RU2315323C2

RU2315323C2 - Hot-wire gage for measuring velocity of fluid

Info

Publication number: RU2315323C2
Application number: RU2005105541/28A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Баканов; Владимир Петрович Колесниченко; Вадим Георгиевич Гераськин; Игорь Николаевич Кравцов; Вячеслав Васильевич Климов; Андрей Александрович Захаров; Аркадий Арменович Енгибарян; Любовь Ивановна Мищенко; Андрей Валерьевич Шостак
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Кубаньгазпром"
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2008-01-20
Also published as: RU2005105541A

Abstract

FIELD: measuring technique.

SUBSTANCE: hot-wire gage comprises pressure-tight piping protecting casing and heating member that are made of different metals and having at least one common thermosensitive junction.

EFFECT: enhanced reliability and precision.

1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для измерения скорости движения жидкости или газа по стволу действующей скважины.The invention relates to the oil and gas industry and is intended to measure the speed of movement of a liquid or gas along the barrel of an existing well.

Известен термоанемометрический датчик скорости движения флюидов, применяемый в скважинной аппаратуре газогидродинамического каротажа типа АГДК, содержащий трубчатый охранный кожух, нагревательный элемент и диодный датчик температуры, установленные внутри охранного кожуха (1) (Проспект ОАО «Газпромгеофизика» «Комплексная аппаратура газодинамического каротажа АГДК-42-8»).A well-known hot-wire anemometer of the fluid velocity used in AGDK-type gas-hydrodynamic logging equipment containing a tubular guard, a heating element and a diode temperature sensor installed inside the guard (1) (Prospect OAO Gazpromgeofizika "Complex gas-dynamic logging equipment AGDK-42- 8").

Недостатками известного термоанемометрического датчика являются:The disadvantages of the known hot-wire sensor are:

- значительная тепловая инерция нагревательного элемента и тепловое сопротивление между нагревательным элементом и корпусом, что приводит к низкой достоверности показаний при быстрых изменениях скорости движения флюидов;- significant thermal inertia of the heating element and thermal resistance between the heating element and the housing, which leads to low reliability of the readings with rapid changes in the fluid velocity;

- частые выходы из строя диодных датчиков температуры из-за их перегрева при переходе из жидкой среды в газообразную.- frequent failures of diode temperature sensors due to their overheating during the transition from a liquid medium to a gaseous one.

Известен термоанемометрический датчик скорости движения флюидов, применяемый в скважинных приборах (датчик притока или расхода жидкости или газа в скважинах), содержащий герметичный трубчатый кожух, состоящий их двух полостей, в которых расположены нагревательный и термочувствительный элементы (2) (А.с. SU №440484, кл. Е21В 47/10, 1974).A well-known hot-wire anemometer of the fluid velocity used in downhole tools (flow or liquid or gas flow sensor in wells) containing a sealed tubular casing consisting of two cavities in which heating and heat-sensitive elements are located (2) (A.s. SU No. 440484, CL ЕВВ 47/10, 1974).

Недостатками данного скважинного термоанемометра являются низкая достоверность показаний при быстрых изменениях скорости движения флюидов из-за большой тепловой инерции нагревателя и термочувствительного элемента (ввиду расположения их внутри трубчатого охранного кожуха, имеющего значительную толщину и массу), а также значительного теплового сопротивления между нагревателем, термочувствительным элементом и наружной стенкой кожуха датчика.The disadvantages of this downhole hot-wire anemometer are the low reliability of the readings during rapid changes in the fluid velocity due to the large thermal inertia of the heater and the heat-sensitive element (due to their location inside the tubular protective casing, which has a significant thickness and weight), as well as significant thermal resistance between the heater and the heat-sensitive element and the outer wall of the sensor housing.

Из-за отмеченных недостатков получение корректных результатов измерений оказывается возможно лишь при медленных изменениях скорости движения флюидов, что ограничивает область применения скважинного термоанемометра.Due to the noted drawbacks, obtaining correct measurement results is possible only with slow changes in the fluid velocity, which limits the scope of the downhole hot-wire anemometer.

Кроме того, для его работы требуется большая электрическая мощность (на нагрев термоанемометрического датчика выше температуры окружающей среды), поскольку он имеет значительную массу, габариты и рабочую поверхность.In addition, for its operation, a large electric power is required (for heating a hot-wire anemometric sensor above ambient temperature), since it has a significant mass, dimensions and working surface.

Задачей настоящего изобретения является повышение достоверности показаний и точности измерений при быстрых изменениях скорости потока флюида за счет снижения тепловой инерции, снижения теплового сопротивления, а также снижение потребляемой мощности.The objective of the present invention is to increase the reliability of readings and measurement accuracy with rapid changes in the fluid flow rate by reducing thermal inertia, reducing thermal resistance, as well as reducing power consumption.

Сущность настоящего изобретения заключается в том что, в известном термоанемометрическом датчике скорости движения флюидов, состоящем из герметичного трубчатого охранного кожуха и нагревательного элемента, установленных в его внутренней части, согласно изобретению охранный кожух и нагревательный элемент выполнены из разнородных металлов, функционально совмещены в одном узле и имеют, по крайней мере, один общий термочувствительный спай.The essence of the present invention lies in the fact that, in the known hot-wire anemometer of the fluid velocity, consisting of a sealed tubular protective casing and a heating element installed in its internal part, according to the invention, the protective casing and the heating element are made of dissimilar metals, functionally combined in one node and have at least one common heat-sensitive junction.

На чертеже показано схематическое изображение предлагаемого устройства в разрезе.The drawing shows a schematic representation of the proposed device in section.

Заявляемый термоанемометрический датчик содержит трубчатый охранный кожух 1, внутренний проводник 2, термочувствительный спай внутреннего проводника с охранным кожухом 3, нагреватель 4, выполненный из провода внутреннего проводника 2, электровыводы 5.The inventive hot-wire sensor includes a tubular protective casing 1, an inner conductor 2, a heat-sensitive junction of the inner conductor with a protective casing 3, a heater 4 made of a wire of the inner conductor 2, electrical leads 5.

Такое конструктивное решение позволяет:Such a constructive solution allows:

- образовать термочувствительный элемент (спай) - термопару из металла охранного кожуха (с одной стороны) и внутреннего проводника (с другой стороны);- form a thermosensitive element (junction) - a thermocouple from the metal of the protective casing (on the one hand) and the inner conductor (on the other hand);

- обеспечить непосредственный контакт точки спая с потоком флюида, т.е. резко снизить тепловое сопротивление;- provide direct contact of the junction point with the fluid flow, i.e. sharply reduce thermal resistance;

- резко снизить тепловую инерцию за счет снижения массы датчика;- sharply reduce thermal inertia by reducing the mass of the sensor;

- резко снизить потребляемую мощность на его нагрев, а в некоторых случаях - исключить вообще (например, при определении мест поступления флюидов, имеющих температуру отличную от температуры окружающей среды или работающих участков в интервалах перфорации эксплуатационных колонн).- sharply reduce the power consumption for its heating, and in some cases, exclude it altogether (for example, when determining the locations of fluids having a temperature different from the ambient temperature or working areas in the intervals of perforation of production casing).

Каждый из указанных признаков необходим, а все в совокупности достаточны для повышения достоверности показаний и точности термоанемометрического датчика.Each of these signs is necessary, and all together are sufficient to increase the reliability of the readings and the accuracy of the hot-wire sensor.

Термоанемометрический датчик работает следующим образом.Hot-wire sensor works as follows.

При подключении электровыводов 5 к источнику тока происходит разогрев нагревателя 4 выше температуры окружающей среды в ближней от термочувствительного спая 3 зоне. При этом образуется термоэдс, пропорциональная (при прочих равных условиях) разнице температур холодных и горячих концов термопары.When connecting the electrical leads 5 to the current source, the heater 4 heats up above the ambient temperature in the zone closest to the heat-sensitive junction 3. In this case, a thermopower is formed proportional (ceteris paribus) to the temperature difference between the cold and hot ends of the thermocouple.

Набегающий поток флюида уносит тепло с горячего спая 3 и охлаждает его. При этом значение термоэдс изменяется пропорционально уменьшению температуры и характеризует наличие движения или скорость течения флюида.The oncoming fluid flow carries away heat from the hot junction 3 and cools it. In this case, the value of the thermoelectric power varies in proportion to a decrease in temperature and characterizes the presence of motion or the velocity of the fluid flow.

Измеряя значения термоэдс (температуры нагрева) в момент отключения источника питания нагревателя и через фиксированный промежуток времени, по падению термоэдс (температуры) судят о скорости течения флюида в точке спая.Measuring the values of the thermoelectric power (heating temperature) at the moment of switching off the power source of the heater and after a fixed period of time, the temperature of the fluid at the junction is judged by the drop in the thermoelectric power (temperature).

Claims

Thermoanemometric fluid velocity sensor, consisting of a sealed tubular protective casing and a heating element installed in its inner part, characterized in that the protective casing and the heating element are made of dissimilar metals, are functionally combined in one node and have at least one common heat sensitive junction.