Устройство для измерения расхода теплоносителя в нагнетательных скважинах Советский патент 1985 года по МПК E21B47/10 

1 1 Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для измерения расхода теплоносителя в продуктивны пластах нагнетательных скважин в процессе теплового воздействия на пласт. Известно устройство для измерени расхода теплоносителя в нагнетатель ных скважинах, содержащее корпус, турбинку, тахометрический преобразо ватель, включающий на валу турбинки постоянный магнит и размещенный в корпусе сердечник с обмоткой и вторичный преобразователь lj . Недостатком данного устройства является наличие пары сил противопо ложного напрарления, действующих на вал крьшьчатки перпендикулярно ее о вращения, которая создает перекос вала крыльчатки в опорах, увеличива трение при вращении, что уменьшает чувствительность расходомера и пони жает его работоспособность. I Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения расхода теплоносителя в нагревательных скважинах, содержащее корпус, турбинку, на валу которой закреплен постоянный магнит, два геркона, торо идальный сердечник с двухсекционной обмоткой, канал связи, вторичный преобразователь, источник питания и преобразователь частоты в напряжение с задатчиком J Недостатком известного устрой-t ства является наличие в скважинной части устройства, обычно работающей при высокой температуре, переключателя полярности питания статора, реа лизация которого в таких условиях затруднена. В устройстве второй магнит управления герконами расположен эксцентрично относительно вала турбинки, а это ухудшает его эксплуатационные и надежностные характеристик Кроме Toroi большая масса узла тур- бинки с магнитами и большой.момент трения в опорах уменьшает чувствительность устройства, что особенно сказывается при измерении малых расходов в момент начала движения турбинки. Это не позволяет измерять малые величины расхода теплоносителя и тем самьп ограничивает диапазон измерения устройства со стороны малых расходов. 1 Цель изобретения - упрощение конструкции скважинной части устройства путем исключения переключателя полярности.. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения расхода теплоносителя в нагнетательных сважинах, содержащем корпус, турбинку, на валу которой установлен постоянный магнит, тороидальньй сердечник с двухсекционной обмоткой, два поляризованных геркона, канал связи, вторичный преобразователь, источник питания и преобразователь частоты в .напряжение с задатчиком, причем в переключателе полярности питания статора и двухконтактных герконов установлены трехконтактные поляризованные герконы, переключающиеся контакты соединены с выводами двухсекционной обмотки статора, а неподвижные разноименные контакты обоих герконов соединены между собой и подключены к двухпроводной линии связи скважинной части устройства с наземной. Кроме того, с целью повышения чувствительности и работоспособности устройства поляризованные герконы обращены к валу одноименными полюсами . При этом с целью расширения диапазона измерения со стороны малых расходов за счет сообщения турбинке вращательного момента устройство снабжено переключателем, включенным в разрыв между источником питания и линией связи, позволяющим изменять направление тока, подаваемого в обмотки статора. На фиг. 1 показан расходомер, общий вид, в разрезе; на фиг. 2 электрическая схема расходомера (узел скважинного преобразователя показан в режиме торможени.я); на фиг. 3-5 - узел скважинного преобразователя в различных режимах работы (на фиг. 3 - в положении, когда турбинка повернута на 180 по отношению к положению, на фиг. 2; на фиг. 4 то же, что и на фиг. 2, только в двигательном режиме; на фиг. 5 с повернутой турбинкой на 180 по отношению к положению на фиг. 4). Расходомер состоит (фиг. 1) из корпуса 1, в котором на опарах 2 вращается турбинка 3 под действием потока, проходящего через входные 4 и выходные 5 окна корпуса. Для формнроваиия потока и направления его в нзмерительньп канал предусмотрен пакер 6. На валу 7 турбинки 3 закреп лен постоянный магнит 10 с радиальным (по отношению к валу) расположением полюсов. Магнитное поле магнита 10 пересекает области расположения герконов 8 и 9 и тороидального сердечника 11 с обмотками 12. Поляризованные герметичные контакты 8 и 9 расположены радиально по отношению к валу турбинки и размещены в герметичных отсеках корпуса 1, Тороидальный сердечник 11, снабженный двухсекционной обмоткой 12 и размещенный в герметичном отсеке корпуса 1, образует статор, а магнит 10 вьтолняет роль статора устройства, которое в зависимости от направления вращения турбинки и бегущего магнитного поля статора может создавать как тормозной, так и вращательный моменты. Для связи с вторичной аппаратурой, находящейся на поверхности (не показано), служит двухпроводннй канал 13 дистанционной связи. Обмотк 12 статора состоит (фиг, 2) из равны по числу витков секций 14 и 15, делящих статор на две симметричные ча ти, что придает статор.у свойства электромагнита с расположенными на стыках секций полюсами. Обмотки 14 и 13 имеют электрическую связь с переключающимися контактами 16 поляризованных герметических контактов (герконов) 8 и 9. Разноименные непод вижные контакты 17 и 18 герконов 8 и 9 соединены между собой и при помощи линии 13 связи с наземной частью устройства, т.е. с вторичнь1м прибором 19 и регулируемым источник 20 постоянного напряжения через пер ключатель 21. Связь скважиниой част устройства с вторичным прибором 19 осуществлена через распределительну емкость С, а с источником 20 напряж ния - через переключатель 21 калибр ванных напряжений. Стыки-секций 14 ,и 15 статора (полюса элемтромагнита и герконов 8 и 9 расположены в обще плоскости, проходящей через ось вала 7 турбины 3. Предельный постоянный магнит 10 лежит в общей плоскости, проходящей через ось вала 7. Для обеспечения возможности изменения крутизны преобразователя в схему устройства введены преобразователь 22 частоты в напряжение с задатчиком 23 характера регулирования. Усугройство 11аботает следующим образом. Пэи поступлении контролируемого потока в измерительный канал турбинка 3 начинает враигаться с пропорциональной объемному расходу скоростью (частотой вращения). Одновременно вращается расположенньвЧ на валу турбинки магнит 10, Управляющий герконами 8 и 9, в связи с чем происходит двойное в течение оборота переключение контактов герконов и двойное в течение одного оборота переключение направления тока в обмотках 14 и 15 статора, частота которого также пропорциональна объемному расходу. Возникающие в процессе переключения герконов импульсы отфильтровываются емкостью С и поступают на вторичный прибор 19, где фиксируются. По частоте следования импульсов судят по величине расхода. В результате изменения переключающимися контактами герконов 8 и 9 направления тока в обмотках 14 и 15 в статоре образуется бегущее магнитное поле за счет наличия в нем электромагнитных полюсов, периодически меняющих свою полярность. На фиг. 2 и 3 показано изменение полярности полюсов статора и положение контактов герконов в зависимости от положения вала турбинки 3 в тормозном режиме, т.е. когда переключатель 21 находится в положении II. При положении турбинки, показанном на фиг. 2, под действием магнитного потока 10 в герконах 8 и 9 осуществляется переключение контактов 16 так, что происходит их соединение с контактом в герконе 8 и с контактом 18 в герконе-9. Если верхний контакт источника 20 напряжения считать положительным, а нижнийотрицательным полюсами, то при положенииД переключателя 21 происходит подключение обмоток статора 14 и 15 к кааалу связи 13 так, что по обмоткам 14 и 15 статора будет протекать ток в одном направлении (направление тока показано стрелками) и он создает магнитное поле в статоре такое, что на стыке обмоток будет магнитный полюс противоположного значения, чем полюс магнита 10. Это обеспечивает их притяжение и тем самым создает тормозной момент. При повороте турбинки на 180° (фиг, 3) полярность полюсов магнита 10 изменится на противоположную. Под действием его магнитного поля произойдет переключение контактов 16 герконов 8 и 9. Тогда произойдет коммутация обмоток 14 и 15 статора так, что ток в обмотках 14 и 15 поменяет свое направление. Произойдет переплюсовка сердечника 11 статора. Так как в этот момент магнит 10 повернется на 180 относительно оси вращения, то полюса магнита 10 окажутся напротив противоположных полюсов сердечника. Это вызывает притяжение между полюсами магнита 10 и полюсами сердечника 11 При дальнейшем повороте турбинки на 180° опять произойдет коммутация контактов 16 с 17 геркона 8 и контакта 18 геркона 9, направление тока в обмотках Н и 15 поменяется на про тивоположное. Таким образом, магнитное поле статора начинает препятствовать вращению ротора, причем в течение полуоборота это взаимодействие нарастает, после чего меняе свой знак на обратный, и процесс повторяется. Тормозной.момент зависит от величины электромагнитного поля, создаваемого обмотками 14 и 15 статора, а последний - от величины тока. Следовательно, меняя пропускаемый через обмотки статора ток, можно менять величину тормозного момента на валу турбинки и тем самым скорост ее вращения, Крутизну характеристики n(Q) можно регулировать переключателем 21. Чем меньше напряжение питания, тем, больше крутизна характеристики и наоборот. Поступаюрще во вторичной прибор 1 9 (фиг. 2) с.частотой переключения герконов импульсы поступают также н преобразователь 22 частоты, где преобразуется по программе, заданной задатчиком 23, в постоянное напряжение. Последнее управляет источником напряжения. Вследствие этого напряж ние питания обмотки статора, выра,батываемое силовьи блоком, меняется п величине в соответствии с изменением частоты вращения турбинки по программе задатчика. Устройства может работать и в двигательном режиме. Лля этого переключатель 21 ставится в положение 1 . Если при расположении турбинки относительно статора и герконов, как показано на фиг. 2, поменять направление тока в линии связи изменением полярности подаваемого в нее напряжения, то ток, протекая по обмоткам 14 и 15, создает в сердечнике 11 такое магнитное поле, что на стыке обмоток будет магнитный полюс такого же значения, что и на магните 10. Это создает силу отталкивания, под действием которой Создается вращательный момент ротора относительно корпуса прибора . При повороте ротора на 180 (фиг. 5) происходит переключение герконов, последние произведут коммутацию цепи питания обмоток 14 и 15 так, что по ним потечет ток, который опять создает в сердечнике 11 одноименные полюса магнитов по отношению к магниту 10. Такое расположение магнитных полюсов снова создает вращательный момент. Величина вращательного момента тоже зависит от величины тока в обмотках 14 и 15, а последний зависит от напряжения источника 20 питания. Лля каждого устройства экспериментально можно подобрать такую величину напряжения на выходе источника 20 питания, которое позволяет создать на роторе вращательный момент, намного больший момента трогания турбинного преобразователя. В устройстве можно применять более простую конструкцгео турбинки, со сбалансированным узлом, что создает не только тормозной, но и вращательный моменты, и позволяет повысить его надежность и расширить рабочий диапазон. Эффект от внедрения предлагаемого устройства заключается в расширении области применения тахометр-ического преобразователя расхода на новую среду - влажньй пар. Наличие информации о расходе в нагревательных скважинах в Процессе теплового воздействия на пласт позволяет оптимизировать режим воздействия с целью максимального повьапения теплоотдачи.

/J

Фиг Т

/

/J

Фи9.2

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ, содержащее корпус,, турбинку, на валу которой установлен постоянный магнит, тороидальный сердечник с двухсекционной обмоткой, два Поляризованных геркона, канал связи, вторичный преобразователь, источник питания и преобразователь частоты в напряжение с задатчиком. отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции путем исключения переключателя полярности, переключающие контакты поляризованных герконов соединены с выхода двухсекционной обмотки статора, а неподвижные именные контакты обоих герконов соединены между собой и подключены к проводам канала связи. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повьшения чувствительности и работоспособности устройства путем исключения действукмцей на вал пары сил противоположного направления, поляризованные герконы обращены к валу одноименными полюсами. (Л 3.Устройство по п, 2,-о т л ичающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения путем создания вращающего момента на турбинке, оно снабжено переключателем, включенным в разрыв между источником напряжения и линией связи, позволяющим изменять направление тока, подаСП ваемого в обмотки статора. .1 4 СП