Устройство для измерения дебита жидкости или газа в скважине Советский патент 1984 года по МПК E21B47/10 

Изобретение относится к устройст вам для измерения дебита жидкости или газа в скважинных условиях и мо жет быть использовано преимуществен для измерений дебитов механически загрязненных потоков. Известны устройства для измерени расхода, выполненные в виде пневмометрических трубок, имеющих два отверстия (диаметром порядка 0,03 мм) для отбора давлений L1. Однако засорение отверстий в загрязненных потоках и большая длина отвода давлений из скважины полностью исключает возможность применени их в скважинных условиях. Известны устройства, работающие на основе теплообмена поперечно обт каемого цилиндрического чувствитель ного элемента С21, Однако данные устройства не приспособлены для работы в скважинах, так как в них применяются термопары показания которых искажают магнитны поля в скважинах, так как они индуци руют ток, превышающий ток, возникающий в термопарах. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения дебита жидкости или газа в скважине, содержащее корпус, в котором размещены два цилиндра с нагре вательными термочувствительными элементами. Устройство действует на основе изменения омического сопротивле НИН от изменения температуры стенки измерительных элементов, т.е. от интенсивности теплопередачи цилиндров, обусловленной скоростью измеряемой жидкости и условиями обтекания. В измерительных элементах имеющиеся омические сопротивления служат одновременно источниками нагрева и измерительными элементами устройства. Чувствительность устройства и диапазон измерений зависит от интенсивнос ти теплоотдачи цилиндрических измери тельных элементов в потоке жидкости или газа t33. Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность и узкий диапазон измерения. Цель изобретения - повьпиение чувствительности и расширение диапазона измерения. Поставленная цель достигается тем, что Б устройстве для измерения 6 дебита жидкости или газа в скважине, содержащем корпус, в котором размещены два цилиндра с нагревательными и термочувствительными элементами, цилиндры выполнены одинакового диаметра и установлены по оси корпуса последовательно друг за другом на расстоянии, выбираемом в следующих пределах:1,8с xi 2,7ot, где X - расстояние между цилиндрами, см; диаметр цилиндров, см. На фиг.1 изображено предлагаемое устройство на фиг.2 разрез А-А на фиг.1} на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1 Устройство состоит из измерительных элементов 1 одинакового диаметра, выполненных в виде поперечно обтекаемых цилиндров и изготовленных из медных трубок, установленных последовательно один за другим по потоку. Внутри измерительных элементов 1 помещены намотанные на керамические сердечники омические сопротивления 2, изготовленные из материала, отличающегося большим температурным коэффициентом сопротивления. Омические сопротивления 2 вставлены в цилиндрические корпуса измерительных элементов 1 и для улучшения их теплоотдачи залиты легкоплавким сплавом. Перед заливкой сопротивления 2 тщательно изолируются термостойким лаком. Изготовленные таким образом измерительные элементы 1 устанавливаются в защитный кожух 3, выполненный в виде вертикальной трубы, который одновременно служит несущим корпусом устройства и с помощью уплотнителя 4 присоединен к соединительной муфте кабеля. Измерительные элементы 1 установлены один за другим последовательно по потоку. Электрический ток к устройству подводится с помощью кабеля, котоый одновременно служит средством для опускания его в скважины, а также для вывода измерительных цепей от измерительных элементов 1. Оптимальным вариантом подбора диаетров измерительных элементов 1, омещенных в защитном кожухе 3, явяется cfi или , где и Ь диаметры соответственно первого второго измерительных элементов 1, становленных последовательно по пооку. При том же расстоянии х между осями измерительных элементов уменьшение значения соотношения от 1 до 0,5 несколько (примерно на 3,6%) уменьшает теплоотдачу второго цилиндра, так как чувствительность измерительных элементов 1 к измерению скорости в защитном кожухе 3 соответственно понижается. Вместе с тем изготовление измерительных элементов одинакового диаметра технологически проще. При меньших значениях соотношения cfj/cj i; 0,5 турбулентность набегающе го потока уменьшается и она влияет лишь на небольшую часть поверхности лобовой части второго измерительного элемента, поэтому теплоотдача второго элемента при других равных услови ях будет значительно меньше (на ), т.е. чувствительность устройства понижается соответственно в большей мере. При больших значениях соотношения 1 второй цилиндрический измерительный элемент полностью находитс в тени первого, поэтому условия его обтекания ухудшаются, а теплоотдача второго цилиндрического элемента уменьшается, т.е. чувствительност устройства понижается. При большом значении x/d 2,7турбу лентность в вихревом следе цилиндрического измерительного элемента гаснет и на второй измерительный элемент наб.егает поток с меньшей степенью турбулент ности чем при x/of 2,7. Поэтому теплоотдача второго измерительного элемента уменьшается, т.е. чувствительность устройства падает (примерно на 2,8%). С уменьшением расстояний между из мерительными элементами х/сЬ 1,8 лобовая часть второго измерительного элемента находится в еще не развитом следе, т.е. второй элемент находится в тени первого. Это приводит к уменьшению теплоотдачи второго элемента, т.е. падении чувствительности устройства (на -3,2%). Оптимальным диапазоном значений как в докритической области обтекани (е ) , так и в критической ((2-105) являются значения x/crf от 1,8 до 2,7. В этом диапазоне теплоот второго цилиндра является макси мальной, т.е. его теплоотдача увеличивается на 40% по сравнению с теплоотдачей одиночно обтекаемого цилиндрического элемента и критической области. Поэтому в диапазоне х/с от 1,8 до 2,7 чувствительность устройства является максимальной во всех режимах обтекания. ЗнЕЦИтный кожух служит одновременно несущим корпусом устройства и выполнен в виде вертикальной трубы, так как гладкие трубы и каналы неизменного проходного сечения обладают наименьшим гидравлическим сопротивлением, что улучшает условия обтекания измерительных элементов, установленных в защитном кожухе. Работа устройства основана на изменении омического сопротивления 2, зависимо от изменения температуры стенки измерительных элементов 1, обусловленной условиями обтекания и скоростью потока измеряемой жидкости или газа. В горизонтально расположенных двух один за другим последователь но по потоку измерительных элементах 1 (цилиндрах) имеются омические сопротивления 2 по 500 Ом. Эти омические сопротивления 2 соединены последовательно, служат одновременно источниками нагрева и измерительными элементами устройства. Нагрев измерительных элементов 1 производится с помощью электрической схемы постоянного тока.Через обмотки измерительных элементов 1 пропускается постоянный ток величиной 0,13 А. Величина омического сопротивления 2 меняется зависимо от скорости набегающего на измерительные элементы 1 потока жидкости или газа. Измерениям в скважине предшествует тарировка одного устройства данной серии на стенде, имитирующем скважину. Измерение омического сопротивления в зависимости от скорости потока и стабильный нагрев измерительных элементов устройства осуществляются на принципах действия мостовой схеиы. Установка измерительных элементов один за другим последовательно по потоку повьппает теплоотдачу в основном второго измерительного элемента. Это способствует изменению сопротивления обмоток в значительной мере, что повышает точность измерений и расширяет диапазон измеряегФгх скоростей (дебитов) в сторону больших значений.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕБИТА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА В СКВАЖИНЕ, содержащее корпус, в котором размещены два цилиндра с нагревательньми и термочувствительными элементами, отличающееся тем, что, с целью повьпиения чувствительности и расширения диапазона измерения, цилиндры вьшолнены одинакового диаметра и установлены по оси корпуса последовательно друг за другом на расстоянии, выбираемом в следующих пределах: 1, X fc 2,7d, где X - расстояние между цилиндрами, см, (Л с - диаметр цилиндров, см.