Скважинный термоанемометр

ц 440484 ОПИСАНИЕ ,ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51) М, Кл Е 21 Ь 47/106 011 1/00 32) Г 1 рпорптст Гасударственные комитет Совета Министров СССРпо делам изобретений 3) УДК 622,245,4. Багринцев, П, В. Рыко 1) Заявитель оизводственный геофизический трест газовой промышленности Союзгазгеофизика НЫЙ ТЕРМОАНЕМОМЕ(54) СКВ ереднего конца на; ттт=(рСХрК);, дж/кг град; реды, вт/м град; сек/м-;среды, м/сек. Х - расстояние от ельного элемента, р - плотность сред- теплоемкость сред теплопроводность- вязкость среды, н- скорость движени де грева гдеТакое выполне высить точность стижение высоко температур и из На фиг. 1 пока от точки установ мента (ТЧЭ) до от параметра, оп лофизических св Как известно, Т(т - т) ство отличается тем, олнен в виде двух поых расположен нагредругой - термочувстещенный от переднего элемента на рассоответствии с выраустрои ка вып з котор т,ав нт, пом ательно мом в Предложенноечто кожух датчилостей, в одной ивательный элеменвительный элемего конца нагревстоянии, выбираежением ощность, затрачиваемая на на где д ев тел а, вт;лощадь поверхности тела, м,Т, - температура наружной стенки иоответственно, град. 5 - 7 ст и потока 25 В то же время согласно теории теплоотда при продольном обтекании цилиндрическо тела имеем 1 1 6,10 - о ти 10 крытни Дата опубликования описани Изобретение относится к ттефтегазодобывающей промышленности и предназначено для измерения скорости движения природного газа или жидкости по стволу действующей скважины. 5Известны скважинные термоанемометры, содержащие герметичный кожух и расположенные в нем нагревательный и термочувствительный элементы.Однако эти приборы имеют низкий верхний 10 предел диапазона измеряемых скоростей и рабочих температур окружающей среды. Кроме того, они характеризуются неоднозначной связью показаний со скоростью потока из-за значительного теплового сопротивления между 15 измерительным элементом и наружной стенкой кожуха датчика. Количественная интерпретация результатов измерения затруднена. ние устроиства позволяет по- измерения и обеспечивает дого верхнего предела рабочих меряемых скоростей.зана зависимость расстояния ки термочувствительного элепередней кромки нагревателя ределяемого комплексом тепойств среды и ее скоростью. коэффициент теплоотдачиуо в (3) Хз1Ат+ Вт+ С 60 65 3Ламинарный пограничный слой РО 6 СО 33 ЛО 66=1 ог 7ов ф (2)р В Х Турбулентный пограничный слойО 8 Соф 43 Лоф 67Л - т о 37р 9 где р, С, Х, ц, - соответственно плотность (кг/м), теплоемкость (дж/кг град), теплопроводность (вт/м град) и вязкость среды (н сек/м);я 7 - скорость среды, м/сек;Ки К, - постоянные коэффициенты, определяемые конструкцией обтекаемого нагретого тела;Х - расстояние от передней кромки нагревателя до места установки ТЧЭ, м. Наиболее точные и однозначные результаты будут получены, если в месте установки ТЧЭ существует турбулентный пограничный слой.Из выражения (3) следует, что значение комплексного параметра т в зоне существования турбулентного пограничного слоярофв Соф 43 Лоф7 П - Р 1 К 7 О,В (4)аСтоль сложная зависимость объясняется тем, что законы теплоотдачи имеют полуэмпирический характер.Для описания места установки термочувствительного элемента можно воспользоваться экспериментальными данными. График на фиг.1 в координатах х=(п) построен с учетом, что для воды, примененной в эксперименте р=0,639 10-н сек/м, С=4174 дж/кг град;1=0,635 вт/м град; р=992 кг/мв, а диапазон скоростей от 0,05 м/сек до 1,2 м/сек,Очевидно, что линия, образованная экспериментальными точками на фиг. 1 и определяющая критическую величину расстояния, может быть описана математическим выражением с любой наперед заданной точностью, однако для простоты можно ограничиться выражением вида где А, В, С - коэффициенты, подлежащие вычислению, а т описано выражением (4). Новая линия пройдет заведомо правее экспериментальной, т, е. будет находиться в нужной области значений Х.После проведения расчетов А=1,6 10 - О, В=4 10 - 4 и С=5 и выражение (5) приобретает вид5.1 4. 10-4 1 6 10-6 т 2 Кривая, описываемая этим выражением, сдостаточной для практики точностью совпада 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ет с экспериментальной кривой, приведенной на фиг. 1.Таким образом, оптимальным значением Х является расстояние, полученное из формулы (6), Дальнейшее увеличение Х вредно, так как ведет к бесполезному увеличению длины нагревателя и расходуемой им мощности, которую весьма сложно передавать по кабелю на большую глубину.На фиг. 2 изображен предлагаемый датчик, общий вид и разрез по А - А.Датчик 1 термоанемометра находится внутри охранного фонаря 2, на переднем конце которого установлен струевыпрямитель 3. В верхней части датчика расположен обтекатель 4. Фонарь 2 снабжен окнами 5 и крепится косынками 6 к защитному кожуху электронной схемы 7. Сверху защитный кожухоканчивается головкой 8 для подсоединения к каротажному кабелю.Защитный кожух датчика состоит из двух соединенных по образующей цилиндров 9 и 10. В цилиндре 10, имеющем внутри эллиптическое сечение, установлен ТЧЭ 11 на расстоянии большем Х, причем обеспечен хороший тепловой контакт ТЧЭ 11 со стенкой защитного цилиндра 10, а в цилиндре 9 размещен электрический нагревательный элемент 12. Сечение датчика имеет неправильную форму для уменьшения поверхности теплоотдачи. Проводы 13 от ТЧЭ и нагревательного элемента соединены с электронной схемой 7, расположенной в защитном кожухе.Устройство работает следующим образом.Поток флюида, вихреобразно текущий по скважине, выпрямляется струевыпрямителем 3, успокаивается фонарем 2 и обтекает датчик 1, образуя на нем последовательно ламинарный, переходный и турбулентный пограничные слои, и вытекает через выходные окна 5. Элемент 11 воспринимает температуру стенки цилиндра 10 и изменяет свое сопротивление, которое измеряется на поверхности. Температура потока Тизмеряется после выключения нагревательного элемента или другим прибором. По разности температур вычисляется коэффициент а и массовый расход флюида, а если известны его теплофизические свойства, то и скорость.Предлагаемая конструкция датчика позволяет добиться большой плотности теплового потока через цилиндр 10, практически полного совпадения температуры стенки цилиндра 10 с температурой ТЧЭ и обеспечивает однозначную связь между измеряемой разностью температур и массовым расходом. Предмет изобретения Скважинный термоанемометр, содержащий герметичный кожух и расположенные в нем нагревательный и термочувствительные элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и обеспечения достижения высокого верхнего предела рабо440484 т-=1(Р, С, Х, Р, ВЪ 10 Х 10,М 15 ц чих температур и измеряемых скоростей, кожух датчика выполнен в виде двух полостей, в одной из которых расположен нагревательный элемент, а в другой - термочувствительный элемент, помещенный от переднего конца нагревательного элемента на расстоянии, выбираемом в соответствии с выражением Х) 5 + 4 10 - 4 уи - 1,6 10 - 9 ща где Х - расстояние от переднего конца нагревательного элемента, м; где р - плотность среды, кг/м;С - теплоемкость среды, дж/кг град;Х - теплопроводность среды, вт/м град;р - вязкость среды, н сек/м-,У - скорость движения среды, м/сек. 7 8 9 70 й 12 13 т 10Фиг.1ПодписноСССР пография, пр. Сапунова, 2 з 161/7 Изд.232ЦНИИПИ Государственногопо делам нзо Москва, Ж,Тираж 565комитета Совета Министбретений и открытийРаушская наб., д. 4/5