Устройство для измерения расхода теплоносителя в нагнетательных скважинах

и 883376 Союз СоветскихСоциалистическихРеспубпин Дополнительное к авт. с(5 )М. Кл,22) Заявлено 26,03 1) 2899700/2 Е 2 с присоединением заявки29018 б 1 22 10 ощдарстеелкый комете 28) Приоритет до делам изаоретен Опубликовано 23 53) УДК 622,241,81, Бюллетень4 н открытки ата опубликования описания 23.11.8(71) Заявитель вано-Франковское специальное конструкторское средств автоматизации(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОД ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В НАГНЕТАТЕЛЬНЬ 1 Х СКВАЖИНАХИзобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для измерения расхода теплоносителя в продуктивные пласты нагнетательных скважин в процессе теплового воздействия,Известно устройство для измерения и расхода горячей воды в нагнетательных скважинах, содержащее корпус, турбину на валу которой эксцентрично закреплен постоянный маг нит, геркон, вторичный преобразователь и источник питания 111. известного расходом сть его использован едостатк в сква ется невозмож жинных услов иях для измерения расхода влажпродуктивные пласты нагнетательв процессе теплового воздейстного пара. ных скважи очеи перекрыти юе для г ершепн а а бъем,ра,пара,жинПоя тем, что о влажного па сширс ти сква ни су 1 сит о лавлсни вия, так как десятикратноерабочему диапазону, достаточводы, в условиях влажногонедостаточно. Это объясняетса значит и объемный расходсущественно зависит от степкоторая в свою очередь, завных условий по температуре этому полученный иэ одного и того же количества жидкости (воды) объм пара может в процессе прохождения по разным участкам ствола скважины в сотни раз менять свою величину и эти изменения на много перекрывают возможности скоростного тахометрического преобразователя расхода по ширине (перекрытию) диапазона. Таким образом, основываясь на сведениях, полученных на поверхности, об устьевом расходе пара при его закачке в скважину невозможно предсказать с достаточной степенью точности требуемый в намеченной точке скважины измерительный диапазон и выбрать его оптимальные границы. Даже при случайном совпадении выбранных границ с величиной расхода в данной точке измеря- емый параметр может легко выйти за выдранные пределы и измерение не состоится, Следовательно, без существенного расширения диапазона расходомер не применим для работы в среде влажного пара.Цель изобретения - ра ние диапазона измерения за счет создания на турбине тормозного момента.883376 Поставленная ггель достигается гем. что уст. ройство снабжено дополнительным герконолл, установленным диаметрально противоположно основному геркону и тормозным блоком, выполненным в виде раэмегценного на валу турбины дополнительного постоянного мдгшгга и установленного в корпусе тороиддльного ссрдеч.ника с двухсекционной обмоткой и переключателем полярности питания обмотки, причемосновной и дополнительный герконы включены в цепь переключателя полярности питанияобмотки, который соединен со вторичнымпреобразователем и источником питания.Кроме того, с целью обеспечения возможности изменения крутизны преобрдзоваиия рас.хода в число оборотов турбины, устройствоснабжено преобразователем чэстоГы В напряжение с здддтшком, причем нхол ирсобрдэова.теля частоты в идпряжсиис иссгк:иочси к вторичному преобразователю, д выход . к исгбчнику питания,Па фиг. 1 показан общий вид расходомерд,разрез: иа фпг. 2 и 3 - элскгрическая схема рдсходомерд н различных режимах работы, на фиг. 4 - электрическая схема расходомера, предусмагривдющдя изменение кру 1 изиыпреобразования расхода гз число оборотовтурбины.1 Ъсхогомер состоит (фиг. 1) ид корпусе 1,в котором нд опорах 2 врагцастся турбина 3под действием потока, проходящего черезвходныеи выходные 5 окна корпуса. ГЬянаправления потока в измсригелъиый кд:ии 1служит пакер 6,Нд валу 7 турбины 3 эксцентрично закреплен постоянный магнит 8 с продольигямотношению к валу) расположением погпосов,взаимодействующий с двумя радиально рдс.положенными (по отноГисиис к валу) герметичными контактами (геркоидми) 9 и 10,размещенными в герметичном отсеке корпуса1, Кроме того, на валу 7 турб,шы 3 закреплен постоянный магшп 1 с ради.злъиьм (поотношению к валу) расположением полюсов,играющий роль ротора тормозного устройствас бегущим магнитным полюсом. Статор;ормо.зящего устройства выполнен в виде тороидаль.ного сердечника 12, снабженного двухсекциониой обмоткой 13, и также размещен в герме.тичном отсеке корпуса 1.Для сВязи со вт 01 эичнои дппдэд Гузои, егяхОдящейся на поверхности (не показана), служитдвухпроводиый капал дистанционной связи(одноканальный кабель н металлической оилете)Обмотка 13 стдтора состоит (фиг, 2) изравных по числу витков секций 15 и 6, делящих статор на дне симмеричные части, чтопридает стдтору свойства электромдгнита с 4расположеннымгг на стыках секций полюсами,Обмотка 13 имеет электрическую связь с пере.ключдтелем полярности питания статора 17,управляемого герконами 9 и 10 и связанного,в свою очередь, при помощи канала дистанционной связи 14, со вторичным прибором 18и регулируемым источником постоянного на.пряжения 19, вынесенными на поверхность.Связь переключателя 17 со вторичным прибо.О ром 18 осуществлена через разделительнуюемкость С, а с источником напряжения 19 -через переключатель калиброванных напряжений П.Стыки секций 15 и 16 статора (полюсаэлск 1 магнита) тормозящего устройства и герконь. и 10 расположены в общей плоскости,проходящей через ось вала 7 турбины 3. Радидльиып 11 и продольный 8 постоянные магниты также лежат в общей плоскости, проходяигей через ось вала 7,э(ЗДля обеспечения нозможности изменениякрутизны преобразования в схему расходомера введены (фиг. 2 и 4) преобразовательчастоты в напряжение 20 с задатчиком 21 характера регулирования,25Расходомер работает следующим образом.При поступлении контролируемого потокав измерительный канал турбина 3 начинаетвращаться с пропорциональной объемномурасходу скоростью (частотой вращения) .Аналогично врацается расположенный наодном валу с турбиной магнит 8, управляющий геркоиами 9 и 10, в связи с чем проис.ходит двойное в течение оборота переключение переключателем 17 полярности напряже35 иия источника питания 19 на статоре 12, частота которого также пропорциональна объемному расходу, Возникающие в момент перекгпочения импульсы отфильтровываются емкостью С и поступают во вторичный при 4 О бор 18, где фиксируотся, По частоте следования импульсов судят о величине расхода. Отличительнои особенностью предлагаемогорасходомера является наличие в его конструк.ции индукционного тормозного блока с бегуим магнитным полем. Бегущее поле образуется в статоре 12 за счет наличия в немэлектромагнитных полюсов, периодически меняющих свою полярность. На фиг. 2 и 3показано изменение полярности полюсов ста О тора н зависимости от очередности включениягерконов, причем намагниченность сердечникаодной и той же полярности сохраняется втечение пол.оборота до поступления в пере.ключатель 17 командного импульса от следую щего геркона, после чего полярность скачкомменяется на обратную и также сохраняется втечение пол-оборота. Так как ротор тормозящего устройства, выполненный в ниле посто6Таким образом, путем многократного сдвига диапазона можно последовательно не извлекая прибора из скважины, перекрывать всеновые и новые участки шкалы расходов, таккзк суммарный диапазон окажется значительно более широким в сравнении с обычнымизмерительным диапазоном скоростного тахометрического преобразователя расхода,Путем влияния на момент торможения Мможно не только осуществлять одновременный сдвиг границ измерительного диапазонав сторону больших расходов, но и менятькрутизну преобразования. Для этого турбинадолжна нагружаться не постоянным в пределах диапазона тормозным моментом, а меняющимся, величина которого возрастает с частотой. Увеличение тормозного момента с частотой замедляет скорость роста чисел оборотовв сравнении со скоростью роста рзсхода. Следовательно, ири сохранении перекрытия по диапазону чисел оборотов неизменным можетбыть достигнуто существенно большее перекрытие ио измерительному диапазону (ио расходу),В предлагаемом расходомере, оборудованном индукционным тормозящим устройствомс бегущим магнитным полем, величина тормозного момента зависит от напряжения питаниястатора. Напряжение же питания стзтора изменяется от частоты вращения турбины следующим образом.Поступающие во вторичный прибор 18 счастотой переключения герконов импульсы поступают также (фиг. 4) ца преобразовательчастоты 20, где преобразуются ио программе,заданной эадатчиком 21, в постоянное напряжение, управляющее источником напряжения 19.Вследствие этого напряжение питания обмг.гкистзторз. вырабатываемое силовым блоком, меняется ио величине в соответствии с изменением частоты вращения турбины ио программе зздатчикз,Эффект от внедрения предлагаемого технического решения заключается в расширенииобласти применения скоростного тахометрического преобразователя расхода на новуюсреду - "лажный иар. Наличие информациио расходе влажного пара в продуктивныепласты нагнетательных скважин в процессетеплового воздействия позволяет оитимизиро.вать режим воздействия с целью предельногоповышения нефтеотдачи. 883376 40 50 1.Устройство для измерения расхода теплоносителя в нагнегательцых скважинах, содержащее корпус, турбину, ца валу которой эксцентрично закреплен постоянный магнит, геркон, вторичный преобразователь и источник питаянного магнита 11 с радиальным направлением полюсов, расположен в одной плоскости с управляющим магнитом 8 в момент переключения полярности он занимает одно из показанных на фиг, 2 или 3 положений (плоскости размещения магнитов, лыков секций статора и герконов совпадают).Магнитное поле статора начинает препятствовать дальнейшему перемещению ротора, причем в течение пол-оборота это препятствие нарастает, после чего поле мгновенно меняет свой знак на обратный и процесс повторяется, Очевидно, что препятствующий вращению ротора, пульсирующий с частотой вращения турбины тормозной момент, зависит по своей усредненной величине от приложенного к статору постоянного напряжения (от степени намагниченности электромагнита), т.е. от положения переключателя П.Следовательно, меняя подводимое к стато ру напряжение питания можно ирицудителыго влиять на величину тормозного момента на валу турбины, т.е. - на ее скорость вращения, Число оборотов турбины скоростного тахометрического преобразователя расхода зависит от величины объемного расхода следую. щим образом: где 3 - объемный расход среды через измерительное сечение турбины;- илощздь измерительного сечениятурбины;Н - шаг винтовой поверхности лопастей турбины;М - момент торможения цз турбине, причем нижняя граница диапазона (минимальное число оборотов) определяется в основной величиной начального момента сопротивления вращению турбины, вызванного трением в опорах (М = Мтр), а верхняя - предельной скоростью вращения турбины, зависящей от ее динамических характеристик, например, величины остаточного дисбаланса, превышение которой может привести к разрушению устройства, Поэтому в реальной конструкции расходомера диапазон чисел оборотов, объективно ограниченный с обеих сторон, является величиной постоянной, и расширецие измерительного диапазона за счет увеличения диапазона чисел оборотов затруднительно.Влиянием ца момент торможения И можно осуществлять одновременный сдвиг границ измерительного диапазона в стороцу больших расходов, не выходя зз существующие границы чисел оборотов. При этом происходит параллельное смещение характеристики иреобразования и цена оборота турбины в единицах расхода возрастает. 10 15 го 25 Зо45 . Формула изобретения883376 ния,отличающееся тем,что,с целью расширения диапазона измерения засчет создания ца турбипе тормозного момента,оно снабжено дополнительным герконом, установленным диаметрально противоположноосновному геркону, и тормозным блоком, выполненным в виде размещенного на валу турбины дополнительного постоянного магнитаи установленного в корпусе тороидальцогосердечника с двухсекдионной обмоткой и переключателем полярности питания обмотки,причем основной и дополнительный геркоцывключены в цепь переключателя полярностипитания обмотки, который соединен со вторичным преобразователем. 82. Устройство по ц, 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью обеспечениявозможности изменения крутизны преобразования расхода в число оборотов турбины, оносцабжено преобразователем частоты в напря.жение с задатчиком, причем вход преобразо.вагеля частоты в напряжение подключен квгоричцому преобразователю, а выход к источнику пигация.о Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Петров А. И., Бар-Слива В. И. Герек 3- скважинный расходомер, 1979, с. 18 - 19 (прототип) .