства позволяет повысить точность определения расхода в данной точке скважины за счет исключения погрешностей при совмещении кавернограмм и расходограмм, определить местонахождение и

СОЮЗ СОВЕТСКИХ и . Р

РЕСПУбЛИК (51)5 Е 21 В 47/10. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг,1

1 (61) 1463907 (21) 4295906/23-03 (22) 10.08.87 (46) 07.01.90. Бюл. В 1 (71) Иркутское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института методики и техники разведки (72) A.Ä. Елисеев и В.Г. Пакулов (53) 622.241(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1463907, кл. Е 21 В 47/10, f987., SU.„1534185 A 2

2 (54) СКВАЖИННЫЙ РАСХОДОМЕР (57) Изобретение относится к скважинной расходометрии. Цель изобретения .повышение достоверности и оперативности определения расхода по глубине скважины. Устройство содержит крыльчатку 1 с валом и магнитом 2 магнитоуправляющие элементы (МУЭ) 3, 4направления потока и фазы среды (жидкость-газ), поплавок 5, МУЭ 9, подпружиненные измерительные рычаги 8

1534185

10 изменяется.при срабатывании МУЭ 10 во время передвижения муфты 11 с маг55

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах, а именно к устройствам для определения 25 расхода, фазы среды, статического и динамического уровней диаметра скважины, может быть использовано для определения параметров пересекаемых скважиной пластов и является усовер- 30 шенствованием устройства по авт.св.

55 1463907.

Целью изобретения является повышение достоверности и опера.тивности определения расхода по глубине скважины.

На фиг. 1 представлена схема сква.— жинного датчика; на фиг. 2 — сечение

А.-А на фиг. 1; на фиг. 3 — функциональная схема расходомера„ на фиг.4 — 40 временные диаграммы работы.

Расходомер содержит крыльчатку 1 с валом, первый постоянный магнит 2, первый и второй магнитоуправляемые элементы 3, магнитоупра вг яемый эле- 45 мент 4 фазы среды, по г авок 5 с укрепленным на нем вторым постоянным магнитом, неподвижную муфту 6, головку 7 скважинного датчика„ подпружиненные измерительные рычаги 8, третий магнитоуправляемый элемент 9,магнитоуправляемь5е элементы 10 преобразователя диаметра, подвижную муфту

11 с укрепленным на ней третьим постоянным магнитом 12, первый и второй диоды 13 и 14, контакты 15 первого магнитоуправляемого элемента 3, кон-. такты 16 второго магнитоуправляемого элемента 3, контакты 17 магнитоуправс подвижной муфтой 11. На последней укреплены постоянный магнит 12, МУЭ

10, переменный резистор 20. Устройство .имеет дешифраторы направления потока, фазы среды и диаметра скважины. Регистрация производится в цифровой форме на соответствующих индикаторах. При вращении крыльчатки 1 последовательность замыкания МУЭ 3 определяется направлением ее вращения. Импульсы через кабель связи проходят на наземньп дешифратор направ.пения потока. Результат отображается на индикаторе. При нахождении устройства в жидкости поплавок 5 всплывает и взаимодействует. с МУЭ 4. Это позволяет судить о фазе среды. Для повыщения достоверности измерения расхода по глубине скважины при вращении крыльчатки 1 и взаимодействии МУЭ 9 с магнитом 2 передается информация о диаметре скважины. Вращение крыльчатки используется для временного разделения передаваемой информации.Сопротивление переменного резистора 20 нитом 12. Применение устройства позволяет повысить точность определения расхода в данной точке скважины за счет исключения погрешностей при совмещении кавернограмм и расходограмм, определить местонахождение и параметры поглощающего интервала. 4 ил. ляемого элемеита фазы среды, контакты 18 третьего магнитоуправляемого элемента 9, постоянный резистор 19, переменный резистор 20 преобразователя диаметра, кабель 21 связи, дешифратор направления потока, включающий первый и второй компараторы 22 и

23, логические элементы 24-26, конденсатор 27, триггер 28 и светодиоды

29 и 30 индикатора направления потока, дешифратор фазы среды, включающий компаратор 31, триггер 32 и светодиоды 33 и 34 индикатора фазы среды, дешифратор диаметра скважины, включающий операционный усилитель 35, компаратор 36 и транзистор 37, таймер, включающий генератор 38 и делитель 39 частоты. Устройство также включает в своем составе электронный ключ 40, счетчик 41, формирователь

42, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 43, индикатор 44 диаметра скважины, выходной элемент 45 (компаратор). Первый вывод переменного резистора 20 соединен с оплеткой кабеля

21 второй вывод подключен через контакты 18 третьего магнитоуправляемого элемента 9 к жиле кабеля 21.

Входы операционного усилителя 35 и компаратора 36 соединены через жилу кабеля 21 со входом датчика, а выходы через транзистор 37 и АЦП 43 соединены с индикатором 44 °

На фиг. 4 обозначены U<„ . — напряжение источника питания; U, — уровень напряжения, вьщеляемьп компаратором

22 децифратора направления потока;

1534185

15

30

40

50

U — уровень напряжения, выделяемый компаратором 31 дешифратора фазы среды; U> — напряжение преобразования выходйого сигнала датчика компараторами; U ÄÄÄ-, максимальный уровень напряжения, снимаемого с переменного резистора 20 скважинного датчика;

11 — уровень выходного сигнала компаФ ратора 31; gt, — длительность сигнала при замкнутых контактах 15 и 16;

htq — длительность сигнала при замкну том контакте 16; (аt, + ht ) — суммарная длительность сигнала на выходе компаратора 22; at> — длительность отрицательного импульса напряжения опоэнования фазы среды; dt — длительность сигнала, снимаемого с переменного резистора 20 (длительность замкнутого состояния контактов 18).

Работа устройства осуществляется следуюцим образом.

Датчик расходомера в зависимости от фазы контролируемой среды может находиться впотоке жидкости или газа. При исследовании газовой среды поплавок 5 расположен на расстоянии от магнитоуправляемого элемента 4 фазы среды, исключающем возможность его срабатывания. При этом его контакты 17 разомкнуты, что не позволяет импульсу с формирователя 42 импульса и компаратора 45 пройти на вход датчика.

Находясь на дневной поверхности (вне скважины), положение подпружиненных измерительных рычагов 8 не ограничивается размером скважины и подвижная куфта 11 находится в нижнем положении. Установленный на ней третий постоянный магнит 12 преобразователя диаметра взаимодействует с одним из магнитоуправляемых элементов 10, при этом в измерительную схему подключается наибольшее значение переменного резистора 20.

Посредством кабеля 21 связи и лебедки (не показана) скважинный датчик опускается в скважину и устанавливается в конкретной точке. При наличии в конкретной точке скважины потока жидкости или газа крыльчатка

1 начинает вращаться в направлении, зависящем от направления потока, и со скоростью, пропорциональной расходу жидкости или газа.

При вращении крыльчатки устаиовленньгй на ней первый постоянный магнит 2 периодически замыкает контакты

15 и 16 магнитоуправляемых элементов

3. При этом имеется возможность их одновременного замыкания. Вращаясь, крыльчатка 1 с установленным на ней первым постоянным магнитом 2 замыкает также контакты 18 третьего магнитоуправляемого элемента 9, причем замыкание его контактов происходит разновременно с замыканием контактов первого и второго магнитоуправляемых элементов 3. Если в конкретной точке скважины — жидкая среда, то поплавок

5 с установленным на нем вторым магнитом находится в верхнем положении и замыкает контакты 17 магнитоуправляемого элемента 4 ° В этом случае импульс с компаратора 45 проходит на выход скважинного датчика.

Сжатие измерительных рычагов 8 в конкретной точке скважины зависит от ее диаметра и, следовательно, положение подвижной муфты 11 на головке 7 скважинного датчика тоже зависит от диаметра. Укрепленный на муфте 11 третий постоянный магнит 12 замыкает контакты одного из магнитоуправляемых элементов 10, служащих для ступенчатого изменения сопротивления переменного резистора 20. Наблюдается прямая зависимость диаметра скважины от падения напряжения на переменном резисторе 20.

Определение направления потоков скважинной яждкости или газа, их расходов происходит следующим образом.

В газовой среде поплавок 5 находится в крайнем нижнем положении.Постоянный магнит, укрепленный на поплавке не взаимодействует с магнитоуправляемым элементом 4. Его контакты 17 разомкнуты и импульс опоэнования среды отрицательной полярности (диаг.б, фиг. 4) не проходит на выход датчика. Крыльчатка 1, вращаясь, замыкает контакты 15 и 16 магнито.— управляемых элементов 3 в последовательности, зависящей от направления потока скважинной жидкости или газа.

Формирующиеся магнитоуправляемыми элементами 15 и 16 импульсы опознавания направления и расхода имеют вид, показанный на диаграгсге < фиг. 4. Так как их амплитуда и последовательность различны при различных направлениях вращения крыльчатки 1, то компараторы

22 и 23 разделяют их, а узел сравнения на логических элементах 24-26 определяет их последовательность, а

1534185 следовательно, направление вращения крыльчатки 1 (диаг. S,в,, с, фиг. 4).

Результат индицируется светодиодами

29 и 30..

Формирователь 42 формирует из им5 пульса времени dt „+ dt (диаг. <х, фи г. 4) короткие импульсы., которые управляют компаратором 45„ В результате на выходе компаратора 45 действует напряжение, форма которого показана на диаграмме О фнг. 4. Сформированные импульсы отрицательной полярности служат импульсами опознавания фазы среды. Импульсы с выхода формирователя 42 поступают на счетчик

41 через электронный ключ 40. На стробирующем входе последнего присутствует в течение времени, заданного таймером, разрешающий сигнал и импульсы проходят на счетчик 4!.

В жидкой среде контакты магнитоуттравляемого элемента 1I7 замкнуты магнитом, укрепленном на поплавке 5, и импульс опознавания фазы среды отрицательной полярности через диод 14 проходит на выход датчика. Так как он сформирован по спаду импульса времени (дt, + d t z) (диаг. а, фиг.4), то и записывается после. импульсов опознавания направления. Полный импульс с датчика показан на диаграмме с фиг. 4. Импульс "Фаза", выделенный компаратором 31, поступает на информационный вход TpHrrepa 3?. На 35 тактирующий вход триггера 32 поступают импульсы с формирователя 42. В соответствии с тем, есть ли на информационном входе сигнал с датчика в момент действия тактирующего импуль- gp са или нет, триггер 32:находится в одном из двух устойчивых состояний, тто которым можно судить о фазе среды. Это состояние индицируется светодиодами 33 и 34.

Определение диаметра скважины.

Крыльчатка 1, вращаясь, периодически замыкает контакты 18 третьего магнитоуправляемого элемента 9. Таким образом, в течение времени gt 4 (фиг.4, диаг. с ) на переменный резистор 20 подается напряжение U„ „. Амплитуда импульса будет зависеть от сопротивления переменного резистора 20, следовательно, от диаметра скважины.

Для того, чтобы этот импульс не являлся помехой для определения направления и расхода, его мак;симальная амплитуда U выбрана меньшей, чем

К мака минимальная амплитуда импульса для определения направления и расхода

U . Сигнал преобразователя направле7 ния и расхода является помехой для

АЦП 43. Поэтому для его исключения применен ключ, состоящий иэ компаратора 36 и транзистора 37. Импульс амплитуды большей, чем максимальная амплитуда импульса преобразователя диаметра, включает компаратор 36 и сигнал с последнего запирает транзистор 37 на время прохождения импульса определения направления и расхода

dt, +At . Таким образом, на вход

АЦП 43 поступает только импульс, несущий информацию о диаметре скважины.

АЦП 43 преобразует аналоговую информацию и подает ее на вход индикатора 44, представляющего собой линейную шкалу светодиодов. Для того, чтобы исключить мигание шкалы, что затрудняет считывание информации, индикатор 44 имеет элементы запоминания предыдущего значения, выполненные на триггерах (не показаны).

Устройство позволяет одновременно при одном спуске-подъеме скважинного датчика, автоматически определить значение расхода жидкости или газа, направление потока контролируемой среды, ее фазу, а также диаметр скважины, что необходимо для повышения достоверности измерений с привязкой по глубине скважине.

Обязательным условием выполнения измерений, в том числе диаметра скважины и фазы контролируемой среды, является вращение крыльчатки. При точечных измерениях, предусматривающих остановку скважинного датчика в точках измерения, состояние скважинной среды должно быть динамическим (среда должна двигаться). В интервалах, в которых скважинная среда неподвижна, для измерения диаметра скважины скважинный датчик в процессе измерений необходимо перемещать.

В качестве магнитоуправляемых элементов могут быть использованы герко» ны или магнитоуправляемые диоды. В последнем случае схема скважинного датчика несколько упростится.

Для работы устройства требуется двухпроводная линия связи, т.е. практически любой бронированный одножильный картонажный кабель или экранированный провод.

1534185

А-А

Фиг. 2

При использовании устройства может быть надежно определено положение статического или динамического уров- мя. Положение уровня определяется при подъеме (спуске) скважинного дат чика и соответствует глубине датчика, при которой наблюдается смена индикации фазы контролируемой среды.

Применение устройства для исследования осложненных интервалов скважин позволяет повысить точность определения расхода за счет исключения погрешностей от совмещения разновременно получаемых кавернограмм и расходограмм, более точно определить местоположение и параметры поглощающего интервала.

Формула изобретениями

Скважинный расходомер по авт.св.

В 1463907, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и оперативности определения расхода по глубине скважины, он снабжен неподвижно установленным в корпусе датчика переменным резистором, установленным на корпусе датчика с возможностью взаимодействия со стенками скважины и с подвижным контактом переменного резистора измерительными подпружиненными рычагами, третьим магнитоуправляемьщ элементом,расположенным в корпусе датчика с возможностью взаимодействия с первым постоянным магнитом, аналого-цифровым преобразователем, дешифратором и иидиКатором диаметра скважины, причем первый вывод переменного резистора соединен с оплеткой кабеля, второй вывод подключен через третий магнитоуправляемый элемент к входу датчика, при этом вход дешифратора диаметра скважины соединен через жилу кабеля с входом датчика, а выход подключен через аналого-цифровой преобразователь к индикатору диаметра скважины.

1 534185

1 » ! см

1534185 ду

%my»

d g и, Составитель А. Рыбаков

Редактор Л. Гратилло Техред Л.Сердюкова Корректор Т. Малец .Заказ 28 Тирам 478 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., ц. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, r Умгород, ул. Гаг р

II н л Гага ина 101