[go: up one dir, main page]

RU2772616C1 - Well temperature measurement device - Google Patents

Well temperature measurement device Download PDF

Info

Publication number
RU2772616C1
RU2772616C1 RU2021135727A RU2021135727A RU2772616C1 RU 2772616 C1 RU2772616 C1 RU 2772616C1 RU 2021135727 A RU2021135727 A RU 2021135727A RU 2021135727 A RU2021135727 A RU 2021135727A RU 2772616 C1 RU2772616 C1 RU 2772616C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microprocessor
generator
output
input
frequency
Prior art date
Application number
RU2021135727A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Есауленко
Николай Владимирович Есауленко
Виктор Федорович Чихоткин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный технический университет, ФГБОУ ВО "АГТУ"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный технический университет, ФГБОУ ВО "АГТУ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный технический университет, ФГБОУ ВО "АГТУ"
Application granted granted Critical
Publication of RU2772616C1 publication Critical patent/RU2772616C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: invention relates to the oil and gas industry, in particular to devices for measuring temperature in a well. A device for measuring temperature in a well contains a housing, a power source, a temperature transducer rigidly fixed in the housing and made in the form of a mechanical resonator-tuning fork, wherein one branch of the tuning fork is made of Invar, a material with an independent temperature coefficient of linear expansion, and the other branch is made of bronze, material with an increased temperature coefficient of linear expansion. The device is additionally equipped with a generator, a system for driving and picking up vibrations, a frequency-code converter and a microprocessor, while the output of the generator is connected to the input of the drive system, the output of the pickup system is connected to the input of the frequency-code converter, and its output is connected to the input of the microprocessor, the output of the microprocessor is connected to generator input and communication channel, and the generator, frequency-code converter and microprocessor are connected to a power source - a battery.
EFFECT: increased reliability and accuracy of measuring the temperature of the drilling fluid at the bottom of the well directly in the process of drilling and signal transmission via a wireless electric channel for communication between the bottom and the wellhead by improving the design.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к устройствам для измерения температуры в скважине.The invention relates to the oil and gas industry, in particular to devices for measuring temperature in a well.

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.A device for measuring temperature in a well is known (see patent RU No. 2538014, 2015), containing a mechanical oscillatory system with permanent magnets mounted on it and a converter of mechanical vibrations into electrical ones, characterized in that the mechanical oscillatory system is made in the form of a cylindrical bimetallic spiral , one end of which is rigidly fixed, and the other is free, and the converter of mechanical vibrations into electrical ones is made in the form of a system of interacting electromagnetic fields of permanent magnets rigidly fixed on a cylindrical bimetallic spiral, and coils for driving and picking up vibrations, providing transverse vibrations of a cylindrical bimetallic spiral.

Недостатком данного устройства является низкая надежность и точность, связанная с малой девиацией частоты.The disadvantage of this device is the low reliability and accuracy associated with a small frequency deviation.

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.A prototype similar in technical essence is a device (see patent RU No. 2713842, 2020), containing a housing, a power source, a temperature converter in the form of two metal rods with a high temperature coefficient of linear expansion, installed coaxially with a gap with the housing and between themselves, rigidly fixed by the ends in a housing having a negative temperature coefficient of linear expansion, while the free end of one rod is equipped with a permanent magnet, the magnetic field of which acts on the field Hall sensor, fixed at the free end of the second rod, the Hall electrodes of the field Hall sensor are connected to the input of the analog-to-digital converter, and its output is connected to the input of the code-to-frequency converter, the output of the latter is connected to the communication channel through frequency division, and the Hall field sensor, analog-to-digital converter, code-to-frequency converter and frequency sensor are connected to a power source in the form of a battery.

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.The disadvantage of the prototype is the low reliability and accuracy due to the large number of elements and multiple conversions of the measured parameter into the pulse frequency for signal transmission over the communication channel.

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.EFFECT: improved reliability and accuracy of drilling fluid temperature measurement at the bottomhole directly in the process of drilling and signal transmission via a wireless electrical communication channel of the bottomhole with the wellhead by improving the design.

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.It is achieved by the fact that a well-known device containing a housing, a power source, a temperature transducer rigidly fixed in the housing, made in the form of a mechanical resonator-tuning fork, and one branch of the tuning fork is made of Invar, a material with an independent temperature coefficient of linear expansion, and the other branch of bronze, a material with a high temperature coefficient of linear expansion, is additionally equipped with a generator, a drive system and vibration pickup, a frequency-code converter and a microprocessor, while the generator output is connected to the drive system input, the pickup system output is connected to the frequency-code converter input, and its the output is with the input of the microprocessor, the output of the microprocessor is connected to the input of the generator and the communication channel, and the generator, the frequency-code converter and the microprocessor are connected to the power source - the battery.

На чертеже (фиг. 1 - вид в разрезе) изображено предлагаемое устройство.The drawing (Fig. 1 - sectional view) shows the proposed device.

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.The device comprises a housing 1, a temperature transducer made in the form of a mechanical resonator - a tuning fork 2, a tuning fork vibration drive system 3, with one branch of the tuning fork made of Invar and the other branch of bronze, a generator 4, a vibration pickup system 5, a frequency-code converter 6 , microprocessor 7, while the output of the generator is connected to the input of the drive system, the output of the pickup system is connected to the input of the frequency-code converter, and its output is connected to the input of the microprocessor, the output of the microprocessor is connected to a communication channel (not shown), and the generator, the frequency converter - the code and the microprocessor are connected to the power source 8 - the battery.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

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:When measuring the temperature of the drilling fluid flowing in the drill string with a measurement device installed in it in the body 1, one branch of the tuning fork 2, fixed in the body 1, made of a material with a high temperature coefficient of linear expansion (bronze) changes its linear dimensions upwards, and its second branch made of a material with an independent temperature coefficient of linear expansion (invar) changes its linear dimensions in the direction of reduction. As a result, the oscillation frequency of the first branch of the tuning fork 2 decreases, and the oscillation frequency of the second branch with an independent temperature coefficient of linear expansion increases, which leads to a decrease in the quality factor of the tuning fork in proportion to the change in the temperature of the drilling fluid flowing in the drill string. In the drive system 3, connected to the generator 4, an electromotive force (EMF) is induced, which sets the tuning fork 2 in motion, in the vibration pickup system 5, due to vibrations of the tuning fork 2, the corresponding EMF is induced, which is fed to the input of the frequency-code converter 6. The code combination from the output of the converter 6 enters the input of the microprocessor 7, where it is stored in the RAM. The microprocessor 7, using the built-in program, gives a command to change the frequency of the generator 4. As a result of a number of iterations, the frequency response of the mechanical resonator-tuning fork 2 is built in the microprocessor 7, the quality factor of the tuning fork 2 is calculated, which is proportional to the measured temperature of the drilling fluid at the bottomhole according to the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
- собственная частота камертона;where
Figure 00000002
- natural frequency of the tuning fork;

Figure 00000003
- полоса пропускания;
Figure 00000003
- bandwidth;

α - коэффициент 1÷1,3.α - coefficient 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.The code combination of the quality factor of the tuning fork 2, which is proportional to the measured value of the temperature of the drilling fluid at the bottom of the well from the microprocessor, is fed into the communication channel of the bottom with the wellhead.

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.Positive effect - the device has increased reliability and accuracy by reducing the number of temperature-to-pulse frequency conversions using a temperature converter - a tuning fork, using an interference-free frequency method of transmission over a communication channel, greater frequency deviation, increased sensitivity and linearity of the static characteristic.

Claims (1)

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.A device for measuring temperature in a well, comprising a housing, a power source, a temperature transducer rigidly fixed in the housing, characterized in that the temperature transducer is made in the form of a mechanical resonator-tuning fork, and one branch of the tuning fork is made of Invar, a material with an independent temperature coefficient of linear expansion , and the other branch is made of bronze, a material with a high temperature coefficient of linear expansion, additionally equipped with a generator, a drive and pickup system, a frequency-code converter and a microprocessor, while the generator output is connected to the drive system input, the pickup system output is connected to the converter input frequency-code, and its output - with the input of the microprocessor, the output of the microprocessor is connected to the input of the generator and the communication channel, and the generator, the frequency-code converter and the microprocessor are connected to the power source - the battery.
RU2021135727A 2021-12-06 Well temperature measurement device RU2772616C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2772616C1 true RU2772616C1 (en) 2022-05-23

Family

ID=

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1155734A1 (en) * 1983-08-16 1985-05-15 Специальное Конструкторское Бюро Средств Автоматизации Ивано-Франковского Производственного Объединения "Геофизприбор" Apparatus for measuring the pressure and temperature of heat carrier in injection wells
SU1298365A1 (en) * 1985-06-05 1987-03-23 Нефтяной Институт Им.Акад.М.Д.Миллионщикова Device for measuring temperature in wells
RU2096609C1 (en) * 1996-03-27 1997-11-20 Уфимский государственный нефтяной технический университет Method and device for remote measuring of pressure and temperature in well by single sensor
RU2149993C1 (en) * 1998-10-14 2000-05-27 Уфимский государственный нефтяной технический университет Device measuring pressure and temperature in hole
RU2425974C2 (en) * 2009-06-15 2011-08-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет (ФГОУ ВПО АГТУ) Device for measuring pressure of drilling fluid in well
RU2713842C1 (en) * 2019-03-22 2020-02-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "АГТУ" Device for measuring temperature in well
RU2726723C1 (en) * 2019-12-24 2020-07-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "АГТУ" Device for measuring drilling mud pressure in well
RU2752202C1 (en) * 2020-12-08 2021-07-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный технический университет Device for measuring well zenith

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1155734A1 (en) * 1983-08-16 1985-05-15 Специальное Конструкторское Бюро Средств Автоматизации Ивано-Франковского Производственного Объединения "Геофизприбор" Apparatus for measuring the pressure and temperature of heat carrier in injection wells
SU1298365A1 (en) * 1985-06-05 1987-03-23 Нефтяной Институт Им.Акад.М.Д.Миллионщикова Device for measuring temperature in wells
RU2096609C1 (en) * 1996-03-27 1997-11-20 Уфимский государственный нефтяной технический университет Method and device for remote measuring of pressure and temperature in well by single sensor
RU2149993C1 (en) * 1998-10-14 2000-05-27 Уфимский государственный нефтяной технический университет Device measuring pressure and temperature in hole
RU2425974C2 (en) * 2009-06-15 2011-08-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет (ФГОУ ВПО АГТУ) Device for measuring pressure of drilling fluid in well
RU2713842C1 (en) * 2019-03-22 2020-02-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "АГТУ" Device for measuring temperature in well
RU2726723C1 (en) * 2019-12-24 2020-07-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "АГТУ" Device for measuring drilling mud pressure in well
RU2752202C1 (en) * 2020-12-08 2021-07-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный технический университет Device for measuring well zenith

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2772616C1 (en) Well temperature measurement device
US3331023A (en) Sensing and measuring device for high voltage power lines
US9140619B2 (en) Piezoelectric vacuum gauge and measuring method thereof
RU2471983C2 (en) Device to measure pressure of drilling mud in well
RU2804066C1 (en) Device for measuring viscosity of drilling fluids at the bottom of the well during the drilling process
SU526806A1 (en) Viscometer
RU213209U1 (en) Differential Type Force Sensor
RU2083988C1 (en) Molecular-electron converter of oscillatory accelerations
RU2713842C1 (en) Device for measuring temperature in well
JP2002310604A (en) Displacement sensor with calibration function
US2998536A (en) Electromagnetic pick-up apparatus for the reception of oscillations
RU1778565C (en) Pressure pickup
KR100381192B1 (en) A stroke sensor and method of a motor
RU2726723C1 (en) Device for measuring drilling mud pressure in well
RU225198U1 (en) Current sensor
SU976393A1 (en) Electric voltage modulus frequency pickup
SU1290214A1 (en) Transducer of magnetic field
RU2538014C1 (en) Well temperature measurement device
UA147515U (en) DEVICE FOR MEASURING TEMPERATURE IN A WELL
SU636510A1 (en) Liquid density meter
SU962755A1 (en) Angular displacement string-type converter
RU2051344C1 (en) Force measuring device
SU808887A1 (en) Method of pressure measuring by transformer-type transducr
RU2068551C1 (en) Pressure transducer
SU649987A1 (en) Viscosimeter