Устройство для измерения давления и температуры в нефтяных скважинах

 

Использование: исследование скважин. Сущность изобретения: устройство содержит ключи 1-7, соединенные с блоком 8 управления,источник 9 стабилизированного тока, запоминающие ячейки 10-12, вычислительный блок 13, регистратор 14, омический преобразователь 17 с подвижным контактом, подстроечные резисторы 15. 18, 20 и 21. Последние служат для установления равенства проходных сопротивлений ключей 2, 3, 5 и 7. Цикл измерения содержит последовательное подключение к входам заполняющих ячеек 10-12 через определенные группы ключей различных участков измерительной цепи. В ячейках 10-12 запоминаются соответствующие уровни напряжения . Блок 13 производит обработку информации по формулам, приведенным в описании изобретения Регистратор 14 фиксирует давление и температуру. Применение устройства позволяет уменьшить влияние температуры на погрешность измерения давления. 4 ил

(!9) (! !) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК вЂ” (я)5 Е 21 В 47/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4843803/03 (22) 06.04.90 (46) 15.07.92, Бюл. N 26 (71) Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности "Укргипрониинефть" (72) В.Ю.Яновский, А.В.Кучернюк и В.А.Кучернюк (53) 622.241 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N . 1155734, кл. Е 21 В 47/06, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ В НЕФТЯНЫХ .СКВАЖИНАХ (57) Использование: исследование скважин.

Сущность изобретения: устройство содержит ключи 1 — 7, соединенные с блоком 8 управления, источник 9 стабилизированнои тока, запоминающие ячейки 10-12, вычислительный блок 13, регистратор 14, омический преобразователь 17 с подвижным контактом, подстроечные резисторы 15. 18, 20 и 21. Последние служат для установления равенства и роходн ых сопротивлений кл ючей 2, 3, 5 и 7. Цикл измерения содержит последовательное подключение к входам заполняющих ячеек 10 — 12 через определенные группы ключей различных участков измерительной цепи. В ячейках 10 — 12 запоминаются соответствующие уровни напряжения. Блок 13 производит обработку информации по формулам, приведенным в описании изобретения, Регистратор 14 фиксирует давление и температуру, Применение устройства позволяет уменьшить влияние температуры на погрешность измерения давления. 4 ил.

1747685

Изобретение относится к устройствам для исследования скважин и может быть использовано для измерения температуры и давления вдоль ствола и на забое скважины, Известно устройство для измерения давления в скважинах, содержащее геликсную пружину и омический преобразователь.

Недостатком его является зависимость измерения давления от температуры, которая не учитывается, Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее глубинную часть, состоящую из геликсной пружины, омического преобразователя, наземную часть, включающую тумблер, электрический мост, измерительный узел, и двужильный кабель, два провода которого соединяют омический преобразователь с наземной частью; провода кабеля выполнены из разных материалов и их спай в глубинной части образует термопару. Имея информацию о сопротивлении омического преобразователя давления при данной температуре и значение температуры в данной точке скважины, по известным зависимостям вычисляется сопротивление омического преобразователя при нормальной температуре. а равно и давление в скважине.

В данном устройстве для уменьшения влияния температуры на погрешность измерения давления омический преобразователь выполнен из нихрома, который может работать при высоких температурах и имеет низкий температурный коэффициент сопротивления (TKC = 0,00015 1/град).

Однако применение термопарного кабеля с ТКС = 0,0013 — 0,0015 1/град и сопротивление которого не учитывается, приводит к погрешности измерения давления, причем величина ее может достигать больших значений и не поддаваться учету, а применение дорогостоящего термопарного кабеля повышает стоимость устройства..

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры и давления.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, включающее омический преобразователь с подвижнь1м и неподвижными контактами, геликсную пружину., соединенную механически с подвижным контактом омического преобразователя, первую и вторую жилы кабеля, регистратор, дополнительно введены источник стабилизированного тока, блок управления, семь ключей, три запоминающих ячейки, вычислительный блок и третья жила кабеля, причем выходы блока управления подключены

20

25 вой, медной или никелевой, На фиг,1 представлена функциональная

55 к управляемым входам ключей, выходы первого, четвертого и шестого ключей соединены соответственно через первую, вторую и третью запоминающую ячейку с первым, вторым и третьим входами вычислительного блока, выход которого подключен к регистратору, при этом выходы второго и седьмого ключей соединены с общим выходом источника стабилизированного тока, выход которого подключен к входам первого, третьего. четвертого, пятого и шестого ключей, вход второго и выход пятого ключей соединены соответственно через первую и вторую жилы кабеля с первым и вторым неподвижными контактами омического преобразователя, подвижный контакт которого подключен через третью жилу кабеля к выходу третьего и входу седьмого ключей, причем жилы кабеля выполнены из однородного материала и имеют одинаковое сопротивлениее.

Оми -;еский преобразователь выполнен из проволоки, имеющей большой TKC =

=0,004 — 0,007 1/град, например платиносхема устройства; на фиг.2 и 3 — принципиальные схемы варианта исполнения блока управления запоминающих ячеек и вычислительного блока; на фиг.4 — зпюры напряжений, иллюстрирующие алгоритм работы блока управления.

Устройство содержит ключи 1-7, (фиг.1), управляющие входы которых подключены к блоку 8 управления, источник 9 стабилизированного тока, потенциальный выход которого подключен к входам ключей 1, 4 и 6, выходы которых соединены соответственно с входами запоминающих ячеек 10-12, а их выходи подключены к аналоговым входам вычислительного устройства 13, выход которого соединен с входом блока 14 регистрации, Кроме того, потенциальный выход источника 9 стабилизированного тока подключен через последовательно соединенные резистор 15, ключ 3 и провод 16 с подвижным контактом амического преобразователя 17, а через последовательно соединенные резистор,8, ключ 5 и провод 19— с одним из неподвижных контактов омичес:;.ого преобразователя 17. Общий выход источника сгабилизированно о тока 9 подключен через последовательно соединенные резистор 20, ключ 7, провод 16 с подвижным контактом омического преобразователя 17, а через последовательно соединенные резистор 21, ключ 2 и и, овод 22— с другим неподвижным контаксом омического преобразователя 17. Подстроечные

1747685

15

25 к

2 Vz — V< — Чз

Rr

1ст

Ч2 ЧЗ нд (2) 40

50

55 резисторы 15, 18, 20 и 21 служат для установления равенства проходных сопротивлений ключей 2, 3, 5 и 7, Устройство работает следующим образом.

Блок 8 управления, принципиальная схема которого показана на фиг.2, формирует на своих выходах импульсы, управляющие ключами 1 — 7. Работа блока синхронизируется импульсами сетевой частотой 50 Гц, которые через цепочку формирования прямоугольных импульсов, состоя:цую иэ элементов V>, R>, Vz, первая логическая ячейка микросхемы 01 (К155ЛАЗ) подается на тактовый вход С

D-триггера (К155ТМ2), работающего в счетном режиме. Два 0-триггера микросхемы К155ТМ2 с обратной связью с выхода 8 дешифратора, выполненного на логических элементах микросхемы D3 (К155ЛАЗ), обеспечивают пересчет импульсов на 3. В результате на выходах 6, 3 и 11 микросхемы

03 и на выходах 6 и. 11 микросхемы D1 получаем импульсы, обеспечивающие поочередное включение ключей по группам; 1-я группа — ключи 1, 2 и 3; 2-я группа — ключи

2, 4 и 5; 3-я группа — 5, 6 и 7, При включении низким уровнем напряжений (фиг.4) первой группы ключей (вторая и третья отключены}, ток от потенциального выхода источника стабилизированного тока

9 (фиг.1} протекает по цепи: проходное сопротивление ключа 3 (Вз) — сопротивление провода 16 (К1в) — сопротивление части омического преобразователя 17 (Яд) — сопротивление провода 22 Rzz — проходное сопротивление ключа 2 Rz — общий выход источника стабилизированного тока. На выходе источника стабилизированного тока получаем V1 = 1ст (йз + Вы + Вд + Rzz + й2).

Сопротивления Вз и И включают в себя сопротивления 15 и 21 соответственно. Выход источника стабилизированного тока подключается ключем 1 к запоминающей ячей. ке 10, куда заносится значение V>.

При включении второй группы ключей (первая и третья отключены) ток протекает по цепи: проходное сопротивление ключа

5 (Rg) — сопротивление провода 19 (Яо)— полное сопротивление омического преобразователя 17(R>) — сопротивление провода 22 (Rzz) — проходное сопротивление ключа 2 (Rz) — общий выход источника стабилизированного тока. На выходе источника стабилизированного тока получаем Ч = 1ст (Rs + й19 + RT + Rzz + 2).

Сопротивление Rg включает в себя сопротивление 18. Выход источника ключом 4 подключается к запомина ощей ячейке 11, куда заносится значение Ч .

При включении третьей группы ключей (первая и вторая отключены) ток протекает по цепи; проходное сопротивление ключа

5 (Rs) — сопротивление провода 19 (R19)— сопротивление омичегкого преобразователя 17 (Rx — Вд) — сопротивление и ровода

16 (R

Сопротивление Кт включает в себя сопро-, тивление 20, Выход источника ключом 6 подключается к запоминающей ячейке 12, куда заносится значение Чз. Дальше цикл. повторяется, Таким образом, на выходах запоминающих ячеек и соответственно на входах вычислительного устройства формируются нап ряжения V<, Vz, Чз, Решив совместно уравнения для Ч, Vz.

Чз относительно RT и Вд, учитывая, что сопротивления проводов 22, 16 и 19 равны

Rzz = В16 = Вю и проходное сопротивление лючей 2, 3, 5 и 7 Rz = Рз = Rs = Вт, получим:

Температура и давление в точке измерения соответственно равны д Ч2 Чз

P=Kz R K 2 Vz V V (Mfl8)> (4) где K i u Kz - коэффициенты пропорциональности, учитывающие, что:

K> — материал омического преобразователя;

К вЂ” материал омического преобразователя, чувствительность геликсной пружины, температурные изменения модуля упругости геликсной пружины, Запоминающие ячейки 10, 11 и 12 и схема блока 13 показаны на фиг.3. Запо.минающие ячейки представляют собой операционные усилители (К140 УД6) со стопроцентной отрицательной обратной связью и с запоминающими конденсаторами на прямых входах. Напряжения V< Vz Чз в момент замыкания ключей 10, 11 и 12 попадают на конденсаторы, запоминаются и хранятся до следующего цикла. Так как

1747685 л Ы

8 би7 усилитель охвачен стопроцентной отрицательной обратной связью, то напряжения на их выходе равны напрлжениям на прямых входах.

Сигналы с выходов запоминающих ячеек 10, 11 и 12 поступают на входы сумматоров 01 и 02, собранных на операционных усилителях К140УД6. На выходе D> получаем напря>кение1/ =- I„R = 2Vz-V>-Чз, пропорциональное температуре (см. формулы

1 и 3), которое подается на блок регистрации и на вход 7 перемножителя сигналов микросхемы D3 типа КР525ПС2Б. На выходе Dz получает напряжение V = Ict йд = Vz — V3 (см, формулу 2), которое подается на вход

1 микросхемы D3. Микросхема выполняет операцию деления, в результате которой на выходе получим напрлжение

V Vz — Чз

V = = К т 2 2 1 З (см, формулу 4), которое пропорционально давлению.

Использование новых элементов выгодно отличает предлагаемое устройство для измерения давления и температуры от известного, так как устраня, ется составляющая погрешности, обусловленная температурным изменением сопротивления проводов кабеля. В результате повышается точность измерения давления, Применение дешевого трехжильного кабеля позволяет снизить стоимость устройства и увеличить область применения, что даст зкономию в народном хозяйстве.

Формула изоб ретен ия

Устройство для измерения давления и температуры в нефтяных скважинах. содержащее омический преобразователь с по5 движным и неподвижным контактами, геликсную пружину, соединенную механически с подвижным контактом омического преобразователя, первую и вторую жилу кабеля, регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 10 что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено источником стабилизированного тока, блоком управления. семью ключами, тремя запоминающими ячейками, вычислительным блоком и третьей жилой

15 кабеля, причем выходы блока управления подключены к управляемым входам ключей, выходы первого, четвертого и шестого ключей соединены соответственно через первую, вторую и третью запоминающую

20 ячейки с первым, вторым и третьим входами вычислительного блока, выход которого подключен к регистратору, при этом выходы второго и седьмого ключей соединены с общим выходом источника стабилизированно25 го тока, выход которого подключен к входам первого, третьего, четвертого, пятого и шестого ключей, вход второго и выход пятого ключей соединены соответственно через первую и вторую жилу кабеля с первым и

3О вторым неподвижными контактами омического преобразователя, подвижный контакт которого подключен через третью жилу кабеля к выходу третьего и входу седьмого ключей, причем жилы кабеля выполнены из

35 однородного материала и имеют одинаковое сопротивление.

1747685

1747685

Редактор 3. Слиган

Заказ 2483 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 цЛ O ъ сц Q с

Составитель В. Яновский

Техред М,Моргентал Корректор Э, Лончакова