Устройство для измерения расхода теплоносителя в нагнетательных скважинах

 

< 1883376

Союз Советских

Социапистичесних

Респубпин (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26,03,80 (21) 2899700/22-03 с присоединением заявки № 2901861/22-03 (5! )М. Кл, Е 21 В 47/10

3Ъаударстеениый комитет (28) Приоритет ио делам изаоретеиий н открытий

Опубликовано 23.11,81. Бюллетень № 43

Дата опубликования описания 23.11.81 (53) УЛК 622,241 (088.8) (72) Авторы изобретении

М. Ф. Путилов, Ю. H. Турчанинов, М. А. Диченко, Ю. В, Никифоров, A. И. Петров и В. И. Бар-Слива (71) Заявитель

Ивано-Франковское специальное конструкторское бюро средств автоматизации (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА

ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В НАГНЕТАТЕЛЬНЬ1Х

СКВАЖИНАХ

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для измерения расхода теплоносителя в продуктивные пласты нагнетательных скважин в процессе теплового воздействия.

Известно устройство для измерения и расхода горячей воды в нагнетательных скважинах, содержащее корпус, турбину на валу которой эксцентрично закреплен постоянный магнит, геркон, вторичный преобразователь и источник питания (1).

Недостатком известного расходомера являЕтся невозможность его использования в скважинных условиях для измерения расхода влажного пара. в продуктивные пласты нагнетательных скважин в процессе теплового воздействия, так как десятикратное перекрытие по рабочему диапазону, достаточное для горячей воды, в условиях влажного пара совершенно недостаточно. Это объясняется тем, что объем, а значит и объемный расход влажного пара, существенно зависит от степени сухости пара, которая в свою очередь, зависит от скважинных условий по температуре и давлению. Поэтому полученный из одного и того же количества жидкости (воды) объм пара может в процессе прохождения по разным участкам ствола скважины в сотни раз менять свою величину и эти изменения на много перекрывают возможности скоростного тахометрического преобразователя расхода по ширине (перекрытию) диапазона. Таким образом, основываясь на сведениях, полученных на поверхности, об устьевом расходе пара при его закачке в скважину невозможно предсказать с достаточ, ной степенью точности требуемый в намеченной точке скважины измерительный диапазон и выбрать его оптимальные границы. Даже при случайном совпадении выбранных границ с величиной расхода в данной точке измеря- емый параметр может легко выйти за выдранные пределы и измерение не состоится. Следовательно, без существенного расширения диапазона расходомер не применим для работы в среде влажного пара.

Цель изобретения — расширение диапазона измерения за счет создания на турбине тормозного момента.

883376

Поставленная цель достигается гем. что устройство снабжено дополнительным герконолл, установленным диаметрально противоположно основному геркону и тормозным блоком, выполненным н виде размещенного на валу турбины дополнительного постоянного мзгшгга и установленного н корпусе тороидзльного сердечника с днухсекционной обмоткой и переключателем полярности питания обмотки, причем основной и дополнительный герконы включены в цепь переключателя полярности питания обмотки, который соединен со вторичным преобразователем и источником питания.

Кроме того, с целью обеспечения возможности изменения крутизны преобразования расхода в число оборотов турбины, устройство снабжено преобразователем чэcToif i н напряжение с зздзт пиком, причем нхол преобразователя частоты в пзпряжснис IIA:Iê по!cii к вторичному преобразователю, ..в"ыход - к ис гбчнику питания.

Па фиг. 1 показан общий вид расходомера, разрез: на фпг. 2 и 3 — элскгричсская схема рзсходомерз н различных режимах работы, на фиг. 4 — электрическая схема рзсходомера, предусмзтринзюпгзя изменение кру1изны преобразования расхода B число оборотов турбины.

1 зсходомер состоит (фиг. 1) нз корпусе 1, в котором нз опорах 2 врагцастся турбина 3 под действием потока, проходящег0 через входные и выходные 5 окна корпуса. )1,IB направления потока в измсригелъпый ка пп1 служит пакер 6.

Нз валу 7 турбины " эксцентрично закреплен постоянный магнит 8 с продольным (по отношению к валу) расположе гисм погпосов, взаимодействующий с двумя радиально расположенными (по отношению к валу} гср= метичными контактами (геркопзми) 9 и 10, размещенными н герметичном ог-Bêñ корпуса

1, Кроме того, на валу 7 турб .шы 3 закреплен постоянный магпгп 11 с радиальным (по отношению K валу) расположением полюсон, играющий роль ротора тормозного устройства с бегущим магнитным полюсом. Статор ормозящего устройства ньшолн;í н виде тороидального сердечника 12, снабженного днухсекционной обмоткой 13, и такя<е размещен н герметичном отсеке корпуса 1.

Для cBII3H со вторичнои зппз!эз гp poII, НВхо дящейся на поверхности (не нокззанз), служит двухпроводный капал дистанционной связи (одноканальный кабель н металлической оплет ка) 14.

Обмотка 13 стзтора состоит (фиг. 2) из равных по числу витков секций 15 и !6, делящих статор на дне симме ричные части, что придаст стзтору снолстна э:гсктромзгнита с

4 расположеннымгг на стыках секций полюсами, Обмотка 13 имеет электрическую связь с переключателем полярности питания статора 17, управляемого герконами 9 и 10 и связанного, в свою очередь, при помощи канала дистанционной связи 14, со вторичным прибором 18 и регулируемым источником постоянного напряжения 19, вынесенными на поверхность.

Связь переключателя 17 со вторичным прибором 18 осуществлена через разделительную емкость С, а с источником напряжения 19— через переключатель калиброванных напряжений П.

Стыки секций 15 и 16 статора (полюса элск лагнита) тормозящего устройства и геркогн . и 10 расположены н общей плоскости, проходяшей через ось вала 7 турбины 3. Радиальный 11 и продольный 8 постоянные магниты также лежат в общей плоскости, проход ицей через ось вала 7. н ,Идя обеспечения нозможности изменения крутизны преобразования в схему расходомера введены (фиг. 2 и 4) преобразователь частоты в напряжение 20 с задатчиком 21 харзктерз регулирования.

Расходомер работает следующим образом.

При поступлении контролируемого потока н измерительный канал турбина 3 начинает вращаться с пропорциональной объемному расходу скоростью (частотой вращения) .

Аналогично вра|цается расположенный на одном валу с турбиной магнит 8, управляющий геркопами 9 и 10, в связи с чем происходит двойное в течение оборота переключение переключателем 17 полярности напряже.

З ния источника питания 19 на статорс 12, частота которого также пропорциональна объемному расходу. Возникающие в момент перекгпочения импульсы отфильтровываются емкостью С и поступают во вторичный при4О бор 18, где фиксиру отся. По частоте следоBaIIIIsI импульсов судят о величине расхода.

Отличительной особенностью предлагаемого расходомера является наличие в его конструкции индукционного тормозного блока с бегу45 . (им магнитным полем. Бегущее поле образуется в статоре 12 за счет наличия н нем электромагнитных полюсов, периодически меняющих OBoIo полярность. На фиг. 2 и 3 показано изменение полярности полюсов статора в зависимости от очередности включения герконон, причем намагниченность сердечника одной и той же полярности сохраняется н течение пол-оборота до поступления в переключатель 17 командного импульса от следую55 щего геркона, после чего полярность скачком меняется на обратную и также сохраняется в течение пол-оборота. Так как ротор тормозящего устройства, выполненный в ниле посто883376

50 янного ма нита 11 с радиальным направлением полюсов, расположен в одной плоскости с управляющим магнитом 8 в момент переключения полярности он занимает одно из показанных на фиг. 2 или 3 положений (плоскости размещения магнитов, стыков секций статора и герконов совпадают).

Магнитное поле статора начинает препятствовать дальнейшему перемещению ротора, причем в течение пол-оборота это препятствие нарастает, после чего поле мгновенно меняет свой знак на обратный и процесс повторяется. Очевидно, что препятствующий врашению ротора, пульсирующий с частотой вращения турбины тормозной момент, зависит по своей усредненной величине от приложенного к статору постоянного напряжения (от степени намагниченности электромагнита), т.е. от положения переключателя П.

Следовательно, меняя подводимое к стато ру напряжение питания можно принудительно влиять на величину тормозного момента на валу турбины, т.е. — на ее скорость вращения. Число оборотов турбины скоростного тахометрического преобразователя расхода зависит от величины объемного расхода следующим образом: где Q — объемный расход среды через измерительное сечение турбины; — площадь измерительного сечения турбины; г1 — шаг винтовой поверхности лопастей турбины; 11 — момент торможения на турбине, причем нижняя граница диапазона (минимальное число оборотов) определяется в основной величиной начального момента сопротивления вращению турбины, вызванного трением в опорах (М = Мтр), а верхняя — предельной скоростью вращения турбины, зависящей от ее динамических характеристик, например, величины остаточного дисбаланса, превышение которой может привести к разрушению устройства. Поэтому в реальной конструкции расходомера диапазон чисел оборотов, объективно ограниченный с обеих сторон, является величиной постоянной, и расширение измерительного диапазона за счет увеличения диапазона чисел оборотов затруднительно.

Влиянием иа момент торможения И можно осуществлять одновременный сдвиг границ измерительного диапазона в сторону больших расходов, не выходя за существующие границы чисел оборотов. При этом происходит параллельное смещение характеристики иреобразования и цена оборота турбины в единицах расхода возрастает.

15 го

45, 6

Таким образом, путем многократного сдвига диапазона можно последовательно не извлекая прибора из скважины, перекрывать все новые и новые участки шкалы расходов, так как суммарный диапазон окажется значительно более широким в сравнении с обычным измерительным диапазоном скоростного тахометрического преобразователя расхода.

Путем влияния на момент торможения М можно не только осушествлять одновременный сдвиг границ измерительного диапазона в сторону больших расходов, но и менять крутизну преобразования. Для этого турбина должна нагружаться не постоянным в пределах диапазона тормозным моментом, а меняющимся, величина которого возрастает с частотой. Увеличение тормозного момента с часто. той замедляет скорость роста чисел оборотов в сравнении со скоростью роста расхода. Следовательно, ири сохранении иерекрытия по диапазону чисел оборотов неизменным может быть достигнуто сугцественно большее перекрытие ио измерительному диапазону (ио ðàñходу), В предлагаемом расходомере, оборудованном кндукциониыьл тормозящим устройством с бегущим магнитным полем, величина тормозного момента зависит от напряжения питания статора. Напряжение же питания статора изменяется от частоты вращения турбины следующим образом.

Поступающие во вторичный прибор 18 с частотой переключения герконов импульсы поступают также (фиг. 4) иа преобразователь частоты 20, где преобразуются ио программе, заданной задатчиком 21, в постоянное напряжение, управляющее источником напряжения 19.

Вследствие этого напряжение питания обмг.гки статора. вырабатываемое силовым блоком, меняется ио величине в соответствии с изменением частоты вращения турбины ио программе задатчика.

Эффект от внедрения предлагаемого технического решения заключается в расширении области применения скоростного тахометрического преобразователя расхода на новую среду — "лажный иар. Наличие информации о расходе влажного пара в продуктивные пласты нагнетательных скважин в процессе теплового воздействия позволяет оптимизировать режим воздействия с целью предельного повышения нефтеотдачи.

Формула изобретения

1.Устройство для измерения расхода теплоносителя в нагнегательных скважинах, содержащее корпус, турбину, на валу которой эксцентрично закреплен постоянный магнит, геркон, вторичный преобразователь и источник пита883376 ния,отличающееся тем,что, с целью расширения диапазона измерения за счет создания на турбине тормозного момента, оно снабжено дополнительным герконом, установленным диаметрально противоположно основному геркону, и тормозным блоком, выполненным в виде размещенного на валу турбины дополнительного постоянного магнита и установленного в корпусе тороидального сердечника с двухсекционной обмоткой и переключателем полярности питания обмотки, причем основной и дополнительный герконы включены в цепь переключателя полярности питания обмотки, который соединен со вторичным преобразователем.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности изменения крутизны преобразования расхода в число оборотов турбины, оно снабжено преобразователем частоты в напряжение с задатчиком, причем вход преобразовагеля частоты в напряжение подключен к вгоричному преобразователю, а выход к источнику пигания. о

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Петров А. И., Бар-Слива В. И. Герек 3скважинный расходомер, 1979, с. 18 — 19 (прототип) .