Устройство для измерения давления и температуры в нефтяных скважинах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК А 1. 747- (5)5 Е 21 6 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЪТИПРИ ГКНТ СССР ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтянойпромышленности "Укргипрониинефть"(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ В НЕФТЯНЫХСКВАЖИНАХ(57) Использование: исследование скважин.Сущность изобретения: устройство содержит ключи 1 - 7, соединенные с блоком 8управления, источник 9 стабилизированногэ тока, запоминающиеячейки 10-12, вычислительный блок 13, регистратор 14, омический преобразователь 17 с подвижным контактом, подстроечные резисторы 15, 18, 20 и 21, Последние служат для установления равенства и роходн ых сопротивлений кл ючей 2, 3, 5 и 7. Цикл измерения содержит последовательное подключение к входам заполняющих ячеек 10 - 12 через определенные группы ключей различных участков измерительной цепи. В ячейках 10 - 12 запоминаются соответствующие уровни напряжения. Блок 13 производит обработку информации по формулам, приведенным в описании изобретения, Регистратор 14 фиксирует давление и температуру, Применение устройства позволяет уменьшить влияние температуры на погрешность измерения давления. 4 ил,Изобретение относится к устройствам для исследования скважин и может быть использовано для измерения температуры и давления вдоль ствола и на забое скважины,Известно устройство для измерения давления в скважинах, содержащее геликсную пружину и омический преобразователь. Недостатком его является зависимость измерения давления от температуры, которая не учитывается,Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее глубинную часть, состоящую из геликсной пружины, омического преобразователя, наземную часть, включающую тумблер, электрический мост, измерительный узел, и двужильный кабель, два провода которого соединяют омический преобразователь с наземной частью; провода кабеля выполнены из разных материалов и их спай в глубинной части образует термопару, Имея информацию о сопротивлении омического преобразователя давления при данной температуре и значение температуры в данной точке скважины, по известным зависимостям вычисляется сопротивление омического преобразователя при нормальной температуре. а равнои давление в скважине.В данном устройстве для уменьшения влияния температуры на погрешность измерения давления омический преобразователь выполнен из нихрома, который может работать при высоких температурах и имеет низкий температурный коэффициент сопротивления (ТКС = 0,00015 1/град).Однако применение термопарного кабеля с ТКС = 0,0013 - 0,0015 1/град и сопротивление которого не учитывается, приводит к погрешности измерения давления, причем величина ее может достигать больших значений и не поддаваться учету, а применение дорогостоящего термопарного кабеля повышает стоимость устройстваЦель изобретения - повышение точности измерения температуры и давления.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, вкл,очающее омический преобразователь с подвижным и неподвижными контактами, геликсную пружину., соединенную механически с подвижным контактом омического преобразователя, первую и вторую жилы кабеля, регистратор, дополнительно введены источник стабилизированного тока, блок управления, семь ключей, три запоминающих ячейки, вычислительный блок и третья жила кабеля, причем выходы блока управления подключены10 20 25 вой,медной или никелевой, На фиг,1 представлена функциональная 30 35 45 5 б к управляемым входам ключей, выходы первого, четвертого и шестого ключей соединены соответственно через первую, вторую и третью запоминающую ячейку с первым,вторым и третьим входами вычислительного блока, выход которого подключен к регистратору, при этом выходы второго и седьмого ключей соединены с общим выходом источника стабилизированного тока, выход которого подключен к входам первого, третьего, четвертого, пятого и шестого ключей, вход второго и выход пятого ключей соединены соответственно через первую и вторую жилы кабеля с первым и вторым неподвижными контактами омического преобразователя, подвижный контакт которого подключен через третью жилу кабеля к выходу третьего и входу седьмого ключей, причем жилы кабеля выполнены из однородного материала и имеют одинаковое сопротивлениее.Омический преобразователь выполнен из проволоки, имеющей большой ТКС ==0,004 - 0,007 1/град, например платиносхема устройства; на фиг.2 и 3 - принципиальные схемы варианта исполнения блока управления запоминающих ячеек и вычислительного блока; на фиг.4 - эпюры напряжений, иллюстрирующие алгоритм работы блока управления.Устройство содержит ключи 1-7, (фиг,1), управляющие входы которых подключены к блоку 8 управления, источник 9 стабилизированного тока, потенциальный выход которого подключен к входам ключей 1, 4 и 6, выходы которых соединены соответственно с входами запоминающих ячеек 10-12, а их выходы подключены к аналоговым входам вычислительного устройства 13, выход которого соединен с входом блока 14 регистрации, Кроме того, потенциальный выход источника 9 стабилизированного тока подключен через последовательно соединенные резистор 15, ключ 3 и провод 16 с подвижным контактом амического преобразователя 17, а через последовательно соединенные резистор ,8, ключ 5 и провод 19 - с одним из неподвижных контактов омического преобразователя 17. Общий выход источника стабилизированного тока 9 подключен через последовательно соединенные резистор 20, ключ 7, провод 16 с подвижным контактом омического преобразователя 17, а через последовательно соединенные резистор 21, ключ 2 и и, овод 22 - с другим неподвижным контактом омического преобразователя 17, Подстроечные(2) 40 45 50 резисторы 15, 18, 20 и 21 служат для установления равенства проходных сопротивлений ключей 2, 3, 5 и 7,Устройство работает следующим образом. Блок 8 управления, принципиальная схема которого показана на фиг.2, формирует на своих выходах импульсы, управляющие ключами 1 - 7. Работа блока синхронизируется импульсами сетевой частотой 50 Гц, которые через цепочку формирования прямоугольных импульсов, состоя:цую иэ элементов Ч 1, Я 1, Ч 2, первая логическая ячейка микросхемы 01(К 155 ЛАЗ) подается на тактовый вход С О-триггера (К 155 ТМ 2), работающего в счетном режиме. Два О-триггера микросхемы К 155 ТМ 2 с обратной связью с выхода 8 дешифратора, выполненного на логических элементах микросхемы ОЗ (К 155 ЛАЗ), обеспечивают пересчет импульсов на 3. В результате на выходах 6, 3 и 11 микросхемы ОЗ и на выходах 6 и. 11 микросхемы О 1 получаем импульсы, обеспечивающие поочередное включение ключей по группам; 1-я группа - ключи 1, 2 и 3; 2-я группа - ключи 2, 4 и 5; 3-я группа - 5, 6 и 7,При включении низким уровнем напряжений(фиг.4) первой группы ключей(вторая и третья отключены), ток от потенциального выхода источника стабилизированного тока 9 (фиг.1) протекает по цепи: проходное сопротивление ключа 3 (Вз) - сопротивление провода 16 (В 16) - сопротивление части омического преобразователя 17 (Вд) - сопротивление провода 22 Я 22 - . проходное сопротивление ключа 2 Я 2 - общий выход источника стабилизированного тока, На выходе источника стабилизированного тока получаем Ч 1 = Ь (Вз + В 16+ Яд+ В 22+ Я 2). Сопротивления Вэ и В 2. включают в себя сопротивления 15 и 21 соответственно. Выход источника стабилизированного тока подключается ключем 1 к запоминающей ячейке 10, куда заносится значение Ч 1.При включении второй группы ключей (первая и третья отключены) ток протекает по цепи: проходное сопротивление ключа 5 (Вб) - сопротивление провода 19 (Я 19) -полное сопротивление омического преобразователя 17(Вт) - сопротивление провода 22 (В 22) - проходное сопротивление ключа 2 (В 2) - общий выход источника стабилизированного тока. На выходе источника стабилизированного тока получаем Ч 2 = 1 ст (В 5 + В 19 + Вт + Вгг + Вг). Сопротивление В 5 включает в себя сопротивление 18. Выход источника ключом 4 подключается к запомина ощей ячейке 11, куда заносится значение Чг. При включении третьей группы ключей (первая и вторая отключены) ток протекает по цепи; проходное сопротивление ключа 5 (Я 5) - сопротивление провода 19 (Я 19) - сопротивление омичегкого преобразователя 17(Вт - Яд) - сопротивление провода 16 (В 16) - проходное сопротивление ключа 7 (Вт) - общий выход источника стабилизированного тока. На выходе источника стабилизированного тока получаем Чз =ст (В 5 + Я 19 + (Ят-Вд) + В 16 + Я 7), Сопротивление В 7 включает в себя сопро-, тивление 20, Выход источника ключом 6 подключается к запоминающей ячейке 12, куда заносится значение Чз, Дальше цикл. повторяется,Таким образом, на выходах запоминающих ячеек и соответственно на входах вычислительного устройства формируются напряжения Ч 1, Чг, Чз,Решив совместно уравнения для Ч 1, Чг. Чз относительно Вт и Вд, учитывая, что сопротивления проводов 22, 16 и 19 равны В 22 = Я 16 = В 19 и проходное сопротивление лючей 2, 3, 5 и 7 Вг = Вз = В 5 = В 7, получим: Температура и давление в точке измерения соответственно равны Вд Ч 2 ЧЗр: Кг Вд =К (МПа), (4) где К 1 и К 2- коэффициенты пропорциональности, учитывающие, что:,К 1 - материал омическогопреобразователя;К 2 - материал омического преобразователя, чувствительность геликсной пружины, температурные изменения модуля упругости геликсной пружины,Запоминающие ячейки 10, 11 и 12 и схема блока 13 показаны на фиг,3. Запо.- минающие ячейки представляют собой операционные усилители (К 140 УД 6) со стопроцентной отрицательной обратной связью и с запоминающими конденсаторами на прямых входах. Напряжения Ч 1, Ч 2, Чз в момент замыкания ключей 10, 11 и 12 попадают на конденсаторы, запоминаются и хранятся до следующего цикла, Так какусилитель охвачен стопроцентной отрицательной обратной связью, то напряжения на их выходе равны напряжениям на прямых входах,Сигналы с выходов запоминающих ячеек 10, 11 и 12 поступают на входы сумматоров 01 и 02, собранных на операционных усилителях К 140 УДб, На выходе 01 получаем напрякение Ч =- Ь В = 2 Ч 2-Ч 1-ЧЗ, пропорциональное температуре (см. формулы 1 и 3), которое подается на блок регистрации и на вход 7 перемножителя сигналов микросхемы 03 типа КР 525 ПС 2 Б. На выхо- дЕ 02 ПОЛуЧаЕт НаПряжЕНИЕ Ч=ст Яд= Ч 2-ЧЗ (см, формулу 2), которое подается на вход 1 микросхемы 03, Микросхема выполняет операцию деления, в результате которой на выходе получим напряжениеЧ Ч 2 ЧЗЧ = =КЧт 2 Ч 2 - Ч 1 ЧЗ(см, формулу 4), которое пропорционально давлению.Использование новых элементов выгодно отличает предлагаемое устройство для измерения давления и температуры от известного, так как устраня, ется составляющая погрешности, обусловленная температурным изменением сопротивления проводов кабеля. В результате повышается точность измерения давления, Применение дешевого трехжильного кабеля позволяет снизить стоимость устройства и увеличить область применения, что даст зкономию в народном хозяйстве. Формула изоб ретен ияУстройство для измерения давления итемпературы в нефтяных скважинах. содержащее омический преобразователь с по 5 движным и неподвижным контактами,геликсную пружину, соединенную механически с подвижным контактом омическогопреобразователя, первую и вторую жилу кабеля, регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем,10 что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено источником стабилизированного тока, блоком управления. семьюключами, тремя запоминающими ячейками,вычислительным блоком и третьей жилой15 кабеля, причем выходы блока управленияподключены к управляемым входам ключей,выходы первого, четвертого и шестого ключей соединены соответственно через первую, вторую и третью запоминающую20 ячейки с первым, вторым и третьим входамивычислительного блока, выход которогоподклю;зн к регистратору, при этом выходывторого и седьмого ключей соединены с общим выходом источника стабилизированно 25 го тока, выход которого подключен к входампервого, третьего, четвертого, пятого и шестого ключей, вход второго и выход пятогоключей соединены соответственно черезпервую и вторую жилу кабеля с первым и3 О вторым неподвижными контактами омического преобразователя, подвижный контакткоторого подключен через третью жилу кабеля к выходу третьего и входу седьмогоключей, причем жилы кабеля выполнены из35 однородного материала и имеют одинаковое сопротивление,каз 2483 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 РТ СССР Гагарина, 10 Юс Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго