Глубинный манометр Советский патент 1981 года по МПК E21B47/06 

(54) ГЛУБИННЫЙ МАНОМЕТР

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к исследованию скважин. . Известен глубинный геликсный ман мерт, содержащий часовой механизм, фрикцион, ходовой винт, каретку, што с пером и геликс ll . Недостатки известного манометра - наличие остаточных деформаций геликса, приводящих к необходимости в частой тарировке после небольшого количества измерений и несовпадение показаний величины давления при прямом- и обратном ходе (наличие гистерезиса) . Наиболее близким решением из известных к предлагаемому является глу бинный манометр, содержащий корпус с камерами, в одной из которых размещен регистратор давления и шток с разделителем, а другая камера заполнена жидкостью f2. Этот манометр имеет недостаток: влияние изменения температуры наружной (скважинной) среды на его показания вследствие термического расширения жидкости в камере. При этом влияние температуры на показания при бора превышает влияние самой измеряемой величины - давления. Например, при применении в качестве жидкости оливкового масла для перепада температур At 200С и давлений ДР ЮОО кгс/см изменение объема жидкости в камере под действием изменения давления д по отношению к первоначальному объему составляет .5ХЗЬР. р,-др б, ,3- 10 , где |а- коэффициент сжимаемости жидкости (оливкового масла) равный 6,3-10-5 . Изменение объема жидкости в камере под действием изменения температуры по отношению к первоначальному объему V. составляет (.-4t 14-10 - ,8-10 где oCrjf: - коэффициент термического расширения жидкости (оливкового масла) равный 7410 1С. Таким образом, относительное изменение объема жидкости в камере от температуры больше его относительного изменения от давления в 2,3 раза, т.е. ошибка при измерении темературы сильно влияет на показания анометра.

Цель изобретения - повышение точости манометра.

Поставленная цель достигается ем, что камера, заполненная жид-остью, разделена эластичной переычкой, при этом верхняя часть ее набжена стержнем и сообщается с нешним пространством, а нижняя ее асть выполнена двухступенчатой, в еньшей ступени которой размещен ерхней конец штока, причем размеры вухступенчатой камеры, перемычки и тержня связаны соотношением

Di

oi,

LC

Ьк

odK-oic

длина двухступенчатой L

где камеры, СМ;

fc: длина стержня, см; диаметр верхней (большей) ступени двухступенчатой камеры или длина перемычки,см; диаметр нижней (меньо„ шей) ступени двухступенчатой Кс1меры,см;

ж коэффициент термического расширения жидкости в двухступенчатой камере;

,с коэффициент линейного термического расширения материалов корпуса, камеры и стержня.

На чертеже изображена схема предлагаемого глубинного манометра,общий вид.

Глубинный манометр содержит часовой механизм 1, вал 2 которого входит в камеру 3 через переходник 4 и слабо уплотнен кольцом 5 из деформируемого материала. Вал 2 связан С картограммодержателем 6. Перо 7 укреплено на штоке 8. Картограммодержатель 6 находится в камере 3 корпуса 9. Шток 8 проходит через цилиндр 10, уплотненный слабо зажатым кольцом 11 из деформируемого материала в камеру 12, полностью заполненную какой-либо Жидкостью, например, оливковым маслом.

В камере 3 имеются отверстия 13 с фильтром. Для измерения температуры в нижнюю часть манометра помещен термометр 14. Камера 12 выполнена двухступенчатой. Нижняя ступень имеет меньший диаметр по сравнению с верхней. Над камерой 12 размещена дополнительная камера 15, отделенная от камеры 12 гибкой перемычкой 16, например, сильфоном. Перемычка 16 соединена с одним концом жесткого стержня 17, размещенного в дополнительной камере 15. Другой конец этого стержня жестко прикреплен к верхней части камеры 15

В дополнительной камере 15 выполнены сквозные отверстия 18 с фильтром, сообщающие эту камеру с наружной (скважинной) средой.

Манометр работает следующим образом.

Наружное (скважинное) давление через отверстия 13 в корпусе 9 передается в камеру 3 и воздействует на шток 8, который перемещаясь сжимает жидкость в двухступенчатой камере 12 до тех пор, пока давление в ней не станет равным давлению наружной (скважинной) среды.

Одновременно наружное давление .через отверстие 18 передается в до5 полнительную камеру 15 и воздействует на гибкую перемычку 16. В результате сжатия жидкости в двухступенчатой камере 12 штоком 8 давление в этой камере постоянно сохраняется равным давлению наружной среды, т.е. перепады давления отсутствуют . Таким образом полностью устраняются условия для каких-либопропусков жидкости из двухступенчатой камеры 12 между штоком 8 и кольцом 11 и вместе с тем создаются условия для измерения любых высоких давлений.

Движение штока 8 передается жестко связанному с ним пишущему перу 7, которое прочерчивает на картограмме, укрепленной на картограммодержателе 6.

. При увеличении температуры жидкость в двухступенчатой камере 12 расширяется. Для компенсации этого расширения объем двухступенчатой камеры 12,. материалы корпуса на длине двухступенчатой 12 и дополнительной 15 камер,а также стержни 17 подобраны таким образом,чтобы изменение объема двухступенчатой камеры 12 за счет перемещения гибкой перемычки 16 вверх, вызванного термическим расширением корпуса на длине камер 12 и 15 равнялось приросту объема жидкости в двухступенчатой камере 12 за счет термического расширения этой жидкости. В результате этого шток 8 с укрепленным на нем пером 7, остается неподвижным при постоянном давлении, вследствие чего изменение температуры не отражается на показаниях манометра .

Условием компенсации термического расширения жидкости в двухступенчатой камере 12 является баланс приращений объемов, вызванных термичесКИМ. расширением этой жидкости aV , а также термическим расширением корпуса на длине камер 12 и 15 л V,.. , и стержня 17 д Vj,...

(1)

Л V, Д М - д Vet Изменение объема, вызванное рас ширением жидкости и удлинением сте ня, выражается соответственно форму лами ) LL-Oimit. ci nbcoteit-- , V - первоначальный объем . жидкости в двухступен чатой камере 12; S - площадь перемычки 16; L - длина двухступенчатой камеры 12; L - первоначальная длина стержня 17; А-,ЛС - коэффициенты термического- расширения соответственно жидкости и материала стержня (линейный) ; At- изменение температуры Dg, Оц -диаметры соответственн верхней (большей) и ни ней (меньшей) ступеней двухступенчатой -камеры 12 . Изменение емкости двухступенчато камеры 12, обусловленное термически расширением стенки корпуса камер, происходит как в продольном (осевом так и поперечном направлениях. Однако, влияние расширения в поперечном направлении, как показываю расчеты, пренебрежимо малы по сравнению с продольным удлинением, кото рое происходит по всей длине корпус камер, включая длину камер двухступенчатой 12 (L|4,) и дополнительной 15 (LC) . Последняя равна длине стер ня 17 (LCJ. Неучтенное расширение камеры -12 в поперечном направлении только улучшает условия компесации термического расширения жидкости в камере 12. Увеличение объёма камеры 12,обус ловленное удлинением корпуса камер, представляет собой произведение пло щади, равной площади перемычки 16 диаметром On, на изменение длины корпуса -(L + Lc;).t, (4) где коэффициент термического расширения (линейный) материала, корпуса, камер. Учитывая выражения (2), (3) и ( получаем из условия (1) условие ком пенсации термического расширения жидкости в двухступенчатой камере в виде

При испытании глубинного манометра, в качестве рабочей жидкости ис 96 см

Длина корпуса камер равна

11 + 96 107 см. Общая

+ L

65 длина испытанного образца глубинного пользовано оливковое масло, имеющее коэффициент термического расширения, равный 1- и коэффициент сжимаемости равный f, б,3-10 . Корпус камер изготовлен из дюралюминия с коэффициентом линейного расширения равным - 2,0-10 -//°С а стержень 17 - из суперинвара с коэффициентом линейнойго термического расширения равным с. 0,1510 При расчете размеров опытного образца предварительно задано: Длина верхней камеры 12 L 0,5 см Длина хода штока 8 LUI 10 см Диаметр штока 8D 0,4.см Диаметр перемычки 16 Og 3,0 см Размеры штока 8 выбраны в соответствии с размерами стержней. Длина штока, кроме этого, обеспечивает достаточную длину записи на картограмме. Уменьшение емкости камеры 12 при полном ходе штока 8 составляет ,. , .., 5-0,4 .-, „, V ,26 Это уменьшение происходит за счет упругого сжатия жидкости в камере 12 под действием наружного давления и поэтому величине д v. придан индеке р. Исходя из того, что увеличение авления в камере 12 происходит от О до 1000 кгс/см ( кгс/см ), то необходимый Начальный объем каеры составляет 20 см % 6,3. 1000 Как указывалось, ход штока 1ц, авен 10 см. Чтобы вместить этот ток, камера 12 должна иметь несолько большую длину, например, L 11 см. Поэтому внутренний иаметр верхней ступени камеры 12 авен D, A.-0|U ° 1,4 СМ I u I ±i,u -i;,j Длину .стержня 17 L. можно рассчиать, исходя из форглулы (5), описыващей условие компенсации термичесого расширения жидкости,заключенной камере 12, -14-10 -2-10 2,00-10- -0,15- 10-5

манометра составляет 152 см при наружном диаметре 3,8 см.

Предлагаемый глубинный манометр позволяет обеспечить получение объективных значений давления в скважинах путем автоматического устранения влияния термического расширения жидкости на показания манометра.

В нефтедобывающей промышленности применение предлагаемого манометра позволит улавливать динамику давления за годы разработки и принимать на основании этого меры по увеличению нефтеотдачи пластов; улавливать изменение давления в процессе исследова иия глубоких скважин, и сделать эти исследования практически осуществимыми, что, со своей стороны, позво/1ит составить обоснованные проекты разработки месторождений, основанные на понимании сущности происходящих в пласте изменений в процессе разработки.

Формула изобретения

Глубинный манометр, содержащий корпусс камерами, в одной из которых размещен регистратор давления и шток, а другая камера заполнена жидкостью, отличающийся тем, что, с целью повьоиения точности камера, заполненная жидкостью,разделена эластичной перемычкой, при этом верхняя часть ее снабжена стержнем

и сообщается с внешним пространством

а нижняя ее часть выполнена двухступенчатой , в меньшей ступени которой размещен верхний конец штока, причем размеры двухступенчатой камеры, перее мычки и стержня связаны соотношением

. OH ,

,

Ьс Da

OCu-Od.

длина двухступенчатой

L.. декамеры,см; длина стержня,см;

оГдиаметр верхней (большей) ступени двухступенчатой камеры или длина перемычки, см; диаметр нижней (мень 9шей) ступени двухступенчатой камеры, см;

коэффициент термического расширения жидкости в двухступенчатой камере;

«icкоэффициент линейного

k. термического расширения материалов корпуса,камеры и стержня. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе

t