RU2536079C1

RU2536079C1 - Down-hole flowmeter sensor

Info

Publication number: RU2536079C1
Application number: RU2013135054/03A
Authority: RU
Inventors: Александр Дмитриевич Елисеев; Вячеслав Васильевич Нескоромных; Юрий Маркович Сапожников
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2014-12-20

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: invention refers to devices for determination of fluid rate and flow direction. down-hole flowmeter sensor containing a housing, tachometric transducer installed in housing including transducer housing, impeller with shaft located in supports with a gap, mechano-electric transducer of impeller rotation installed in transducer housing and being its motionless element in transducer housing as well as being moving element on impeller shaft, protection unit including caps installed on supports one of which is transducer housing, and protective atmosphere source in the form of capsule, to which transducer housing cap is connected. As protective atmosphere, used is protective fluid not mixing with borehole fluid and having less density. Capsule is installed in sensor housing, at that volume of protective fluid in it is not less than volume of transducer housing cap. Capsule is designed as a syringe with spring loaded piston in its housing, which underpiston volume is connected to volume of transducer housing cap. Piston is designed with possibility of contact with its lock installed on curved plate outside capsule housing, designed with possibility of interaction with float moving in capsule housing.

EFFECT: obtaining down-hole flowmeter sensor reliably operating in contaminated borehole fluids at various unrestricted depth of its downwelling in borehole and its hydrodynamic investigations.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для определения расхода и направления потока жидкости, в том числе загрязненных, в буровых скважинах и может быть использовано для диагностики поглощений с целью разработки и оптимизации процессов и технологий их последующего устранения (ликвидации) при бурении, сооружении или эксплуатации скважин.The invention relates to devices for determining the flow rate and direction of fluid flow, including contaminated, in boreholes and can be used to diagnose absorption in order to develop and optimize processes and technologies for their subsequent elimination (liquidation) during drilling, construction or operation of wells.

Известен скважинный тахометрический расходомер TCP-34/70, в последующем РЭТС-34/70 (ТУ 41-05-001-80), включающий в своем составе датчик скважинного расходомера, опускаемый в скважину на каротажном кабеле, и наземный пульт, подключенный к каротажному кабелю. Датчик скважинного расходомера содержит корпус, установленный в нем тахометрический преобразователь вращения крыльчатки в электрический сигнал, который по каротажному кабелю передается на наземный пульт и на котором каждому обороту крыльчатки скважинного расходомера соответствует добавление единицы на указателе электромагнитного счетчика. По наземному пульту осуществляется отсчет частоты вращения крыльчатки, а с использованием конструктивно режимных параметров расходомера - оценка значения расхода жидкости. Прибор отвечает требованиям к скважинным расходомерам для изучения поглощающих горизонтов методом скважинной расходометрии, которыми являются: надежность; приемлемые метрологические качества, в частности точность измерений; простота конструкции; несложность обработки результатов наблюдений. Основной недостаток прибора заключается в ненадежной работе преобразователя в минерализованной жидкости и загрязненных жидкостях. Это обуславливает их узкую область применения, в частности использование их невозможно в буровых растворах, в том числе глинистых растворах, для решения задач диагностики поглощений при бурении скважин с целью разработки технологии их устранения.A well-known tachometric flowmeter TCP-34/70, subsequently RETS-34/70 (TU 41-05-001-80), which includes a downhole flowmeter sensor, lowered into the well on a wireline cable, and a ground panel connected to the logging cable. The downhole flowmeter sensor contains a housing, a tachometric transducer of rotation of the impeller into an electrical signal installed in it, which is transmitted via a wireline cable to the ground control panel and on which each unit rotation of the downhole flowmeter impeller corresponds to the addition of a unit on the pointer of the electromagnetic counter. The impeller rotational speed is counted on the ground control panel, and using the structurally operational parameters of the flowmeter, the value of the liquid flow rate is estimated. The device meets the requirements for downhole flow meters for studying absorbing horizons by the method of downhole flow metering, which are: reliability; acceptable metrological qualities, in particular accuracy of measurements; simplicity of construction; the simplicity of processing the results of observations. The main disadvantage of the device is the unreliable operation of the converter in mineralized liquids and contaminated liquids. This leads to their narrow scope, in particular, their use is impossible in drilling fluids, including clay muds, to solve the problems of diagnostics of losses during drilling of wells in order to develop a technology for their elimination.

Известен скважинный расходомер ДАУ-3M (Л.М. Ивачев. Борьба с поглощениями промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин. - М., Недра, 1982 г., стр.45-52), включающий в своем составе датчик скважинного расходомера, опускаемый в скважину на каротажном кабеле, и наземный пульт, подключенный к каротажному кабелю. Датчик скважинного расходомера содержит корпус, установленный в нем тахометрический преобразователь вращения крыльчатки в электрический сигнал, который по каротажному кабелю передается на наземный пульт и на котором каждому обороту крыльчатки скважинного расходомера соответствует добавление единицы на указателе электромагнитного счетчика на наземном пульте. Тахометрическим преобразователем в расходомере ДАУ является дифференциальный индуктивный датчик, состоящий из двух частей: неподвижной (индуктивной катушки) и подвижной (пермаллоевая пластинка-якорь, установленная на валу крыльчатки). Крыльчатка установлена (имеет возможность вращаться) в агатовых подпятниках, расположенных в воздушных колпаках, защищающих их от загрязняющих включений, содержащихся в буровом растворе. По наземному пульту осуществляется отсчет частоты вращения крыльчатки, а с использованием конструктивно режимных параметров расходомера - оценка значения расхода жидкости. Прибор отвечает требованиям к скважинным расходомерам для изучения поглощающих горизонтов. Недостаток прибора заключается в ненадежной работе преобразователя в загрязненных жидкостях при высоких гидростатических давлениях (глубинах). Объясняется это тем, что при высоких гидростатических давлениях воздушный объем в колпаке занимает малую долю его объема (чем выше гидростатическое давление определяемой глубиной погружения датчика, тем меньше эта доля) и может не защищать уязвимый (загрязняемымим включениями из бурового раствора) очень малый зазор механо-электрического тахометрического преобразователя (зазор между валом крыльчатки и индуктивной катушкой составляет не более 1 мм). Принимая известные соотношения физики и гидравлики, по мере опускания в скважину с жидкостью в ней:The well-known flowmeter DAU-3M (L. M. Ivachev. Combating the absorption of flushing fluid while drilling exploration wells. - M., Nedra, 1982, pp. 45-52), which includes a sensor for the downhole flowmeter, omitted in a well on a wireline cable, and a surface console connected to the wireline cable. The downhole flowmeter sensor contains a housing, a tachometric transducer of rotation of the impeller into an electrical signal installed in it, which is transmitted via a wireline cable to the ground control panel and on which each unit rotation of the downhole flowmeter impeller corresponds to the addition of a unit on the pointer of the electromagnetic counter on the ground control panel. The tachometric converter in the DAU flowmeter is a differential inductive sensor, consisting of two parts: fixed (inductive coil) and movable (permalloy plate-anchor mounted on the impeller shaft). The impeller is installed (has the ability to rotate) in agate thrust bearings located in air caps that protect them from contaminating inclusions contained in the drilling fluid. The impeller rotational speed is counted on the ground control panel, and using the structurally operational parameters of the flowmeter, the value of the liquid flow rate is estimated. The device meets the requirements for downhole flowmeters for studying absorbing horizons. The disadvantage of the device is the unreliable operation of the converter in contaminated liquids at high hydrostatic pressures (depths). This is explained by the fact that at high hydrostatic pressures, the air volume in the cap occupies a small fraction of its volume (the higher the hydrostatic pressure is determined by the immersion depth of the sensor, the smaller this fraction) and may not protect the very small (mechanically contaminated by mud from mud) electric tachometric transducer (the gap between the impeller shaft and the inductive coil is not more than 1 mm). Accepting the known relations of physics and hydraulics, as they sink into the well with the fluid in it:

на датчик воздействует гидростатическое давление столба жидкости, определяемое выражением: Р=L·ρ·g, где Р - гидростатическое давление на глубине погружения датчика L; ρ - плотность скважинной жидкости, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с²;the sensor is affected by the hydrostatic pressure of the liquid column, defined by the expression: P = L · ρ · g, where P is the hydrostatic pressure at the immersion depth of the sensor L; ρ is the density of the borehole fluid, kg / m ³ ; g is the acceleration of gravity, m / s ² ;

объем воздуха V в колпаке по мере повышения давления уменьшается кратно величине давления (P₀·V₀=P₁·V₁, откуда V₁=P₀·V₀/P₁, где P₀, V₀ и P₁, V₁ соответственно начальный объем воздуха V₀ в колпаке при атмосферном давлении P₀ и его объем V₁ при давлении P₁) и в диапазоне изменений гидростатических давлений при выполнении гидродинамических скважинных исследований может составлять менее чем 1/100 начального объема воздуха в колпаке и в лучшем случае защищать только опору скважинного датчика, но не весь объем колпака, в котором расположен уязвимый воздействием на него загрязненной скважинной жидкости механо-электрический преобразователь вращения крыльчатки.the air volume V in the cap decreases as the pressure increases (P ₀ · V ₀ = P ₁ · V ₁ , whence V ₁ = P ₀ · V ₀ / P ₁ , where P ₀ , V ₀ and P ₁ , V _1, respectively, the initial volume of air V ₀ in the cap at atmospheric pressure P ₀ and its volume V ₁ at pressure P ₁ ) and in the range of changes in hydrostatic pressures when performing hydrodynamic well tests can be less than 1/100 of the initial volume of air in the cap and at best in the case of protecting only the support of the downhole sensor, but not the entire volume of the cap in which the vulnerable zdeystviem him contaminated borehole fluid mechanical-electrical converter impeller rotation.

Попадание загрязнений их бурового раствора в этот зазор может приводить к увеличению трения и сил сопротивления вращению крыльчатки и, как следствие, изменению ее метрологических характеристик либо к ее заклиниванию и потере работоспособности прибора. В случаях герконового тахометрического преобразователя феррошлам из бурового раствора оседает плотным слоем на магните, установленном на валу крыльчатки, а скапливаясь на нем, практически в 100% случаев, как показывает опыт, приводит к заклиниванию крыльчатки, и, как следствие, к выводу прибора из работоспособного состояния. При больших гидростатических давлениях доля объема сжатого воздуха может стать настолько малой, что способна защитить воздушным пузырьком только агатовый подпятник (а ни весь объем корпуса преобразователя). С этим связана низкая надежность прибора в таких условиях, ограничивается возможность их применения в буровых растворах, в том числе глинистых растворах, для решения задач диагностики поглощений при бурении скважин с целью разработки рациональной технологии их устранения.The ingress of contamination of their drilling fluid into this gap can lead to an increase in friction and resistance forces to rotation of the impeller and, as a result, to a change in its metrological characteristics or to jamming and loss of operability of the device. In cases of a reed tachometric converter, ferrosludge from the drilling fluid settles in a dense layer on a magnet mounted on the impeller shaft, and accumulating on it, in almost 100% of cases, as experience shows, leads to jamming of the impeller, and, as a result, to the removal of the device from a working condition. At high hydrostatic pressures, the fraction of compressed air volume can become so small that only the agate thrust bearing (and not the entire volume of the converter housing) can protect it with an air bubble. This is associated with the low reliability of the device under such conditions, the possibility of their use in drilling fluids, including clay fluids, is limited for solving the problems of absorption diagnostics during well drilling in order to develop a rational technology for their elimination.

Известен принятый в качестве прототипа датчик скважинного расходомера по авторскому свидетельству №1423734, (М. кл. Е21В 47/10, заявка №4158020/22-03 от 10.12.86 г., опубл. 15.09.88 г.), содержащий корпус, установленный в нем тахометрический преобразователь, включающий корпус преобразователя, крыльчатку с валом, размещенным в опорах с зазором, механо-электрический преобразователь вращения крыльчатки, установленный в корпусе преобразователя и представляющий собой неподвижный его элемент в корпусе преобразователя и подвижный на валу крыльчатки, например соответственно геркон и магнит, узел защиты, включающий установленные на опоры колпаки, одним из которых является корпус преобразователя, и источник защитной среды в виде капсулы, с которым сообщен колпак корпуса преобразователя, защитной средой является газ. В качестве источника газовой среды использован ацетиленовый генератор, капсула с водой которого установлена в корпусе с возможностью осевого перемещения относительно патрона с карбидом кальция и удержания на плаву, причем объемы корпуса ацетиленового генератора и колпаков опор выполнены одинаковыми и сообщены между собой.Known adopted as a prototype sensor downhole flowmeter according to the copyright certificate No. 1423734, (M. CL E21B 47/10, application No. 4158020 / 22-03 from 12.12.86, publ. 15.09.88), containing a housing, a tachometric transducer installed in it, including a transducer housing, an impeller with a shaft placed in supports with a clearance, a mechano-electric impeller rotation transducer installed in the transducer housing and representing its stationary element in the transducer housing and movable on the impeller shaft, for example, etstvenno reed switch and the magnet, the protection assembly including a support mounted on the caps, one of which is a transducer housing and a source of protective medium in the form of capsules, which communicates with converter housing cap, the protective medium is a gas. An acetylene generator was used as the source of the gaseous medium, the water capsule of which was installed in the casing with the possibility of axial movement relative to the cartridge with calcium carbide and kept afloat, the volumes of the casing of the acetylene generator and the bearing caps being the same and interconnected.

Тахометрическим преобразователем в таком расходомере может быть по аналогии с прибором ДАУ дифференциальный индуктивный (выше приведен) либо по аналогии с его малогабаритным вариантом (А.С. Волков, Р.И. Тевзадзе. Тампонирование геологоразведочных скважин, - М., Недра, 1986 г., стр.79-80) герконовый. В нем под действием потока жидкости, закачиваемой в скважину, крыльчатка вращается с той или иной частотой. На валу крыльчатки расположен постоянный магнит, замыкающий геркон, включенный в электрическую цепь. По числу замыканий цепи и зарегистрированному времени определяют частоту вращения крыльчатки. Ацетиленовый генератор в конструкции датчика позволяет заполнять газом весь объем колпака тахометрического преобразователя при погружении скважинного датчика в скважинную жидкость при различных гидростатических давлениях, в том числе загрязненную, и обеспечить при этом надежную его работу. Недостаток прибора объясняется ограниченными глубинами использования датчика, определяемыми глубинами погружения и гидродинамических исследований на 200 м и более. Связано это с физическими свойствами ацетилена, в частности с тем, что он взрывается при давлении выше 0,2 МПа (такое значение наблюдается при гидростатическом давлении на глубине около 200 м. («Ацетилен», материал из Википедии - свободной энциклопедии). Другим недостатком принятого за прототип прибора является применение в нем для функционирования газового генератора карбида кальция (ГОСТ 1460-81. Карбид кальция. Требования безопасности), являющегося пожаро- и взрывоопасным, а по степени воздействия на организм относящимся к веществам 1^го класса опасности. Кроме того, жесткими требованиями к его упаковке и запретом по его перевозке авиатранспортом делают его ограничено пригодным для широкого практического внедрения.A tachometer transducer in such a flowmeter can be, by analogy with a DAU device, a differential inductive (shown above) or by analogy with its small-sized version (AS Volkov, RI Tevzadze. Tamponing of exploration wells, - M., Nedra, 1986 ., p. 79-80) reed switch. In it, under the influence of the fluid flow pumped into the well, the impeller rotates with one or another frequency. A permanent magnet is located on the impeller shaft, which closes the reed switch included in the electrical circuit. The number of circuit closures and the recorded time determine the rotational speed of the impeller. The acetylene generator in the sensor design allows you to fill with gas the entire volume of the cap of the tachometric transducer when the borehole sensor is immersed in the borehole fluid at various hydrostatic pressures, including contaminated, and ensure its reliable operation. The disadvantage of the device is due to the limited depth of use of the sensor, determined by the depths of immersion and hydrodynamic studies of 200 m or more. This is due to the physical properties of acetylene, in particular, that it explodes at a pressure above 0.2 MPa (this value is observed at hydrostatic pressure at a depth of about 200 m (“Acetylene”, material from Wikipedia - free encyclopedia). received the prototype instrument is to apply it to the operation of the gas generator of calcium carbide (GOST 1460-81. calcium carbide. safety requirements), which is flammable and explosive, and the degree of influence on an organism belonging to the classes ^of substances 1 and the hazard. In addition, the stringent requirements for its packaging, and a ban on its air transport make it suitable for a wide limited practical implementation.

Задачей заявляемого изобретения является создание датчика скважинного расходомера, надежно работающего в загрязненных скважинных жидкостях при различных неограниченных глубинах его погружения в скважину и гидродинамических ее исследованиях.The objective of the invention is the creation of a downhole flowmeter sensor that works reliably in contaminated downhole fluids at various unlimited depths of immersion in the well and its hydrodynamic research.

Достигается поставленная задача тем, что в принятом в качестве прототипа датчике скважинного расходомера, содержащем корпус, установленный в нем тахометрический преобразователь, включающий корпус преобразователя, крыльчатку с валом, размещенным в опорах с зазором, механо-электрический преобразователь вращения крыльчатки, установленный в корпусе преобразователя и представляющий собой неподвижный его элемент в корпусе преобразователя и подвижный на валу крыльчатки, например соответственно геркон и магнит, узел защиты, включающий установленные на опоры колпаки, одним из которых является корпус преобразователя, и источник защитной среды в виде капсулы, с которым сообщен колпак корпуса преобразователя, в качестве защитной среды использована защитная жидкость, не смешивающаяся со скважинной и имеющая меньшую, чем у нее, плотность, например для скважинной жидкости бурового раствора на водной основе защитной жидкостью может быть керосин, капсула установлена в корпусе датчика, причем объем защитной жидкости в ней, не меньше объема колпака корпуса преобразователя, а капсула выполнена в виде шприца с подпружиненным поршнем в ее корпусе, подпоршневой объем которого сообщен с объемом колпака корпуса преобразователя, поршень выполнен с возможностью контактирования с его стопором, установленным на изогнутой пластине снаружи корпуса капсулы, выполненной с возможностью взаимодействия с поплавком, перемещающимся по корпусу капсулы.The task is achieved in that in the adopted as a prototype of the sensor of the borehole flow meter, comprising a housing, a tachometric transducer installed therein, including a transducer housing, an impeller with a shaft placed in supports with a clearance, a mechano-electric impeller rotation transducer installed in the transducer housing and which is its fixed element in the converter housing and movable on the impeller shaft, for example, a reed switch and a magnet, a protection unit, including a mouth caps that have been replaced by supports, one of which is the transducer housing, and a source of protective medium in the form of a capsule, with which the cap of the transducer housing is connected, a protective fluid that is not miscible with the borehole and has a lower density than it is used, as a protective medium, for example for a wellbore fluid of a water-based drilling fluid, the protective fluid may be kerosene, the capsule is installed in the sensor housing, and the volume of protective fluid in it is not less than the volume of the cap of the transducer housing, and capsules and made in the form of a syringe with a spring-loaded piston in its body, the piston volume of which is in communication with the volume of the cap of the transducer body, the piston is made with the possibility of contacting with its stopper mounted on a curved plate outside the capsule body, made with the possibility of interaction with a float moving along the capsule body .

Кроме того, в датчике скважинного расходомера:In addition, in the downhole flowmeter sensor:

а) капсула на корпусе датчика может быть выполнена приспособленной для осуществления периодического обслуживания, связанного с зарядкой ее защитной жидкостью, в частности легкосъемной;a) the capsule on the sensor housing can be made adapted for periodic maintenance associated with charging it with a protective fluid, in particular easily removable;

б) в сообщении капсулы с объемом колпака корпуса преобразователя может быть установлен подпружиненный обратный клапан с усилием его срабатывания, меньшим усилия срабатывания поршня капсулы.b) in the message of the capsule with the volume of the cap of the converter housing, a spring-loaded check valve can be installed with an actuation force less than the actuation force of the capsule piston.

Реализация отличительных признаков обуславливает появление у заявляемого датчика скважинного расходомера нового свойства - повышение надежности его работы в загрязненных скважинных жидкостях при различных неограниченных глубинах его погружения в скважину и гидродинамических ее исследованиях.The implementation of the distinguishing features determines the appearance of the inventive downhole flowmeter sensor of a new property - increasing the reliability of its operation in contaminated well fluids at various unlimited depths of immersion into the well and its hydrodynamic research.

Сочетание признаков заявляемого датчика скважинного расходомера позволяет за счет повышения надежности его функционирования расширить условия его применения.The combination of the features of the inventive sensor downhole flow meter allows by increasing the reliability of its operation to expand the conditions for its use.

Ниже приведена интерпретация признаков, обозначенных выше п.а) и п.б) дополнительных пунктов заявляемого изобретения, реализация которых направлена на повышение показателей назначения датчика скважинного расходомера и расширение условий его применения:The following is an interpretation of the features indicated above a. A) and b. B) of additional items of the claimed invention, the implementation of which is aimed at improving the purpose of the downhole flowmeter sensor and expanding the conditions for its use:

а) капсула на корпусе датчика может быть выполнена приспособленной для осуществления периодического обслуживания, связанного с зарядкой ее защитной жидкостью, в частности легкосъемной.a) the capsule on the sensor housing can be made adapted for periodic maintenance associated with charging it with a protective fluid, in particular easily removable.

Исходя из конструкции датчика скважинного расходомера, отраженной в первом пункте заявляемого изобретения, при его эксплуатации процедура зарядки капсулы защитной жидкостью должна выполняться перед каждым спуском (предстоящим гидродинамическим исследованием скважины) датчика в скважину, так как она (капсула) полностью опорожняется в процессе предыдущего скважинного исследования. Выполнение капсулы, приспособленной для осуществления периодического обслуживания, связанного с зарядкой ее защитной жидкостью, в частности легкосъемной, позволяет сократить время на такое обслуживание и этим повысить производительность геофизических скважинных исследований с применением заявляемого датчика скважинного расходомера;Based on the design of the sensor of the downhole flowmeter, reflected in the first paragraph of the claimed invention, during its operation, the procedure for charging the capsule with a protective fluid should be performed before each descent (forthcoming hydrodynamic study of the well) of the sensor into the well, since it (the capsule) is completely emptied during the previous downhole study . The implementation of the capsule, adapted for periodic maintenance associated with charging it with a protective fluid, in particular easily removable, reduces the time for such maintenance and thereby increase the productivity of geophysical downhole surveys using the inventive downhole flowmeter sensor;

Наличие подпружиненного обратного клапана в сообщении капсулы с объемом колпака корпуса преобразователя позволяет исключить самопроизвольное (возможное иногда) его истечение из капсулы. Условие: усилие срабатывания подпружиненного обратного клапана должно быть меньше усилия срабатывания поршня капсулы - подтверждает логичность принципа его работы, которым достигается поставленная перед изобретением задача.The presence of a spring-loaded check valve in the message of the capsule with the volume of the cap of the transducer housing eliminates spontaneous (sometimes possible) expiration of it from the capsule. Condition: the actuation force of the spring-loaded check valve should be less than the actuation force of the piston of the capsule - confirms the logic of the principle of its operation, which achieves the task of the invention.

Ниже приведен пример выполнения заявляемого датчика скважинного расходомера.The following is an example of the implementation of the inventive sensor downhole flowmeter.

На фиг.1 приведен вид датчика скважинного расходомера (далее - датчика); на фиг.2 - одного варианта тахометрического - дифференциального индуктивного преобразователя датчика; на фиг.3 - второго варианта тахометрического - герконового преобразователя датчика; на фиг.4 - тахометрического преобразователя предлагаемого датчика на примере варианта тахометрического герконового преобразователя в нем.Figure 1 shows the view of the sensor downhole flow meter (hereinafter - the sensor); figure 2 - one version of the tachometric differential inductive transducer of the sensor; figure 3 - the second version of the tachometric - reed sensor Converter; figure 4 - tachometric Converter of the proposed sensor on the example of a variant of a tachometric reed converter in it.

На фиг.1-4 введены следующие обозначения: 1 - конусная гайка; 2 - каротажный кабель; 3 - разрезная муфта (головка датчика); 4 - направляющие стержни; 5, 14 - ниппельные кольца; 6 - гайка; 7, 12 - верхний и нижний центраторы; 8, 9 - агатовые подпятники на фиг.1; 10 - корпус датчика; 11 - крыльчатка; 13 - тахометрический преобразователь; 15 - регулировочный винт; 16 - направляющий стержень; 17 - гайка подвески дополнительного груза; 18 - корпус тахометрического преобразователя в виде воздушного колпака с его (воздушного колпака) определенным объемом (корпус ТП-ВК); 19, 20 - две катушки на сердечниках - неподвижная часть одного варианта тахометрического преобразователя; 21 - проводники; 22 - вал крыльчатки; 23 - пластинка-якорь на валу крыльчатки - подвижная часть одного варианта тахометрического преобразователя; 24 - геркон - неподвижная часть второго варианта тахометрического преобразователя; 25, 26 - магниты (игольчатой формы) на валу крыльчатки (установлены с противоположной ориентацией их полюсов) - подвижная часть второго варианта тахометрического преобразователя; 27 - агатовый подпятник на фиг.3; 28 - керн в валу крыльчатки (аналогичный установлен в регулировочном винте); 29 - скважинная, либо 29 (33) защитная жидкость в корпусе ТП-ВК; 30 - канал сообщения корпуса ТП-ВК с капсулой с защитной жидкостью; 31 - трубка сообщения канала 30 с корпусом 32 капсулы с защитной жидкостью; 32 - корпус капсулы с защитной жидкостью в ней; 33 - защитная жидкость в капсуле; 34 - поршень; 35 - шпилька-стопор; 36 - пружина; 37 - криволинейная пластина с установленной на ней шпилькой-стопором 35; 38 - поплавок; 39 - шток поршня; 40 - ручка перемещения поршня (при заправке капсулы защитной жидкостью).Figure 1-4 introduced the following notation: 1 - flare nut; 2 - wireline cable; 3 - split coupling (sensor head); 4 - guide rods; 5, 14 - nipple rings; 6 - a nut; 7, 12 - upper and lower centralizers; 8, 9 - agate thrusts in figure 1; 10 - sensor housing; 11 - impeller; 13 - tachometric Converter; 15 - adjusting screw; 16 - a directing core; 17 - a suspension nut of an additional load; 18 - tachometer transducer case in the form of an air cap with its (air cap) of a certain volume (TP-VK case); 19, 20 - two coils on the cores - the fixed part of one version of the tachometric transducer; 21 - conductors; 22 - impeller shaft; 23 - plate-anchor on the impeller shaft - the movable part of one version of the tachometric transducer; 24 - reed switch - fixed part of the second version of the tachometric transducer; 25, 26 — magnets (needle-shaped) on the impeller shaft (mounted with the opposite orientation of their poles) —moving part of the second version of the tachometric transducer; 27 - agate thrust in figure 3; 28 - core in the impeller shaft (a similar one is installed in the adjusting screw); 29 - borehole, or 29 (33) protective fluid in the TP-VK housing; 30 - channel communication housing TP-VK with a capsule with a protective fluid; 31 - communication tube channel 30 with the housing 32 of the capsule with a protective fluid; 32 - capsule body with a protective fluid in it; 33 - protective fluid in the capsule; 34 - a piston; 35 - hairpin stopper; 36 - spring; 37 - curvilinear plate mounted on it with a stud-stopper 35; 38 - a float; 39 - piston rod; 40 - handle for moving the piston (when refueling the capsule with a protective fluid).

Расходомер ДАУ-3M состоит из датчика, спускаемого в скважину на каротажном кабеле, и наземного измерительного блока.The DAU-3M flowmeter consists of a sensor lowered into the well on a wireline cable and a ground-based measuring unit.

Датчик (фиг.1) включает каркас, рабочий элемент, тахометрический преобразователь и центрирующие пружины. Каркас датчика состоит из корпуса 10, верхнего 7 и нижнего 12 центраторов и двух ниппельных колец 5 и 14, к которым крепятся направляющие стержни 4. Верхние стержни соединяются с разрезной муфтой 3, нижние - с направляющим стержнем 16. Датчик крепится к каротажному кабелю 2 конусной гайкой 1 в муфте 3. При необходимости к датчику может быть присоединен дополнительный груз с помощью гайки 17.The sensor (figure 1) includes a frame, a working element, a tachometric transducer and centering springs. The sensor frame consists of a housing 10, an upper 7 and a lower 12 centralizers and two nipple rings 5 and 14, to which the guide rods 4 are attached. The upper rods are connected to the split sleeve 3, the lower ones to the guide rod 16. The sensor is attached to the conical logging cable 2 nut 1 in clutch 3. If necessary, an additional load can be connected to the sensor using nut 17.

Чувствительный элемент датчика - крыльчатка 11. Крыльчатка вращается в агатовых подпятниках 8 и 9. Опоры крыльчатки и элементы тахометрического преобразователя ее вращения (неподвижная индуктивная катушка и подвижная якорь-пластина в одном варианте преобразователя (фиг.2) либо неподвижный геркон и подвижный магнит в другом варианте преобразователя (фиг.3)) защищены от попадания в них твердых частиц (ферромагнитных в том числе) из бурового раствора специальными колпаками. Нижним колпаком является полый корпус крыльчатки, верхний колпак изготовлен специально и крепится к корпусу гайкой 6. Для обеспечения свободного вращения крыльчатки в датчике предусмотрен регулировочный винт 15.The sensing element of the sensor is the impeller 11. The impeller rotates in agate thrusts 8 and 9. The impeller supports and the elements of the tachometric transducer of its rotation (a stationary inductive coil and a movable armature plate in one version of the converter (figure 2) or a fixed reed switch and a moving magnet in another version of the Converter (figure 3)) are protected from ingress of solid particles (including ferromagnetic) from the drilling fluid with special caps. The lower hood is a hollow impeller housing, the upper hood is specially made and is attached to the housing with a nut 6. To ensure free rotation of the impeller, an adjustment screw 15 is provided in the sensor.

В качестве тахометрического преобразователя в скважинном датчике расходомера ДАУ-3M использован дифференциальный индуктивный датчик (фиг.2), а в его малогабаритном варианте - герконовый датчик (фиг.3). Дифференциальный индуктивный датчик (фиг.2) состоит из неподвижной части - двух катушек 19 и 20, намотанных на Ш-образных сердечниках из пермаллоя и подвижной пермаллоевой пластинки-якоря. Катушки 19, 20 на фиг.2 (и геркон 24 во втором варианте, фиг.3) монтируются в корпусе ТП-ВК 18, а пластинка-якорь 23 на фиг.2 (магнит 25, 26 во втором варианте на фиг.3) укреплена на валу крыльчатки 22 напротив одной из катушек (магнит 25-26 - напротив геркона во втором варианте преобразователя), также расположены в корпусе ТП-ВК. Скважинный датчик через каротажный кабель, на котором спускается в скважину, подключается к наземному пульту. Для измерения расхода скважинной жидкости определяют частоту электрических импульсов (пропорциональных частоте вращения крыльчатки) путем регистрации их электрическим счетчиком, установленным в наземном пульте.As a tachometric transducer in the downhole sensor of the DAU-3M flowmeter, a differential inductive sensor (Fig. 2) is used, and in its small-sized version a reed switch is used (Fig. 3). The differential inductive sensor (figure 2) consists of a fixed part - two coils 19 and 20, wound on U-shaped cores of permalloy and a movable permalloy plate-anchor. Coils 19, 20 in figure 2 (and reed switch 24 in the second embodiment, figure 3) are mounted in the housing TP-VK 18, and the plate-armature 23 in figure 2 (magnet 25, 26 in the second embodiment in figure 3) mounted on the impeller shaft 22 opposite one of the coils (magnet 25-26 - opposite the reed switch in the second version of the Converter), are also located in the housing TP-VK. The downhole sensor is connected to the ground panel through a logging cable, on which it is lowered into the well. To measure the flow rate of the borehole fluid, the frequency of electrical pulses (proportional to the rotational speed of the impeller) is determined by registering them with an electric meter installed in the ground console.

Тахометрический преобразователь заявляемого датчика скважинного расходомера (фиг.4) дополнительно содержит капсулу (ее корпус 32) с защитной жидкостью 33, находящейся ней до погружения датчика в скважинную жидкость. Капсула 32 трубкой 31 соединена с ТП-ВК. Поршень 34 капсулы подпружинен пружиной 36, а в заряженном состоянии капсулы удерживается шпилькой-стопором 35, установленной на криволинейной пластине 37, расположенной снаружи корпуса капсулы 32, и с которой может взаимодействовать поплавок 38 при его перемещении по корпусу капсулы 32. Работает он следующим образом. Перед спуском датчика скважинного расходомера в скважину (при положении его на дневной поверхности) ТП-ВК заполнен воздухом окружающей среды, поршень 34 свободен от взаимодействия с шпилькой-стопором 35 и находится в крайнем нижнем положении в корпусе капсулы 32, которая свободна от защитной жидкости 33 (керосина). После установки крыльчатки и регулировки ее свободного вращения винтом 13 (фиг.1), корпус капсулы открепляют рассоединением хомута от направляющих стержней 4 датчика (в скважинном датчике корпус капсулы закрепляется хомутом на стержнях 4 (на фиг.4 не показано)). Отсоединяют от канала 30 на корпусе ТП-ВК нижний конец трубки 31, после чего капсулу 32 с трубкой 31 отделяют от датчика скважинного расходомера. Являясь мобильной, ее заряжают защитной жидкостью (керосином). Для чего нижний конец трубки опускают в керосин и перемещением поршня 34 посредством ручки 40 заполняют объем капсулы 32 защитной жидкостью 33. Шпильками-стопорами 35 фиксируется поршень 34, а поплавок 38 перемещают в его нижнее положение. Капсула 32 заправлена защитной жидкостью 33. После зарядки капсулы 32 защитной жидкостью 33 ее устанавливают в корпусе датчика (на направляющих стержнях 4) путем закрепления корпуса капсулы к направляющим стержням 4 хомутом (на фиг.4 не показан). При этом нижний конец трубки 31 соединяют с каналом 30. Датчик скважинного расходомера соединяют с каротажным кабелем, другой конец которого подключают к наземному пульту. Расходомер готов к работе. Датчик скважинного расходомера опускают в скважину, и после его погружения в скважинную жидкость (на 1-2 м ниже ее статического уровня) дальнейший его спуск приостанавливают. После погружения датчика скважинного расходомера в скважинную жидкость верхняя часть объема корпуса ТП-ВК приемущественно заполнена воздухом, а нижняя незначительная часть его объема - скважинной жидкостью. В таком положении датчика поплавок 38 всплывает, перемещаясь вверх, и воздействует на криволинейные пластины 37, прижимая их к корпусу капсулы 32, в результате чего шпильки-стопоры 35 выходят из зацепления с поршнем 34, который под действием пружины 36 перемещается вниз, выдавливая из корпуса 32 защитную жидкость 33, которая по трубке 31 и каналу 30 перемещается в ТП-ВК. Обладая меньшей, чем у скважинной жидкости, плотностью и свойством не смешиваться с ней, защитная жидкость 33, двигаясь в нем сверху, заполняет весь объем ТП-ВК (в том числе вытесняя и имеющуюся в ней скважинную жидкость) и сохраняет такое положение (заполнение всего объема ТП-ВК защитной жидкостью) в течение всего периода выполнения скважинных исследований, связанных с измерениями расходов скважинной жидкости. Сохранение такого положения независимо от глубины положения скважинного датчика (величины гидростатического давления) объясняется несжимаемостью практической защитной жидкости. Заполнение всего объема ТП-ВК защитной жидкостью предохранят наиболее уязвимые элементы тахометрического преобразователя заявляемого датчика скважинного расходомера - опоры (агатовые подпятники) крыльчатки и мизерные зазоры механо-электрического преобразователя ее вращения от попадания в них из загрязненной скважинной жидкости разного рода включений в течение всего периода скважинных исследований. Этим достигается сохранение прибором метрологических характеристик, а в некоторых случаях даже его работоспособности, свойств, определяемых его более высокую надежность.The tachometric Converter of the inventive sensor downhole flowmeter (figure 4) further comprises a capsule (its body 32) with a protective fluid 33, which is located before the sensor is immersed in the downhole fluid. Capsule 32 by tube 31 is connected to TP-VK. The capsule piston 34 is spring-loaded with a spring 36, and in the charged state of the capsule it is held by a stopper pin 35 mounted on a curved plate 37 located outside the capsule body 32, and with which the float 38 can interact when moving along the capsule body 32. It works as follows. Before the downhole flowmeter sensor is lowered into the well (when it is on the day surface), the TP-VK is filled with ambient air, the piston 34 is free from interaction with the stopper pin 35 and is in the lowest position in the capsule housing 32, which is free of protective fluid 33 (kerosene). After installing the impeller and adjusting its free rotation by screw 13 (Fig. 1), the capsule body is unfastened by disconnecting the clamp from the sensor guide rods 4 (in the downhole sensor, the capsule body is secured with a clamp on the rods 4 (not shown in Fig. 4)). The lower end of the tube 31 is disconnected from the channel 30 on the TP-VK housing, after which the capsule 32 with the tube 31 is separated from the sensor of the downhole flowmeter. Being mobile, it is charged with a protective fluid (kerosene). For this, the lower end of the tube is lowered into kerosene and by moving the piston 34 by means of the handle 40, the volume of the capsule 32 is filled with the protective fluid 33. The piston 34 is fixed with the locking pins 35 and the float 38 is moved to its lower position. The capsule 32 is filled with a protective fluid 33. After charging the capsule 32 with a protective fluid 33, it is installed in the sensor housing (on the guide rods 4) by fixing the capsule body to the guide rods 4 with a clamp (not shown in FIG. 4). The lower end of the tube 31 is connected to the channel 30. The downhole flowmeter sensor is connected to the wireline cable, the other end of which is connected to the ground control panel. The flowmeter is ready for operation. The downhole flowmeter sensor is lowered into the well, and after immersion in the downhole fluid (1-2 m below its static level), its further descent is stopped. After immersion of the sensor of the borehole flowmeter in the borehole fluid, the upper part of the volume of the TP-VK housing is mainly filled with air, and the lower minor part of its volume is filled with borehole fluid. In this position of the sensor, the float 38 floats upward and acts on the curved plates 37, pressing them against the capsule body 32, as a result of which the stopper studs 35 disengage from the piston 34, which moves downward by the action of the spring 36, extruding from the housing 32 protective fluid 33, which moves through the tube 31 and channel 30 to the TP-VK. Having a lower density and the property not to mix with the wellbore fluid, the protective fluid 33, moving in it from above, fills the entire volume of TP-VK (including displacing the wellbore fluid present in it) and maintains this position (filling all the volume of TP-VK protective fluid) during the entire period of performing well research related to measuring the flow of well fluid. The preservation of this position, regardless of the depth of the downhole sensor position (hydrostatic pressure value), is explained by the incompressibility of a practical protective fluid. Filling the entire volume of TP-VK with a protective fluid will protect the most vulnerable elements of the tachometric transducer of the inventive downhole flowmeter sensor - supports (agate thrust bearings) of the impeller and scanty gaps of the mechanical-electrical transducer of its rotation from various impurities entering them from the contaminated well fluid during the entire borehole period research. This ensures that the device maintains metrological characteristics, and in some cases even its performance, properties determined by its higher reliability.

Процесс зарядки защитной капсулы по описанной выше схеме осуществляется перед каждым скважинным исследованием (спуском датчика в скважину). (Методика исследования поглощений с применением скважинного расходомера в процессе бурения с целью разработки рациональной технологии последующего их (поглощений) устранения приведена, например, в монографии Л.М. Ивачев. Борьба с поглощениями промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин. - М., Недра, 1982 г., 293 с.).The process of charging the protective capsule according to the scheme described above is carried out before each downhole examination (descent of the sensor into the well). (The methodology for the study of acquisitions using a borehole flow meter during drilling with the aim of developing a rational technology for their subsequent (absorption) elimination is given, for example, in the monograph of L.M. Ivachev. Combating the absorption of drilling fluid during drilling of exploration wells. - M., Nedra, 1982, 293 p.).

Скважинный расходомер, включающий в своем составе заявляемый датчик скважинного расходомера, позволяет надежно, в том числе при наличии в скважине загрязненных жидкостей, определять мощность и глубину залегания поглощающих и водопроявляющих горизонтов, интенсивность поглощения или водопритока дифференцировано по всей мощности горизонта, направление и объем перетоков между водопроявляющими горизонтами. Применение прибора позволяет на высоком научно-техническом уровне решать задачи устранения (ликвидации) поглощений промывочной жидкости, наиболее распространенного осложнения при бурении скважин.The downhole flowmeter, which includes the inventive downhole flowmeter sensor, allows you to reliably, including in the presence of contaminated fluids in the well, determine the power and depth of the absorbing and water-developing horizons, the intensity of absorption or water inflow is differentiated over the entire horizon power, the direction and volume of flows between water-revealing horizons. The use of the device allows at a high scientific and technical level to solve the problem of eliminating (eliminating) the absorption of flushing fluid, the most common complication when drilling wells.

Прибор может составить основу средств диагностики поглощений буровых растворов и возглавить их ряд, определяющий современный технический уровень такого назначения приборов.The device can form the basis of tools for diagnosing the absorption of drilling fluids and lead their series, which determines the current technical level of this purpose of devices.

Важным преимуществом заявляемого датчика скважинного расходомера является его высочайшая совмещаемость с существующими приборами, не требующая каких-либо серьезных их конструктивных и схемных переработок. Это качество позволяет с минимальными затратами модернизировать производство скважинных расходомеров более высокого технического их уровня, а также уже эксплуатируемых потребителями путем поставок им модернизированных (по настоящему изобретению) их узлов - тахометрических преобразователей.An important advantage of the inventive downhole flowmeter sensor is its highest compatibility with existing devices, which does not require any serious structural and circuit processing of them. This quality allows modernizing the production of borehole flowmeters of a higher technical level, as well as those already in operation by consumers, by supplying them with modernized (according to the present invention) units of their components - tachometric transducers.

Особую значимость использование прибора приобретает в технологиях бурения, сооружения и эксплуатации скважин при выполнении работ по борьбе с поглощениями. Возможность диагностики поглощений с его применением в сложных горно-гидрогеологотехнических условиях позволяет оптимизировать процессы разработки и реализации технологий их (поглощений) устранения и на 12,0% и более повысить их эффективность (экономическую и экологическую) за счет повышении производительности буровых работ, экономии материалов, снижения подземных и поверхностных загрязнений.The use of the device is of particular importance in the technologies of drilling, construction and operation of wells when performing work to combat absorption. The ability to diagnose absorption with its use in complex mining and hydrogeological conditions allows us to optimize the development and implementation of technologies for their (absorption) elimination and to increase their efficiency (economic and environmental) by 12.0% or more by increasing the productivity of drilling operations, saving materials, reduction of underground and surface pollution.

Claims

1. The sensor of the downhole flowmeter, comprising a housing, a tachometric transducer installed therein, including a transducer housing, an impeller with a shaft placed in bearings with a clearance, a mechano-electric impeller rotation transducer installed in the transducer housing and representing its fixed element in the transducer housing and movable - on the impeller shaft, for example, a reed switch and a magnet, respectively, a protection unit, including caps mounted on the supports, one of which is the housing the source, and the source of the protective medium in the form of a capsule with which the cap of the transducer housing is connected, characterized in that the protective fluid is used as a protective medium, which is not miscible with the wellbore and has a lower density than that of it, for example, for a wellbore drilling fluid in an aqueous based on the protective fluid, kerosene can be used, the capsule is installed in the sensor housing, and the volume of protective fluid in it is not less than the volume of the cap of the converter housing, and the capsule is made in the form of a syringe with a spring-loaded piston in its body, the piston volume of which is communicated with the volume of the cap of the transducer body, the piston is made with the possibility of contacting with its stopper mounted on a curved plate outside the capsule body, made with the possibility of interaction with a float moving along the capsule body.

2. The downhole flowmeter sensor according to claim 1, characterized in that the capsule on the sensor body is made adapted for periodic maintenance associated with charging it with a protective fluid, in particular easily removable.

3. The downhole flowmeter sensor according to claim 1, characterized in that in the message of the capsule with the volume of the cap of the converter housing, a spring-loaded check valve is installed with an actuation force less than the actuation force of the capsule piston.