Устройство для теплового каротажа скважин
Владельцы патента RU 2314416:
ООО Научно-производственная фирма "Центр новых геофизических технологий" (RU)
Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может найти применение для определения тепловых свойств пластов горных пород, окружающих как бурящиеся, так и обсаженные колонной скважины, а также для определения технического состояния эксплуатирующихся скважин и режимов работы их оборудования. Техническим результатом является обеспечение наиболее полной регистрации температурного поля в скважине и повышение точности измерений. Устройство содержит три одинаковых размещенных вдоль оси скважины на заданном расстоянии термочувствительных датчика для измерения второй разности температуры, первый, второй и третий. Термочувствительные датчики идентичны и включают в себя по четыре одинаковых термочувствительных резистора, объединенных в термочувствительные мосты. Разность разбалансов термочувствительных мостов пропорциональна второй разности температуры, а сумма их разбалансов - первой разности; также все термочувствительные резисторы служат для измерения абсолютной температуры среды, в которой находится зонд. Первая разность температур зависит как от постоянного изменения температуры по стволу скважины, так и от ее локальных изменений. Вторая разность температур зависит только от локальных изменений температуры. 2 ил.
Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может найти применение для определения тепловых свойств пластов горных пород, окружающих как бурящиеся, так и обсаженные колонной скважины, а также для определения технического состояния эксплуатирующихся скважин и режимов работы их оборудования.
Известно устройство для исследования скважин градиент-термометром. Устройство содержит два одинаковых последовательно соединенных и размещенных вдоль оси скважины на заданном расстоянии термочувствительных резистора, первый и второй. К верхнему концу первого резистора подключен источник питания и третий постоянный резистор, а к нижнему концу второго резистора подключен источник питания и четвертый постоянный резистор; между точками соединения третьего и четвертого постоянных резисторов и первого и второго термочувствительных резисторов включен регистрирующий прибор. Резисторы третий и четвертый являются балансировочными. Регистрируется разность температур между первым и вторым термочувствительными резисторами [1].
Недостатком такого устройства является наличие балансировочных резисторов, нарушающих баланс при значительных изменениях температуры, и регистрация лишь одной составляющей поля температуры - вдоль оси скважины.
Наиболее близким из выявленных аналогов является устройство для исследования скважин путем измерения второй разности температур [2]. Устройство содержит три одинаковых последовательно соединенных и размещенных вдоль оси скважины на заданном расстоянии термочувствительных резистора, первый, второй и третий. К верхнему концу первого терморезистора подключен источник питания и четвертый постоянный резистор; к точке соединения первого и второго термочувствительных резисторов подключен пятый постоянный резистор; к точке соединения второго и третьего термочувствительных резисторов подключен шестой постоянный резистор; к нижнему концу третьего термочувствительного резистора подключен источник питания и седьмой постоянный резистор. Постоянные резисторы соединены между собой попарно: четвертый с шестым и пятый с седьмым. Регистрирующий прибор включен между точками соединения четвертого с шестым резистором и пятого с седьмым. Регистрируемое напряжение пропорционально второй разности температур.
Недостатком устройства является наличие четырех балансировочных резисторов, нарушающих баланс при значительных изменениях температуры, и регистрация лишь одной составляющей поля температуры - поперечной оси скважины.
Целью изобретения является создание устройства, обеспечивающего наиболее полную регистрацию температурного поля в скважине путем регистрации одними и теми же термочувствительными датчиками абсолютной температуры и ее приращений вдоль оси скважины и в плоскости, перпендикулярной оси скважины, и повышение точности измерений.
Практический результат от использования данного изобретения состоит в том, что может быть повышена не только точность измерений эффективной температуропроводности горных пород, но и получена полная картина распределения поля температуры в скважине.
Цель изобретения достигается тем, что в устройстве, содержащем три одинаковых размещенных вдоль оси скважины на заданном расстоянии термочувствительных датчика для измерения второй разности температуры 2, 3 и 4, каждый термочувствительный датчик содержит по четыре одинаковых термочувствительных резистора: датчик 2 - резисторы 8, 9, 10, 11, датчик 3 - резисторы 12, 13, 14, 15, датчик 4 - резисторы 16, 17, 18, 19, причем термочувствительные резисторы 10, 11, 12, 13 и 14, 15, 16, 17 объединены в термочувствительные мосты, разбаланс первого из которых (термочувствительные резисторы 10, 11, 12, 13) пропорционален разности температур между термочувствительными датчиками 2 и 3, а разбаланс второго (термочувствительные резисторы 14, 15, 16, 17) пропорционален разности температур между термочувствительными датчиками 3 и 4, разность разбалансов термочувствительных мостов пропорциональна второй разности температуры, а сумма их разбалансов - первой разности, термочувствительные резисторы 8, 9 в термодатчике 2 включены параллельно друг другу и последовательно в общую цепь между генератором 1 и термочувствительным мостом из резисторов 10, 11, 12, 13, термочувствительные резисторы 18, 19 в термодатчике 4 включены параллельно друг другу и последовательно в общую цепь между термочувствительным мостом из резисторов 14, 15, 16, 17 и генератором 1, таким включением они обеспечивают полную идентичность термодатчиков, а все термочувствительные резисторы 8-19 служат для измерения абсолютной температуры среды, в которой находится зонд.
На фиг.1 и 2 представлены блок-схема и электрическая схема устройства.
Как показано на фиг.1, устройство содержит три последовательно соединенных и размещенных вдоль оси скважины на заданном расстоянии термочувствительных датчика 2, 3, 4. К верхнему концу датчика 2 и к нижнему концу датчика 4 подключены генератор - источник питания 1 - и измеритель абсолютной температуры 6, термочувствительным элементом для которого являются все три датчика. Измеритель 5 регистрирует разность температур между датчиками 2 и 3, а измеритель 7 - между датчиками 3 и 4.
На фиг.2 показано, как осуществляется регистрация разности температур между термочувствительными датчиками. Устройство содержит двенадцать одинаковых термочувствительных резисторов, размещенных в трех термодатчиках. В термодатчике 2 расположены терморезисторы 8, 9, 10, 11. В термодатчике 3 расположены терморезисторы 12, 13, 14, 15. В термодатчике 4 расположены терморезисторы 16, 17, 18, 19. Дифференциальный измеритель 21 регистрирует напряжение, пропорциональное суммарному изменению сопротивления всех двенадцати терморезисторов от температуры. Дифференциальный измеритель 20 регистрирует напряжение разбаланса моста терморезисторов 10, 11, 12, 13, пропорциональное разности температур между термодатчиками 2 и 3. Дифференциальный измеритель 22 регистрирует напряжение разбаланса моста терморезисторов 14, 15, 16, 17, пропорциональное разности температур между термодатчиками 3 и 4. Терморезисторы 8, 9, 18, 19 используются с целью получения максимальной идентичности термодатчиков 2, 3, 4.
Анализ схемы показывает, что, выполняя измерения таким образом, можно получать полную картину теплового поля скважины:
- измеритель 6 регистрирует напряжение, пропорциональное абсолютной температуре бурового раствора, в который помещен зонд;
- сумма показаний измерителей 5 и 7 - напряжение, пропорциональное приращению температуры вдоль оси скважины на базе зонда (расстояние между верхним и нижним термодатчиками), т.е. пропорциональное первой разности температур вдоль оси скважины;
- разность показаний измерителей 5 и 7 - напряжение, пропорциональное приращению температуры в плоскости, поперечной оси скважины, на базе зонда (расстояние между верхним и нижним термодатчиками), т.е. пропорциональное второй разности температур вдоль оси скважины.
Условие правильной регистрации первой и второй разности температур - балансировка мостов термочувствительных резисторов и выравнивание передаточных коэффициентов измерителей 5 и 7.
Первая разность температур зависит как от постоянного изменения температуры по стволу скважины, так и от ее локальных изменений. Вторая разность температур зависит только от локальных изменений температуры. Измерение обеих составляющих при одних условиях позволяет интерпретировать полное изменение абсолютной температуры и обеспечивает решение новых геологических и технических задач с помощью термических исследований скважин.
Источники информации
1. Позин Л.З. Исследование скважин градиент-термометром. Разведочная и промысловая геофизики. - М., Гостоптехиздат, 1969.
2. Авт. свидетельство СССР №1199919. Н.И.Рыхлинский, А.С.Кашик и др. Устройство для термометрических исследований скважин.
Устройство, содержащее три одинаковых размещенных вдоль оси скважины на заданном расстоянии термочувствительных датчика для измерения второй разности температуры, первый, второй и третий, отличающееся тем, что каждый из трех одинаковых термочувствительных датчиков 2, 3 и 4, содержит по четыре одинаковых термочувствительных резистора: датчик 2 - резисторы 8, 9, 10, 11, датчик 3 - резисторы 12, 13, 14, 15, датчик 4 - резисторы 16, 17, 18, 19, причем термочувствительные резисторы 10, 11, 12, 13 и 14, 15, 16, 17 объединены в два термочувствительных моста, термочувствительные резисторы 8, 9 в термодатчике 2 включены параллельно друг другу и последовательно в общую цепь между генератором 1 и термочувствительным мостом из резисторов 10, 11, 12, 13, термочувствительные резисторы 18, 19 в термодатчике 4 включены параллельно друг другу и последовательно в общую цепь между термочувствительным мостом из резисторов 14, 15, 16, 17 и генератором 1.
