Устройство для измерения градиента температуры в буровых скважинах Советский патент 1989 года по МПК E21B47/06 

2

Изобретение относится к тепловым методам исследования горных пород, пересеченных скважиной. Цель - повышение достоверности измерения. Устройство содержит размещенные на кабеле концевые части 2, разделенные между собой центральной частью и выполненные в виде удлиненных наконечников. В последних установлены датчики 3 градиента т-ры. Датчики 3 установлены в середине частей 2, выполненных из одинакового теплопроводного или теплоизолирующего материала. Центральная часть выполнена соответственно из теплоизолирующего или теплопроводного материала. Длина частей 2 не менее десяти их диаметров. Использование данного материала позволяет получить симметричную картину распределения т-ры вдоль устройства. Размещение датчиков 3 в средних частях обеспечивает измерение истинной величины градиента температуры. 4 ил.

1

со о со со

Изобретение относится к тепловым методам исследования горных пород, пересеченных скважиной.

Целью изобретения является повыше ние достоверности измерения градиента температуры путем устранения влияния искажений температурного поля, всегда возникающего в концевых частях цилиндрического зонда при поме- щении его в среду с другой тепло- проводностью.

На фиг.1 изображена конструкция устройства для измерения градиента температуры; на фиг.2 - конструкция устройства, где в качестве центральной части используется каротажный кабель; на фиг.З и 4 - графики изменения температуры с глубиной по стволу модели скважины: а) - ход тем пературы с нормальным градиентом (до помещения зонда); б) - ход температуры при наличии устройства в

скважине.

Устройство для измерения градиента температуры в буровых скважинах содержит размещенные на кабеле и заключенные в корпус 1 из эбонитовой или капроновой трубки концевые части 2, выполненные в виде удлиненных латунных наконечников, навинчивающихся на верхний и нижний концы корпуса, разделенные между собой центральной частью. Длина наконечников не менее десяти их диаметров. По оси наконечников в средней их части установлены датчики 3, например термопары или терморезисторы, выводы 4 от которых размещенные по оси наконечников, подсоединены к каротажному кабелю.

Скважинный прибор, показанный на фиг.2, представляет соединенные между собой отрезком каротажного кабеля двя удлиненных латунных наконечника

с об/dfe 10. I

Выполнение указанного соотношения «L/d5: 10 дает возможность применить к устройству теорию бесконеч- ного стержня (линейного источника), что значительно упрощает уравнение теплопроводности и легко обеспечивает выполнение требуемых начальных и граничных условий для его решения. Кроме того, выполнение данного соотношения препятствует распространению искажений температурного поля (возникающих при установке устройства на

0

0

5 0

5

5

5

п 5

0

точке измерения) на среднюю его часть.

Концевые части выполнены из одинакового теплопроводного или теплоизолирующего материала, а центральная часть выполнена соответственно из теплоизолирующего или теплопроводного материала.

Использование материалов с противоположными теплофизическими свойствами для изготовления центральной и концевых частей устройства позволяет получить симметричную картину распределения температуры вдоль устройства. Искажения температурного поля вдоль центральной части противоположны искажениям вдоль удлиненных наконечников, причем искажения в середине каждой из 3-х частей устройства (центральной и удлиненных наконечников) равны нулю (фиг.4), что и обеспечивает достижение цели, т.е. устройство позволяет определить истинное значение градиента температуры в скважинах.

В средней части каждого латунного наконечника установлены датчики 3 температуры, выводы от которых присоединяются к каротажному кабелю.

Устройства, изображенные на фиг.1 и 2, работают одинаково.

Определение градиента температуры осуществляют следующим образом.

На каротажном кабеле устройство опускается в скважину до нужной глубины и после восстановления теплового режима, фиксируется разность температур между датчиками. Момент восстановления теплового равновесия между устройством и средой определяется по стабильному во времени состоянию температуры датчиков.

Известно, что любое тело, помещенное в среду с установившимся тепловым режимом (при различии теплопроводности тела и среды), вызывает искажение этого поля, причем величина искажения зависит от соотношения теп- лопроводностей среды и тела, его размеров. Если тело имеет форму эл- пипсоида вращения или ограниченного цилиндра, ось которого направлена по нормали к фронту теплового потока, то наибольшее искажение существовавшей температуры образуется в концевых частях этого эллипсоида или цилиндра, причем искажения в верхней и

нижней частях имеют различный знак, следовательно, в средней части оно равно нулю.

Максимальное искажение температуры TB на конце цилиндра можно оценить по выражению

8,3

Г. (1

) % Ь

(О

где г0 - радиус цилиндра; Г - нормальный геотермический градиент в среде до внесения цилиндра; Ас и ft ц- теплопроводность среды и цилиндра.

Следует признать, что в известных конструкциях градиентометров, датчики располагаются в местах с наибольшими искажениями температуры.

Например, если принять базу гради ентометра с датчиками, установленными на его концах, равной 2 м, ради- м, градиент темпера- и

ус корпуса 0,02 туры 0,03°С/м, ftc 3 Вг/м°С (/1ц 380 Вт/м i-°C (цилиндр из меди) то суммарное искажение для обоих датчиков составит 0,01 и полученный градиент температуры будет равен 0,025°С/м, т.е. ошибка составит 17% в сторону уменьшения. Если базу градиентометра уменьшить, то величина ошибки соответственно увеличится.

На фиг.З представлен график температуры по стволу модели скважины (среда - парафин, ftc 0,257 Вт/м.°С) с помещенным туда латунным цилиндром (ц 89 Вт/м.°П). Диаметр цилиндра 0,01 м, Г 7 С/м.

Искажения температуры на концах цилиндра составляет«0,03°, что хорошо согласуется с рассчитанной по

15

20

79633 4

формуле (1) величиной. Температура в средней части цилиндра осталась без искажения. На фиг.4 приведен график температур в той же модели скважины, но цилиндр состоит из двух латунных частей, разделенных корпусом из эбонита. Как видно оба латунных стержня внесли одинаковые искажения в JQ график нормальных температур, причем температура в средней части латунных цилиндров осталась без изменения, что вытекает из формулы (1).

Таким образом, размещение датчиков температуры в средних частях цилиндрических удлинителей, где искажение температуры равно нулю, обеспечивает возможность измерения истинной величины градиента температуры, чем и достигается поставленная цель. Формула изобретения

Устройство для измерения градиента температуры в буровых скважинах, содержащее размещенные на кабеле концевые части, разделенные между собой центральной частью и выполненные в виде удлиненных наконечников с установленными в них датчиками градиента температуры, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности измерения, датчики градиента температуры установлены в середине концевых частей, выполненных из одинакового теплопроводного или теплоизолирующего материала, а центральная часть выполнена соответственно из теплоизолирующего или теплопроводного материала, причем длина концевых частей не менее десяти их диаметров.

ФиаЪ

ГС

71 22 23 74 6 26 27

30ча-зо- во70. 80.

90- 1ОО- 17О- 120Н,сч«

ФигЛ