Скважинный расходомер Советский патент 1991 года по МПК E21B47/10 

соединены между собой со стороны цилиндров. На корпусе 1 и хвостовике 2 выполнены каналы 8, имеющие в сечении форму сектора круга и соединенные между собой через полости 3 и 4. Между каналами 8 закреплена катушка индуктивности в защитном кожухе. На корпусе 1 и хвостовике 2

установлены обоймы 9 центратора. Каналы 8 снижают гидравлическое сопротивление потоку и улучшают промываемость расходомера. Снижение гидравлического сопротивления позволяет турбинке реагировать на слабые потоки, тем самым повышая чувствительность расходомера. 4 ил.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин. Цель изобретения - повышение надежности работы и чувствительности расходомера. Для этого на оси б вращения турбинки 5 установлен дополнительный магнит параллельно основному постоянному магниту. Расходомер имеет корпус 1 и хвостовик 2 с выполненными в них полостями 3 и 4. которые образуют измерительную камеру. ПолостиЗи4 имеют форму цилиндра, переходящего в конус, и 4Ь О CJ Ю СО

Изобретение относится к геофизическим и гидродинамическим исследованиям и предназначено для измерения скорости потока скважинной жидкости в скважинах.

Целью изобретения является повыше- ние надежности работы и чувствительности расходомера.

На фиг. 1 схематично показан расходомер, общий вид; на фиг. 2 - узел преобразователя числа оборотов турбинки в электрический сигнал; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг, 4 - диаграмма работы преобразователя.

Расходомер содержит цилиндрические корпус 1 и хвостовик 2, соединенные между собой. В корпусе 1 и хвостовике 2 выполнены полости 3 и 4 в форме цилиндра, переходящего в конус, образующие при соединении со стороны цилиндров измерительную камеру, в которой размещена тур- бинка 5 на оси 6, установленной в подпятниках 7. На корпусе 1 и хвостовике 2 выполнены каналы 8, в сечении имеющие форму сектора круга и соединенные между собой через полости 3 и 4. Центратор выпол- нен в виде обойм 9, установленных с возможностью движения вдоль корпуса 1 и хвостовика 2, и пружин 10,

Преобразователь числа оборотов турбинки в электрический сигнал выполнен в виде катушки 11 индуктивности в герметичном баростойком защитном кожухе 12, закрепленном в корпусе 1 и выведенном в измерительную камеру, и двух постоянных магнитов 13 на оси 6. Магниты 13 располо- жены противоположно полюсами и параллельно один другому на расстоянии, определяемом выражением:

Т К+ДПЯ где К - длина катушки индуктивности, мм;

П - диапазон устойчивой работы преобразователя числа оборотов турбинки в электрический сигнал при работе с одним постоянным магнитом, мм;

Д - коэффициент усиления, обусловлен- ный наложением магнитных полей магнитов.

Коэффициент находится экспериментальным путем и зависит от многих факторов, например формы магнитов, напряжения магнитного поля магнитов, магнитной проницаемости материалов, из которых выполнены ось 6, кожух 12, корпус 1 и т.д.

Расходомер работает следующим образом.

Расходомер в обычном порядке опускают в скважину. Центратор в виде обойм 9 и пружин 10 устанавливает прибор по центру обсадной колонны. Поток скважинной жидкости, не изменяя своего направления, поступает по каналам 8 хвостовика 2 в измерительную камеру, образованную полостями 3 и 4 и воздействует на турбинку 5. При вращении оси 6 в подпятниках 7 полюса постоянных магнитов 13, проходя возле катушки 11 индуктивности в кожухе 12 наводят ЭДС индукции, таким образом, число оборотов турбинки преобразуется в электрический сигнал. Один оборот турбинки фиксируется двумя электрическими импульсами. Для уменьшения гидравлического сопротивления кожух 12 закреплен в корпусе между каналами 8 и выведен только в измерительной камере.

Как видно из диаграммы (фиг. 4), при перемещении катушки индуктивности длиной К вдоль оси с магнитами вначале она взаимодействует с первым магнитом, образующим зону ДПт.

При окончании зоны ДП1, катушка входит в зону ДПа - зона влияния второго магнита, следовательно, магниты должны быть расположены на расстоянии, определяемом выражением

.

Диапазон устойчивой работы сложен из двух отдельных зон устойчивой работы преобразователя с каждым магнитом. Коэффициент Д учитывает наложение магнитных полей магнитов.

Магниты образуют замкнутое поле, что и позволяет расширить диапазон устойчивой работы в два с лишним раза. Опытные данные с магнитами диаметром 2,5 мм и

длиной 4 мм, установленные на расстоянии 18 мм на оси, катушкой индуктивности диаметром 4 мм и длиной 11 мм при межосевом расстоянии 8 мм увеличивают диапазон устойчивой работы преобразователя с 5 мм до 13 мм. Коэффициент Д 1,3.

Снабжение расходомера вторым магнитом позволяет получить дополнительную вторую устойчивую зону работы преобразователя числа оборотов турбинки в электрический сигнал. Расположив магниты на расстоянии, определяемом выражением ,(1)

получают широкий диапазон устойчивой работы преобразователя, составленный из двух последовательно расположенных зон. Диапазон устойчивой работы преобразователя при двух магнитах превышает сумму диапазонов устойчивой работы преобразователя при работе с каждым магнитом в отдельности. Обьясняется это тем, что при установке магнитов противоположно полюсами друг другу образуется между магнитами замкнутое магнитное поле. Наложение магнитных полей и объясняет дополнительное расширение диапазона устойчивой работы преобразователя. Таким образом, диапазон устойчивой работы преобразователя с двумя магнитами равен 2 ДП.

При перемещении катушки вдоль оси турбинки из выражения (1) видно, что, если магниты расположить на расстоянии Т, то катушка индуктивности при длине, равной К, при выходе из зоны действия одного магнита с учетом положения магнитных полей, равной ДП, сразу вступает во взаимодействие с вторым магнитом, зона действия которого равна также ДП.

Кроме того, такое расположение магнитов повышает и глубинность их действия, т.е. устойчивая работа преобразователя сохраняется и при удалении оси катушки индуктивности от оси турбинки, т.е. при увеличении межосевого расстояния. Это важно потому, что в скважине присутствуют окислы железа, налипание которых на магниты может привести к их замыканию с катушкой индуктивности и нарушению работы преобразователя.

Коэффициент Д определяется экспериментальным путем и зависит от формы магнитов, диэлектрической проницаемости материалов оси турбинки, трубки, где установлена катушка и т.д.

Широкий диапазон устойчивой работы преобразователя повышает надежность работы расходомера, так как при эксплуатации прибора в условиях скважины может произойти смещение места расположения катушки индуктивности относительно магнитов. Увеличение зазора между осью турбинки и катушкой позволяет избежать замыкание через зазор окислами железа.

В корпусе и хвостовике выборка цилиндрических внутренних полостей придает расходомеру трубчатую форму, так как цельная трубчатая форма имеет жесткость выше. При изгибе напряжения по сечению распределяются неравномерно. Они максимальны,

0 в крайних точках сечения, э в других могут снижаться до нуля, например, на нейтральной оси сечения, поэтому цилиндрическая выборка в корпусе и хвостовике практически We уменьшает жесткость по сравнению

5 даже с цельным прутком, имеющим такой же диаметр.

Конические выборки в корпусе и хвостовике, соединенные с каналами в отличие от известного придают расходомеру на этих

0 участках ферменную конструкцию. У известного расходомера эти участки представляют собой конструкцию, выполненную из ломаных спиц в форме рамы. Поэтому при приложении нагрузки ломаные спицы работают

5 на изгиб, что ведет к деформации измерительной камеры. В предлагаемом расходомере ферменная конструкция позволяет заменить изгиб на растяжение-сжатие, здесь все точки сечения работают при оди0 наковом напряжении. Так как ферменная конструкция позволяет наиболее полно использовать материал, то без ущерба жесткости этого участка можно увеличить площадь сечения каналов, что повышает чувствитель5 ность расходомера.

Следующий участок известной конструкции представляет собой наиболее слабое место - это место крепления ступиц. Участок также работает на изгиб. В предла0 гаемом техническом решении изгиб неизбежен по виду нагрузки. Отрицательное влияние изгиба компенсируется образованием рационального сечения, где произведена разноска материала по направлению

5 действия максимальных напряжений. Вынос материала из центра на периферию по сравнению с известным освобождает путь скважинной жидкости в измерительную камеру, увеличивает жесткость конструкции.

0 Эти участки и остальные оставшиеся имеют форму в виде пластин, лучеобразно исходящих из геометрической оси расходомера, и имеют высокую жесткость и прочность. Выполнение в хвостовике каналов в се5 чении, имеющих форму сектора круга, позволяют потоку скважинной жидкости, не изменяя направления, проходить а измерительную камеру. Каналы в хвостовике и корпусе снижают гидравлическое сопротивление потоку и улучшают промываемость

расходомера. Снижение гидравлического сопротивления позволяет турбинке реагировать на слабые потоки, тем самым повышая чувствительность расходомера. Повышение чувствительности достигается также за счет того, что трубка с катушкой индуктивности помещена в тело корпуса и не создает сопротивление потоку скважин- ной жидкости.

Таким образом, повышение надежности работы расходомера достигается за счет повышения жесткости и прочности, а также расширения диапазона устойчивой работы преобразователя оборотов турбинки в электрический сигнал.

Повышение чувствительности достигается за счет выполнения в корпусе и хвостовике каналов, в сечении имеющих форму сектора круга, обеспечивающих прямой вход жидкости.

Формула изобретения

Сквэжинный расходомер, содержащий корпус и хвостовик, соединенные между со(Риг. 2

бой, центратор с обоймами, измерительную камеру и установленные в ней катушку индуктивности в защитном кожухе и турбинку с постоянным магнитом, размещенным на

ее оси вращения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы и чувствительности расходомера, он снабжен дополнительным постоянным магнитом, установленным на оси вращения

турбинки параллельно основному постоянному магниту противоположными полюсами, причем измерительная камера образована внутренними полостями на концах корпуса и хвостовика, выполненными в

виде цилиндров, переходящих в конуса и соединенных между собой со стороны цилиндров, на корпусе и хвостовике выполнены каналы, имеющие в сечении форму сектора круга, и соединенные между измерительной камерой, катушка индуктивности в защитном кожухе закреплена между каналами, а обоймы центратора установлены на корпусе и хвостовике.

А-А

Г

10

8

Фиг.Чmm