Устройство для измерения скорости движения,электрического сопротивления и температуры жидкости в скважине Советский патент 1985 года по МПК E21B47/10 

I Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть исполь зовано для измерения расхода и состава жидкости в.добывающих и нагнетательных скважинах. Цель изобретения - повышение точ ности Измерения скорости жидкости путем пропускания нагревгиощего тока через исследуемую жидкость и рас ширение функциональной возможности устройства за счет использования им пульсного источника тепла в качестве резистивиметра и термометра и использования устройства как в добы вающих, так и в нагнетательных сква жинах . На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 график температуры жидкости после пропускания через нее импульса тока (звездочкой отмечен момент запуска нагревателя} it - квант времени; Т - период запуска нагревателя; ЬТ - интервальное время); на фиг. 3 график напряжения на накопительном конденсаторе (за время RC напряжение падает в е раз, т.е. составляет 0,37 Up); на фиг. 4 - положение уст ройства в добывающих скважинах (в нагнетательных скважинах устройство подсоединяется к каротажному кабелю с другого конца). Устройство состоит из наземной п нели 1 и глубинного прибора 2, соединенных каротажным кабелем 3. В наземную панель входят генератор 4 меток времени, делители 5, 6 и 7, элемент И 8, элемент 9 укорочения, элемент 10 задержки, блок 11 запуска,, счетчик 12, элементы 13 и 14 укорочения, регистр 15. триггер 16, цифроаналоговьвй преобразователь 17, элемент 18 укорочения, аналоговый и цифровой регистраторы 19 и 20. Генератор 4 меток времени через переключатель V/R соединен с делите лем 7 и непосредственно с делителями 5 и 6. Коэффициент деления делит лей может регулироваться переключателями Масштаб уровня, Масштаб времени, Множитель периода. Через переключатель V/R метки времени проходят на блок 11 запуска разряда накопительного конденсатора С. Конденсатор С разряжается через коммутатор 21 и исследуемую жидкость посредством электродов г. 982 Термочувствительный элемент и преобразователь температура - частота объединены в элементе 22. Выход преобразователя температура - частота через переключатель V/R подан на делитель 7, откуда через схему 11 когда триггер 16 выдает разрешение, поступает на вход счетчика 12, сброс которого осуществляется через элемент 9 укорочения. Вьгход порогового элемента 23 через переключатель V/R в положении R подан на вход элемента 14 укорочения, откуда сигнал поступает на вход О установки триггера. Одновременно с запуском разряда запускаются аналоговый 19 и цифровой 20 регистраторы данных. Выход счетчика 12 подан на вход регистра 15 параллельным кодом. Выход регистра 15 нагружен на цифроаналоговый преобразователь 17, а также подан на вход цифрового регистратора 20 параллельным кодом. На другой вход цифрового регистратора 20 подан черэз элемент 18 укорочения инверсный выход триггера 16На фиг. 4 представлена компановка глубинного прибора. Кабельные наконечники 24 установлены с обоих концов прибора. К ним подведены линии связи защитного кожуха 25 с блоком электроники, термочувствительного элемента 26 и импульсного источника 27 тепла, установленных на противоположных концах трубы 28, снабженной с обоих концов окнами 29 для входа и выхода потока измеряемой жидкости. Прибор опускается в скважину на каротажном кабеле 3 . Устройство работает в трех раздельных режимах: измерение скорости движения жидкости, измерение температуры жидкости и измерение электрического сопротивления жидкости. Режим измерения скорости. В этом режиме (V) устройство квантует по времени процесс изменения температуры жидкости, наблюдаемый при прохождении тепловой метки мимо преобразователя 22, измеряет среднюю температуру жидкости за время каждого кванта и регистрирует гистограмму изменения температуры во времени п аналоговой и цифровой формах (фиг. 2). Интервальное время хода тепловой метки ЛТ определяется при дальнейшей обработке результатов измерений на ЭВМ или вручную. Скорость движения жидкости V определяется формуле где L - расстояние по оси скважины от центра межэлектродного промежутка до центра чувс вительного элемента преоб разователя температура частота; (S - поправка на интервальное время, обусловленная задержкой создания тепловой метки после соответствующего сигнала сверху (этой поправкой практически можн пренебречь). Режим включается установкой переключателя V/R в положение V, а переключателя V, R/t в положени V, R (положения, изображенные на фиг. 1). Цикл регистрации гистрограммы температуры начинается с запуска тепловой метки. Запуск проводится соответствующей меткой времени по тракту генератор А меток, делитель 5, переключатель Масштаб времени делитель 6, переключатель Множитель периода, переключатель V, R/ блок 11 запуска разряда, каротажны кабель 3, коммутатор 21. Конденсатор С разряжается через открывшийся коммутатор 21 в межэлектродную жидкость и спиральный нагреватель R. Метка запуска с выхода переключателя Множитель периода по .ступает также на регистраторы 19 и 20, формируя в них сигналы начала цикла. Первый сигнал с выхода переключателя Масштаб времени через эле мент 14 укорочения сбрасывает триг гер 16, подготавливая счет уровня в первом кванте времени, а после задержки элементом 10 и укорочения элементом 13 вновь включает триггер 16. Сигнал с единичного выхода триг гера через элемент 9 уйорочения сбрасывает счетчик 12, подготавлив его к работе, и, поступая на элемент И 8, открывает его на пропуск 984 ние. В счетчик 12 через элемент 8, переключатель Масштаб уровня, делитель 7, переключатель V/R и каротажный кабель 3 начинают поступать сигналы с выхода преобразователя 22. Второй сигнал с выхода переключателя Масштаб времени через элемент 14 сбрасывает триггер 16. Счет сигналов преобразователя 22, прекращается вследствие блокировки счетчика 12 элементом 8. Сигнал с инверсного выхода триггера16 через элемент 18 укорочения проводит запись числа счетчика 16 в регистр 15. Этот же сигнал поступает в цифровой регистратор 20 в качестве команды готовности данных пер вого кванта времени. Данные с выхода регистра 15 поступают по щинам данных в цифровой регистратор 20 .и в цифроаналоговый преобразователь 17. Цифровой регистратор 20 записывает данные первого кванта, а преобразователь 17 формирует сигнал на входе аналогового регистра 19, пропорциональный этим данным. После задержки элементом 10 сигнал с переключателя Масштаб времени включает через элемент 13 укорочения триггер 16. Последний сбрасывает через элемент 9 укорочения счетчик 12 и открывает элемент И 8 для счета данных второго кванта. Данные второго и всех последующих квантов накапливаются и регистрируются аналогично указанному выше. Процесс квантования периоди- чески повторяется в соответствии с установленной переключателем Масштаб времени шириной квантов времени до следукицего запуска тепловой метки. Режим измерения температуры жидкости (t ). Этот режим отличается от описанного вьш1е лишь тем, что в нем не запускаются тепловые метки и гистограмма температуры жидкости непрерывно записывается во времени (а при непрерьшном каротаже - по глубине). Для его реализации переключатель V, R/t размыкается (положение t ), вследствие чего сигналы на выходе блока 11-запуска и соответствукицих входах регистраторов 19 и 20 отсутствуют. Режим измерения электрического сопротивления жидкости (гд) Как известно из электротехники текущее напряжение на конденсаторе при разряде описывается следующим вьфажеиием t- . s;c где и, и Ug - текущее и начальное напряжения соответственно;t - время, прошедшее с н чала разряда; Rp - сопротивление цепи, по которой проходит разряд; С - емкость конденсатора Отсюда следует, что с. g. Таким образом, измерив время сп да напряжения до любого фиксирован ного относительного значения ( можно вычислить Rg. Если, например принять -- 0,37, то R (фиг. 3). В свою очередь R определяется в предлагаемом устройстве практически лишь параллельным соединением нагревательного элемента Ей межэлектродной жидкости (г): R , R+r следовательно, г. 5 и К -RO Режии г включается установкой переключателя V/R в положение R (нижнее на схеме), а переключателя V, R/t - в положение V, R (т.е. замкнутое). Здесь цикл измерения запускается очередным сигналом с выхода переключателя Множитель периода Этот сигнал через переключатель V, R/t поступает на вход блока 11 запуска и на соответствующие входы регистраторов 19 и 20, а через переключатель V/R - на вход элемента 10 задержки. БлОк 11 запускает чер кабель 3 и коммутатор 21 разряд конденсатора С, регистраторы 19 и 20 записывает метки начала цикла, а элемент 10 включает через элемент 13 укорочения триггер 16. Сигнал с прямого выхода триггера через элемент 9 укорочения очищает счетчик 12 и разблокирует элемент И 8. Метки времени с генератора 4 через переключатель V/R, делитель 7, переключатель Масштаб уровня и элемент И 8 поступают на счетчик 12, заполняя его. . В момент спада напряжения на конденсаторе С ниже фиксированного значения срабатывает пороговое устройство 23. Сигнал с его выхода через кабель 3, переключатель V/R и элемент 14 укорочения сбрасывает триггер 16. Сигнал с инверсного выхода триггера проводит запись времени, зафиксированного счетчиком 12, в регистр 15 и поступает на цифровой регистратор 20 в качестве команды готовности данных. Аналоговый регистратор 19 фиксирует на диаграмме уровень, пропорциональный времени разряда конденсатора. Регистратор 20 записывает это врбмя на цифровой носитель (например, магнитную или перфоленту). I В импульсном источнике тепла нагрев жидкости путем пропускания через нее импульса тока уменьшает теплоинерционные явления, что повышает точность измерений скорости движения жидкости в широком диапазоне скоростей., Снабжение глубинного прибора пороговым элементом и преобразователем температура - частота, а наземной панели схемой измерений постоянной времени разряда накопительного конденсатора и переключателем Скорость - сопротивление - температура позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет использования его в качестве резистивиметра и термометра. Это в Свою очередь позволяет за один спуск - подъем инструмента провести исследования расхода (дебита), минерального состава жидкости и ее температуры.

jf- НаеннмЛ yfoBia

Наеитоб , A/KftcHu t-

i

19

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВЮКЕНИЯ, ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКОСТИ В СКВАЛМНЕ, содержащее соединенные с помощью кабеля глубинный прибор, включающий термочувствительный элемент и импульсный источник тепла, удаленные один от другого на заданное расстояние, и наземную панель, включающую генератор меток времени, делители этих меток, логический элемент И, счетчик, выход которого соединен с входом регистра, а выход регистра соединен с цифроаналоговым преобразователем, триггер, элементы укорочения, отличающееся тем, что, с целью повышения точкости измерений, импульсный источник тепла выполнен в виде источника напряжения с накопительным конденсатором, который соединен с электродами через управляемый коммутатор, а электроды выведены в поток исследуемой жидкости и шунтированы сопротивлением. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что глубинный прибор снабжен пороговым элементом и преобразователем температура частота, а наземная панель снабжена схемой измерения постоянной времени разряда накопительного конденсатора в виде аналогового и цифс S рового устройств и переключателем Скорость, Сопротивление, Температура, причем накопительный конденсатор через пороговый элемент, переключатель Скорость, Сопротивление, Температура соединен с входом схемы измерения постоянной времени разряда, а ггреобразователь температура - частота через делитель меток времени соединен со счетчиком . г 3. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что, с целью со измерения расхода и состава жидкосQD ОО ти в добывающих и в нагнетательных сквя кинах, линии связи и управления выведены к обоим концам глубинного прибора, снабженным кабельными наконечниками.