Устройство для измерения расхода теплоносителя в нагнетательных скважинах

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ, содержащее корпус,, турбинку, на валу которой установлен постоянный магнит, тороидальный сердечник с двухсекционной обмоткой, два Поляризованных геркона, канал связи, вторичный преобразователь, источник питания и преобразователь частоты в напряжение с задатчиком. отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции путем исключения переключателя полярности, переключающие контакты поляризованных герконов соединены с выхода двухсекционной обмотки статора, а неподвижные именные контакты обоих герконов соединены между собой и подключены к проводам канала связи. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повьшения чувствительности и работоспособности устройства путем исключения действукмцей на вал пары сил противоположного направления, поляризованные герконы обращены к валу одноименными полюсами. (Л 3.Устройство по п, 2,-о т л ичающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения путем создания вращающего момента на турбинке , оно снабжено переключателем, включенным в разрыв между источником напряжения и линией связи, позволяющим изменять направление тока, подаСП ваемого в обмотки статора. .1 4 СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1В> (i>) 1 А

4(st) Е 21 В 47/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3637675/22-03 (22) 31.08.83 (46) 07.05.85. Бюл. М - 17 (72) А.Г.Бестелесный, М.А.Диченко, М.И.Малащук и Т.Б.Джуранюк (71) Специальное конструкторское бюро средств автоматизации ИваноФранковского производственного объединения "Геофизприбор" (53) 622.241(088.8) (56) 1 Авторское свидетельство СССР

883375, кл. Е 21 В 47/10, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

У 883376, кл. Е 21 В 47/10, 1981 (прототип). (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

РАСХОДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ, содержащее корпус,. турбинку, на валу которой установлен постоянный магнит, тороидальный сердечник с двухсекционной обмоткой, два поляризованных геркона, канал связи, вторичный преобразователь, источник питания и преобразователь частоты в напряжение с задатчиком, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции путем исключения переключателя полярности, переключающие контакты поляризованных герконов соединены с выхода двухсекционной обмотки статора, а неподвижные именные контакты обоих герконов соединены между собой и подключены к проводам канала связи.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и работоспособности устройства путем исключения действующей на вал пары сил противоположного направления, поляризованные герконы обращены к валу одноименными полюсами.

3, Устройство по п, 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения путем создания вращающего момента на турбинке, оно снабжено переключателем, включенным в разрыв между источником напряжения и линией связи, позволяющим изменять направление тока, подаваемого в обмотки статора.

1154451

Изобретение относится к нефтяноч и газовой промышленнэсти и может быть использовано для измерения расхода теплоносителя в продуктивных пластах нагнетательных скважин в 5 процессе теплового воздействия на пласт.

Известно устройство для измерения расхода теплоносителя в нагнетательных скважинах, содержащее корпус, 1п турбинку, тахометрический преобразователь, включающий на валу турбинки постоянный магнит и размещенный в корпусе сердечник с обмоткой и вторичный .преобразователь (1) .

Недостатком данного устройства является наличие пары сил противоположного направления, действующих на вал крыльчатки перпендикулярно ее оси вращения, которая создает перекос вала крыльчатки в опорах, увеличивая трение при вращении, что уменьшает чувствительность расходомера и понижает его работоспособность.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения расхода теплоносителя в нагревательных скважинах, содержащее корпус, турбинку, на валу которой закреплен постоянный магнит, два геркона, торо30 идальный сердечник с двухсекционной обмоткой, канал связи, вторичный преобразователь, источник питания и преобразователь частоты в напряжение с задатчиком

Г> 35

Недостатком известного устрой-( ства является наличие в скважинной части устройства, обычно работающей при высокой температуре, переключа- 40 теля полярности питания статора, реализация которого в таких условиях затруднена. В устройстве второй магнит управления герконами расположен эксцентрично относительно вала тур- 45 бинки, а это ухудшает его эксплуатационные и надежностные характеристики.

Кроме того, большая масса узла турбинки с магнитами и большой момент трения в опорах уменьшает чувстви- 50 тельность устройства, что особенно сказывается при измерении малых расходов в момент начала движения турбинки. Это не позволяет измерять малые величины расхода теплоносителя 55 и тем самым ограничивает диапазон измерения устройства со стороны малых расходов.

Цель изобретения — упроще .ие конструкции скважинной части устройства путем исключения переключателя полярности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения расхода теплоносителя в нагнетательных сважинах, содержащем корпус, турбинку, на валу которой установлен постоянный магнит, тороидальный сердечник с двухсекционной обмоткой, два поляризованных геркона, канал связи, вторичный преобразователь, источник питания и преобразователь частоты в напряжение с задатчиком, причем в переключателе полярности питания статора и двухконтактных герконов установлены трехконтактные поляризованные герконы, переключающиеся контакты соединены с выводами двухсекционной обмотки статора, а неподвижные разноименные контакты обоих герконов соединены между собой и подключены к двухпроводной линии связи скважинной части устройства с наземной.

Кроме того, с целью повышения чувствительности и работоспособности устпойства поляризованные герконы обращены к валу одноименными полюсами.

При этом с целью расширения диапазона измерения со стороны малых расходов за счет сообщения турбинке вращательного момента устройство снабжено переключателем, включенным в разрыв между источником питания и линией связи, позволяющим изменять направление тока, подаваемого в обмотки статора.

На фиг, 1 показан расходомер, общий вид, в разрезе; на фиг. 2 электрическая схема расходомера (узел скважинного преобразователя показан в режиме торможения); на фиг. 3-5 — узел скважинного преобразователя в различных режимах работы (на фиг. 3 — в положении, когда турбинка повернута на 180 по отношению о к положению, на фиг. 2; на фиг. 4— то же, что и на фиг. 2, только в двигательном режиме; на фиг. с повернутой турбинкой на 180 по отношению к положению на фиг. 4).

Расходомер состоит (фиг. 1) из корпуса 1, в котором на опорах 2 вращается турбинка 3 под действием потока, проходящего через входные 4 и выходные 5 окна корпуса. Для фор1154451 миравания патака и направления его в измерительшп1 кана.t предусмотрен пакер 6. На валу 7 турбинки 3 закреплен постоянный магнит 10 с радиальным (па отношению к валу) расположением полюсов. Магнитное поле магнита 10 пересекает области расположения герконов 8 и 9 и тороидального сердечника 11 с обмотками 12.

Поляризованные герметичные контакты

8 и 9 расположены радиально по отношению к валу турбинки и размещены в герметичных отсеках корпуса 1. Тороидальный сердечник 11, снабженный двухсекционной обмоткой 12 и размещенный в герметичном отсеке кор-. пуса 1, образует статор, а магнит 10 выполняет роль статора устройства, которое в зависимости от направления вращения турбинки и бегущего магнитного поля статора может создавать как тормозной, так и вращательный моменты. Для связи с вторичной àïïàратурой, находящейся на поверхности (не показано), служит двухпроводный канал 13 дистанционной связи. Обмотка

12 статора состоит (фиг. 2) из равных. по числу витков секций 14 и t5, делящих статор на две симметричные части, что придает статору свойства электромагнита с расположенными на

30 стыках секций полюсами. Обмотки 14 и 15 имеют электрическую связь с переключающимися контактами 16 поляризованных герметических контактов (герконов) 8 и 9. Разноименные непод-35 вижные контакты 17 и 18 герконов

8 и 9 соединены между собой и при помощи линии 13 связи с наземной частью устройства, т.е. с вторичным прибором 19 и регулируемым источником40

20 постоянного напряжения через переключатель 21. Связь скважинной части устройства с вторичным прибором 19 осуществлена через распределительную емкость С, а с источником 20 напряже-45 ния — через переключатель 21 калиброванных напряжений. Стыки. секций 14 ,и 15 статора (полюса элемтромагнита) и герконов 8 и 9 расположены в общей плоскости, проходящей через ось вала

7 турбины 3. Предельный постоянный магнит t0 лежит в общей плоскости, проходящей через ось вала 7. Для обеспечения возможности изменения крутизны преобразователя в схему уст-Я ройства введены преобразователь 22 частоты в напряжение с задатчиком 23 характера регулирования. устройство работает следующим образам.

lI.эи поступ.ленни контролируемого патока в измерительный канал турбинка 3 начинает вращаться с пропорциональной объемному расходу скоростью (частотой вращения). Одновременно вращается расположенный на валу турбинки магнит 10, управляющий герконами 8 и 9, в связи с чем происходит двойное в течение оборота переключение контактов герканов и двойное в течение одного оборота переключение направления тока в обмотках 14 и 15 статора, частота которого также пропорциональна объемному расходу. Возникающие в процессе переключения герконов импульсы отфильтровываются емкостью С и поступают на вторичный прибор 19, где фиксируются, По частоте следования импульсов судят по величине расхода. В результате изменения переключающимися контактами герконов 8 и 9 направления тока в обмотках 14 и 15 в статоре образуется бегущее магнитное поле за счет наличия в нем электромагнитных полюсов, периодически меняющих свою полярность. На Лиг. 2 и 3 показано изменение полярности полюсов статора и положение контактов герконов в зависимости от положения вала турбинки 3 в тормозном режиме, т.е. когда переключатель 21 находится в положении II. При положении турбинки, показанном на фиг. 2, под действием магнитного потока 10 в герконах 8 и 9 осуществляется переключение контактов 16 так, что происходит их соединение с контактом в герконе 8 и с контактом 18 в герконе 9. Если верхний контакт источника 20 напряжения считать положительным, а нижний— отрицательным полюсами, то при положении И переключателя 21 происходит подключение обмоток статора 14 и 15 к каналу связи 13 так, что по обмоткам 14 и 15 статора будет протекать ток .в одном направлении (направление тока показано стрелками) н он создает магнитное поле в статоре такое, что на стыке обмоток будет магнитный полюс противоположного значения, чем полюс магнита 10. Это обеспечивает их притяжение и тем самым создает тормозной момент. При повороте турбинки на 180 (фиг. 3) полярность о полюсов магнита 10 изменится на

1154451 противоположную. Под действием его магнитного поля произойдет переключение контактов 16 герконов 8 и 9.

Тогда произойдет коммутация обмоток

14 и 15 статора так, что ток в об- 5 мотках 14 и 15 поменяет свое направление. Произойдет переплюсовка сердечника 11 статора. Так как в этот о момент магнит 10 повернется на 180 относительно оси вращения, то полюса магнита 10 окажутся напротив противоположных полюсов сердечника. Это вызывает притяжение между полюсами магнита 10 и полюсами сердечника 11.

При дальнейшем повороте турбинки 15 о на 180 опять произойдет коммутация контактов 16 с 17 геркона 8 и контакта 18 геркона 9, направление тока в обмотках 14 и 15 поменяется на про" тивоположное. Таким образом, магнит- 20 ное поле статора начинает препятствовать вращению ротора, причем в течение полуоборота это взаимодействие нарастает, после чего меняет свой знак на обратный, и процесс 25 повторяется.

Тормозной момент зависит от величины электромагнитного поля, создаваемого обмотками 14 и 15 статора, а последний — от величины тока. зп

Следовательно, меняя пропускаемый через обмотки статора ток, можно менять величину тормозного момента на валу турбинки и тем самым скорость ее вращения. Крутизну характеристики п(Ц) можно регулировать переключателем 21. Чем меньше напряжение питания, тем, больше крутизна характеристики и наоборот.

Поступающие во вторичной прибор 19

40 (фиг. 2) с. частотой переключения герконов импульсы поступают также на преобразователь 22 частоты, где преобразуется по программе, заданной

4$ задатчиком 23, в постоянное напряжение. Последнее управляет источником 20 напряжения. Вследствие этого напряжение питания обмотки статора, вырабатываемое силовым блоком, меняется по величине в соответствии с изменением

S0 частоты вращения турбинки по программе задатчика.

YCTpOHCTBO MOXPT pd60TBTb H H glBH гательном режиме. Лля этогс переключатель 21 ставится в положение 1 . Если при расположении турбинки относительно статора и герконов, как показано на фиг. 2, поменять направление тока в линии связи иэменением полярности подаваемого в нее напряжения, то ток, протекая по обмоткам 14 и 15, создает в сердечнике 11 такое магнитное поле, что на стыке обмоток будет магнитный полюс такого же значения, что и на магните 10. Это создает силу отталкивания, под действием которой создается вращательный момент ротора относительно корпуса прибора .

При повороте ротора на 180 (фиг. 5) происходит переключение герконов, последние произведут коммутацию цепи питания обмоток 14 и 15 так, что по ним потечет ток, который опять создает в сердечнике 11 одноименные полюса магнитов по отношению к магниту 10.

Такое расположение магнитных полюсов снова создает вращательный момент.

Величина вращательного момента тоже зависит от величины тока в обмотках

14 и 15, а последний зависит от напряжения источника 20 питания. Для каждого устройства экспериментально можно подобрать такую величину напряжения на выходе источника 20 питания, которое позволяет создать на роторе вращательный момент, намного больший момента трогания турбинного преобразователя.

В устройстве можно применять более простую конструкцию турбинки, со сбалансированным узлом, что создает не только тормозной, но и вращательный моменты, и позволяет повысить его надежность и расширить рабочий диапазон.

Эффект от внедрения предлагаемого устройства заключается в расширении области применения тахометрического преобразователя расхода на новую среду — влажный пар. Наличие информации о расходе в нагревательных скважинах в процессе теплового воздействия на пласт позволяет оптимизировать режим воздействия с целью максимального повышения теплоотдачи. !5а4з1

Фиг. 1

1154451

1Р

18

g р6 f7

16

Я

f2

tg

fu

Заказ 2653/30

Тираж 540

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель И. Карбачинская

Редактор В. Иванова Техред Л.Микеш Корректор О. Билак