Устройство для определения состояния флюидов Советский патент 1987 года по МПК E21B47/10 

113

Изобретение относится к области определения состояния флюидов в природных условиях и в технологически;х установках и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, в частности, .для определения границ раздела между разнородными флюидами, например, водонефтяного контакта (ВНК) в стволе скважин, или изменения скорости потока однородного флюида, например, водоворотов в морских глубинах или воздушных течений на различных высотах.

Цель изобретения - повышение на- дежности и чувствительности устройства для определения состояния флюидов На фиг.- 1 представлена электрическая схема устройства управляемого генератора прямоугольных импульсов

инфранизких частот; на фиг. 2 - схема корпуса чувствительного органа, поперечное сечение; на фиг. 3 - временные диаграммы работы электрической схемы.

Устройство содержит инвертор 1, амплитудный дискриминатор 2, элемент 3 задержки, тиристорный ключ 4, источник 5 постоянного тока, цепь 6 промьшшенной частоты, активное сопро- тивление 7, нагреватель 8, размещенный в корпусе, и термосопротивления 9 размещенные вокруг нагревателя 8 и подключенные к амплитудному дискриминатору 2, выход которого через инвертор 1, элементы 3 задержки и тиристорный ключ подключен к нагревателю 8.

При дистационном измерении устройство содержит также модулятор Ю с генератором несущей частоты f, линию 11 связи и демодулятор 12.

Цепи промьшшенной частоты U,, и сигналов информации U, разделены известным методом. Управляемый мультивибратор 13 (например, субблок ГС комплекса Спектр) в течение времени выдает импульсы число которых п(Т) регистрируется цифровым прибором 14 (например, типа ПС 02-08).

Принцип работы основан на том, что параметры сигналов ставятся в зависимость от теплофизических параметров состояния окружающей среды.

Электрическая схема предлагаемого устройства содержит цепь обратной связи, по которой напряжение U. с термосопротивлений 9 подается на вход амплитудного дискриминатора.

Логическая структура схемы такова, что она попеременно может находиться в двух состояниях И и Л.

При логическом уровне напряжений и (Uj,n5|), что соответствует состоянию И схемы, тиристорный ключ 4 открывается и напряжение промьшшенной частоты , подается на нагреватель 8. В результате нагрева термосопротивлений 9 их суммарное сопротивление R, а следовательно, напряжение U,. на них, уменьшается. Продолжительность убывания и до уровня переключения схемы зависит от отвода тепла от поверхности чувствительного органа (40). В свою очередь, интенсивность отвода тепла при постоянстве массы m 40, напряжения питания схемы и, потребляемой мощности нагревате

ля Р зависит от теплофизических параметров (Л, Ср, УС , Т, у ) состояния окружающей среды, т.е. чем ниже температура Т;. и (или) вьш1е скорость 5 течения У (обдувка Ч О) окружающей среды, тем больше отвод тепла от поверхности 40. Подобно любому нагретому металлическому телу интенсивность отвода тепла от поверхности 40 будет изменяться также в зависимости от того, обладает ли окружающий 40 флюид высокой или низкой теплопроводностью Л и (или) теплоемкостью С., т.е.

5

окружен ли 40 водой или нефтью, или находится в газовой среде.

При достижении U.p Uonop з выходе амплитудного дискриминатора 6 напряжение Uqa срывается, тиристорный

ключ 4 включается и нагреватель обес- 0 точивается, т.е. схема скачком переходит в состояние Л. После переключения схемы, в зависимости от степени инерционности 40, некоторое время убывание.и продолжается. Затем в ре- 5 зультате естественного охлаждения термосопротивлений 9 их суммарное сопротивление R, а следовательно Ц, растут. Продолжительность роста U зависит от влияния указанных факто- 0 ров. При достижении U. происходит обратный переброс схемы и начало нового цикла.

Таким образом, продолжительность пребывания схемы в каждом из двух состояний (И и Л), т.е. длительность tr, а следовательно, частота повторения импульсов 1/2 tr, зависят от значений теплофизических параметров (Л,

Ср , Yj. , Tj , |,) окружающего 40 флюида в совокупности и отдельности.

Если технологическое условие, где применяется предложенное устройство, таково, что одновременно могут изменяться- не все перечисленные теплофи- зические параметры окружающего 40 флюида, а отдельные из них У. и (или) Т или Сп и Л, то ясно, что длительсность

Р

и

Z и частота повторения выходных импульсов будут отражать в себе информацию об изменении скорости потока У(. и (или), температуры Т. или Ср и Л, используемых для определения места слияния двух разнородных флюидов, в частности ВНК, в стволе скважин.

Применению устройства для определения состояния флюидов в условиях скважин благоприятствуют следующие факторы: по эксплуатируемым скважина обычно известны компоненты добываемой газожидкостной смеси.(нефть, вод и газ); одна из компонент, а именно пластовая вода, поступает в скважину из нижних отверстий фильтра и до ВНК сохраняет свои пластовые теплофизи- ческие параметры (Л, Ср) состояния; при нормальном техническом состоянии скважин изменение других теплофизи- кеских параметров по толще фильтра, в частности температуры Т (Н) и скорости потока У(. (Н), происходит без существенных скачков; компоненты газожидкостной смеси по параметрам Л и Ср.существенно (в 2-5 раз) отличаютс я между собой, t

ВНК определяется в следующей последовательности. Устройство на каротажном кабеле, без применения пакета через НКТ спускается до нижней отметки контролируемого участка, а затем ступенчато протягивается по стволу скважины и на каждой ступени дистан- цио.нно регистрируются параметры f или . По полученным данным строят

0

диаграмму изменения ((Н) или - (Н) по исследуемому участку ствола скважины. По скачкообразному изменению полученных диаграмм определяют место слияния разнородных флюидов в стволе скважины (воды с нефтью или нефти с газом).

Устройство для определения состояния флюидов, в которых оно находится, вьщает информацию импульсами постоянного тока с инфранизкой частотой повторения, благодаря чему обеспечивается помехоустойчивость передачи сигналов и возможность использования цифровых приборов для регистрации их без промежуточного преобразования.

В результате размещения термосо-, противлении вокруг нагревателя теплообмен по системе флюид - термосопротивление - нагреватель осуществляется в радиальном направлении, создаются условия для увеличения чувствительности устройства и зффективной мощ- 5 ности нагревателя, а также возникает техническая возможность для замены полупроводниковых термисторов проводниковыми термосопротивлениями с линейной характеристикой.

5

Формула изобретения

Устройство для определения состояния флюидов, содержащее корпус, нагреватель и термосопротивления, соединенные со схемой преобразователя сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и чувствительности устройства, в него введены амплитудный дискриминатор, инвертор, элемент задержки и тиристорный ключ, причем нагреватель размещен в корпусе, а термосопротивления размещены вокруг него и подключены к амплитудному дискриминатору, выход которого через инвертор, элемент задержки и тиристорный ключ подключен к нагревателю.

Изобретение относится к технологии бурения нефтяных и газовых сква- жнн и позволяет повысить надежность и чувствительность устр-ва. В корпусе устр-ва размещен нагреватель (Н). Вокруг него размещены термосопротивления и подключены к амплитудному ь U, дискриминатору 2. Его выход через последовательно соединенные инвертор 1, элемент 3 задержки и тиристорный ключ 4 подключен к Н. При дистанционном измерении устр-во включает модулятор 10, линию 11 связи и демодулятор 12. Управляемый последним мультивибратор 13 в течение времени с вьщает импульсы 1). , число которых регистрируется цифровым прибором 14. Охлаждение (нагрев) термосопротивлений 9 после отключения (включения) Н наступает не мгновенно, а через время Т. Продолжительность Т , а следовательно частота повторения импульсов на выходе инвертора 1 находятся в зависимости от параметров окружающей среды - теплопроводности, теплоемкости, скорости потока, т-ры, уд. массы. При этом обеспечивается постоянство массы чувствительного органа, напряжения питания и мощное- . ти Н. 3 ил. а (/) 00 00 0 с