Устройство для измерения дебита жидкости или газа в скважине Советский патент 1982 года по МПК E21B47/10 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕБИТА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА В СКВАЖИНЕ

1

Изобретение относится к ycTpQHCTBaM для измерения дебитов жидкостей или газов в скважинных условиях.

По основному авт. св. № 819321 известно устройство для измерения дебита жидкости или газа в скважине, содержащее измери- 5 тельные элементы с нагревателем, причем измерительные элементы выполнены в виде двух цилиндров, соединенных под углом друг к другу, и помещены в направляющие, выполненные в виде конфузоров, создающих Q ускорение потока на поверхности цилиндрических элементов датчика и обеспечивающих повыщение их теплоотдачи 1.

Однако известное устройство отличается малой чувствительностью измерительных элементов и узким диапазоном измерения 15 дебитов жидкости или газа в скважине, особенно в сторону больщих скоростей поfOKa.

Цель изобретения - повыщение точности и расщирения диапазона измерения. 2о

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено установленными в направляющих измерительными элементами турбулизирующими стержнями, причем диаметры измерительных элементов и турбулизирующих стержней и расстояние от измерительных элементов, на котором установлены турбулизирующие стержни, выбирают исходя из следующих соотвдщений

2

где h - расстояние, на котором установлены турбулизирующие стержни, мм;

И5М диаметр измерительных элементов, мм;

d-ryp - диаметр турбулизирующих стержней, мм.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Устройство состоит из измерительных элементов 1, выполненных в виде поперечно обтекаемых цилиндров,, изготовленных из медных трубок и установленных под углом между собой. Внутри измерительных элементов I помещены намотанные на керамические сердечники омические сопротивления 2, изготовленные из материала, отличающегося

большим температурным коэффициентом сопротивления. Омические сопротивления 2 вставлены в цилиндрические корпуса Л1змернтельного элемента 1 и для улучшения их теплоотдачи залиты легкоплавким сплавом. Перед заливкой сопротивления 2 тщательно изолируются термостойким лаком. Подготовленные таким образом измерительные элементы 1 прикреплены к несуш,ему корпусу 3, который -С помощью уплотнителя 4 присоединен к с&единительной муфте кабеля. Элементы 1 помещены в направляющие 5, выполненные в виде конфузоров, выходное сечение которых в два раза меньше чем входное. Непосредственно перед измерительными элементами установлены турбулизирующие стержни 6. Электрический ток к устройству подводится с помощью кабеля, который одновременно служит средством для опускани его в скважину, а также для вывода измерительных цепей от измерительных элементов. При этом оптимальным вариантом подбора диаметров дурбулизирующего и измерительного стер- кней для прибора указанного типа является dyvp/dMSM 0,5. При том же соотношении h/dnsM . Ри увеличении dтvp/dмзмДO 1 чувствительность лишь на несколько процентов ниже чем при ,5. Это объясняется следующим образом: хотя средняя теплоотдача измерительного цилиндра несколько увеличивается при увеличении .турМиъм ДО 1, но тем самым значительно увеличивается обшее сопротивление прохождению газа или жидкости через устройства, поэтому при той же скорости набегающего потока будет протекать меньший дебит, и чувствительность устройства к изменению скорости (дебита) будет несколько меньще.

При меньших соотношениях d.pyp/ HiN - ) на измерительный стержень будет набегать поток меньший турбулентности, которая ошутимо будет влиять лишь на небольшую часть поверхности лобовой части измерительного стержня. Поэтому средняя теплоотдача по сравнению с dryp/dMaM 0,5 при одинаковых других условиях будет меньше. Меньше будет и чувствительность устройства к изменению скорости потока.

При малом значении соотношения лобовая часть измерительного стержня попадает в еще не полнестью развитый след за турбулизирующим стержнем (в «тень турбулизирующего стержня) и поэтому увеличение средней теплоотдачи измерительного стержня является незначительным и чувствительность устройства к изменению CKopocT i набегающего потока не является максимальным. С удалением от турбулизирующего стержня по направлению потока турбулентность в след за ним гаснет и на измерительный стержень набегает поток с меньшей турбулентностью, чем при ЬМи}м 2. Кроме того. Б- данном устройстве немалую роль играет и тот факт, что в конфузоре

с увеличением скорости турбулентные пульсации потока несколько уменьщаются, что в свою очередь, отражается на увеличении средней теплоотдачи измерительного стержня, а тем самым и на чувствительности устройства.

Работа устройства основана на изменении омического сопротивления 2 в зависимости от изменения температуры стенки измерительных элементов 1, обусловленной условиями обтекания и скоростью потока измеряемой жидкости или газа. В горизонтально расположенных двух измерительных элементах (цилиндрах) помещены катушки по 5000 м, намотанные из никелевой проволоки. Эти катушки, соединенные последовательно, служат одновременно источниками нагрева и измерительными элементами датчика. Для нагрева датчика через обмотки измерительного элемента пропускается постоянный ток, величиной 0,15 А. Омическое сопротивление обмоток меняется зависимо от скорости набегающей на измерительный элемент жидкости или газа.

Измерениями скорости потока в скважине предшествует тарировка одного датчика данной серии на стенде. Изменение омического сопротивления и стабильный нагрев датчика осуществляется на принципе действия мостовой схемы. Применение направляющих в виде конфузоров повышает скорость жидкости, набегающей на измерительные элементы. Установка турбулизирующих стержней повышает турбулентность потока, набегающего на чувствительные элементь: датчика. Это способствует повышению теплоотдачи измерительных элементов, изменению сопротивления обмоток в значительно большей мере, в результате чего повышается точность измерений и расширяется диапазон измеряемых скоростей (дебитов), особенно в сторону больших значений.

Формула изобретения

Устройство для измерения дебита жидкости или газа в скважине по авт. св. № 819321, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, оно снабжено установленными в направляющих перед измерительными элементами турбулизирующими стержнями, причем диаметры измерительных элементов и турбулизирующих стержней и расстояние от измерительных элементов, на котором установлены турбулизирующие стержни, выбирают, исходя из следующих соотнощений

-,1- 2, 0,5,

«1изм

нам

где ti - расстояние, на котором установлены турбулизирующие стержни,

мм;

изм диаметр измерительных элементов, мм;

djyp - диаметр турбулизирующих стержней, мм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №819.321, кл. Е21 В 47/10, 1979 (прототип).