Глубинный манометр

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.08.79 (21) 2780066/22-03 (51)М с присоединением заявки HP (23) Приоритет

Е 21 В 47/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.04ф1, Бюллетень Ио 16 (53) УДК 622. 241. 8 (088.8) Дата опубликования описания 30. 04. 81 (72) Автор изобретения

Э.Ш. Алиев =.-:,=,,—..., -, Азербайджанский государственный научно- с ДедоМтелйски@ и проектный институт нефтяной промышленности". Министерства.. нефтяной промышленности СССР (71) Заявитель (54) ГЛУБИННЫЙ МАНОМЕТР

Таким образом, относительное изменение объема жидкости в камере от температуры больше его относительного изменения от давления в 2,3 раза, т.е. ошибка при измерении темИзобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к исследованию скважин.

Ъ

Известен глубинный геликсный маномерт, содержащии часовой механизм, фрикцион, ходовой винт, каретку, шток с пером и геликс (1).

Недостатки известного манометра — наличие остаточных деформаций геликса, приводящих к необходимости в частой тарировке после небольшого количества измерений и несовпадение показаний величины давления при прямом.и обратном ходе (наличие гистерезиса). 15

Наиболее близким решением из известных к предлагаемому является глубинный манометр, содержащий корпус . с камерами, в одной из которых размещен регистратор давления и шток с 20 разделителем, а другая камера заполнена жидкостью f27 .

Этот манометр имеет недостаток: влияние изменения температуры наружной (скважинной) среды на его показания вследствие термического расширения жидкости в камере. При этом влияние температуры на показания прибора превышает влияние самой измеряемой величины — давления. Например, 30 при применении в качестве жидкости оливкового масла для перепада температур д с = 200 С и давлений

bP = 1000 кгс/см изменение объема жидкости в камере под действием изменения давления A V+ по отношению к первоначальному сбъему составляет — P о=6,3 10 1000=6,3 ° 10 дня,р — з

V где й- коэффициент сжимаемости жидкости (оливкового масла) равный

6, 3- 10 см /кгс.

Изменение объема жидкости в камере под действием изменения температуры AV++ по отношению к первоначальному объему Ч. составляет †=а-да=14 10 200=14,8 ° 10 где А — коэффициент термического расширения жидкостц (оливкового масла) равный 74 10 1 С.

825885 пературы сильно влияет на показания манометра.

Цель изобретения — повышение точности манометра., Поставленная цель достигается тем, что камера, заполненная жид-. костью, разделена эластичной перемычкой, при этом верхняя часть ее снабжена стержнем и сообщается с внешним пространством, а нижняя ее часть выполнена двухступенчатой, в меньшей ступени которой размещен верхней конец штока, причем размеры двухступенчатой камеры, перемычки и стержня связаны соотношением

Р „

2 Мс С к

)с +8

"к о о" с где L — длина двухступенчатой камеры, см; — длина стержня, см;

0 — диаметр верхней (больН шей) ступени двухступенчатой камеры или длина перемычки,см;

D — диаметр нижней (меньВ шей) ступени двухступенчатой камеры,см;

А — коэффициент термичесЖ кого расширения жидкости в двухступенчатой камере; о(,д — коэффициент линейного к! с термического расширения материалов корпуса, камеры и стержня.

На чертеже изображена схема предлагaeMoro глубинного манометра, общий

1 вид.

Глубинный манометр содержит часовой механизм 1, вал 2 которого входит в камеру 3 через переходник 4 и слабо уплотнен кольцом 5 из деформируемого материала. Вал 2 связан с картограммодержателем 6. Перо 7 укреплено на штоке 8. Картограммодержатель 6 находится в камере 3 корпуса 9. Шток 8 проходит через цилиндр 10, уплотненный слабо зажатым кольцом 11 из деформируемого материала в камеру 12, полностью заполненную какой-либо жидкостью, например, оливковым маслом.

В камере 3 имеются отверстия 13 с фильтром. Для измерения температуры в нижнюю часть манометра помещен термометр 14. Камера 12 выполнена двухступенчатой. Нижняя ступень имеет меньший диаметр по сравнению с верхней. Над камерой 12 размещена дополнительная камера 15, отделенная от камеры 12 гибкой перемычкой 16, например, сильфоном.

Перемычка 16 соединена с одним концом жесткого стержня 17, размещенного в дополнительной камере 15.

Другой конец этого стержня жестко прикреплен к верхней части камеры 15.

В дополнительной камере 15 выполнены сквозные отверстия 18 с фильтром, сообщающие эту камеру с наружной (скважинной) средой.

Манометр работает следующим образом.

Наружное (скважинное) давление через отверстия 13 в корпусе 9 передается в камеру 3 и воздействует на шток 8, который перемещаясь сжимает жидкость в двухступенчатой камере 12 до тех пор, пока давление в ней не станет равным давлению наружной (скважинной) среды.

Одновременно наружное давление через отверстие 18 передается в до15 !полнительную камеру 15 и воздействует на гибкую перемычку 16. В результате сжатия жидкости в двухступенчатой камере 12 штоком 8 давление в этой камере постоянно сохраЩ няется равным давлению наружной среды, т.е. перепады давления отсутствуют. Таким образом полностью устраняются условия для каких-либо пропусков жидкости из двухступенчатой камеры 12 между штоком 8 и кольцом 11 и вместе с тем создаются условия для измерения любых высоких давлений.

Движение штока 8 передается жестко связанному с ним пишущему перу 7, которое прочерчивает на картограмме, укрепленной на картограммодержателе 6.

При увеличении температуры жидЗ5 кость в двухступенчатой камере 12 расширяется. Для компенсации этого расширения объем двухступенчатой камеры 12, материалы корпуса на длине двухступенчатой 12 и до4() полнительной 15 камер,а также стержни 17 подобраны таким образом, чтобы изменение объема двухступенчатой камеры 12 за счет перемещения гибкой перемычки 16 вверх, вызванного термическим расширением корпуса на длине камер 12 и 15 равнялось приросту объема жидкости в двухступенчатой камере 12 за счет термического расширения этой жидкости. В результате этого шток 8 с укрепленным на нем пером 7, остается неподвижным при постоянном давлении, вследствие чего изменение температуры не отражается на показаниях манометра.

Условием компенсации термического расширения жидкости в двухступенчатой камере 12 является баланс приращений объемов, вызванных термическим расширением этой жидкости дЧ„., а также термическим расширением корпуса на длине камер 12 и 15 ь V +, и стержня 17 D V

65 . Ь Vw+ = Ь к+- >Vct

825885

Изменение объема, вызванное расширением жидкости и удлинением стержня, выражается соответственно формулами и. р 4 ж =,о .ц, =,„1 „о „, д1, (2)

" н ,. ° с = " с с = 4 )c+c at где V — первоначальный объем ф жидкости в двухступенчатой камере 12;

S — площадь перемычки 16; и — длина двухступенчатой камеры 12; первоначальная длина стержня 17; коэффициенты термического расширения соответственно жидкости и материала стержня (линейный); д t — изменение температуры;

D D — диаметры соответственно

8 н верхней (большей) и нижней (меньшей) ступеней двухступенчатой .камеры 12.

Изменение емкости двухступенчатой камеры 12, обусловленное термическим расширением .стенки корпуса камер, происходит как в продольном (осевом), так и поперечном направлениях.

Однако, влияние расширения в поперечном направлении, как показывают расчеты, пренебрежимо малы по сравнению с продольным удлинением, которое происходит по всей длине корпуса камер, включая длину камер двухступенчатой 12 (L ) и дополнительной

15 (Lc). Последняя равна длине стержня 17 (L g . Неучтенное расширение камеры 12 в поперечном направлении только улучшает условия компесации термического расширения жидкости в камере 12.

Увеличение объема камеры 12,обусловленное удлинением корпуса камер, представляет собой произведение площади, равной площади перемычки 16 диаметром 0, на изменение длины корпуса ьЧуь 4 (к + Lc)+yЬ с! (4) 60

96 см длина корпуса камер равна

1. + L = 11 + 96 = 107 см. Общая

65 длина йспытанного образца глубинного где о4 - коэффициент термического расширения (линейный) материала, корпуса, камер.

Учитывая выражения (2), (3) и (4) получаем из условия (1) условие компенсации термического расширения жидкости в двухступенчатой камере в виде

"2 — т с > - к

Lñ ь (ю)

Ьк М. к-ОСС

При испытании глубинного манометра, в качестве рабочей жидкости использовано оливковое масло, имеющее коэффициент термического расширения, равный *,„. = 74.10 < 1/ С и коэффициент сжимаемости равный — 6, 3 - 10 + см /кгс.

Корпус камер изготовлен из дюралюминия с. коэффициентом линейного

1 расширения равным d- = 2,0 10 1/ а стержень 17 — из суперинвара с к оэффициентом линейнойго термическо1 о го расширения равным А = 0,15 10 / t

При расчете размеров опытного образца предварительно задано:

Длина верхней камеры 12 Ls = 0 5 см

Длина хода штока 8 LL„= 10 см

Диаметр штока 8 Оц, = 0,4 см

15 Диаметр перемычки 16 D8 = 3„0 см

Размеры штока 8 выбраны в соответствии с размерами стержней. Длина штока, кроме этого, обеспечивает достаточную длину записи на картоЩ грамме. Уменьшение емкости камеры 12 при полном ходе штока 8 составляет

> V ô = — Ь»- 10=1,26 см

Щ3 и. 3 0,4

/ 4 4

Это уменьшение происходит за счет упругого сжатия жидкости в камере

12 под действием наружного давления и поэтому величине д V+ придан ин30 декс р.

Исходя из того, что увеличение давления в камере 12 происходит от

0 до 1000 кгс/см (др=1000 кгс/см ), Я.

35 то необходимый начальный объем камеры составляет дЧжа 1 26 — 20 смз р 6,3 ° 10 1000 (7>

40 Как указывалось, ход штока равен 10 см. Чтобы вместить этот шток, камера 12 должна иметь несколько большую длину, например, 11 см. Поэтому внутренний

45 диаметр верхней ступени камеры

К

ы 12 равен о токооои оооо ооg4

ы,о-о,s

Длину .стержня 17 L можно рассчитать, исходя из формулы (5), описывающей условие компенсации термического Расширения жидкости, заключенной в камере 12, о К о с

825885 манометра составляет 152 см при наружном диаметре 3,8 см.

Предлагаемый глубинный манометр позволяет обеспечить получение объективных значений давления в скважинах путем автоматического устранения влияния термического расширения жидкости на показания манометра.

В нефтедобывающей промышленности применение предлагаемого манометра позволит улавливать динамику давления за годы разработки и принимать на основании этого меры по увеличению нефтеотдачи пластов; улавливать изменение давления в процессе исследова1иия глубоких скважин. и сделать эти исследования практически осуществимыми, что, со своей стороны, позволит составить обоснованные проекты разработки месторождений, основанные на понимании сущности происходящих в пласте изменений в процессе разработки.

Формула изобретения

Глубинный манометр, содержащий корпус с камерами, в одной из которых размещен регистратор давления и шток, а другая камера заполнена жидкостью, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, кам6ра, заполненная жидкостью, разделена эластичной перемычкой, при этом верхняя часть ее снабжена стержнем и сообщается с внешним пространством, а нижняя ее часть выполнена двухступенчатой, в меньшей ступени которой размещен верхний конец штока, причем размеры двухступенчатой камеры, пере мычки и стержня связаны соотношением 3 2

2 Яс с 1->ь

1 к < к с где LI, — длина двухступенчатой камеры,см; — длина стержня,см;

0 — диаметр верхней (больН шей) ступени двухступенчатой камеры или дли15 на перемычки см

0 — диаметр нижней (мень9 шей) ступени двухступенчатой камеры, см; коэффициент термичес20 кого расширения жидкости в двухступенчатой камере; (4 — коэффициент линейного термического расширения

25 материалов корпуса,камеры и стержня.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.. Каменецкий С.Т. и др. Нефтепромысловые исследования пластов.

M., "Недра", 1974, с. 151-153.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 462020, кл. Е 21 В 47/06, 1974 (прототип).

82588 5

Тираж 627 . . Подписное

ВНИИПИ Государственного кОмитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2327/23 филиал ППП "Патент", r . ужгород, ул. Проектная,4

Составитель И. Карбачинская

Редактор В. Матюхина. Техред,ц. Келуюак Корректор H. Швыдкая