Глубинный манометр

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскик Социалистическик Республик(51)М. Кл,Е 21 В 47 Г 06 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088,8) Дата опубликования описания 30. 04, 81(54) ГЛУБИННЫЙ МАНОМЕТР Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к исследованию скважин.Известен глубинный геликсный маномерт, содержащии часовой механизм, фрикцион, ходовой винт, каретку, шток с пером и геликс 1(.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 гис"терезиса), 15Наиболее близким решением из известных к предлагаемому является глубинный манометр, содержащий корпус . с камерами, в одной из которых размещен регистратор давления и шток с 20 разделителем, а другая камера заполнена жидкостью 21 .Этот манометр имеет недостаток: влияние изменения температуры наружной (скважинной) среды на его по казания вследствие термического расширения жидкости в камере. При этом "влияние температуры на показания прибора превышает влияние самой измеряемой величины - давления. Например, 30 при применении в качестве жидкостиоливкового масла для перепада температур ь с = 200 С идавленийАР = 1000 кгс/см изменение объемажидкости в камере под действием изменения давления Ь Чя, по отношениюк первоначальному сбъему составляет- Ля=6,3101000=6,310дня,р -. з.где ф- коэффициент сжимаемости жидкости (оливкового масла) равный6,3 10 см 9 кгс. Изменение объема жидкости в камере под действием изменения температуры дЧ по отношению к первоначальному объему Ч. составляет- =ахи ьс=14 10 200=14,8 10 где Аф - коэффициент термического расширения жидкосту (оливкового масла) равный 74 10 1 СТаким образом, относительное изменение объема жидкости в камере от температуры больше его относительно" го изменения от давления в 2,3 раза, т.е. ошибка при измерении темАзербайджанский государственный научносДедовательскийи проектный институт нефтяной промышленности".Мйнистерства",нефтяной промышленности СССРпературы сильно влияет на показанияманометра.Цель изобретения - повышение точности манометраПоставленная цель достигаетсятем, что камера, заполненная жидкостью, разделена эластичной перемычкой, при этом верхняя часть ееснабжена стержнем и сообщается свнешним пространством, а нижняя еечасть выполнена двухступенчатой, вменьшей ступени которой размещенверхней конец штока, причем размерыдвухступенчатой камеры, перемычки истержня связаны соотношениемР-0 я-с"к ф фсгде - длина двухступенчатойкамеры, см;- длина стержня, см;О - диаметр верхней (больНшей) ступени двухступенчатой камеры илидлина перемычки,см;О - диаметр нижней (меньВшей) ступени двухступенчатой камеры,см;А - коэффициент термичесЖкого расширения жидкости в двухступенчатой камере;о(д - коэФфициент линейноготермического расширения материалов корпуса,камеры и стержня.На чертеже изображена схема предлагаемого глубинного манометра, общийвид.Глубинный манометр содержит часовой механизм 1, вал 2 которого входит в камеру 3 через переходник 4 ислабо уплотнен кольцом 5 из деформируемого материала. Вал 2 связанс картограммодержателем 6. Перо 7 укреплено на штоке 8, Картограммодержатель б находится в камере 3 корпуса 9. Шток 8 проходит через цилиндр 10, уплотненный слабо зажатымкольцом 11 из деформируемого материала в камеру 12, полностью заполненную какой-либо жидкостью, например,оливковым маслом.В камере 3 имеются отверстия 13с фильтром. Для измерения температуры в нижнюю часть манометра помещентермометр 14. Камера 12 выполненадвухступенчатой. Нижняя ступеньимеет меньший диаметр по сравнениюс 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 жесткоприкреплен к верхней части камеры 15. В дополнительной камере 15 выполненысквозные отверстия 18 с фильтром,сообщающие эту камеру с наружной(скважинной) средой.Манометр работает следующим образом,Наружное (скважинное) давлениечерез отверстия 13 в корпусе 9 передается в камеру 3 и воздействуетна шток 8, который перемещаясь сжимает жидкость в двухступенчатой ка 10 мере 12 до тех пор, пока давление вней не станет равным давлению наружной (скважинной) среды.Одновременно наружное давлениечерез отверстие 18 передается в до 15 полнительную камеру 15 и воздействует на гибкую перемычку 16. В результате сжатия жидкости в двухступенчатой камере 12 штоком 8 давление в этой камере постоянно сохра 20 няется равным давлению наружнойсреды, т.е. перепады давления отсутствуют. Таким образом полностьюустраняются условия для каких-либопропусков жидкости из двухступенчатой камеры 12 между штоком 8 и кольцом 11 и вместе с тем создаются условия для измерения любых высокихдавлений,Движение штока 8 передается жестко связанному с ним пишущему перу 7,которое прочерчивает на картограмме, укрепленной на картограммодержателе б.При увеличении температуры жидЗ 5 кость в двухступенчатой камере 12расширяется. Для компенсации этогорасширения объем двухступенчатойкамеры 12, материалы корпуса надлине двухступенчатой 12 и до полнительной 15 камер,а также стержни 17 подобраны таким образом, чтобыизменение объема двухступенчатойкамеры 12 за счет перемещения гибкой перемычки 16 вверх, вызванноготермическим расширением корпуса надлине камер 12 и 15 равнялось приросту объема жидкости в двухступенчатой камере 12 за счет термического расширения этой жидкости. Врезультате этого шток 8 с укрепленным на нем пером 7, остается неподвижным при постоянном давлении,вследствие чего изменение температуры не отражается на показаниях манометра.55Условием компенсации термическогорасширения жидкости в двухступенчатой камере 12 является баланс приращений объемов, вызванных термическим расширением этой жидкости аЧ а также термическим расширением корпуса на длине камер 12 и 15 ь Ч+, и стержня 17 Ь Чо,.65 Ь Ч .+ = ЬЧк+ дЧса.стерж ходя и овне к ширени 12,Длину ать, ис щей усл ого рас камерет термической) материал где о- коэффици расширения (линей корпуса, камер.Учитывая выраж получаем из услов пенсации термичес жидкости в двухст ы формумпенс жидк ии ти ния (2), (3) и (4)(1) условие комого расширенияпенчатой камере-5 3,0 .12,00 10 0,15 10 60 96 см к юс Рь (Йк Ок-осиспытании глубинного манометачестве рабочей жидкости ис- б 5 камер равнаб = 107 см. Общаяо образца глубинного Длина корду += 11+ длина йспытанн Пр а, вИзменение объема, вызванное расширением жидкости и удлинением стержня, выражается соответственно форму- лами л РсмоЯ д 4 ( к щ д-ЯР,с=5 ь)сф с д 4 фспс дфгде Ч - первоначальный объемфжидкости в двухступенчатой камере 12;6 - площадь перемычки 16;и- длина двухступенчатойкамеры 12;первоначальная длинастержня 17;"м,Ыс - коэффициенты термического расширения соответственно жидкости иматериала стержня (линейный);д с - изменение температуры;О О - диаметры соответственно8 ф нверхней (большей) и нижней (меньшей) ступенейдвухступенчатой .камеры 12.Изменение емкости двухступенчатойкамеры 12, обусловленное термическимрасширением стенки корпуса камер,происходит как в продольном (осевом),так и поперечном направлениях.Однако, влияние расширения в поперечном направлении, как показываютрасчеты, пренебрежимо малы по сравнению с продольным удлинением, которое происходит по всей длине корпусакамер, включая длину камер двухступенчатой 12 ( ) и дополнительной15 (с). Последняя равна длине стержня 17 (с), Неучтенное расширениекамеры 12 в поперечном направлениитолько улучшает условия компесациитермического расширения жидкости вкамере 12.Увеличение объема камеры 12,обусловленное удлинением корпуса камер,представляет собой произведение площади, равной площади перемычки 16диаметром О , на изменение длиныкорпуса пользовано оливковое масло, имеющеекоэффициент термического расширения,равный ., = 74 101/С и коэффициент сжимаемости равный- 6,3 10см/кгс.Корпус камер изготовлен из дюралюминия с. коэффициентом линейного1 Срасширения равным А = 2,0 10 4а стержень 17 - из суперинвара ск оэффициентом линейнойго термическо 1го расширения равным Ас,= 0,15 10 /При расчете размеров опытного образца предварительно задано:Длина верхней камеры 12= 0,5 смДлина хода штока 8 10 смДиаметр штока 8 Ош = 0,4 см 15 Диаметр перемычки 16 О = 3,0 смРазмеры штока 8 выбраны в соответствии с размерами стержней. Длинаштока, кроме этого, обеспечиваетдостаточную длину записи на карто грамме.Уменьшение емкости камеры 12 приполном ходе штока 8 составляет д Ч ф = - 3.ц -10=1, 26 см%0 ш. 3 0,4254 4Это уменьшение происходит за счетупругого сжатия жидкости в камере12 под действием наружного давленияи поэтому величине д Ч придан ин 30 декс р. Исходя из того, что увеличениедавления в камере 12 происходит от0 до 1000 кгс/см (др=1000 кгс/см ),Я.35 то необходимый начальный объем камеры составляетдЧжа 1 26 - 20 смЖ др б 3 101000р д40 Как указывалось, ход штокаравен 10 см. Чтобы вместить этотшток, камера 12 должна иметь несколько большую длину, например,11 см. Поэтому внутренний45 диаметр верхней ступени камерыКы 12равенманометра 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 1 иия глубоких скважин. и сделать эти исследования практически осуществимыми, что, со своей стороны, позволит составить обоснованные проекты разработки месторождений, основанные на понимании сущности происходящих в пласте изменений в процессе разработки.Формула изобретенияГлубинный манометр, содержащий корпус с камерами, в одной из которых размещен регистратор давления и шток, а другая камера заполнена жидкостью, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, камбра, заполненная жидкостью, разделена эластичной перемычкой, при этом верхняя часть ее снабжена стержнем и сообщается с внешним пространствома нижняя ее часть выполнена двухступенчатой, в меньшей ступени которойразмещен верхний конец штока, причемразмеры двухступенчатой камеры, пере 5 мычки и стержня связаны соотношением-фж-к(.с - длина стержня,см;О - диаметр верхней (больНшей) ступени двухступенчатой камеры или дли 15на перемычки, см;О - диаметр нижней (мень 9шей) ступени двухступенчатой камеры, см;4 - коэФФициент термичес"20 кого расширения жидкостив двухступенчатой камере;(4 с - коэффициент линейноготермического расширения25 материалов корпуса,камеры и стержня.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1 Каменецкий С.Т. и др. Нефтепромысловые исследования пластов.М., "Недра", 1974, с. 151-153.2. Авторское свидетельство СССРР 462020, кл. Е 21 В 47/06, 1974825885 Швыдкая 2327/23 Тираж 627 . Подписн ВНИИПИ Государственного кОмитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4