ДАТЧИК СКВАЖИННОГО РАСХОДОМЕРА Российский патент 1994 года по МПК E21B47/10 

Изобретение относится к устройствам для определения расхода жидкости или ее смеси с газом в стволе буровой скважины.

Известны устройства для определения расхода жидкости в буровой скважине, чувствительным элементом которых является аксиальная крыльчатка, размещенная в корпусе скважинного снаряда. На валу крыльчатки напротив неподвижного магнитного прерывателя тока, например геркона, установлен постоянный магнит эксцентрично оси вращения крыльчатки [1].

Прототипом данного изобретения является датчик скважинного расходомера, содержащий корпус и размещенные в нем геркон, аксиальную крыльчатку, на валу которой эксцентрично установлен постоянный магнит, и элемент уменьшения эксцентриситета постоянного магнита, выполненный из ферромагнитного материала [2].

Недостатком аналога и прототипа является наличие достаточно большого по величине тормозного момента при вращении чувствительного элемента датчика - крыльчатки при взаимодействии постоянного магнита, размещенного на валу крыльчатки, с герконом, установленным неподвижно в корпусе прибора. Это существенно снижает чувствительность указанных устройств.

Целью изобретения является повышение чувствительности прибора.

Поставленная цель достигается тем, что элемент уменьшения эксцентриситета постоянного магнита выполнен в виде кольца, установленного неподвижно в корпусе соосно крыльчатке на уровне центра массы постоянного магнита, а в кольце выполнена сквозная прорезь, в которую параллельно оси прибора установлен геркон.

Данные конструктивные отличия элемента уменьшения эксцентриситета постоянного магнита обеспечивают взаимодействие постоянного магнита с кольцом с практически неизменяющейся величиной зазора между ними. При этом вектор силы взаимодействия магнита с ферромагнитным кольцом, в том числе и с герконом, всегда совпадает с осью вала крыльчатки независимо от ее поворота вокруг своей оси. Следовательно, если вектор силы взаимодействия магнита с герконом совпадает с осью крыльчатки, то величина плеча тормозного момента при вращении крыльчатки в данном устройстве равна нулю.

В предложенном датчике достигается свободное, практически без торможения вращение чувствительного органа - крыльчатки, что позволяет весьма повысить чувствительность предложенного датчика скважинного расходомера в 4-5 раз и более по сравнению с прототипом.

На фиг.1 показан датчик скважинного расходомера; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Датчик состоит из корпуса 1, верхнего 2 и нижнего 3 кронштейнов. По оси прибора в корпусе 1 установлены головка 4 датчика и аксиальная крыльчатка 5. Головка 4 датчика крепится к верхнему кронштейну 2 гайкой 6. Аксиальная крыльчатка 5 в приборе размещается в опорах, состоящих из агатовых подпятников 7 и твердосплавных игл 8, с зазором 0,2-0,3 мм с помощью регулировочного винта 9. Фиксация регулировочного винта осуществляется контргайкой 10. На валу крыльчатки 5 установлен эксцентрично постоянный магнит 11. В корпусе на головке 4 датчика соосно с крыльчаткой 5 на уровне центра массы постоянного магнита 11 неподвижно закреплен элемент эксцентриситета постоянного магнита 11 - кольцо 12 из ферромагнитного материала, например пермолоя. В кольце 12 выполнена сквозная прорезь, в которую параллельно оси прибора установлен геркон 13. Для предохранения от внешних механических воздействий и изоляции кольцо 12 и геркон 13 залиты компаундом 14. С измеримельным наземным блоком датчик скважинного расходомера соединяется через выводные провода геркона 13.

Датчик работает следующим образом.

При вращении аксиальной крыльчатки 5 в потоке измеряемой жидкости (газожидкостной смеси или газа) постоянный магнит 11, эксцентрично размещенный на валу крыльчатки, периодически замыкает и размыкает контакты геркона 13. В том случае, когда постоянный магнит 11 находится вблизи геркона 13, контакты геркона под действием увеличивающейся напряженности магнитного поля (из-за близости магнита 11 к геркону 13) замыкаются. При удалении постоянного магнита 11 от геркона 13 в результате дальнейшего вращения крыльчатки 5 напряженность магнитного поля в герконе ослабляется. После этого при достижении определенной минимальной величины напряженности в герконе 13 его контакты размыкаются. Геркон 13 включен в электрическую цепь прибора через каротажный кабель, на котором скважинный расходомер опускается в скважину с наземным измерительным блоком (пультом). Наземный блок по замыканиям электрической цепи регистрирует обороты крыльчатки 5. Зная число оборотов вращения крыльчатки за определенный промежуток времени и сечение потока, определяют расход измеряемого потока жидкости (или газа) в скважине.

При вращении крыльчатки 5 постоянный магнит 11 движется вдоль кольца 12 с постоянным зазором и постоянной силой притяжения между ними. В результате этого вектор силы притяжения магнита 11 к кольцу 12 всегда проходит через ось крыльчатки независимо от ее вращения, так как масса кольца 12 распределена равномерно по его окружности, а само кольцо 12 размещено соосно с валом крыльчатки. Из-за наличия в данном датчике кольца 12, его соосной ориентации в приборе и предлагаемого размещения геркона 13 в датчике конструктивным путем удается привести к нулевому значению плеча тормозного момента при вращении крыльчатки 5, возникающего в прототипе при притягивании эксцентрично размещенного на валу крыльчатки магнита к неподвижному геркону, закрепленному в корпусе прибора. Из-за свободного безтормозного момента вращения крыльчатки 5 при измерении чувствительность заявленного устройства повышается в 4-5 раз. Выполнение кольца 12 из ферромагнитного магнитомягкого материала, например пермалоя, исключает намагничивание кольца, возможное при взаимодействии его с постоянным магнитом, что предотвращает самопроизвольное замыкание контактов. В противном случае при самопроизвольном замыкании контактов геркона устройство не работоспособно.

Проведенными экспериментальными и производственными исследованиями установлено: чувствительность заявленного датчика расходомера равна 0,01-0,02 л/с, тогда как чувствительность датчика прототипа составляет 0,08-0,10 л/с.

Следует отметить такую особенность работы заявленного устройства. При вращении крыльчатки 5 с магнитом 11 в кольце 12 возникают вихревые токи, которые своим магнитным полем создают свой тормозной момент вращения крыльчатки. При измерении малых расходов, т.е. при оборотах крыльчатки 5 менее 2-5 об./мин, вихревые токи, возникающие в кольце 12, очень слабые и создаваемый тормозной момент вращения крыльчатки, как показали экспериментальные исследования, на порядок меньше тормозного момента, создаваемого при обычном механическом трении твердосплавных игл 8 в агатовых подпятниках 7 опор крыльчатки. Следовательно, указанные вихревые токи в кольце 12 практически не оказывают никакого влияния на чувствительность предлагаемого устройства.

Предложенный датчик скважинного расходомера успешно прошел лабораторные и производственные испытания в производственном геологическом объединении "СевКазгеология". Испытания показали надежную, точную и стабильную работу предложенного устройства при высокой чувствительности прибора. Это существенно расширяет область применения предложенного устройства и качество гидродинамических исследований малодебитных проницаемых горизонтов, вскрытых буровыми скважинами.

Использование: при определении расхода жидкости или ее смеси с газом в стволе буровой скважины. Сущность изобретения: датчик содержит постоянный магнит 11, эксцентрично размещенный на валу крыльчатки 5, который периодически замыкает и размыкает контакты геркона 13, установленного неподвижно в корпусе 1. Для уменьшения эксцентриситета постоянного магнита в корпусе соосно крыльчатке на уровне центра масс постоянного магнита установлено кольцо из ферромагнитного материала. Кольцо выполнено со сквозной прорезью, в которой параллельно оси прибора установлен геркон. 2 ил.

ДАТЧИК СКВАЖИННОГО РАСХОДОМЕРА, содержащий корпус и размещенные в нем геркон, аксиальную крыльчатку, на валу которой эксцентрично установлен постоянный магнит, и элемент уменьшения эксцентриситета постоянного магнита, выполненный из ферромагнитного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности прибора, элемент уменьшения эксцентриситета постоянного магнита выполнен в виде кольца, установленного неподвижно в корпусе соосно с крыльчаткой на уровне центра масс постоянного магнита, а в кольце выполнена сквозная прорезь, в которой параллельно оси прибора установлен геркон.