Устройство для измерения температуры в скважине
Владельцы патента RU 2772616:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный технический университет, ФГБОУ ВО "АГТУ" (RU)
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к устройствам для измерения температуры в скважине. Устройство для измерения температуры в скважине содержит корпус, источник питания, преобразователь температуры, жестко закрепленный в корпусе и выполненный в виде механического резонатора-камертона, причем одна ветвь камертона выполнена из инвара, материала с независимым температурным коэффициентом линейного расширения, а другая ветвь из бронзы, материала с повышенным температурным коэффициентом линейного расширения. Устройство дополнительно снабжено генератором, системой привода и съема колебаний, преобразователем частота-код и микропроцессором, при этом выход генератора соединен со входом системы привода, выход системы съема соединен со входом преобразователя частота-код, а его выход со входом микропроцессора, выход микропроцессора связан со входом генератора и каналом связи, а генератор, преобразователь частота-код и микропроцессор подключены к источнику питания - аккумулятору. Обеспечивается повышение надежности и точности измерения температуры бурового раствора на забое скважины непосредственно в процессе бурения и передачи сигнала по беспроводному электрическому каналу связи забоя с устьем скважины путем усовершенствования конструкции. 1 ил.
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к устройствам для измерения температуры в скважине.
Известно устройство для измерения температуры в скважине (см. патент RU №2538014, 2015 г.), содержащее механическую колебательную систему с укрепленными на ней постоянными магнитами и преобразователь механических колебаний в электрические, отличающееся тем, что механическая колебательная система выполнена в виде цилиндрической биметаллической спирали, один конец которой жестко закреплен, а второй - свободен, а преобразователь механических колебаний в электрические выполнен в виде системы взаимодействующих электромагнитных полей постоянных магнитов, жестко закрепленных на цилиндрической биметаллической спирали, и катушек привода и съема колебаний, обеспечивающих поперечные колебания цилиндрической биметаллической спирали.
Недостатком данного устройства является низкая надежность и точность, связанная с малой девиацией частоты.
Близким по технической сути прототипом является устройство (см. патент RU №2713842, 2020 г.), содержащее корпус, источник питания, преобразователь температуры в виде двух металлических стержней с большим температурным коэффициентом линейного расширения, установленных соосно с зазором с корпусом и между собой, жестко закрепленных концами в корпусе, имеющем отрицательный температурный коэффициент линейного расширения, при этом свободный конец одного стержня снабжен постоянным магнитом, магнитное поле которого воздействует на полевой датчик Холла, закрепленный на свободном конце второго стержня, холловские электроды полевого датчика Холла связаны со входом аналого-цифрового преобразователя, а его выход соединен со входом преобразователя код-частота, выход последнего через делить частоты связан с каналом связи, а полевой датчик Холла, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь код-частота и датчик частоты подключены к источнику питания в виде аккумулятора.
Недостатком прототипа является низкая надежность и точность, обусловленные большим числом элементов и многократными преобразованиями измеряемого параметра в частоту импульсов для передачи сигнала по каналу связи.
Технический результат - повышение надежности и точности измерения температуры бурового раствора на забое скважины непосредственно в процессе бурения и передачи сигнала по беспроводному электрическому каналу связи забоя с устьем скважины путем усовершенствования конструкции.
Он достигается тем, что известное устройство, содержащее корпус, источник питания, преобразователь температуры, жестко закрепленный в корпусе, выполненный в виде механического резонатора-камертона, причем одна ветвь камертона выполнена из инвара, материала с независимым температурным коэффициентом линейного расширения, а другая ветвь из бронзы, материала с повышенным температурным коэффициентом линейного расширения, дополнительно снабжено генератором, системой привода и съема колебаний, преобразователем частота-код и микропроцессором, при этом выход генератора соединен со входом системы привода, выход системы съема соединен со входом преобразователя частота-код, а его выход со входом микропроцессора, выход микропроцессора связан со входом генератора и каналом связи, а генератор, преобразователь частота-код и микропроцессор подключены к источнику питания - аккумулятору.
На чертеже (фиг. 1 - вид в разрезе) изображено предлагаемое устройство.
Устройство содержит корпус 1, преобразователь температуры, выполненный в виде механического резонатора - камертона 2, систему привода колебаний камертона 3, причем одна ветвь камертона выполнена из инвара, а другая ветвь из бронзы, генератор 4, систему съема колебаний 5, преобразователь частота-код 6, микропроцессор 7, при этом выход генератора соединен со входом системы привода, выход системы съема соединен со входом преобразователя частота-код, а его выход со входом микропроцессора, выход микропроцессора связан с каналом связи (на чертеже не показан), а генератор, преобразователь частота-код и микропроцессор подключены к источнику питания 8 - аккумулятору.
Устройство работает следующим образом.
При измерении температуры бурового раствора, протекающего в бурильной колонне с установленным в ней устройством измерения в корпусе 1 одна ветвь камертона 2, закрепленного в корпусе 1, выполненная из материала с большим температурным коэффициентом линейного расширения (бронза) изменяет свои линейные размеры в сторону увеличения, а вторая его ветвь из материала с независимым температурным коэффициентом линейного расширения (инвар) изменяет в сторону уменьшения свои линейные размеры. В результате частота колебаний первой ветви камертона 2 понижается, а частота колебаний второй ветви с независимым температурным коэффициентом линейного расширения повышается, что приводит к снижению добротности камертона пропорционально изменению температуры бурового раствора, протекающего в бурильной колонне. В системе привода 3, подключенной к генератору 4, наводится электродвижущая сила (ЭДС), которая приводит в движение камертон 2, в системе съема колебаний 5 за счет колебаний камертона 2 наводится соответствующая ЭДС, которая поступает на вход преобразователя частота-код 6. Кодовая комбинация с выхода преобразователя 6 поступает на вход микропроцессора 7, где запоминается в оперативной памяти. Микропроцессор 7 по встроенной программе подает команду на изменение частоты генератора 4. В результате ряда итераций в микропроцессоре 7 строится частотная характеристика механического резонатора-камертона 2, вычисляется добротность камертона 2 пропорциональная измеряемой температуре бурового раствора на забое скважины по формуле:
где 
- собственная частота камертона;
- полоса пропускания;
α - коэффициент 1÷1,3.
Кодовая комбинация добротности камертона 2, пропорциональная измеряемому значению температуры бурового раствора на забое скважины из микропроцессора, подается в канал связи забоя с устьем скважины.
Положительный эффект - устройство имеет повышенную надежность и точность за счет сокращения числа преобразования температуры в частоту импульсов посредством преобразователя температуры - камертона, использования помехозащищенного частотного способа передачи по каналу связи, большей девиации частоты, повышенной чувствительности и линейности статической характеристики.
Устройство для измерения температуры в скважине, содержащее корпус, источник питания, преобразователь температуры, жестко закрепленный в корпусе, отличающееся тем, что преобразователь температуры выполнен в виде механического резонатора-камертона, причем одна ветвь камертона выполнена из инвара, материала с независимым температурным коэффициентом линейного расширения, а другая ветвь - из бронзы, материала с повышенным температурным коэффициентом линейного расширения, дополнительно снабжено генератором, системой привода и съема колебаний, преобразователем частота-код и микропроцессором, при этом выход генератора соединен со входом системы привода, выход системы съема соединен со входом преобразователя частота-код, а его выход - со входом микропроцессора, выход микропроцессора связан со входом генератора и каналом связи, а генератор, преобразователь частота-код и микропроцессор подключены к источнику питания - аккумулятору.
