RU2225508C2

RU2225508C2 - Thermal field gradient detector

Info

Publication number: RU2225508C2
Application number: RU2001106294/03A
Authority: RU
Inventors: тов М.Ш. Зал; М.Ш. Залятов; А.Ф. Закиров; Ф.Ф. Халиуллин; Р.М. Миннуллин; А.Э. Ибрагимов; Э.У. Ибрагимов; О.М. Бондаренко; Р.С. Мухамадиев; Р.Р. Вильданов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д.Шашина
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2004-03-10

Abstract

FIELD: geophysical well examination. SUBSTANCE: device has cylindrical body, optical system, sensing element, amplifier and converter of information signal, and registering device. Additionally temperature stabilizer for sensing element and heat-conducting plate are included. Temperature stabilizer is a Duar jar filled with liquid nitrogen. Heat-conducting plate is made as a part of inner cover of said stabilizer, on one side being in contact with liquid nitrogen, on other side being in vacuum jar enclosure with sensing element mounted on it. Optical system is formed as uniformly thick half-spherical cover, transparent for thermal radiation. EFFECT: increased perceptibility and operating speed of device. 1 dwg

Description

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и предназначено для определения температурного градиента ствола скважины на основе измерения интенсивности инфракрасного излучения с поверхности стенок скважины.The invention relates to geophysical research and is intended to determine the temperature gradient of the wellbore based on measuring the intensity of infrared radiation from the surface of the walls of the well.

Известно устройство для измерения температуры в скважине, содержащее цилиндрический корпус с установленными в нем термоприемником и усилителем-преобразователем (см. а.с. СССР № 1686146, МПК Е 21 В 47/06). Однако данное устройство измеряет не непосредственное излучение объекта, а вторичное (преобразованное) вследствие наличия уплотнительно-изоляционных рамок с теплопроводящими пластинами, что увеличивает инерционность измерительного устройства, снижает его надежность, не позволяет измерить температуру стенок выше статического уровня.A device for measuring temperature in a well is known, comprising a cylindrical body with a heat detector and an amplifier-converter installed in it (see USSR AS No. 1686146, IPC E 21 V 47/06). However, this device does not measure the direct radiation of the object, but secondary (converted) due to the presence of sealing-insulating frames with heat-conducting plates, which increases the inertia of the measuring device, reduces its reliability, and does not allow to measure the temperature of the walls above a static level.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для исследования разреза скважины и бесконтактного измерения температуры в ней, содержащее цилиндрический корпус, оптическую систему, чувствительный элемент, усилитель и преобразователь сигнала информации, регистрирующий прибор (см. а.с. СССР 203587, МПК Е 21 В 47/06). Недостатком устройства является то, что в процессе измерения температуры в разрезе скважины информационный сигнал образуется как отклик на разностную температуруClosest to the claimed is a device for studying a section of a well and non-contact temperature measurement in it, containing a cylindrical body, an optical system, a sensing element, an amplifier and an information signal converter, a recording device (see AS USSR 203587, IPC E 21 V 47 / 06). The disadvantage of this device is that in the process of measuring temperature in the section of the well, an information signal is generated as a response to the differential temperature

ΔТ = Тоб. - Тмод.ΔT = Tob. - Tod.

где Тоб. - температура измеряемого объекта,where tob. - temperature of the measured object,

Тмод. - температура лопасти модулятора.Tod. - temperature of the modulator blade.

При температуре лопасти модулятора, равной температуре измеряемого объекта, информационный сигнал равен нулю, то есть устройство неработоспособно. Кроме того, наличие стадии нагревания чувствительного элемента и отсутствие системы термостабилизации чувствительного элемента и лопасти модулятора приводит к погрешности, пропорциональной изменению температуры устройства, то есть недостоверным оценкам результатов измерения. Следующим серьезным недостатком устройства является большая инерционность процесса измерения (1-0,05 сек). Это объясняется тем, что преобразование потока инфракрасного излучения в информационный сигнал происходит путем поглощения энергии излучения и преобразования ее в тепло.When the temperature of the modulator blade is equal to the temperature of the measured object, the information signal is zero, that is, the device is inoperative. In addition, the presence of a heating stage of the sensitive element and the absence of a thermal stabilization system for the sensitive element and the modulator blade leads to an error proportional to the change in the temperature of the device, i.e., unreliable estimates of the measurement results. The next serious drawback of the device is the large inertia of the measurement process (1-0.05 sec). This is because the conversion of the infrared radiation stream into an information signal occurs by absorbing the radiation energy and converting it into heat.

Предлагаемое устройство решает задачу контроля температурного градиента ствола скважины бесконтактным способом.The proposed device solves the problem of controlling the temperature gradient of the wellbore in a non-contact manner.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении температурного разрешения, чувствительности, быстродействия устройства, а также в повышении надежности, точности и достоверности результатов измерения. Это достигается тем, что индикатор градиента теплового поля, содержащий цилиндрический корпус, оптическую систему, чувствительный элемент, усилитель и преобразователь сигнала информации и регистрирующий прибор, дополнительно содержит стабилизатор температуры чувствительного элемента, представляющий собой сосуд Дюара, заполненный жидким азотом, теплопроводящую пластину, конструктивно выполненную частью внутренней оболочки стабилизатора температуры чувствительного элемента, одной стороной находящейся в контакте с жидким азотом, а другой - в вакуумной полости сосуда, с укрепленным на ней чувствительным элементом, при этом оптическая система выполнена в виде равнотолщинной полусферической оболочки, прозрачной для теплового излучения.The technical result achieved by the invention is to increase the temperature resolution, sensitivity, speed of the device, as well as to increase the reliability, accuracy and reliability of the measurement results. This is achieved by the fact that the thermal field gradient indicator, comprising a cylindrical body, an optical system, a sensing element, an amplifier and an information signal converter and a recording device, further comprises a temperature stabilizer of the sensing element, which is a Duar vessel filled with liquid nitrogen, a heat-conducting plate, structurally made part of the inner shell of the temperature stabilizer of the sensing element, one side in contact with liquid nitrogen, and the other is in the vacuum cavity of the vessel, with a sensing element mounted on it, while the optical system is made in the form of an equal-thickness hemispherical shell transparent to thermal radiation.

Общий вид индикатора градиента теплового поля представлен на фиг.1.A General view of the indicator of the gradient of the thermal field is presented in figure 1.

Индикатор градиента теплового поля содержит цилиндрический корпус 1, оптическую систему 2, чувствительный элемент 3, стабилизатор температуры 4, теплопроводящую пластину 5, усилитель сигнала 6, преобразователь сигнала 7, регистрирующий прибор 8.Indicator thermal field gradient comprises a cylindrical housing 1, an optical system 2, the sensor 3, temperature stabilizer 4, a heat-conducting plate 5, a signal amplifier 6, the signal converter 7, p e gistriruyuschy device 8.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Внутреннюю полость стабилизатора температуры 4, закрепленного в цилиндрическом корпусе 1, заполняют жидким азотом. Теплопроводящая пластина 5, находясь в тепловом контакте с жидким азотом, охлаждается и передает температуру жидкого азота на укрепленный на ее противоположной поверхности чувствительный элемент 3. Наличие в стабилизаторе температуры вакуумной полости уменьшает теплопритоки и позволяет стабилизировать температуру чувствительного элемента на уровне 165°С в процессе всего цикла измерений. Далее включается электропитание и устройство опускается в скважину. Тепловое излучение внутренней поверхности скважины проходит через оптическую систему 2 и попадает на поверхность чувствительного элемента 3. При этом оптическая система, выполненная в виде полусферической равнотолщинной оболочки, уменьшает потери излучения на отражение, что увеличивает чувствительность индикатора градиента теплового поля. Тепловое излучение фотоактивно поглощается в объеме чувствительного элемента. Генерированные при этом носители тока поступают на вход усилителя 6, где формируется информационный сигнал, пропорциональный мощности потока излучения. Далее сигнал поступает в преобразователь 7, в котором аналоговый информационный сигнал преобразуется в последовательный цифровой код. Этот код поступает в регистрирующий прибор 8, где он обрабатывается и выдается пользователю в удобном для него виде, например в виде термограммы.The internal cavity of the temperature stabilizer 4, mounted in a cylindrical housing 1, is filled with liquid nitrogen. The heat-conducting plate 5, being in thermal contact with liquid nitrogen, is cooled and transfers the temperature of liquid nitrogen to the sensing element 3 mounted on its opposite surface. The presence of a vacuum cavity in the temperature stabilizer reduces heat inflows and makes it possible to stabilize the temperature of the sensing element at 165 ° C during the whole measurement cycle. Next, the power is turned on and the device is lowered into the well. The thermal radiation of the inner surface of the well passes through the optical system 2 and falls on the surface of the sensing element 3. In this case, the optical system, made in the form of a hemispherical equal-thickness shell, reduces radiation loss by reflection, which increases the sensitivity of the thermal field gradient indicator. Thermal radiation is photoactive absorbed in the volume of the sensing element. The current carriers generated in this case are fed to the input of amplifier 6, where an information signal is generated proportional to the power of the radiation flux. Next, the signal enters the Converter 7, in which the analog information signal is converted into a serial digital code. This code enters the recording device 8, where it is processed and issued to the user in a form convenient for him, for example, in the form of a thermogram.

Т.к. в процессе формирования информационного сигнала отсутствует фаза нагревания чувствительного элемента — существенно улучшаются показатели инерционности процесса измерения и время измерения предлагаемым устройством сокращается до 10^-4 – 10^-5 сек. Чувствительный элемент стабилизирован при температуре, близкой к температуре жидкого азота, низкая температура способствует уменьшению собственных шумов чувствительного элемента (улучшаются пороговые характеристики) и повышает чувствительность измерительной системы. Стабилизатор температуры чувствительного элемента уменьшает погрешность измерения температуры объекта, связанную с изменениями температуры окружающей среды, и увеличивает достоверность измерения.Because during the formation of the information signal there is no heating phase of the sensitive element - the inertia indicators of the measurement process are significantly improved and the measurement time of the proposed device is reduced to 10 ^-4 - 10 ^-5 sec. The sensitive element is stabilized at a temperature close to the temperature of liquid nitrogen, low temperature helps to reduce the intrinsic noise of the sensitive element (threshold characteristics improve) and increases the sensitivity of the measuring system. The temperature stabilizer of the sensing element reduces the measurement error of the temperature of the object associated with changes in ambient temperature, and increases the reliability of the measurement.

Испытания предлагаемого устройства проводились в условиях проблемной скважины. Они показали, что применение данного устройства позволяет существенно снизить погрешность температурных измерений в скважинах, повышает надежность и достоверность результатов измерения, решает задачу высокоточного измерения температурного градиента ствола скважины, позволяющего осуществлять контроль технического состояния скважин.Tests of the proposed device were carried out in a problem well. They showed that the use of this device can significantly reduce the error of temperature measurements in wells, increases the reliability and reliability of the measurement results, solves the problem of high-precision measurement of the temperature gradient of the wellbore, which allows monitoring the technical condition of the wells.

Claims

A thermal field gradient indicator comprising a cylindrical body, an optical system, a sensing element, an amplifier and an information signal converter and a recording device, characterized in that it further comprises a temperature stabilizer of the sensing element, which is a Duar vessel filled with liquid nitrogen, a heat-conducting plate, structurally made part the inner shell of the temperature stabilizer of the sensitive element, one side in contact with liquid nitrogen, etc. goy - in a vacuum cavity of the vessel, with fortified sensor element thereon, wherein the optical system is formed as a constant diameter, hemispherical shell that is transparent to thermal radiation.