Способ измерения параметров скважинной жидкости Советский патент 1986 года по МПК G01V3/18 

Изобретение относится к геофизическим методам исследования скважин, а именно к измерению плотности исследуемой сквалсинной жидкости, и может быть использовано в различных областях промьшшенности для анало-- гичных целей.

Целью изобретения является повышение скорости определения гшотности скважинной жидкости.

На фиг.1 приведена схема скважин- }гиго устройства; на фиг. 2 и 3 - подвижный конденсаторный датчик, разрез; на фиг,4 - эталонировочные кривые скважинного прибора.

Суть способа заключается в следующем. Известно, что емкость конденсатора, например плоского, определяется выражением

F F4

TJ о J-J о

с, -j-(1)

где Eg - электрическая постоянная вакуума Е - относительная диэлектрическая проницаемость исследуемой жидкости; S , d - соответственно площадь обкладок конденсатора и расстояние между ними, причем значения 5 и d известны и постоянны.

По аналогии с выражением (1) емкости выражение для второго дополнительного конденсаторного датчика, у которого расстояние между пластинами d 2 или площадь обкладок S бу- 1ет зависеть от плотности исследуемой жидкости, т.е.

С . d.

(2)

Из выражения (1) значени1е диэлектрической постоянной Е равно

EoS,

(3)

Так как в процессе измерения значений емкостей, они находятся в одинаковых условиях, то значение диэлектрической проницаемости, определяемой выражением (3), можно подставить в формулу (2). Тогда

Г - СХЁ.ЁЯ d,S,

(4)

Расстояние между п.пастинами второго конденсаторного датчика и площадь его обкладки на основании закона Архимеда зависит от плотности исследуемой жидкости, что в общем виде можно записать как

d, К р; (5)

S, К.Я„(6)

46035

где р - плотность исследуем(5Й жидкости; К , К,, - коэфс мциенты пропорциональности, зависящие от конструкции и условий применения этого 5 конденсатора.

Подставляя последовательно выражения (5) и (6) в формулу (4) и решая получаемые выражения относительно плотности исследуемой жидкости, 10 соответственно получим

Суdj 1

(7)

;;8),

0

5

Таким образом, получены аналитические выражения определения плотности исследуемой жидкости по результатам измерения величины емкостей двух конденсаторов С и С, при этом в выражении (7) функционально зависимой от плотности жидкости является величина емкости С через изменение расстояние между обклад ками конденсатора, а в выражении (8) эта же величина емкости зависит уже от площади обкладок (при постоянном расстоянии между ними). Все же прочие значения параметров, входящих в указанные выражения, являются постоянными и определяются конструкциями конденсаторов,

В устройстве, реализующем способ, используются элементы, всплывающие под действием выталкивающей силыАрхимеда, например, грузы-понтоны, к которым прикрепляются обкладки, перемещаемые относительно закрепленных и совместно образующие конденсатор, размещаемый рядом с конденсатором с жестко закрепленными

обкладками, причем в качестве грузов- понтонов в зависимости от конкретных у(1ловий эксплуатации могут использоваться элементы, имеющие удельный вес примерно равный удельному весу жидкости с минимальной плотностью, ,

Устройство содержит конденсаторный датчик 1, расстояние . об0 кладками которого неизменно, конденсаторный датчик 2, у которого расстояние между обкладками зависит от плотности исследуемой жидкости, отсек 3, в котором размешены вто5 ричпые преобразователи и устройства передачи данных по кабелю на поверхность, корпус 4 прибора. Стрелками показаны пути прохождения жидкости.

3

Работа устройства при измерении плотности жидкости происходит следующим образом.

При нахождении прибора в скважине относительно него протекает . исследуемая жидкость. Жидкость через отверстия попадает в камеру, где находятся конденсаторы 1 и 2 (фиг). В зависимости от плотности жидкости, под действием выталкивающей силы подвижные обкладки конденсатора 2 будут всплывать относительно неподвижной оси т.е. вдоль оси скважины. В результате будет изменяться расстояние между пластинами, а следовательно, и емкость конденсатора. Измеряя величины емкостей конденсаторов 1 и 2, по выражению (7) определяют плотность исследуемой жидкости.

Работа устройства не меняется при использовании конденсатора, у которого изменяется емкость в зависимости от площади обкладок (подвижные пластины всплывают) конденсатора. Определение плотности в этом случае осуществляется по выражению (8).

Дополнительный конденсаторный датчик, расстояние между обкладками которого зависит от плотности жидкости (фиг.2), содержит обкладки 5 конденсатора, в данном случае представляющие собой своеобразные шайбы, постоянные магниты 6 цилиндрической формы с круглыми отверстиями в центре, провода 7 от обкладок конденсатора, несущий шток 8, относительно которого двигаются подвижные обкладки конденсатора и несушле их постоянные магниты. Обкладки 5 конденсатора крепятся к постоянным магнитам, которые обращены друг к другу одноименными полюсами. В результате этого подвижные обкладки с магнитами находятся во взвешенном состоянии относительно закрепленного на штоке 8 нижнего магнита за счет отталкивающих сил одноименных полюсов/ Следовательно, расстояние между обкладками будет зависеть от плотности жидкой среды, в которую помещается конденсатор,

т.е.

сил выталкивания подвижной системы (незакрепленных магнитов с обкладками)конденсатора и, как следствие, будет изменяться емкость этого конденсатора. Однако емкость ко1зденсатора будет зависеть и от диэлектрической проницаемости

46036

Исследуемой жидкости. Зависимость от диэлектрической проницаемости исключается с помощью данных измерения емкости второго конденсатора, нахо- 5 дящегося в одинаковых условиях с первым, но имеющего постоянное расстояние между обкладками (см. выводы формул),

На фиг.3 приведена возможная кон- 10 струкция конденсатора, емкость которого изменяется за счет изменения площади обкладок конденсатора. Такой конденсатор содержит ограничивающее основание 9, к которому прикреплена 15 жестко неподвижная обкладка 10, являющаяся одновременно несущим элементом конденсатора, подвижные обкладки 11, которые крепятся к грузам-понтонам 12. Последние должны иметь удель- 20 ный вес несколько больший, чем удель ный вес.жидкости, имеющей минимальное значение плотности. При нахождении такого конденсатора в исследуемой жидкости грузы-понтоны всплы- 5 вают (тонут), а следовательно, всплывают (тонут) и подвижные обкладки i конденсатора. В результате уменьшается (увеличивается) площадь подвижных обкладок конденсатора относительно Q неподвижной, а следовательно, изменяется и емкость конденсатора.

Измерение емкостей указанных датчиков можно осуществить с помощью преобразователя, выходным сигналом которого является переменный электрический ток с частотой 1, меняющейся в соответствии с изменением контролируемого параметра,

Наиболее.простыми такими преобразователями являются генераторы, частоты которых изменяются при изменении измеряемых емкостей. Выходные частоты этих генераторов f и f (фиг.З), модулируя несущие частоты, далее передаются через геофизический кабель и фильтры на поверхность. Значения выделенных наземной аппаратурой частот фиксируют. Затем по предварительно снятьм зависимостям (графическим) частот от емкостей определяют значения емкостей. Получив таким образом значения емкостей датчиков, определяют плотность по формуле (7) или (8),

5

5

55 Формула изобретения

1, Способ измерения параметров скважинной жидкости, по которому основной конденсаторный датчик помещают в скважину и между его обкладками пропускают скважинную жидкость, измеряют электрическую емкость датчика, по величине которой определяют диэлектрическую проницаемость скважинкой жидкости, отличающий с я тем, что, с целью повышения скорости определения плотности сква- жинйой жидкости, в скважине размещают дополнительный конденсаторный датчик, с помощью которого измеряют величину выт.алкивающей силы, действующей на подвижную обкладку дополнительного конденсаторного датчика, и по величинам диэлектрической проницаемости и подъемной силы находят плотность скважинной жидкости.

2, Способ по п,1, отличающий с я тем, что, с целью повы- Егения .чувствительности измерений,

величину выталкивающей силы определяют с помощью постоянных магнитов , размещенных на обкладках дополнительного конденсаторного датчика и обращены один к другому одноименными

полюсами.i/r

П П

ю

П t1

Фиг.З

ю т 30 чл so ео 70 ва с,я

н«.Ч

Составитель Л.Воскобойни:ков Редактор Н.Егорова Техред И.ПоповичКорректор М.Шароши

Заказ 3996/39Тираж 728 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к геофизическим методам исследования скважин, а именно к измерению плотности сква- жинной жидкости, и может быть использовано в различных областях промышленности для определения плотности исследуемых сред. Цель изобретения - повьшение скорости определения плотности скважинной жидкости. Определение плотности скважинной жидкости осуществляется по результатам измерения емкостей двух конденсаторных датчиков, значение емкости одного из которых зависит от диэлектрической проницаемости и плотности, а другого - только от диэлектрической проницаемости исследуемой жидкости. При этом конденсаторный , у которого емкость зависит от двух указанных параметров, состоит из неподвижных обкладок и грузов-понтонов, к которым прикрепляются подвижные обкладки. Попадая в исследуемую жидкость , эти обкладки перемещаются под действием подъемной силы Архимеда относительно неподвижной, изменяя тем самым емкость этого конденсаторного датчика. Используя значение емкости конденсаторного датчика, у которого обкладки жестко закреплены (емкость меняется только от диэлект-г рической проницаемости), определяют .затем плотность исследуемой жидкости. 2 с.п. ф-лы, 4 ил. (Л ю 4 Од о 00 О)