Индикатор профиля фазы среды в горизонтальных и наклонных скважинах и его емкостной датчик

Индикатор профиля фазы среды в горизоитальиых и наклоиных скважииах и его емкостной датчик.
Предложение относится к области нромысловой геофизики и предназначено для идентификации флюидной фазы в горизонтальных и наклонных скважинах.
Известна емкостная установка (САТ006), предназначенная для решения проблемы точной идентификации фазы в горизонтальных или сильно искривленных скважинах. (Прибор емкостной установки. Многоемкостный прибор с 12-ю расстанавливаемыми датчиками. Каталог / ф. Sondex Ltd, Великобритания, 2000 г.)
Модель САТ006 имеет установку из 12-ти датчиков или два круга по 6 датчиков в каждом, установленных на прижимных рычагах вокруг общего корпуса. Каждый датчик отмечает одновременно емкостные величины, связанные с диэлектрической проницаемостью флюида, окружающего его, позволяя производить многоточечную идентификацию флюида. Эти величины передаются на поверхность одновременно при помощи мультиплексной телеметрии (многопараметровая).
Недостаток устройства заключается в том, что в этой конструкции измерительные датчики установлены на рычагах, выполненных в виде штампованного профиля, в теле которого уложены провода от датчика к регистрирующей системе, которая удалена от датчика, что вызывает эффект «паразитной длинной линии (паразитная емкость и индуктивность), который приводит к тому, что паразитная ёмкость проводов значительно превосходит емкость датчиков.
Задача предлагаемого устройства - ликвидация паразитных влияний, повышение чувствительности и точности измерений диэлектрргческой проницаемости.
Указанная задача решается тем, что в предложенном индикаторе профиля фазы среды, содержащем корпус, шарнирно соединенные с ним подпружиненные рычаги в «п количестве, на каждом из которых установлен ёмкостной датчик, в непосредственной близости от датчика расположен Преобразователь «емкости в частоту, вход которого подключен к выходу датчика, а выход преобразователя подключен к тактовому входу «т разрядного счетчика, выходы которого подключены параллельно к «т разрядному регистру с защелкой с тремя состояниями (1, О, Z), установленными в корпусе, причем связь между преобразователем и «т разрядным счетчиком осуществлена посредством экранрфованной витой пары, имеющей на входе и выходе гермовводы, а все счетчики в «п количестве, регистры в «п количестве, а также связанные с ними центральный процессор, ОЗУ, схема управления, входят в состав специализированной микросхемы, называемой микроконтроллером.
Кроме того, возможен вариант, когда преобразователь «емкости в частоту установлен в корпусе прибора, причём в цепь между датчиком и преобразователем «емкость-частота введен преобразователь-компенсатор паразитных емкостей и индуктивности, а связь между датчиком и компенсатором осуществлена посредством экранированной витой пары, имеющей на входе и выходе гермовводы.
Суть заявляемого устройства поясняется чертежами.
На фиг. 1 «А и 1 «Б - представлена часть индикатора с выносным рычагом.
На фиг. 2 - представлена блок-схема устройства.
На фиг. 3 - показано устройство емкостного датчика этого индикатора.
На фиг. 1 «А - представлена часть корпуса 1 с прижимным рьлагом 2, на конце которого помещен емкостной датчик 3. В непосредственной близости от датчика 3 установлен преобразователь «емкость-частота - 4. Таких рычагов вокруг корпуса можно расположить «п количество (например, ). Рычаг к корпусу крепится при помощи шарнира 5. В корпусе 1 установлен «т -разрядный счетчик 6. Связь между преобразователем 4 и счетчиком 6 осуществлена посредством экранированной витой пары проводников 7, которые подключены к преобразователю 4 при помощи первого гермоввода 8 с защитным резиновым колпачком 9, а к счетчику 6 - через второй гермоввод 8 с резиновым колпачком 9. «т -разрядный счётчик подключен к «т -разрядному регистру, установленному также в корпусе 1, и входящему в состав специализированной микросхемы, называемой микроконтроллером. На фиг. 1 «В представлено устройство индикатора, в котором преобразователь 4 помещён в корпусе 1. Причем для компенсации паразитных емкостных влияний и индуктивности между преобразователем 4 и датчиком 3 установлен компенсатор 10, зфавновешивающий эти паразитные влияния. Э - экран из проволочной оплётки.
На фиг. 2 представлена блок-схема индикатора. Датчики Д в количестве «п штук подключены к преобразователям Пр (емкость х частота С D F), также в «п количестве, таким образом, что выход датчика Д подключен ко входу преобразователя Нр, выход которого подключен к тактовому входу «т -разрядного счетчика Сг в «п количестве (где С - тактовый вход, Cs - вход разрешения, К - вход сброса), выходы которого параллельно подключены к «т -разрядному регистру RG в «п количестве (где D - входной сигнал записи данных) с защелкой Зщ с тремя состояниями 1, О, Z (где 1 - логическая единица, О - логический нуль, Z - высокоомное состояние), m - «т -разрядная шина данных, установленная в цепи между выходом счетчика Сг и входом регистра RG.
Все счетчики , регистры  связаны с оперативно запоминающим устройством (ОЗУ), со схемой управления и центральным процессором ЦП и входят в состав специализированной микросхемы.
Индикатор работает следующим образом.
рующий вход m-разрядного счетчика (Сч.), при этом одновременный подсчет импульсов на всех счетчиках происходит только при поступлении общего сигнала разрешения CS. По истечении времени действия сигнала CS приходит сигнал сброса на входы R счетчиков и этот же сигнал является сигналом записи D в ш-разрядные буферные регистры RG.
Таким образом, происходит один цикл накопления и записи. За время второго цикла накопления ЦП (центральный процессор) микроконтроллера (МК) заносит в определённую зону ОЗУ в определённом порядке данные о профиле фазы среды, которые затем с помощью телеметрической системы передаются в наземный пульт регистрации и визуализации.
Известен прибор для измерения плотности жидкости, который содержит два электрода-конденсатора, находящихся на некотором расстоянии один от другого. (Пат. США № 3903478, G01C27/26, Опубл. 02.09.1975 г.) Датчик состоит из измерительного конденсатора, образованного тремя цилиндрическими пластинами, между которыми протекает контролируемая жидкость. Внутренняя и наружная пластины конденсатора соединены между собой. Изменение плотности жидкости вызывает изменение емкости между электродами.
Прибор измеряет усредненную величину процентного водосодержания, при этом, обладает низкой чувствительностью, кроме того, он не приспособлен для работы в вязких средах, т.к. в этом случае затруднено протекание жидкости между пластинами конденсатора и наблюдается эффект «насыщения, что снижает чувствительность прибора.
Известен емкостной датчик для измерения состава смеси воды и нефти (Пат. Франции № 1427818, кл. GO IN, Опубл. 3.01.1966 г.). Измерительный электрод датчика представляет собой металлическую оплетку или спираль, навернутую на цилиндрический стержень из синтетической смолы и покрытую изоляционным слоем толщиной, примерно равной ширине кольцевого пространства между измерительным электродом и наружной оболочкой аппарата, служащей вторым электродом. Датчик служит для
измерения диэлектрической постоянной. Недостатки данного датчика повторяют несовершенство прибора по патенту США № 3903478.
Предложенный емкостной датчик решает задачу надежности его использования в средах с любой вязкостью и повышение его чувствительности.
Задача решается тем, что емкостном датчике, представляюш;ем собой каркас с основанием и боковыми стенками, образующими емкостную пару, каркас датчика выполнен из немагнитного материала, например, из пластмассы, боковые стенки которого профилированы и открыгы с торцов, на внутренней поверхности каждой из стенок наклеены пластины из керамики, на которых напылен металл с высокой проводимостью, например, серебро, внешняя поверхность каждой из боковых стенок покрыта веществом с низкой адгезией, например, фторопластом, а с внутренней стороны стенки на металл напаян гибкий многожильный провод с литой изоляцией из фторопласта, который подводится к преобразователю «емкостьчастота, при этом ёмкостная пара может быть выполнена со стенками в виде полукруга, или со стенками в виде подковы, или со стенками, образующими между собой угол более 90°.
На фиг. 3 представлен ёмкостной датчик, где каркас с основанием Пи боковыми стенками 12, образующими между собой угол а более 90° и открытыми с торцов. Стенки 12 профилированы - выполнены с углублением 13.
На внутренней поверхности стенок наклеены пластины из керамики 15, на которые напылен металл с высокой проводимостью, например, серебро, а внешняя поверхность стенки покрыта веществом с низкой адгезией 16, например, фторопластом, на металле напаян 17 гибкий многожильный провод 18 с литой изоляцией 19 из фторопласта.
Датчик работает следующим образом. Нри прохождении жидкости между изолированными обкладками 12 конденсатора меняется емкость
конденсатора в зависимости от диэлектрической проницаемости состава жидкости, протекающей между обкладками.
Зависящая от состава жидкости ёмкость конденсатора изменяет частоту в преобразователе «емкость-частота. Чувствительность преобразователя совместно с конденсатором должна быть достаточной для построения профиля фазы среды по критерию диэлектрической проницаемости.
Изготовление датчика с боковыми стенками, образ)гющими угол а более 90° и открытыми с торцов (или со стенками в виде полукруга, или в виде подковы) позволяет пропускать жидкость без какой либо задержки и налипания слоя на обкладках конденсатора, чему способствует и применение материала с низкой адгезией.