Скважинная телеметрическая система Советский патент 1981 года по МПК E21B47/12 

Изобретение относится к бурению и добыче нефти и может быть применен6 для исследования работы трубных колонн. Известна телеметрическая система для измерения усилий в трубных колоннах j. Известна также телеметрическая система, содержащая встроенизй в колонну труб упругий элемент с установленными на нем датчиками осевых перемещений и глубинную измерительну аппаратуру, со.единенную линией связи с приемным устройством и регистрируто щими приборами 2 Недостатком данного устройства является невысокая точность, так как для определения осевой нагрузки используется приближенная формула Барлоу, применимая только для случая тонкостенных труб. Цель изобретения - повьшение точности измерения осевого усилия. Цель достигается тем, что система снабжена установленными на упругом элементе датчиками радиалыалс перемещений, датчиком давления в затрубиом пространстве и функциональным преобразователем, входы которого связашл с выходами приемного узла, а выходы - с регистрами. Приемиое устройство линией связи соединено с глубинной измерительной аппаратурой. При одновременном дей- . ствии перепада давления и осевой силы упругий элемент удлиняется и приобретает бочкообразную форму. Последняя изменяет характеристику,осевое перемещение - осевое усилие, а наличие осевой силы влияет на харак1 ристику радиальное перемещение перепад давления. ВведеШ) обозначения : G - осевое усилие, кгс; Р - внутреннее внутритрубное давление, кгс/см ; Р2-на1|ужное (затрубное) давление, кгс/см 6Р - перепад давления, кгс/см, АР Pyf Р перемещение датчика, см; 1 - первоначальная длина упругого элемента, см;(5(Г7 нап ряжения соответственно радиальные, окружные и осевые, возникающие в теле трубы при комплексном нагружении (наружное и йггутреннее давление, осе .вое усилие), кг/см , ,- осевая деформация трубы (относительная); R и г - соответственно наружный и внутренний радиус трубы, см; Е- модуль упругости материала трубы,кг7см эффициент Пуассона; (f радиальное . перемещение датчика, -установленного на наружной поверхности трубы, см. Врезультате комплексного нагру жения тело трубы находится в сложно-напряженном состоянии, в связи с этим труба деформируется и получает перемещения, фиксируемые датчиком ( и{72. Осевое перемещение определяется по формуле . е. в данном случае f- 2 const, следов ательно,С , (О Согласно обобщенному закоггу Гу ка, - Т()- 2) По формуле ГУка L i&() Согласно формулам Лямэ, напряжения G-j. и б на наружной поверхности трубы определяются следующими зависимостямиа ...р .(Г . iJf:M Mv Л hl t R2-J.2. . Обозначим} k , получим . Представляя значения (Г, (х и (Г в формулы (2) и (l), получим выраже ние для перемещет я С j о л, . ) )« Радиальное перемещение на наружной поверхности трубы в результате 3 действия осевого усилия и перепада давления определяется по формуле л „ i- Р, „ 2- Е -|с QR Е (RV-) После преобразования получаем rf Ь- Г Q о D fj /п1 Е L 1C(Ri-r) . Решая совместно уравнения (4) и (5), получим выражение для О иДР ) 2КЧ1--С() (ё) .,(ЧА.)-в,(,) . Таким образом, устанавливая дополнительно датчики радиальных перемещений и наружного давления, можно с учетом формулы (7) точно определить действительное значение осевого усиЛИЯ. На фиг, 1 изображена блок-схема скважинкой телеметрической системы; на фиг. 2 - функциональный преобразователь, один из вариантов выполнения. Телесистема включает упругий элемент 1, встроенный в крлонну труб, на котором размещены датчики осевого перемещения 2 и датчики радиального, пег ремещения 3. Датчик наружного давления 4 установлен в затрубном пространстве. Для исключения влияния изгибающего усилия на упругом элементе установлены три датчика осевого усилия, расположенные через и соединенные последовательно. Аналогично установлены и датчики радиальных перемещений. Глубинная измерительная аппаратура содержит генераторы 5-7,-в соответствующие контуры которых включены обмотки датчиков 2-4, суммирующее устройство 8, входы которого соединены с выходами генераторов, и усилитель 9, подключенный к выходу сумми рукздего устройства. Глубинная измеритвльная аппаратура линией связи 10 соединена с приемныь узлом (ПУ). Приемное устройство содержит три полосовых фильтра 11-13, которые соединены с демодуляторами 14-16. Выходы де модуляторов соединены с функционалйным преобразователем 17, к выходймТ которого подключены индикаторы осевого усилия, перепада давления и наружного давления. Система работает следующим обраэой При проведении измерения внешние усилия 1 осевое усилие, внутреннее и затрубное давление) воздействуют на соответствующие датчики. Изменяя их индуктивности Ц+дЦ; L2±fiU; LgtAl генераторы формируют измерительные сигналы fj ±At; f-iAf которые через суммирующее устройство 8 и усилитель 9 поступают в линию связи 10. В приемном устройстве сигнал разделяется фильтрайи 11-13, депифруется в блоках 14-16 и поступает на функциональный преобразователь 17, На входы демодуляторов поступают частотно-модулированные -сигналы, на выходе получаем напряжения U , Ug. Ua пропорциональные глубинным измерительным сигналам. Для точного определения осевого усилия и радиального напряжеШя сигналы с выходов демодуляторов поступают в функциональный преобразователь, где выполняются математичес кие операции в соответствии с выражениями (6) и (7). В функциональном преобразователе напряжения U, U. и U{j чер.ез соответствуняцие сопротив.ления R, R 2. и Rg поступают на сопротивление Rg., Сопротивления подбирают ся таким образом, чтобы выполнялись математические операции в соответ:ствий с выражением (7). Одновременно сигналы Uj jUg. и и поступают Через RJ, R и R на сопротивление R. Перечисленные сопротивления выбираются так, чтобы выполнялись математичес кие операции в соответствии с выражеЮ1ем (б).Далее сигналы с гамаются с .Rg;- на регистрирующий прибор Q с Rf,- на прибор Л Р, с демодулятора 16прямо на прибор Рц. Вместо датчиков, радиального перемещения возможна устаноззка датчика перапада давления. Однако установка датчика в теле упругого элемента между внутритрубной и затрубной полостями связана с конструктивными трудностями, с необходимостью сверления упругого элемента, тщательной rtepMer. тизации датчика. Установка-датчиков радиальных перемещений значительно проще, а для увеличения радиальных перемещений используется механический усилитель. Телеметрическая система имеет следующие технико-экономические преимущества : осуществляет корректировку показаний осевого усилия в процессе измерения, что повыщает точ- . ность измерений; контролирует радиальные напряже1шя в зависимости от перепада давления с учетом осевого усилия; контролирует затрубное давление. Формула изобретения Скважинная телеметрическая система, содержащая встроенный в колонну труб упругий элемент с установленными на нем датчиками осевых перемещений и глубинную измерительную аппаратуру, соединенную линией связи с приемшзШ узлом и регистраторами, отличающаяся тем, что, . с целью повышения точности измерения, она снабжена установленными на упругом элементе датчиками радиальных перемещений, датчиком давления н затрубном пространстве и функциональным преобразователем, входы которого связаны с выходами приемного узла, а выходы - с регистраторами. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 240587, кл. Е 21 В 47/08, J970. 2.Авторское свидетельство СССР 595482, кл, Е 21 В 47/08, 1977,