Скважинный расходомер

 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин. Цель - расширение функциональных возможностей. Устр-во содержит датчик, соединенный кабелем с наземными дешифраторами и индикаторами , блок управления. Датчик включает преобразователь расхода с крыльчаткой 14, магнитом 15 и контактами 21, 22, преобразователь фазы среды, содержащий поплавок 23 с магнитом и контакт 24, преобразователь диаметра, включающий подвижные рычаги 20. муфту 28 с магнитом 30, контакты 29 Устройство имеет также преобразователь давления, выполненный в виде гибкой оболочки 18, камеры 16, заполненной токопроводящей жидкостью 17. и резистора 25. Фаза среды определяется всплытием поплавка 23 в жидкости и замыканием контакта 26. При изменении положения рычагов 20 муфта 28 с магнитом 30. скользит вдоль контактов 29, замыкание которых соответствует изменению диаметра Давление среды воздействует на гибкую оболочку 18 камеры 16. Токопроводящая жидкость 17 изменяет сопротивление резистора 25. Блок управления меняет знак напряжения питания датчика. Определение расхода, направления движения среды, диаметра скважины ведется положительным напряжением, фазы среды и давления - отрицательным . Применение устр-ва позволяет определить статический и динамический уровень, компенсировать расходометрические измерения. 5 ил. 00 С

ЯТ

Г ()IO:I СОНГ ТСКИХ

СО! (ИЛПИС ТИ II СКИХ

I F CI1Yb JlVIK

А2

<спс Е 21 В 47/10

l ОГУДЛРГТ ВЕННЫИ КОМИТЬТ

ПО ИЗОЬРF TE- НИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

0 (Я () с (л) (Л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1534185 (21) 4674381/03 (22) 02.01.89 (46) 23.06.91.Бюл.1Ф 23 (71) Иркутское отделение Всесоюзного научно-исследовательско о института методики и техники разведки (72) А.Д.Елисеев и В.Г.Пакулов (53) 622.241(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Nã 1534185.кл, Е 21 В47/10,,1987. (54) СКВАЖИННЫЙ РАСХОДОМЕР (57) Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин. Цель — расширение функциональных возможностей.

Устр-во содержит датчик, соединенный кабелем с наземными дешифраторами и индикаторами, блок управления. Датчик включает преобразователь расхода с крыльчаткой 14, магнитом 15 и контактами 21, 22, преобразователь фазы среды, содержащий поплавок 23 с магнитом и контакт 24, преобразователь диаметра, включающий подвиж„„SU 1657635 ные рычаги 20, муфту 28 с магнитом 30, контакты 29. Устройство имеет также преобразовательь давления, выполненный в виде гибкой оболочки 18, камеры 16, заполненной токопроводящей жидкостью 17, и резистора 25. Фаза среды определяется всплытием поплавка 23 в жидкости и замыканием контакта 26. При изменении положения рычагов 20 муфта 28 с магнитом 30. скользит вдоль контактов 29, замыкание которых соответствует изменению диаметра.

Давление среды воздействует на гибкую оболочку 18 камеры 16. Токо п ро водя ща я жидкость 17 изменяет сопротивление резистора 25. Блок управления меняет знак напряжения питания датчика. Определение расхода, направления движения среды, диаметра скважины ведется положительным напряжением, фазы среды и давления — отрицательным. Применение устр-ва позволяет определить статический и динамический уровень, компенсировать расходометрические измерения. 5 ил.

1657635

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах, к устройствам для определения расходов, фазы среды, статического и динамического уровней, диаметра скважины, давления в точках измерения, может быть использовано для определения параметров пересекаемых скважиной проницаемых пластов, и является усовершенствованием изобретения по авт.св. N. 1534185.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 представлена струрктурная схема расходомера; на фиг.2 — упрощенная схема скважин ного датчика; на фиг.3 — сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 — функциональная схема расходомера; на фиг.5 — диаграммы напряжений при работе расходомера.

Устройство содержит датчик 1 скважинного расходомера, дешифратор 2 направления потока, блок 3 индикации направления потока, дешифратор 4 фазы среды, блок 5 индикации фазы среды, блок 6 управления полярностью выходного напряжения, таймер 7, ключ 8, счетчик 9 расхода, дешифратор 10 диаметра скважины, блок 11 индикации диаметра скважины, дешифратор 12 давления среды, блок 13 индикации давления среды. Датчик 1 расходомера включает в свой состав крыльчатку 14 с валом, первый постоянный магнит 15, герметичную камеру 16, токопроводящую жидкость 17, размещенную в гибкой оболочке 18, первый магнитоуправляемый элемент — контакт (МУК) 19, подпружиненные измерительные рычаги 20, вторые МУК 21 и

22, поплавок 23 с постоянным магнитом, третий МУК 24, резистор 25 преобразователя давления, изоляционный вкладыш 26, головку 27 датчика, подвижную муфту 28, магнитоуправляемые элементы 29 дешифратора 10 диаметра скважины, укрепленный на муфте 28, второй постоянный магнит

30. неподвижную муфту 31, четвертый МУК

32, постоянный резистор 33, диод 34, конденсатор 35, диод 36, МУК 37-39 магнитоуправляемых элементов 29 и резисторы 40-42.

Параметрический преобразователь давления содержит герметичную камеру 16 с гибкой оболочкой 18, токопроводящую жидкость 17 и резистор 25.

Дешифратор 2 направления потока содержит компараторы 43 и 44, логические элементы 45-47, триггер 48, светодиоды 49 и 50. Дешифратор 4 фазы ср< дь«:одержит формирователь 51, компара<ор 52, триггер

53, светодиоды 54 и 55. Дец<ифрлтор 10 диаметра скважины с< держит о«<.пл«<и<гннь<и усилитель 56, «< к «лр: «гп 5 л л;:,, <«сф5

45 ровой преобразователь (АЦП) 58 диаметра скважины, полевой транзистор 59, Дешифратор 12 давления фазы содержит операционный усилитель 60 и АЦП 61.

Блок 6 управления полярностью выходного напряжения состоит иэ формирователеи 62 и 63, логических элементов 64-66, формирователя 67, триггера 68, выходного источника

69 напряжения, Таймер 7 содержит генератор 70 и делитель 71 частоты.

Вход датчика 1 скважинного расходомера соединен с выходом блока 6 управления полярностью напряжения, а выход датчика 1 соединен с входом дешифратора

2 направления потока, выход которого подключен к блоку 3 индикации. Выход датчика

1 соединен также дешифратором 4 фазы среды, выход которого соединен с блоком 5 индикации. Выход датчика 1 соединен с дешифратором 10 диаметра скважины, выход которого соединен с блоком 11 индикации.

Выход датчика 1 соединен с дешифраторо л

12 давления среды, выход которого соединен с блоком 13 индикации, Кроме того, выход дешифратора 2 направления потока подключен к первому входу ключа 8, на второй вход которого подсоединен выход таймера 7, а выход электронного ключа 8 соединен с входом счетчика 9 расхода. Выход дешифратора 2 направления потока подключен на второй вход блока 6 управления полярностью выходного напряжения, на третий вход этого блока подключен выходдешифратора 10 диаметра, первый вход блока 6 управления соединен с выходом блока 13 индикации давления.

На фиг.5 обозначены — напряжение U< на выходе датчика 1 при срабатывании контактов 21 и 22; напряжение U«на входе датчика 1; напряжение Ui на выходе датчика 1 при срабатывании контакта 22, время

At> длительности импульса при срабатывании контактов 21 и 22; время Л tz длительности импульса при срабатывании контакта

22; время Л<з длительности импульса при срабатывании контакта 19; время At< длительности импульса при срабатывании контакта 32.

В качестве магнитоуправляемых контактов в устройстве применятюся герконы или магнитодиоды.

Устройство работает следующим образом, Датчик 1 расходомера в зависимости от фазы контролируемой среды может находиться в потоке жидкости или газа. При исследовании газовой среды поплавок 23 расположен на некотором расстоянии от

1 Г г»7635

MYk 4, исключзк щем возможность его срзбзтывзнич. При этом контакты MYK 24 разомкнуты, что не позволяет отрицательному импульсу пройти нз выход дзтчикз 1, Находясь нз д»»ев»»ой поверхности (вне сквзжины) положение подпружиненных измерительных рычагов 20 не ограничивается размером скважины и подвижнач муфта 28 находится в нижнем положении. Устзновленный на ней второй постоянный магнит

30 взаимодействует с одним из мзгнитоуправляемых элементов 29, при этом в измерительную схему подается напряжение, соответствующее наибольшему знлчению диаметра сквлжины.

Посредством кзбелч связи и лг 6» дки (не показаны) сквзжинный датчик 1 опускается в скважину и устанзвливэется в конкретнои точке скважины. Под воздействием потокз жидкости или газа крыльчатка 14 нзчинзет вращаться в направлении, зависящем от направления потока жидкости или глзз со скоростью, пропорциональной расходу жидкости или гаэз. При вращении крыльчзтки 14 установленный нз неи первь»и посто янный магнит 15 периодически злмыкзет контакты 21 и 22. При этом имеется возможность их одновременного срлбзтывзния.

Вращаясь, крыльчзткз 14 с устзновле»»»»ь»м на ней магнитом 15 замыкает также контакты 19 и 32, причем их замыкание происходит разновременно между собой и контзктэми

21и22, Если в конкретной точке скважины жидкая среда, то поплавок 23 с установленным на нем постоянным магнитом находится в верхнем положении и замыкает МУК 24. В этом случае отрицательныи импульс напряжения через резистор 25 преобразователя давления проходит нэ выход датчика 1. Сжатие измерительных рычагов 20 в конкретнои точке скважины зависит от ее диаметра.

Следовательно, положение подвижной муфты 28 на головке 27 скважинного датчика 1 также зависит от диаметра скважины. Укрепленный на муфте 28 второй постоянный магнит 30 замыкает контакты одного из мэгнитоуправляемых элементов 29, служащих для ступенчатого изменения сопротивления. Наблюдается прямая зависимость диаметра скважины от падения напряжения нэ резисторах 40-42.

Давление среды в конкретнои точке скважины воздействует на гибкую оболочку

18 герметичной камеры 16 преобразователя давления. В зависимости от давления среды изменяется уровень токопроводящей жидкости 17 в камере 16 и, следовательно, сопротивление резистора 25. » эким образом, падение отрицательного напряжения на резис1оре 25 пропорционально дзвл».ник» сре ды R конкретной точке скважины. 1ри рзботе устройства в газовой среде поплавок 23 нзходитсч в крзйнем нижнем

5 положении. Посгоянный магнит, укрепленный нз попллвке 23, не взаимодействует r

MYK 24. Контакты MYK 24 рзэомкнуты и отрицзтельный импульс Hp проходит нэ выход датчика 1, Крыльчатка 14, вращаясь, злмь»10 кает МУК 21 и 22 в последовательности, зависящей от направления потока скважинной жидкости или глзэ. Формируемый при этом мзгнитоупрзвляемыми контактами и резистором 33 импульс опознавания на15 прзвления имеет вид, показанный нз дизгрлмме з (<(иг 5). Тзк как амплитуда импульсов и их последовательность различна Ilðè различных нзпрзвлениях вращения крыльчзтки 14, то компзраторы 13 и 44 рзз20 делчют их по лмплитуде, з узел срзвненич, Hà логических элеMентлх 45-47 и триггере 48 определяет их последовательность и. следо взтельно, нзпрзвление вращения крыльчлтки 14. »то отрзжено диаграммами з и б

25 (фиг.5) Резуль»зг индицируется светодиодами 49 и 50

При рзбо»» угтроиствз в жидкой среде

МУК 24 замкнут мз»нитом, установленным нз попллвке 23 Отрицательный импульс че30 рез диод 36, резистор 25 проходит нз выход датчика 1, Импульс отрицательного напряжения с амплитудой, зэвисящеи от сопротивления резистора 25 преобразователя давления и, следовзтельно, давления сре35 ды, выделяется компзрзтором 52 и поступает нл информационный вход триггера 53. На тактирующий вход этого триггера поступают импульсы с формирователя 51. В соответствии с тем, есть ли нз информационном

40 входе триггерз 53 сигнал с датчика 1 или нет, триггер 53 находится в одном из двух устойчивых состоянии, по которым можно судить о фазе среды. Это состояние индуцируется светодиодами 54 и 55.

45 При определении диаметра скважины крыльчатка 14, вращаясь, периодически замыкает МУК 32. При этом в течении времени

Л!4(фиг.5) на резисторы 40-42 преобразователя диаметра скважины подается напряже50 ние U,» Амплитуда положительного импульса на выходе датчика 1 зависит от сопротивления резисторов 40-42 и. следовательно, от диаметра скважины. Для того чтобы этот импульс не являлся помехой для

55 определения направления и расхода, его амплитуда выбрана меньшей, чем минимальная амплитуда импульса определения направления и расхода. В "âîþ очередь импульс определения направления и расхода является помехой для АЦП 58 в дешифрато1657635

55 ре 10 диаметра. Поэтому для его исключения применен ключ на компараторе 57 и транзисторе 59. Импульс амплитуды большей, чем максимальная амплитуда импульса определения диаметра скважины, включает компаратор 57, который, запирая транзистор 59, препятствует проникновению помехи к АЦП 58 на время прохождения импульса определения направления и расхода (Л t1 + Ь tz). Таким образом, на вход

АЦП 58 поступает только импульс, несущий информацию о диаметре скважины. АЦП 58 преобразует информацию и выдает на блок

11 индикации диаметра, При определении давления, вращаясь, крыльчатка 14 замыкает контакты 19 и отрицательный импульс проходит через переменный резистор 25, сопротивление которого зависит от давления среды в конкретной точке скважины. Этот импульс поступает с выхода датчика 1 по линии связи на операционный усилитель 60 дешифрэтора 12 давления и, далее, на АЦП 61 давления. После преобразования сигнал поступает на блок 13 индикации.

При определении расхода импульсы определения направления и расхода поступают на первый вход электронного ключа 8. На втором входе электронного ключа 8 в течение времени, задаваемом таймером 7, присутствует разрешающий прохождение этих импульсов сигнал. В течение длительности разрешающего сигнала импульсы определения расхода поступают на счетчик 9 расхода. Таким образом подсчитывается количество оборотов за определенное таймером 7 время, т.е. скорость вращения крыльчатки 14, которая пропорциональна расходу.

Блок 6 управления полярностью напряжения функционирует следующим образом, Напряжение питания датчика 1 должно менять знак, так как определение расходов, направления и диаметра скважины ведется положительным наг<ряжением. а определение фазы среды и давления отрицательным.

При напранле««и "Г1оток нниэ" (диаграммы фиг.5 д и з) сигналы с выг<одов триггера 48 (ноль — еди«и<1л) пос<упают на коммутатор, состоящий иэ ногин .ских элементов 64-66 и упранляк . им, В данном случае на вход триггера 48 «р»ход<<ят импульсы с формиронатг.<<я 51, форг<ирующего короткие иг<пульс<,l пп спаду сигнг <а времени (AZ1 <-Лт<). Эти иг<пульсьl проходят через коммутатор (элемент ы 61-66) и nor гуг<ает на вход три! гера Гй. 11пь<,1«ill иэм<ч<яет свое состояние и <1<;<<< «

45 паратор) изменяет знак питающего напряжения на отрицательный (2И, фиг.5 з). Г1о окончании сигнала времени Л З, снимаемого с АЦП 61 давления, формирователь 63 формирует импульс, поступающий на H вход триггера 68, и возвращает его в исходное состояние. Знак питающего напряжения меняется на положительный. В случае

"Поток вверх" состояние триггера 48 единица — ноль. Через коммута<ор (элементы 6466) проходят только импульсы с АЦП 58 дешифратора 10диаметра. Знак питающего напряжения изменяется на отрицательный по спаду импульса с дешифратора 10 диаметра, а вновь становитгя положительным по сигналу с дешифратора 12 давления среды (фиг.5 а,д и з).

Обязательным условием выполнения измерений, в том числе диаметра скважины, фазы контролируемой среды и давления н точках измерения является вращение крыльчатки, При точечнл<х измерениях, предусматривающих остановку скважинного датчика в точках измерения, состояние скважинной среды должно быть динамическим (среда должна двигаться), В интервалах, в которых <:êâàæèííàÿ среда неподвижна, для измерения диаметра скважины скважинный датчик необходимо перемещать, Скважинный рас <одомер позволяет при одном спуске — подъеме скважин ного датчика автоматически определить значение расхода жидкости или газа, направление потока контролируемой среды, ее фазу, диаметр скважины и давление в точках измерения расхода. Кроме того, может быть определено положение статического или динамического уровня, Положение уровня определяется при подъеме (спуске) скважинного датчика, при котором наблюдается смена индикации фазы контролируемой среды.

Предлагаемое устройство позволяет комплексировать расходометрическое измерения и, как следствие, более точно определить параметры исследуемого интервала сважины.

Формула изобретения

Скважинный расходомер по авт.св.fU

1534185,отличающийся тем,чтос целью расширения функциональных возможностей, он снабжен параметрическим преобразователем давления, выполненным в виде установленной в корпусе датчика герметичной камеры, содержащей токопроводящую жидкость, резистор и оболочку, с воэможностью взаимодействия со скважинной средой. четвертым магнитоуправляе1О

A-А

22 мым з))(.ментом, р;)сположенн(,)м )» корпусе датчика с Возможнис (ьк) Взвил!Одейст Р(1ч с первым постоянным магнитом, блоком управпения Г)олярност ью ВыхОднОГО нап ряжения, дешифратором давления среды и блоком индикации давления, причем вход дец)ифратора давления среды подключен через последовательно соединенные резистор, первый и четвертый магнитоуправляемые злг.менты к аноду второго диода, а вь)ход соединен через блок индикации давле— ния с первым входом блока управления полярностью выходного напряжения, выход

5 KoTopolo подключен к входудатчика, второй и третий входы соответственно соединены с вторь(м выходом дешифратора направления потока и вторым выходом дешифратора диаметра скважины.

1657635 гРиг 4 g а . У!

Я 1

Составитель А, Рыбаков Фиг, 5

Техред М.Моргентал Корректор М. Шаооши

Редактор М. Бланар

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1694 Тираж 375 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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