Индикатор градиента теплового поля Российский патент 2004 года по МПК E21B47/06 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и предназначено для определения температурного градиента ствола скважины на основе измерения интенсивности инфракрасного излучения с поверхности стенок скважины.

Известно устройство для измерения температуры в скважине, содержащее цилиндрический корпус с установленными в нем термоприемником и усилителем-преобразователем (см. а.с. СССР № 1686146, МПК Е 21 В 47/06). Однако данное устройство измеряет не непосредственное излучение объекта, а вторичное (преобразованное) вследствие наличия уплотнительно-изоляционных рамок с теплопроводящими пластинами, что увеличивает инерционность измерительного устройства, снижает его надежность, не позволяет измерить температуру стенок выше статического уровня.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для исследования разреза скважины и бесконтактного измерения температуры в ней, содержащее цилиндрический корпус, оптическую систему, чувствительный элемент, усилитель и преобразователь сигнала информации, регистрирующий прибор (см. а.с. СССР 203587, МПК Е 21 В 47/06). Недостатком устройства является то, что в процессе измерения температуры в разрезе скважины информационный сигнал образуется как отклик на разностную температуру

ΔТ = Тоб. - Тмод.

где Тоб. - температура измеряемого объекта,

Тмод. - температура лопасти модулятора.

При температуре лопасти модулятора, равной температуре измеряемого объекта, информационный сигнал равен нулю, то есть устройство неработоспособно. Кроме того, наличие стадии нагревания чувствительного элемента и отсутствие системы термостабилизации чувствительного элемента и лопасти модулятора приводит к погрешности, пропорциональной изменению температуры устройства, то есть недостоверным оценкам результатов измерения. Следующим серьезным недостатком устройства является большая инерционность процесса измерения (1-0,05 сек). Это объясняется тем, что преобразование потока инфракрасного излучения в информационный сигнал происходит путем поглощения энергии излучения и преобразования ее в тепло.

Предлагаемое устройство решает задачу контроля температурного градиента ствола скважины бесконтактным способом.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении температурного разрешения, чувствительности, быстродействия устройства, а также в повышении надежности, точности и достоверности результатов измерения. Это достигается тем, что индикатор градиента теплового поля, содержащий цилиндрический корпус, оптическую систему, чувствительный элемент, усилитель и преобразователь сигнала информации и регистрирующий прибор, дополнительно содержит стабилизатор температуры чувствительного элемента, представляющий собой сосуд Дюара, заполненный жидким азотом, теплопроводящую пластину, конструктивно выполненную частью внутренней оболочки стабилизатора температуры чувствительного элемента, одной стороной находящейся в контакте с жидким азотом, а другой - в вакуумной полости сосуда, с укрепленным на ней чувствительным элементом, при этом оптическая система выполнена в виде равнотолщинной полусферической оболочки, прозрачной для теплового излучения.

Общий вид индикатора градиента теплового поля представлен на фиг.1.

Индикатор градиента теплового поля содержит цилиндрический корпус 1, оптическую систему 2, чувствительный элемент 3, стабилизатор температуры 4, теплопроводящую пластину 5, усилитель сигнала 6, преобразователь сигнала 7, регистрирующий прибор 8.

Устройство работает следующим образом.

Внутреннюю полость стабилизатора температуры 4, закрепленного в цилиндрическом корпусе 1, заполняют жидким азотом. Теплопроводящая пластина 5, находясь в тепловом контакте с жидким азотом, охлаждается и передает температуру жидкого азота на укрепленный на ее противоположной поверхности чувствительный элемент 3. Наличие в стабилизаторе температуры вакуумной полости уменьшает теплопритоки и позволяет стабилизировать температуру чувствительного элемента на уровне 165°С в процессе всего цикла измерений. Далее включается электропитание и устройство опускается в скважину. Тепловое излучение внутренней поверхности скважины проходит через оптическую систему 2 и попадает на поверхность чувствительного элемента 3. При этом оптическая система, выполненная в виде полусферической равнотолщинной оболочки, уменьшает потери излучения на отражение, что увеличивает чувствительность индикатора градиента теплового поля. Тепловое излучение фотоактивно поглощается в объеме чувствительного элемента. Генерированные при этом носители тока поступают на вход усилителя 6, где формируется информационный сигнал, пропорциональный мощности потока излучения. Далее сигнал поступает в преобразователь 7, в котором аналоговый информационный сигнал преобразуется в последовательный цифровой код. Этот код поступает в регистрирующий прибор 8, где он обрабатывается и выдается пользователю в удобном для него виде, например в виде термограммы.

Т.к. в процессе формирования информационного сигнала отсутствует фаза нагревания чувствительного элемента — существенно улучшаются показатели инерционности процесса измерения и время измерения предлагаемым устройством сокращается до 10^-4 – 10^-5 сек. Чувствительный элемент стабилизирован при температуре, близкой к температуре жидкого азота, низкая температура способствует уменьшению собственных шумов чувствительного элемента (улучшаются пороговые характеристики) и повышает чувствительность измерительной системы. Стабилизатор температуры чувствительного элемента уменьшает погрешность измерения температуры объекта, связанную с изменениями температуры окружающей среды, и увеличивает достоверность измерения.

Испытания предлагаемого устройства проводились в условиях проблемной скважины. Они показали, что применение данного устройства позволяет существенно снизить погрешность температурных измерений в скважинах, повышает надежность и достоверность результатов измерения, решает задачу высокоточного измерения температурного градиента ствола скважины, позволяющего осуществлять контроль технического состояния скважин.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и предназначено для контроля технического состояния скважин на основе измерения интенсивности инфракрасного излучения с поверхности стенок скважины. Индикатор градиента теплового поля содержит цилиндрический корпус, оптическую систему, чувствительный элемент, усилитель и преобразователь сигнала информации и регистрирующий прибор. Дополнительно введены стабилизатор температуры чувствительного элемента и теплопроводящая пластина. Стабилизатор температуры чувствительного элемента представляет собой сосуд Дюара, заполненный жидким азотом. Теплопроводящая пластина выполнена как часть внутренней оболочки стабилизатора температуры чувствительного элемента, одной стороной находящейся в контакте с жидким азотом, а другой - в вакуумной полости сосуда, с укрепленным на ней чувствительным элементом. Оптическая система выполнена в виде равнотолщинной полусферической оболочки, прозрачной для теплового излучения. Изобретение позволяет повысить чувствительность и быстродействие устройства. 1 ил.

Индикатор градиента теплового поля, содержащий цилиндрический корпус, оптическую систему, чувствительный элемент, усилитель и преобразователь сигнала информации и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что дополнительно содержит стабилизатор температуры чувствительного элемента, представляющий собой сосуд Дюара, заполненный жидким азотом, теплопроводящую пластину, конструктивно выполненную частью внутренней оболочки стабилизатора температуры чувствительного элемента, одной стороной находящейся в контакте с жидким азотом, а другой - в вакуумной полости сосуда, с укрепленным на ней чувствительным элементом, при этом оптическая система выполнена в виде равнотолщинной полусферической оболочки, прозрачной для теплового излучения.