Скважинный термометр сопротивления Советский патент 1983 года по МПК E21B47/06 G01K7/16 

4 -4j

сл Изобретение относится к измерению температуры с помощью резистивных термопреобраэоватепей и может быть нспопьзовако для измерения температурного ПОЛЯ в скважинак, в особенноотн в гпубокик и сверхглубоких, а также ИЕН опрративного контроля температуры в нефтяных скважинах в проэессе термогазохимического воздействий на ппаст при максимальной рабочей температуре но БОО.С. Известны термометры сопротивления, чувствительные элементы которых выпол нены из изолированной проволоки, намотанной в вица спирали на каркас, а также термометры сопротивления, чувст-витепьный элемент которых выполнен В вице спирали из неизолированной про волоки, размещенной в каналах карка са керамики L1 Недостатком таких термометров является значительная инерционность. Наиболее близким к предлагаемому является скважинный термометр сопротивления, включающий герметичный корп (кожух), к которому прикреплена защитная оболочка, с размещенным в ней термоэлементом из. изолированной проволоки, выполненным в вице многовиткового жгута,, свободно протянутого внутри труб чатой защитной оболочки . Недостатком известного термометра является ухуцщение качест;ва лаковой эпектроизоляции проволоки термоэлемента при повышении температуры, что снижает точность измфрения: при темпе ратурах выше 150 - 2ОО°С. Кроме того, устройство характери- .зуется недостаточной жесткостью термоэлемента в защитной оболочке при /увеличении общей длины проволоки до значения, при.котором ее начальное сопр .тйвление при 0°С достигает 500 1ООО.Ом, что необходимо для снижения относительного уровня помех, наводимых в линии связи, при измерении температуры в скважинах. . При этом улучшениеКачества электро изоляции проволоки путем увеличения толщины лакового покрытия вызывает увеличения внутреннего диаметра и толщины защитной оболочки, что приводит к увеличению инерционности. При сохранении размеров поперечного сечения оболочки увеличивается ее длина, что вызывает уменьшение жесткости термоэлемента. Замена материала электроизоляюш проволоки на стеклянное покрытие приво 775.2 дит к повышению нестабильности показаний, так как стеклянная оболочка вызывает механические напряжения в проволоке термоэлемента. Кроме того, воэникают трудности с изоляцией петель жгута термоэлемента из-за хрупкости . стеклянной изоляции, 1.1ель изобретения - повышение точности измерений, уменьшение инерционнооти. и повышение надежности скважинного термометра сопротивления в условиях высоких давлений и температур. Поставленная цель достигаетсятем,что в скважинном термометре сопротивления,содержащем герметичный корпус, защитную обо. лочку с размещенным в ней термоэлементом из проволоки, жилы которой свободно протянуты внутри защитной оболочки, защитная оболочка выполнена в вице трубчатого змеевика, секции которого с зазорами между собой жестко закреплены на поверхности т рубчатого каркаса из теплопроводного материала, соединенного с корпусом и перфорированного в местах не занятых секциями защитной оболочки, а термоэлемент изолирован от зашлтпой оболочки бусами из электроизоляционного материала. Кроме того, трубчатый Kapicac прикреплен к корпусу посредством тонкостенной, втулки с отверстиями в ее центральной части. Выполнение защитной оболочки в- виде змеевика, укрепленного на тонкостенном трубчатом каркасе, позволяет уменьшить ее диаметр до 1,5 мм яри одновременном увеличении длины до 10 2О и без потери жесткости, что дает вoзмo.;шocть выполнить требования по достижению минимальной инерционности в условиях высокого давления окружающей среды (до 50 - 100 МПа) при сохранении высокой надежности конструкции, Кроме того, |федлагаемый термометр имеет меньшую погрещность nepei рева благодаря тому, что поверхность охлаждения увеличена в несколько раз. Это позволяет увеличить рабочий ток термометра без существенного увеличения погрешности перегрева, что совместно с его повышенным начальным сопротив-; пением RO приводит к резкому повышению точности измерений на постоянном токе вследствие уменьшения относительного уровня помех примерно в 10 - 15 раз. В известных термометрах сопроти&ления защитная оболочка обеспечивает е только защиту термоэлемента от да&ления окружающей среды, но и является элементом, оберпечивающим жесткость кокструкшш термометров. Это явпяется основной причиной текнического противоречия межцу инерционными свойствами термопраобразоватепя и жесткость кс;г : рукшш при большой цггане npoBonojoi :моэпемента повышенного диаметра (Г . . б ОД мм). В предлагаемом термометре защитная .обопочка освобожцена от функции обеспечения жесткости конструкции термопреобразователя. Кроме того, малая жесткость защитной оболочки и ее гибкость являются обязательным требованием цля ИЗГОТО пения термометра, что позволяет разрешить указанное техническое противоречие, Зазоры межцу секциями оболочки позволяют -выпопнить в трубчатом каркасе отверстия (перфорацию), сообщающие внутреннюю поверхность каркаса с внеш ней, что уменьшает тепловую инерционность термометра путем дополнительного Теплообмена межцу скважинной жицкостью и внутренней поверхностью каркаса. Выполнение трубчатого каркаса тонкостей--; ным также- уменьшает тепловую инерцию. Выполнение электрической изоляции жилы термоэлемента бусами из электроизоляционного материала позволяет ув&пичить сопротивление изоляции при высоких температурах а также обеспечить вобоцное положение термометрической проволоки в оболочке без механических напряжений. Такая электрическая изоляция повышает стабильность электрических свойств термоэлемента и, таким образом, способствует повышению точности термопреобразователя. Крепление трубчатого каркаса с термоэлементом к корпусу посредством тонкостенной втулки с отверстиями в ее центральной части уменьшает инерционность термометра путем уменьшения тепловой связи межцу термоэлементом и корпусом в результате увеличения интенсивности теплоомена межцу втулкой и скважинной жидкостью. На фиг. 1 иаображен скважинный термопреобразоватепь, общий виц; на фиг, 2 - термоэлемент в защитной оболо ке, продольное сечение. Скважинный термометр содержит герм тичный корпус 1, капиллярную трубчатую , оболочку 2 с размешенным в ней термоэлементом 3 из платиновой проволоки, которая свободно протянута внутри обопочки 2. Секции защитной оболочки 2 спираяьно навиты на тонкостенный перфорированный трубчатый каркас 4 из нержавеющей стали и , припаяны к нему. Термоэлемент 3 электроизолйрован от оболочки 2 посредством керамических бус 5. Трубчатьтй каркас 4 прикреплен к корпусу 1 посредством тонкостенной стальной втулки 6 с отверстиями в ее центральной части. Для обеспечения герметичности соединения термоэлемента 3 с внутренней полостью корпуса 1 концы обочочки 2 впаяны в сквозные отверстия 7 в корпусе. Для предохранения термоэлемента 3 от ударов о стенки скважины к корпусу 1 прикреплено цилиндрическое ограждение 8 с продольными сквозными пазами. При измерении распределения температуры по тволу скважины термометр опускают на кабеле-тросе в скважину, скважинная жидкость омывает защитную оболочку 2 термоэлемента 3, который воспринимает температуру скважинной жидкости. Сопротивление термоэлемента 3, зависящее от температуры, измеряют прибором на поверхности земли, используя цвух-или трехпроводную пинию связи (кабель-трос), При этом сква- - жинная жидкость проходит сквозь отверотия (перфорацию) в каркасе 4, омывая его внутреннюю поверхность, что уменьшает инерцию системы каркас-оболочкатермоэлемент.. Испытание макетного образца термометра с термоэлементом из проволоки диаметром 0,05 мм в оболочке из -капигь. пярной трубки диаметром 2,2 х 0,4 мм, длиной 2 10 мм, припаянной к трубчатому каркасу диаметром 21 х 0,5 мм показывает что по1шзатель термической инерции в воде не превышает 2 с. Сопротивление термоэлемента при О°С Rg 50О Ом, максимальное рабочее давление 50 - 1ОО МПа. Применение предлагаемого термометра позволит повысить верхний предел изм&рениц. температуры в скважинах до 500 С при сохранении малой тепловой инерции термометра, уменьшить допогши- тельную погрешность, вызванную ЭДС помех, при измерении на постоянном токе в скважине примерно в 10 - 15 раз, а также увеличить производительность труда при исследовании глубоких и сверхглубоких скважин и повысить надежность скважинного прибора.

1. СКВАЖИННЫЙ ТЕРМОМЕТР СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащий .герметичный корпус,- защитную оболочку с размещенным в ней термоэлементом из проволоки, жипы которой свободно протянуты внутри защитной обопочки, о т- л и чающийся тем, что, с цепью повышения надежности скважинного термометра в условиях высоких давлений и температур окружающей срецы, защитная оболочка выполнена в виде трубчатого змеевика, секции которого с зазорами между собой жестко закреплены на поверхности трубчатого каркаса из теплопроводного материала, соединенного с корпусом и перфорированного в местах, не занятых секциями защитной оболочки, а термоэлемент изолирован от защитной оболочки бусами из электроизоляционного материала. 2. Термометр тто п. 1, о т п и чаi ющийся тем, что трубчатый каркас (Л прикреплен к корпусу посредством тонкостенной втулки с отверстиями в ееС центральной части.