Устройство для измерения давления и температуры в нефтяных скважинах Советский патент 1992 года по МПК E21B47/06 

А ЩЫ/7

фаг/

Изобретение относится к устройствам для исследования скважин и может быть использовано для измерения температуры и давления вдоль ствола и на забое скважины.

Известно устройство для измерения давления в скважинах, содержащее геликс- ную пружину и омический преобразователь.

Недостатком его является зависимость измерения давления от температуры, которая не учитывается, ,.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее глубинную часть, состоящую из геликсной пружины, омического преобразователя, наземную часть, включающую тумблер, электрический мост, измерительный узел, и двужильный кабель, два провода которого соединяют омический преобразователь с наземной частью; провода кабеля выполнены из разных материалов и их спай в глубинной части образует термопару. Имея информацию о сопротивлении омического преобразователя давления при данной температуре и значение температуры в данной точке скважины, по известным зависимостям вычисляется сопротивление омического преобразователя при нормальной температуре, а равно и давление в скважине.

В данном устройстве для уменьшения влияния температуры на погрешность измерения давления омический преобразователь выполнен из нихрома, который может работать при высоких температурах и имеет низкий температурный коэффициент сопротивления СТКС «0,00015 1/град).

Однако применение термопарного кабеля с ТКС «0,0013-0,0015 1/град и сопротивление которого не учитывается, приводит к погрешности измерения давления, причем величина ее может достигать больших значений и не поддаваться учету, а применение дорогостоящего термопарного кабеля повышает стоимость устройства. .

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры и давления.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, вклюиающее омический преобразователь с подвижным и неподвижными контактами, геликсную пружину, соединенную механически с подвижным контактом омического преобразователя, первую и вторую жилы кабеля, регистратор, дополнительно введены источник стабилизированного тока, блок управления, семь ключей, три запоминающих ячейки, вычислительный блок и третья жила кабеля, причем выходы блока управления подключены

к управляемым входам ключей, выходы первого, четвертого и шестого ключей соединены соответственно через первую, вторую и третью запоминающую ячейку с первым,

вторым и третьим входами вычислительного блока, выход которого подключен к регистратору, при этом выходы второго и седьмого ключей соединены с общим выходом источника стабилизированного тока, выход которого подключен к входам первого, третьего. четвертого, пятого и шестого ключей, вход второго и выход пятого ключей соединены соответственно через первую и вторую жилы кабеля с первым и вторым

неподвижными контактами омического преобразователя, подвижный контакт которого подключен через третью жилу кабеля к выходу третьего и входу седьмого ключей, причем жилы кабеля выполнены из однородного материала и имеют одинаковое сопротивление.

Омический преобразователь выполнен из проволоки, имеющей большой ТКС 0,004-0,007 1/град, например платиновой, медной или никелевой,

На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 и 3 - принципиальные схемы варианта исполнения блока управления запоминающих ячеек и вычислительного блока; на фиг.4 - эпюры напряжений, иллюстрирующие алгоритм работы блока управления.

Устройство содержит ключи 1-7, (фиг.1), управляющие входы которых подключены к

блоку 8 управления, источник 9 стабилизированного тока, потенциальный выход которого подключен к входам ключей 1, 4 и 6, выходы которых соединены соответственно с входами запоминающих ячеек 10-12, а их

выходы подключены к аналоговым входам вычислительного устройства 13, выход которого соединен с входом блока 14 регистрации. Кроме того, потенциальный выход источника 9 стабилизированного тока подключей через последовательно соединенные резистор 15, ключ 3 и провод 16 с подвижным контактом омического преобра- эозагелр 17, а через последовательно соединенные резистор 18, ключ 5 и провод 1В с оцним из неподвижных контактов омиче- счого преобразователя 17. Общий выход источника стабилизированного тока 9 подключен через последовательно соединенные резистор 20, ключ 7, провод 16 с

подвижным контактом омического преобразователя 17, а через последовательно соединенные резистор 21, ключ 2 и п. овод 22 - с другим неподвижным контактом омического преобразователя 17. Подстроечные

резисторы 15, 18, 20 и 21 служат для установления равенства проходных сопротивлений ключей 2, 3, 5 и 7,

Устройство работает следующим образом.

Блок 8 управления, принципиальная схема которого показана на фиг.2, формирует на своих выходах импульсы, управляющие ключами 1-7. Работа блока синхронизируется импульсами сетевой частотой 50 Гц, которые через цепочку формирования прямоугольных импульсов, состоящую из элементов Vi, Ri, V2, первая логическая ячейка микросхемы D1 (К155ЛАЗ) подается на тактовый вход С D-триггера (К155ТМ2), работающего в счетном режиме. Два D-триггера микросхемы К155ТМ2 с обратной связью с выхода 8 дешифратора, выполненного на логических элементах микросхемы D3 (К155ЛАЗ), обеспечивают пересчет импульсов на 3. В результате на выходах б, 3 и 11 микросхемы D3 и на выходах 6 и 11 микросхемы D1 получаем импульсы, обеспечивающие поочередное включение ключей по группам: 1-я группа - ключи 1, 2 и 3; 2-я группа - ключи 2, 4 и 5; 3-я группа - 5, 6 и 7,

При включении низким уровнем напряжений (фиг.4) первой группы ключей(ёторая и третья отключены), ток от потенциального выхода источника стабилизированного тока 9 (фиг.1) протекает по цепи: проходное сопротивление ключа 3 (Ra) - сопротивление провода 16 (Rie) - сопротивление части омического преобразователя 17 (Рд) - сопротивление провода 22 R22 - проходное сопротивление ключа 2 R2 - общий выход источника стабилизированного тока. На выходе источника стабилизированного тока получаем Vi |ст (Ra + Rie + RA + R22 + R2). Сопротивления RZ и R2 включают в себя сопротивления 15 и 21 соответственно. Выход источника стабилизированного тока подключается ключем 1 к запоминающей ячейке 10, куда заносится значение Vi.

При включении второй группы ключей (первая и третья отключены) ток протекает по цепи: проходное сопротивление ключа 5 (Rs) - сопротивление провода 19 (Rig) - полное сопротивление омического преобразователя 17 (RT)- сопротивление провода 22 (R22) - проходное сопротивление ключа 2 (R2) общий выход источника стабилизированного тока. На выходе источника стабилизированного тока получа: ем V2 ICT (Rs + Ri9 + RT + R22 + R2). Сопротивление Rs включает в себя сопротивление 18. Выход источника ключом 4 подключается к запоминающей ячейке 11, куда заносится значение V2.

При включении третьей группы ключей (первая и вторая отключены)ток протекает по цепи: проходное сопротивление ключа 5 (Rs) сопротивление провода 19 (Rig) сопротивление омического преобразователя 17(RT-Rfl) - сопротивление провода 16 (Rie) - проходное сопротивление ключа 7 (R) - общий выхо& источника стабилизированного тока. На выходе источника стабилизированного тока получаем Уз ст (Rs + Rig + (RT-RA) + Rie + R). Сопротивление R включает в себя сопро-. тивление 20. Выход источника ключом 6 подключается к запоминающей ячейке 12,

куда заносится значение Уз. Дальше цикл повторяется.

Таким образом, на выходах запоминающих ячеек и соответственно на входах вычислительного устройства формируются

напряжения Vi, /2, Уз.

Решив совместно уравнения для Vi. V2, Уз относительно RT и Rfl, учитывая, что сопротивления проводов 22, 16 и 19 равны R22 Rie Rig и проходное сопротивление

ключей 2, 3, 5 и 7 R2 R3 - Rs R, получим:

RT

2 У2 - Vi - Уз

ст

(1)

Пл

V2 -Уз

«ст

(2)

35

Температура и давление в точке измерения соответственно равны:

T KIRT K -vi-ya.pq о)

R

V2 -Уз

40 P K2-ff- K 2v;iv;iV3 (МПа), (4)

5

0

5

где К и К2 - коэффициенты пропорциональности, учитывающие, что:

Ki - материал омического преобразователя ;

«2 - материал омического преобразователя, чувствительность геликсной пружины, температурные изменения модуля упругости геликсной пружины.

Запоминающие ячейки 10, 11 и 12 и схема блока 13 показаны на фиг.З. Запоминающие ячейки представляют собой операционные усилители (К140 УД6) со стопроцентной отрицательной обратной связью и с запоминающими конденсаторами на прямых входах. Напряжения Vi, Va, Уз в момент замыкания ключей 10, 11 и 12 попадают на конденсаторы, запоминаются и хранятся до следующего цикла. Так как

усилитель охвачен стопроцентной отрицательной обратной связью, то напряжения на их выходе равны напряжениям на прямых входах.

Сигналы с выходов запоминающих ячеек 10, 11 и 12 поступают на входы сумматоров D1 и D2, собранных на операционных усилителях К140УД6. На выходе DI получаем напряжение VT ICT RT 2V2-V1-V3, пропорциональное температуре (см. формулы 1 и 3), которое подается на блок регистрации и на вход 7 перемнож ителя сигналов микросхемы D3 типа КР525ПС2Б. На выходе Da получает напряжение V Ст RA V2-V3 (см. формулу 2), которое подается на вход 1 микросхемы D3. Микросхема выполняет операцию деления, в результате которой на выходе получим напряжение

V

VT

- к

2 V2 - Vi V3

(см. формулу 4), которое пропорционально давлению,

Использование новых элементов выгодно отличает предлагаемое устройство для измерения давления и температуры от известного, так как устраняется составляющая погрешности, обусловленная температурным изменением сопротивления проводов кабеля. В результате повышается точность измерения давления. Применение дешевого трехжильного кабеля позволяет снизить стоимость устройства и увеличить область применения, что даст экономию в народном хозяйстве.

5В

Формула изобретения Устройство для измерения давления и температуры в нефтяных скважинах содержащее омический преобразователь с подвижным и неподвижным контактами, геликсную пружину, соединенную механически с подвижным контактом омического преобразователя, первую и вторую жилу кабеля, регистратор, отличающееся тем,

что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено источником стабилизированного тока, блоком управления, семью ключами, тремя запоминающими ячейками, вычислительным блоком и третьей жилой

кабеля, причем выходы блока управления подключены к управляемым входам ключей, выходы первого, четвертого и шестого ключей соединены соответственно через первую, вторую и третью запоминающую

ячейки с первым, вторым и третьим входами вычислительного блока, выход которого подключай к регистратору, при этом выходы второго и седьмого ключей соединены с общим выходом источника стабилизированного тока, выход которого подключен к входам первого, третьего, четвертого, пятого и шестого ключей, вход второго и выход пятого ключей соединены соответственно через первую и вторую жилу кабеля с первым и

вторым неподвижными контактами омиче- скопэ преобразователя, подвижный контакт которого подключен через третью жилу кабеля к выходу третьего и входу седьмого ключей, причем жилы кабеля выполнены из

однородного материала и имеют одинаковое сопротивление

на блок регистрации {Ч

Vr а ело регистрации / p

Использование: исследование скважин. Сущность изобретения: устройство содержит ключи 1-7, соединенные с блоком 8 управления,источник 9 стабилизированного тока, запоминающие ячейки 10-12, вычислительный блок 13, регистратор 14, омический преобразователь 17 с подвижным контактом, подстроечные резисторы 15. 18, 20 и 21. Последние служат для установления равенства проходных сопротивлений ключей 2, 3, 5 и 7. Цикл измерения содержит последовательное подключение к входам заполняющих ячеек 10-12 через определенные группы ключей различных участков измерительной цепи. В ячейках 10-12 запоминаются соответствующие уровни напряжения. Блок 13 производит обработку информации по формулам, приведенным в описании изобретения Регистратор 14 фиксирует давление и температуру. Применение устройства позволяет уменьшить влияние температуры на погрешность измерения давления. 4 ил

Фиг.Ъ