Устройство регистрации частотно-зависимого параметра от температуры или давления в скважине Советский патент 1993 года по МПК E21B47/06 

Изобретение относится к геофизическим измерениям в скважинах, а более конкретно к измерениям температуры или давления..

Известно устройство для измерения температуры или давления а скважине (см. техническое описание на аппаратуру газодинамического каротажа АГДК- 2, треста Центргазгеофизика, министерства газовой промышленности, 1988 г., листы 7-Ю, а также техническое описание на блок преобразователя период-ток, листы 8-15).

Известное устройство для измерения частотно-зависимого параметра измеряет и регистрирует длительность каждого периода электрических колебаний, зависящих от величины температуры или давления в данной точке скважины.

Недостатком известной аппаратуры является то, что при малых изменениях температуры или давления, например на сотые доли градуса, она не обеспечивает достаточной точности измерений. Кроме того, при записи параметра в режиме наибольшей чувствительности аппаратуры весь диапазон измерений необходимо разбить на ряд поддиапазонов, что часто приводит к потере информации о наличии аномалий параметра и его границ из-за невозможности ее визуального обзора. Например, при записи с чувствительностью 0,1°С на один сантиметр шкалы регистратора при ширине его шкалы 6 см регистрация температур в диапазоне 0-120 С потребует разбить этот диапазон на 200 поддиапазонов. Ясно, что полученная диаграмма, скажем темпе00 Ю

о ю о

ратуры от глубины скважины, будет практически не читаема. Таким обра- зом, полезно иметь диаграмму с высокочувствительной записью изменений параметра по всему интервалу глубин скважины в одном диапазоне измерений.

Известно также устройство для измерения градиента температуры по стволу скважины (см. а.с. № 1255711 Е 21 В 7/06). Сущность этого устройства заключается в том, что в каждой точке квантования по глубине из-i меряют длительность.суммы N периодов электрических колебаний. Этим повышается точность измерений при малых изменениях температуры. По разнице показаний в двух соседних точках квантования определяют величину градиен- та температуры. Указанное устройство наиболее близко по своей сущности к заявляемому устройству для регистрации частотно-зависимого параметра от температуры или давления в скважине, что дало возможность авторам выбрать его за прототип.

Недостатком прототипа является то, что он не позволяет надежно определять величину аномалий темпера- тур и их интервалов при плавном изменении температуры по стволу скважины и уменьшении шага квантования по глубине. Это связано с тем, что измеренные значения градиента температур в двух соседних точках квантования будут мало отличаться друг от друга. Т1апример, если аномалия температур будет равна 0,01°С и плавно нарастать в интервале глубин 10 м, то, даже без учета наростания абсолютной температуры, определяемой глубиной скважины и величиной постоянного градиента температуры для данной площади региона, на каждую точку квантования при шаге квантования 1 см, изменение температуры составит 0,01/1000 0,00001°С, где 1000 - число сантиметров в интервале 10 м глубины. Ясно, что такое изменение температуры, тем более на уровне 100°С, не может быть зарегистрировано известными, типами аппаратуры.

Целью изобретения является повышение информативности регистрации.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство, содержащее скважинный прибор с частотным датчиком температуры или давления в скважине, каротажный кабель, мерный ролик, усилитель, формирователь прямоугольных импульсов, первый и второй ключи, сельсин-датчик, формирователь шага квантования по глубине, четыре RS-триггера, два счетчика-делителя, генератор высокочастотных импульсов, регистратор, реверсивный счетчик и первый цифроаналоговый преобразователь, причем скважинный прибор через каротажный кабель соединен с входом усилителя, выход которого подключен через формирователь прямоугольных импульсов к первому входу первого ключа, мерный ролик соединен с сельсин- датчиком, выход которого подключен через формирователь шага квантования по глубине и первый RS-триггер к второму входу первого ключа, выход которого соединен через второй RS-триггер с первым входом второго ключа и подключен к входу первого счетчика-делителя, выход которого соединен через третий RS-триггер с вторым входом второго ключа и подключен к входу второго счетчика-делителя, первый выход которого соединен с входом четвертого RS-триггера, а выход генератора высокочастотных импульсов подключен к третьему входу второго ключа, снабжено формирователем пачки импульсов, регулятором предустановки числа импульсов в пачке, блоком пред- установки кода, суммирующим счетчиком, двумя блоками ключей, двумя оперативными запоминающими блоками, вторым цифроаналоговым преобразователем, двумя цифровыми индикаторами и счетчиком импульсов, причем выход второго ключа соединен с,первым входом счет- чика импульсов, первым входом суммирующего счетчика и первым входом формирователя пачки импульсов, второй вход которого подключен к регулятору предустановки числа импульсов в пачке, выход соединен с первым входом реверсивного сметчика, второй вход которого подключен к блоку предустановки кода, третий вход соединен с вторым выходом второго счетчика-делителя и вторым входом второго блока ключей, выход подключен к второму входу суммирующего счетчика, третий вход которого соединен с выходом четвертого RS-триггера и вторым входом счетчика импульсов, выход подключен к первому входу первого блока ключей, второй вход которого соединен с выходом второго счетчика-делителя, выход подключен через первый оперативно за поминающий блок к входу первого цифрового индикатора и входу первого цифроаналотового преобразователя, выход которого соединен с первым выходом регистратора, при этом выход счетчика импульсов подключен к первому входу второго блока ключей, выход которого соединен через второй опе-т ративный запоминающий блок с входом второго цифрового индикатора и входом второго цифроаналогового преобразователя , выход которого подключен к вто-г рому входу регистратора.

Обличительным признаком заявленного устройства от прототипа является то, что оно в каждой точке квантова ния по глубине позволяет измерять и регистрировать как абсолютное значе- ние параметра, так и отклонения параметра от его значений определяемых величиной постоянного градиента и глубиной скважины.

На фиг.1 приведены зависимости измеряемого параметра и его отклонений, выраженных кодом параметра, от прямой, определяемой величиной постоянного градиента этого параметра в функции от глубины скважины, на фиг.2 - блок-схема устройства для регистрации частотно-зависимого параметра от температуры или давления в скважине.

Устройство для регистрации частотно-зависимого параметра от температуры или давления в скважине содержит скважинный прибор 1 с частотным датчиком температуры или давления, каротажный кабель 2, наземную аппаратуру, включающую усилитель 3, формирователь k прямоугольнцх импульсов, соединенный с ключом 5, мерный ролик б, сельсин-датчик 7 длины кабеля, схему 8 формирования шага квантования по глубине, RS-триггеры с раздельными входами, ключ 13, счетчики-делители 1 и 15, генератор 16 высокочастотных импульсов, формирователь 17 пачки импульсов, регулятор 18 предустановки числа импульсов в пачке, реверсивный счетчик 19 с блоком 20 предустановки кода, суммирующий счетчик 21, блок ключей 22 для передачи информации, оперативное запоминающее устройство 23, цифровой индикатор 2kt цифроаналоговый преобразователь 25, регистратор 26, счетчик импульсов 27, второй

блок ключей 28 второе оперативное запоминающее устройство 29, второй цифроаналоговый преобразователь 30 и второй цифровой индикатор 31

На фиг.1 приняты следующие обозначения:

кривая 1 изменения абсолютных значений параметра с изменением глубины скважины,

прямая 2 изменения параметра, величина которого зависит только от величины его постоянного градиента и глубины скважины до точки квантова- ния,

прямая 3 изменений параметра, определяемого обратной величиной его постоянного градиента и глубиной

скважины до точки квантования,

прймая k суммы значений ординат точек на прямых 1 и 3,

кривая 5 суммы значений ординат точек на прямой 3 и кривой 1.

Предложенное устройство может одновременно работать в двух режимах:

. в режиме регистрации отклонений параметра ,

в режиме регистрации абсолютных значений параметра.

Работает устройство следующим образом.

Сигнал а виде электрических колебаний, поступающих из скважинного прибора 1 по каротажному кабелю 2,

подается на вход усилителя 3, а с него - на вход формирователя k. Сформированные прямоугольные импульсы, длительность периода- которых пропорциональна величине температуры или

давления в скважине, поступают через ключ 5 на входы счетчика-делителя 14 и RS-триггера Ю. При движении кабеля 2 по медному ролику 6 вращается вал сельсин-датчика 7, с которого поступает .сигнал на схему 8 формирования импульсов шага квантования. Импульсы из схемы 8 поступают на триггер 9 и открывают ключ 5. Появление первого импульса на входе триггера

Ю устанавливает его в единичное состояние и дает разрешающий потенциал на вход ключа 13, на втором входе которого уже имеется разрешающий потенциал от триггера 11. Поэтому импульсы с высокочастотного генератора 1j6 начнут поступать на входы суммирующего счетчика 21, формирователь 17 пачки импульсов и счетчик 27. Одно- временно счетчик Ik считает число

импульсов, которые продолжают поступать с ключа 5. Заполнение счетчика Ц IJ-импульсами перебросит триггер i 11 и закроет ключ 13. .

Таким образом, на выходе ключа 13 после поступления на ключ 5 каждого импульса шага квантования появится число высокочастотных импульсов, пропорциональное числу N периодов изме- ряемого сигнала, поступающего из скважинного прибора 1. Измерение длительности N периодов, где , электрических колебаний, зависящих от величины измеряемого параметра, повышает точность измерений и чувствительность наземной аппаратуры к малым изменениям параметра.

Регистрация отклонений параметра показана на примере регистрации отклонений температуры. Процесс регистрации отклонений давления аналогичен.

Перед началом записи скважинный прибор устанавливают в скважине на глубине с установившейся величиной постоянного градиента температуры. Обычно это глубина около 30 м от устья скважины. По показаниям цифрового индикатора 31 регистрируют начальный код и соответствующее ему начальное значение температуры. Значение начального кода, пусть это значение равно 1-Ю6 импульсов, с помощью блока 20 предустановки заносят в реверсивный счетчик 19. Пользуясь техническими данными на аппаратуру и значением постоянного градиента, определяют величину изменения кода на единицу глубины скважины. Пусть при шаге квантования, равном 1 см, код температуры изменится на 2 импульса. Поэтому с помощью регулятора 18 устанавливают в формирователе 17 пачки импульсов число 2. Выполнив указанные работы, опускают прибор 1 в скважину. При поступлении первого импульса квантования по глубине на выходе ключа 13 появятся импульсы от генератора 16, которые подаются на суммирующий счетчик 21, где просчитываются и запоминаются, а также через формирователь 17 пачки импульсов .на вычитающий вход реверсивного счетчика 19. После выдачи пачки импульсов, в нашем примере это 2 импульса, формирователь 17 отключится от счетчика 19. Таким образом, предустановленное значние кода в реверсивном счетчике 19 будет уменьшаться на 2 им

Q

5

0

5

0

5

0

5

0

5

пульса в каждой точке квантования. Так осуществляется техническая реализация аппаратурой наклонной 3, изображенной на фиг. 1. Одновременно счетчик 21 просчитывает и запоминает все импульсы, поступившие с ключа 13, число которых соответствует величине измеряемой температуры в данной точке квантования, и после закрытия ключа 13 по команде, поступающей со счетчика 15, суммирует число просчитанных им импульсов с числом.находящимся в реверсивном счетчике 19. Затем через время, определяемое счетчиком 15, подается команда на блок ключей 22 для переноса суммарных показаний счетчика 21 в оперативное запоминающее устройство 23, выход которого соединен с цифровым индикатором 2k и цифроаналоговым преобразователем 25, который в свою очередь передает информацию на регистратор 26.

Триггер 12 вырабатывает команду Сброс, подготавливая схему к следующему циклу измерений. i

Из приведенного следует, что счетчик 21 суммирует в каждой точке квантования по глубине ординату точки, принадлежащей наклонной 3, например точка вг (см. фиг.1), и ординату точки б, принадлежащую кривой 1 изменения абсолютного значения параметра. Их суммарное значение будет отображено соответствующей ординатой точки на кривой 5. Следует заметить, что суммарное значение кода в счетчике 21 изменяется от одной точки квантования к другой только на величину искомого отклонения параметра. Поэтому длл регистрации отклонений из счетчика 21 переносят только младшие разряды. Это повышает чувствительность аппаратуры и упрощает ее в техническом отношении.

Кроме приведенной регистрации отклонений искомого параметра, устройство также позволяет измерять и регистрировать его абсолютную .величину в каждой точке квантования. Для этого импульсы с выхода ключа 13 просчитываются и запоминаются счетчиком 27. Значение его показаний по команде со счетчика 15, поступающей на блок ключей 28, переносится в оперативное запоминающее устройство 29, а с него - на цифроаналоговый преобразователь 30 и цифровой индикатор 31. Результат преобразования записывается

регистратором 26. В зависимости от требуемой чувствительности записи для преобразования и регистрации переносят со счетчика 27 только не- сколько младших разрядов. Такой перенос обеспечивает разбивку всего диапазона измерений параметра на ряд поддиапазонов. Переход с одного под- диапазона записи на последующий обес печивается автоматически после заполнения всех переносимых для регистрации младших разрядов, так как поступление следующего импульса после заполнения всех переносимых разрядов сбрасывает их в нулевое положение.

Использование предложенного устройства при производстве геофизических работ выгодно отличает его от прототипа. Так, регистрация отклонений температуры в прискважинной зоне относительно температуры, определяемой величиной постоянно го градиента для данного региона, позволяет решить рад практических задач, например определить места перетоков газа и интенсивность его циркуляции по заколонному пространству, места нарушений герметичности колонны обсадных .труб, состояние нефтегазоводоносных пластов и др.

Кроме приведенного, измеренные по стволу скважины отклонения малых изменений Давления от наклонной, заданной постоянным градиентом давления и глубиной скважины до точки измерения можно трансформировать в графики изменения давления и плотности флюида по стволу скважины. Очевидно, что полученные материалы записи абсолютной

«,

величины давлении и отклонении от за данной величины аппаратурой высокой чувствительности при использовании ее в процессе испытания нефтегазо- носных объектов позволит эффективно решать, наряду с гидродинамическими, такие задачи, как оперативная оценка фазового состояния и физических свойств пластовых флюидов, определение отметок межфлюидальных разделов (газонефтяного, газоводяного, водо- нефтяного контактов) и др.

Формула изобретения

Устройство регистрации частотно- зависимого параметра от температуры или давления в скважине, содержащее скважинный прибор с частотным датчиком температуры или давления, каро15

0

5

«п

5

(

W

0

5

0

5

тажный кабель, мерный ролик, усилитель, формирователь прямоугольных пульсов, первый и второй ключи, сельсин-датчик, формирователь шага квантования по глубине, четыре RS-триг- гера, два счетчика-делителя, генератор высокочастотных импульсов, регистратор, реверсивный счетчик и первый цифроаналоговый преобразователь, причем скважинный прибор через каротажный кабель соединен с входом усилителя , выход которого подключен через формирователь прямоугольных импульсов к первому входу первого ключа, мерный ролик соединен с сельсин-датчиком, выход которого подключен через формирователь шага квантования по глубине и первый RS-триггер к второму входу первого ключа, выход которого соединен через второй RS-триггер с первым входом второго ключа и подключен к входу первого счетчика-делителя, выход которого соединен через третий RS-триггер с вторым входом , второго ключа и подключен к входу второго счетчика-делителя, первый выход которого соединен с входом четвертого RS-триггера, а выход генератора высокочастотных импульсов подключен к третьему входу второго ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения информативности регистрации, оно снабжено формирователем пачки импульсов, регуля™ тором предустановки числа импульсов в пачке, блоком предустановки кода, суммирующим счетчиком, двумя блоками ключей, двумя оперативными запоминающими блоками, вторым цифроаналоговым преобразователем, двумя цифровыми индикаторами и счетчиком импульсов, причем выход второго ключа соединен с первым входом счетчика импульсов, первым входом суммирующего счетчика и первым входом формирователя пачки импульсов, второй вход которого подключен к регулятору предустановки числа импульсов в пачке, выход соединен с первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого подключен к блоку предустановки кода, третий вход соединен с вторым выходом второго счетчика-делителя и вторым входом второго блока ключей, выход подключен к второму входу суммирующего счетчика, третий вход которого соединен с выходом четвертого jlS-триггера и вторым входом сметчика импульсов, выход подключен к.первому входу первого блока ключей, это-; рой вход которого соединен с выходом Второго счетчика-делителя, выход подключен через первый оперативный запоминающий блок к входу первого цифрового индикатора и входу первого цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом

код лярямётря

регистратора, при этом выход счетчика импульсов подключен к первому входу второго блока ключей, выход которого соединен через второй оперативный запоминающий блок с входом второго цифрового индикатора и входом второго цифроаналогового преобразователя , выход которого подключен к второму входу регистратора.

Использование: в промыслево-геофизических исследованиях. Сущность изобретения: устройство в каждой точке квантования по глубине позволяет измерять и регистрировать как абсолютное значение параметра, так и отклонения от его значений, определяемых величиной постоянного градиента и глубиной скважины до точки квантования, визуально оценить полученные материалы исследований и оперативно решать ряд практических задач. 3 ил.

г-to

Ю

2

/

т НШ-Li

Фиг 2

-Н

hsaS

СБРОС