Скважинный расходомер Советский патент 1981 года по МПК E21B47/10 

(54) СКВАЖИННЫЙ РАСХОДОМЕР

I

Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям, а именно к устройствам для определения расхода и направления потока жидкости в буровых скважинах.

Известен скважинный расходомер, содержащий корпус с установленным в нем герконом и крыльчатку, на валу которой закреплен постоянный магнит 1.

Недостатком этого расходомера является невозможнЪсть определения направления потока по оси скважины.

Известен также скважинный расходомер, содержащий корпус, крыльчатку, на валу которой закреплен магнит, и магниточувствительный узел с несимметричным расположением элементов. Этот расходомер позволяет определять не только расход, но и направление потока по последовательности срабатывания герконов 2.

Недостаток этого расходомера заключается в снижении чувствительности из-за торможения крыльчатки, которое возникает в результате взаимного притяжения между постоянным магнитом на крыльчатке и герконами в корпусе расходомера.

Цель изобретения - повыщение чувствительности расходомера.

Поставленная цель достигается тем, что магниточувствительный узел расходомера выполнен в виде двух магнитодиодов, включенных встречно-параллельне.

На фиг. 1 показан предлагаемый скважинный расходомер, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.З - блок-схема измерительного пульта к расходомеру; на фиг. 4 и 5 - последовательность импульсов в измерительной цепи при вращ,ении крыльчатки по часовой стрелке (фиг. 4) и против нее (фиг. 5).

Крыльчатка 1 расходомера установлена между нижним 2 и верхним 3 кронштейнами корпуса. Верхний кронщтейн 3 содержит внещнюю втулку 4. Обе детали изготовлены из неэлектропроводного и немагнитного материала (эбонита). На внутренней стороне втулки выполнены два продольных паза 5, расстояние между которыми по дуге составляет . В нижней части каждого паза установлены магнитодиоды 6 и 7, от которых сделаны выводы § и 9 изолированным монтажным проводом. Магнитодиоды 6 и 7 расположены так, чтобы плоскость полупроводникового перехода располагалась по касательной к внутренней окружности втулки 4, и установлены в противоположной полярности, например диоды 6 - анодом кверху, диод 7 - анодом вниз. После размещения диодов пазы залиты эпоксидной смолой для герметизации. На валу крьшьчатки 1 напротив магнитодиодов размещен постоянный магнит 10 эксцентрично относительно оси вращения. Поскольку для запирания магнитодиодов необходимо, чтобы внешнее магнитное поле было перпендикулярно плоскости полупроводникового перехода, магнит 10 расположен перпендикулярно оси вращения крыльчатки с таким расчетом, чтобы один из его полюсов выходил на поверхность вала крыльчатки. В конструкции расходомера использован маГнит цилиндрической формы, а радиус вала крыльчатки 1 выбран равным- длине магнита. Поэтому северный полюс магнита доходит до поверхности вала, а южный - до оси вращения. С противоположной магниту стороны вала расположен противовес 11, также цилиндрической формы. Для установки магнита и противовеса в валу крыльчатки предварительно высверлен цилиндрический канал. Крыльчатка выполнена из материала с ну левой плавучестью с целью уменьщения давления на опоры. Опоры крыльчатки состоят из твердосплавных игл 12 и 13 и агатовых подщипников 14 и 15. И верхняя и нижняя опоры крыльчатки при погружении расходомера в скважину защищаются от жидкой среды воздушными колпаками, которые образуются вокруг твердосплавных игл, когда жидкость, заполняющая скважину, попадает в пространство между валом крыльчатки и кронштейнами корпуса. Для обеспечения одинакового гидродинамического сопротивления при восходящем и нисходящем направлениях потока лопасти крыльчатки установлены симметрично относительно верхнего и нижнего кронщтейнов корпуса. Внутри скважинного расходомера выводы магнитодиодов 6 и 7 соединяются встречнопаралл.ельно: катод одного диода - с анодом другого и точки соединения айв через жилы каротажного кабеля поднимаются к наземному измерительному пульту (фиг. 3). Для обеспечения возможности однообразного подключения расходомера к измерительному пульту одна из точек соединения (в) заземлена. В состав наземного измерительного пульта входят генератор 16 переменного тока. постоянный резистор 17 и шунтирующий его конденсатор 18, усилитель 19 напряжения, транзисторный ключ 20 и электромеханический счетчик 21. Совместно с измерительным пультом расходомера используется обычный электронно-лучевой осциллограф 22. Питается измерительный пульт постоянным напряжением 9 В от автономного источника. Скважинный магнитоуправляемый расходомер действует следующим образом. Осевой поток жидкости, естественно существующий или вызванный в скважине искусственно, приводит во вращение крыльчатку 1, например, в направлении часовой стрелки. В то время, когда постоянный магнит 10 располагается в стороне, противоположной магнитодиодом 6 и 7, переменный ток от генератора 16 в один полупериод замыкается через магнитодиод 6, в другой - через магнитодиод 7 так, что через резистор 17, включенный последовательно с ними. ток протекает в обоих направлениях и егс постоянная составляющая равна нулю. Ток генератора изменяется по синусоидальному закону, а рабочая частота, по крайней мере, на порядок выше максимальной частоты вращения крыльчатки. Когда при повороте крыльчатки 1 постоянный магнит 10 проходит мимо магнитодиода б, последний запирается, и ток от генератора 16 замыкается только через магнитодиод 7 в те полупериоды, когда на соединительной точке а напряжение имеет отрицательный знак. Поэтому в это время ток через резистор 17 протекает только в одном направлении (снизу вверх согласно фиг. 3), этот ток заряжает конденсатор 18, емкость которого должна быть достаточной для интегрирования напряжения при рабочей частоте генератора 16 переменного тока. На экране осциллографа 22, подключенного к конденсатору 18, в это вре мя фиксируется импульс постоянного напряжения (фиг. 4). Когда крыльчатка I поворачивается еще на 90° постоянный магнит 10 запирает магнитодиод 7. Переменный ток генератора замыкается не только через открывающийся диод 6, но и 13 другие полупериоды, когда на соединительную точку а поступает положительное напряжение. Поэтому ток через резистор 17 протекает в про-/ тивоположном направлении - сверху вниз (фиг. 3), постоянное напряжение на конденсаторе 18 меняет знак, и на экране осциллографа 22 фиксируется импульс отрицательной полярности. Когда крыльчатка поворачивается еще на 270°, появляется снова положительный импульс, а еще через 90° - снова отрицательный, т.е. каждому обороту крыльчатки соответствует на входе измерительной схемы пара из положительного и отрицательного импульсов напряжения. При смене направления потока в скважине направление вращения крыльчатки меняется на противоположное, сначала запирается магнитодиод 7, а потом - магнитодиод 6, поэтому каждая пара импульсов начинается с отрицательного (фиг. 5). Для того, чтобы зарегистрировать каждый оборот крьшьчатки, т.е. определить скорость ее вращения, сигнал, снимаемый с конденсатора 18, усиливается усилителем 19 напряжения и поступает на транзисторный ключ 20. При поступлении на него положительного импульса из каждой пары транзисторный ключ 20 запирается и вызьшает срабатывание электро-механического счетчика 21, вклю-. ценного в его коллекторную цепь. По изменению показаний счетчика 21 за единицу времени определяют скорость вращения крыльчатки, а от скорости вращения с помощью тарйровочных графиков nepexqдят к расходу (или дебиту) потока. Направление потока определяют по последовательности положительных и отрицательных импульсов на экране осциллографа 22. Таким образом, предлагаемая конструкция скважинного магнитоуправляемого расходомера позволяет одновременно определять и расход и направление потока при обеспечении значительного повышения чувствительности прибора. Чувствительность расходомера ограничивается лишь силами трения крыльчатки в опорах. Установка магнитодиодов в магниточувствительном узле расходомера позволяет также получить дополнительный полезный эффект, заключающийся в повышении срока службы расходомера, так как, в отличие от герконов, число срабатываний магнитодиодов не ограничено. Высокая чувствительность предлагаемого расходомера подтверждена лабораторными и производственными испытаниями опытного образца. Формула изобретения Скважинный расходомер, содержащий корпус, крыльчатку, на валу которой закреплен магнит, и магниточувствительный узел с несимметричным расположением элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, магниточувствительный узел выполнен в виде двух магнитодиодов, включенных встречно-параллельно. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 471428, кл. Е 21 В 47/10, 1973. 2.Патент США № 3036460, кл. 73-155, 1961 (прототип).