Скважинный расходомер Советский патент 1984 года по МПК E21B47/10 

Изобретение относится к гёоф1;иическим исследованиям скважин, а име но к устройствам для определения направления и расхода жидкости в бу ровых скважинах, Известен датчик скважинного расходомера, который содержит узел определения направления потока, вьшол ненный в виде поворотной лопасти, уравновешивающую пружину, преобразо ватель расхода и направления потока размещенный на штоке, шарнирно связанном с лопастью и выполненном с возможностью перемещения вдоль оси крыльчатки.Г1. Применение прибора позволяет опе ративно определить расход и направление потока, причем признак направления формируется тахометрическим преобразователем и лопастью, а величины расхода тахометрическим преобразователем. Однако датчик скважинного расходомера обладает низкой надежностью при работе в загрязненных жидкостях, что объясняется использованием в нем в качестве чувствительного элемента крыльчатки, а также применением не изолированных от измеряемой среды преобразователей перемещения чувствительного элемента. Известен также скважинный расходо мер, содержащий корпус, подпружиненную поворотную лопасть и преобразователь угла поворота лопасти Г 2. Однако известный расходомер обладает низкой точностью определения расхода и направления потока, обус.ловленной влиянием угла наклона расходомера, а также низкой надежность при работе в загрязненных средах. Цель изобретения - повышение точности определения расхода и направле ния потока путем исключения влияния угла наклона расходомера и повьшения надежности работы в загрязненных сре дах.. Поставленная цель достигается тем, что в скважинном расходомере, содержащем корпус, подпружиненную поворотную лопасть и преобразователь угла поворота лопасти,-последний выполнен в виде двух идентичных камер с установленными в них реохордами частично заполненных токопроводящей жидкостью, при этом одна камера установлена на лопасти, другая - на корпусе, а реохорды включены в дифференциальную схему измерения. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий BHAi на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1J на фиг. 3 принципиальная электрическая схема. Расходомер содержит корпус 1 и поворотную лОпасть 2. Корпус 1 представляет собой отрезок трубы. Лопасть 2 посредством кернов 3 шарнирно соединена с корпусом 1. В нейтральном положении лопасть уравновешивается пружиной 4. На лопасти установлена камера 5, идентичная камера 6 установлена на корпусе 1. Камеры 5 и 6 заполнены частично ртутью 7 и 8 соответственно. На поверхности камеры 5 установлен реохорд 9 (например проволочное сопротивление), а на поверхности камеры 6 - реохорд 10. Камеры установлены так, что при нейтральном положении лопасти реохорды параллельны. Контакты 11 и 12 соприкасаются с ртутью в любом положении датчика (до критических углов). Ртуть вьтолняет роль подвижного контакта и определяет сопротивление участков АВ и Л,,В реохордов ABC и .,С соответственно в камерах 5 и 6. Проводами 13 выполняется соответствующая коммутация элементов 9 и. 10, а также подключение к наземному прибору. На фиг. 3 введены следующие обозначения: Кдв сопротивление участка реохорда камеры 5, ц & сопротивление участка реохорды камеры 6; R, )2 з 4 постоянные сопротивления; ИП- измерительный прибор. Конструктивно элементы датчика подобраны так, что зависимость сопротивлений (бИ ив пропорциональна углам поворота камер 5 и 6, а зависимость расхода прямо пропорциональна углу поворота лопасти (камера 5) на всем диапазоне изменения угла. 4Измерительная схема наземного прибора представляет два измерительных моста, а измерительный прибор ЙП определяет разность потенциалов, которая пропорциональна разности сопротивлений реохордов и , камер 5 и 6 датчика, таким образом, представляет собой дифференциальную измерительную схему. Сопротивления R и ffj измерительных мостов являются- общими, другими плечами мостов являются сопротивления первого R4 и второго РЗ и Рд 0. Разность потенциалов между точками ас про3порциональна сопротивлению R, реохорда камеры 5, которое в общем случае определяется следующим выражениемАВ где R. - изменение сопротивления рео хорда, пропорционального расходу за счет.отклонения лопасти преобразователя Rb - изменение сопротивления изза изменения наклона корпуса датчика в скважине в точке измерения. Разность потенциалов Ьс пропорцио нальна сопротивлению R реохорда камеры 6, которое определяется изменением угла наклона корпуса датчика в точке измерения А,В. - (2) Разность потенциалов аЬ пропорцио нальна разности сопротивлений Рдд и ,Р g и может быть записана с учетом формул (1) и (2): йБ-Aв-RA,в,«.i Измерительный прибор ИП, измеряющий разность потенциалов аЪ (например, с нулем посредине), направлением отклонения стрелки указьшает направление потока, а угол отклонения стрелки - величину расхода. Датчик работает следующим образом При отсутствии потока (положение Т лопасти фиг. 1) и вертикальном положении корпуса датчика подвижными контактами (ртутью) вводятся сопротивления реохордов и , которые для указанных условий равны Стрелка измерительного прибора остается на нулевой отметке. При отсутствии потока, но при наклоне скважины (корпуса прибора) изменяются сопротивления и включенные в измерительную дифференциальную схему, однако при различных углах наклона они остаются равными. Измерительной схемой косвенно опреде ляется их разность и измерительный прибор показывает ноль. При наличии потока вверх (положение II лопасти, фиг. 1) сопротивление R Bреохорда камеры 5 определяет ся расходом (углом отклонения лопас ти) и зависит от угла наклона прибо ра. Показание измерительного прибора ИП независимо от угла наклона датчи 554 ка определяется только углом поворота лопасти относительно корпуса расхода. Направление отклонения стрелки определяется направлением потока. При потоке вниз изменяется полярность сигнала и соответственно направление отклонения стрелки. А угол отклонения стрелки, с учетом вышеизложенрого, пропорционален расходу жидкости. Таким образом, использование двух идентичных преобразователей (один угла поворота лопасти, другой угла наклона корпуса) и включение их в дифференциальную измерительную схему позволяет исключить влияние угла наклона датчика расходомера на точность определения направления потока и расхода. Преимущество предлагаемого датчика скважинного расходомера заключается в том, что он содержит только поворотную лопасть и изолированный преобразователь угла ее поворота, на надежной работе которых в меньшей степени отражается воздействие содержащихся в скважинной жидкости загрязняющих включений. Наличие второго идентичного преобразователя, жестко установленного на корпусе, и включение датчиков в дифференциальную измерительную схему позволяет повысить точность определения направления потока и величины расхода при различных углах наклона скважинного датчика в процессе скважинных замеров. При работе в загрязненных жидкостях датчик сохраняет установленные параметры работы. Значение дополнительного момента, воздействующего на лопасть за счет изменения удельного веса жидкости в диапазоне-(0,04 - 0,4) г/см более чем на порядок меньше значения момента, определяющего порог чувствитель- ности датчика скважинного расходомера. Начальный момент уравновешивающей пружины соизмерим с моментом порога чувствительности и на порядок превосходит дополнительньй момент, воздействующий на лопасть путем изменения удельного веса жидкости. Поэтому дополнительный момент, воздействующий на лопасть путем изменения удельного веса жидкости, не вызывает поворота лопасти. Влияние удельного веса в других точках диапазона измерений оказывается еще меньше.

СКВАЖННЫЙ РАСХОДОМЕР, содержащий корпус, подпружиненную пожидк По Фиг. / воротную лопасть и преобразователь угла поворота лопасти, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения расхода и направления потока путем исключения влияния угла наклона расходомера и повышения надежности работы в звг- рязненных средах, преобразователь угла поворота лопасти выполнен в виде двух идентичных камер с установленными в них реохордами, частично , заполненных токопроводящей жидкостью, при этом одна камера установлена на лопасти, другая - на корпусе, а реохорды включены в дифференциальную схему измерения. и