УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В СКВАЖИНЕ

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройству для определения давления и температуры среды в скважине, и может быть использована для определения физических параметров в скважине.
Известно устройство для измерения давления и температуры в скважине (патент РФ на изобретение №2149993, опубл.27.05.2000 Бюл. №15), содержащее преобразователь давления, четырехпроводную линию связи, источник тока, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, подключенный к микропроцессорному блоку.
Недостатком данного устройства является наличие аналого-цифрового преобразователя, который вносит дополнительный шум при переводе значения аналоговой величины в цифровое значение для сохранения в памяти прибора, что влияет на точность измерений.
Известно устройство для измерения физических параметров в скважине(патент РФ на изобретение №2013537, опубл.30.05.1994), содержащее индикатор давления, соединенный с приспособлением для измерения давления, источник рабочей среды, соединенный с приспособлением для измерения давления, приспособление для измерения температуры, датчик температуры и индикатор температуры, подключенных соответственно к входу и выходу приспособления для измерения температуры.
Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает достоверной информации о температуре и поправка данных по давлению, основанная на таких неточных данных по температуре, приводит к получению ошибочных данных по давлению.
Известно устройство для измерения физических параметров в скважине (патент РФ на полезную модель №49110, опубл. 10.11.2005 Бюл. №31), содержащее корпус в виде цилиндра, в котором размещены датчик температуры, датчик давления и элементы питания.
Однако недостатком данного устройства является влияние температуры нагрева работающей электроники на результаты измерения датчиками физических параметров скважины.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения физических параметров в скважине (RU 176710), содержащее корпус в виде цилиндра, в котором размещены датчик температуры, датчик давления и элементы питания. Устройство снабжено измерительной головкой с защитным колпачком с отверстиями для среды, соединяемых с корпусом и между собой резьбовым соединением, внутри измерительной головки расположен датчик давления, соединенный с разделителем сред и выполненный в виде низкочастотного кварцевого резонатора, на конце измерительной головки расположен платиновый датчик температуры, выполненный в виде термощупа, а в корпусе, выполненном герметичным, расположены временной таймер, электронная плата для преобразования сигналов датчиков давления и температуры, имеющая энергонезависимую память для хранения данных, и элементы питания.
Недостатком данного решения является невысокое предельное рабочее давление прибора.
Техническим результатом является повышение эксплуатационных характеристик устройства.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения физических параметров скважины содержит цилиндрический корпус, измерительную головку, защитный колпачок с отверстиями для среды, датчик давления, разделитель сред, датчик температуры, выполненный в виде термощупа, временной таймер, электронная плата для преобразования сигналов датчиков давления и температуры и элементы питания, корпус устройства изготавливается из материала Инконель 718, а разделитель сред из материала Инконель 625.
Сущность заявляемого технического решения поясняется фиг.1, на которой изображено устройство в разрезе.
Устройство для измерения физических параметров скважины содержит цилиндрический корпус 1, измерительную головку 2 с защитным колпачком 3 с отверстиями 4 для среды, датчик давления 5, выполненный в виде низкочастотного кварцевого резонатора, разделитель сред 6, датчик температуры 7, выполненный в виде термощупа, временной таймер 8, электронная плата 9 для преобразования сигналов датчиков давления и температуры и элементы питания 10.
В корпусе размещены датчик температуры, датчик давления, элементы питания, временной таймер, электронная плата для преобразования сигналов датчиков давления и температуры. Головка и защитный колпачок соединяются с корпусом и между собой резьбовым соединением. Датчик давления расположен внутри измерительной головки. Датчик температуры расположен на конце измерительной головки.
Корпус устройства изготавливается из материала – Инконель 718 (Inconel 718). Применение этого материала для корпуса позволило повысить предельное рабочее давление прибора до 100 МПа (при 60 МПа у аналогов).
Датчик давления изготовлен на основе низкочастотного кварцевого резонатора, изменяющего частоту собственных колебаний под действием приложенного к нему внешнего давления окружающей среды. Такой вид датчика имеет выходной сигнал в виде квазистабильных импульсов прямоугольной формы, что позволяет производить оцифровку полезного сигнала без применения аналого-цифрового преобразователя, путем подсчета длительности периода колебаний частотного выходного сигнала сенсора давления. Соединение датчика давления с разделителем сред обеспечивает минимальные искажения сигнала и изолирует его от влияния агрессивного воздействия скважной жидкости, что повышает достоверность измерения давления в скважине.
Также благодаря использованию датчика давления на основе низкочастотного кварцевого резонатора устройство обладает дискретностью измерения не менее 20 Па и уровнем среднеквадратичного отклонения шума не менее 20 Па, что позволяет достоверно регистрировать малые изменения давления в скважине не менее чем 60 Па без применения дополнительных математических методов обработки данных и сокращать время наблюдения при импульсно-кодовом методе исследования. При этом диапазон измерений колеблется от 1 до 600 Атм.
Разделитель сред представляет собой мембранный/сильфонный разделитель сред, выполненный из материала Инконель 625 (Inconel 625), что повышает коррозионную стойкость датчика давления.
Таким образом, использование новых конструкционных материалов повышает эксплуатационные характеристики устройства.
Устройство работает следующим образом.
При необходимости измерения теплового профиля скважины в режиме спуска прибора с постоянной скоростью на подвесе устройство измерения опускают на скребковой проволоке в исследуемую скважину. Датчик давления 5 установлен внутри измерительной головки 2 и сообщается с окружающей средой через мембранный/сильфонный разделитель 6 сред, который с минимальными искажениями передает давление окружающей среды на датчик давления 5, при этом изолируя его от влияния агрессивного воздействия скважинной жидкости. Датчик температуры 7, вынесенный за пределы корпуса в виде термощупа достоверно измеряет температуру скважины вследствие отсутствия воздействия изменяющейся температуры и паразитной тепловой погрешности от теплового излучения работающей электронной платы 9. Для лучшего теплового контакта со стенкой капилляра платиновый датчик температуры монтируется с термопастой, путем ее набивки в капилляр, при помещении туда термодатчика. Использование защитного колпачка 3 с отверстиями 4 для среды позволяет обеспечить контакт датчиков со скважинной средой и одновременно защищает их от внешних механических воздействий, обеспечив достоверность измерения давления и температуры в скважине.
Сигналы обоих датчиков 5 и 7, основанные на преобразовании давления и температуры кварцевого резонатора в частоту в виде последовательностей импульсов с определенной частотой следования, поступают на электронную плату 9, где производится преобразование первичных сигналов датчиков давления и температуры в удобный для обработки вид и с помощью временного таймера 8 производится их привязка к реальному времени. После обработки сигналов значения температуры и давления сохраняются в энергонезависимой памяти устройства для хранения данных. После проведения необходимых измерений и подъема устройства на поверхность его корпус открывают и с помощью интерфейсного кабеля подключают к компьютеру; накопленные данные предаются для анализа и отображения.
Энергонезависимая память устройства и емкость элементов питания выбраны так, что позволяют проводить подробные измерения температуры и давления в скважине с дискретностью 1 с непрерывно в течение 3-х месяцев. Режим работы данного устройства позволяет одновременно вести длительное наблюдение за изменениями температуры и давления в скважине.