RU2713842C1 - Устройство для измерения температуры в скважине - Google Patents
Устройство для измерения температуры в скважине Download PDFInfo
- Publication number
- RU2713842C1 RU2713842C1 RU2019108486A RU2019108486A RU2713842C1 RU 2713842 C1 RU2713842 C1 RU 2713842C1 RU 2019108486 A RU2019108486 A RU 2019108486A RU 2019108486 A RU2019108486 A RU 2019108486A RU 2713842 C1 RU2713842 C1 RU 2713842C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- converter
- field
- hall
- frequency
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 15
- 230000005357 Hall field Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000010358 mechanical oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/06—Measuring temperature or pressure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K5/00—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material
- G01K5/48—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid
- G01K5/50—Measuring temperature based on the expansion or contraction of a material the material being a solid arranged for free expansion or contraction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/36—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using magnetic elements, e.g. magnets, coils
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к устройствам для измерения температуры бурового раствора в процессе бурения. 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. Устройство имеет корпус, источник питания и преобразователь температуры, преобразователь температуры выполнен 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 с независимым температурным коэффициентом 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 делитель частоты связан с каналом связи и полевой датчик Холла, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь код-частота и датчика частоты подключены к источнику питания в виде аккумулятора. 1 ил.
Description
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности, к устройствам для измерения температуры бурового раствора в процессе бурения.
Известно устройство, содержащее механическую колебательную систему, выполненную в виде полого баланса, закрепленного на трубке с укрепленным на ней постоянным магнитом, преобразователь механических колебаний в электрические, термобаллон заполненный ртутью, причем полость баланса через трубку сообщается с термобаллоном. Недостатком указанного устройства является низкая надежность, связанная с низкой виброустройчивостью механической колебательной систем с заполненным ртутью балансом (А.С. СССР №279520, 1970 г.).
Известно устройство для измерения температуры в скважине, содержащее механическую колебательную систему с укрепленными на ней постоянными магнитами и преобразователь механических колебаний в электрические, 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 (патент RU №2538014, 2013 г.). Недостатком указанного устройства является низкая надежность, обусловленная низкой виброустройчивостью механической колебательной системы, вызванной вибрацией бурильной колонны при разрушении горной породы.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является устройство, содержащее корпус, преобразователь температуры, связанный с гидравлическим каналом связи посредством сильфона, взаимодействующего с управляющим клапаном гидроусилителя, источник энергии и преобразователь температуры, выполненный в виде расположенного в корпусе струйного генератора, состоящего из струйного элемента, включающего сопло питания, приемное и выходное сопла, размещенные в углублении панели и связанные между собой коммутационными каналами и переменной емкости, выполненной в виде зазора между коаксиально расположенными корпусом устройства и источником энергии в виде баллона со сжатым газом, причем баллон выполнен из материала с большим коэффициентом объемного температурного расширения, чем материал корпуса, а выход баллона через дроссель соединен с соплом питания, приемное сопло соединено с переменной емкостью, а выходное сопло подключено к каналу связи (А.С. СССР №1298365, 1986 г).
Недостатком устройства является низкая надежность и точность, обусловленные наличием зазора между сильфоном и управляющим клапаном гидроусилителя.
Техническая задача - создание устройства для измерения температуры бурового раствора на забое скважины непосредственно в процессе бурения и передачи сигнала по беспроводному электрическому каналу связи забоя с устьем скважины.
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.
Он достигается тем, что в известном устройстве, содержащем корпус, источник питания и преобразователь температуры, преобразователь температуры выполнен 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 независимый 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 делитель частоты связан с каналом связи, а полевой датчик Холла, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь код-частота и датчика частоты подключены к источнику питания в виде аккумулятора.
На чертеже (фиг. 1 - вид в разрезе) изображено устройство для измерения температуры бурового раствора на забое скважины непосредственно в процессе бурения.
Устройство содержит корпус 1, преобразователь температуры, источник питания, преобразователь температуры, выполненный в виде двух металлических стержней 2-3 с большим температурным коэффициентом линейного расширения, установленных соосно с зазором в корпусе 1 и между собой, жестко закрепленных концами в корпусе с независимым температурным коэффициентом линейного расширения, при этом свободный конец стержня 3 снабжен постоянным магнитом 4, магнитное поле которого воздействует на полевой датчик Холла 5, закрепленный на свободном конце второго стержня 2, холловские электроды связаны со входом аналого-цифрового преобразователя 6, выход которого соединен со входом преобразователя код-частота 7, выход последнего через делитель частоты 8 связан с каналом связи, а полевой датчик Холла 5, аналого-цифровой преобразователь 6, преобразователь код-частота 7, делитель частоты 8 подключены к источнику питания 9 в виде аккумулятора.
Устройство работает следующим образом.
При изменении температуры бурового раствора, протекающего в бурильной колонне с установленным в ней устройством измерения в корпусе 1 два металлических стержня 2,3 с большим температурным коэффициентом расширения линейного расширения, установленные соосно с зазором в корпусе и между собой, жестко закрепленные концами в корпусе с независимым температурным коэффициентом линейного расширения изменяют свои линейные размеры при этом свободный конец стержня 3, снабженный постоянным магнитом 4 перемещается относительно свободного конца второго стержня 2 с жестко закрепленным на нем полевого датчика 5 в результате чего изменяется интенсивность магнитного поля, воздействующего на полевой датчик Холла 5 и на его холловских электродах появляется ЭДС пропорциональная изменению температуры. Эта ЭДС поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 6, в котором ЭДС преобразуется в кодовую комбинацию двоичного кода и с выхода его поступает на вход связанного с аналого-цифровым преобразователем преобразователя код-частота 7, где кодовая комбинация двоичного кода соответствующая температуре бурового раствора преобразуется в число импульсов, частота следования которых соответствует измеряемой температуре. С выхода преобразователя код-частота эти импульсы поступают на вход соединенного с преобразователем код-частота делителя частоты 8, в котором частота поступающих импульсов делится на частоту импульсов, соответствующую полосе пропускания беспроводного электрического канала связи забоя с устьем скважины.
Устройство имеет повышенную надежность и точность за счет исключения подвижных механических элементов и использования аналого-цифрового преобразователя, преобразователя кода в частоту импульсов, делителя частоты и датчика Холла, изготовленных по технологии кремний на изоляторе (КНИ), температурный диапазон которых расширен до 300°С, а полевой датчик Холла (ПДХ), изготовленный по технологии кремний на изоляторе (КНИ), имеет чувствительность превышающую чувствительность обычных датчиков в 10 раз (см. ст. Мордкович В.Н. Структуры «Кремний на изоляторе» - Новый материал микроэлектроники// Материалы электронной техники. 1998. №2; Мокрушин А.Д., Омельяновская Н.М., Леонов А.В., Мордкович В.Н., Пажин Д.М. Радиационные эффекты в КНИ магнито-чувствительных элементах при различных условиях облучения, ВАНТ. Вып. 1-2, М., 2001.). ПДХ (Полевой Датчик Холла) изготавливается на основе структур КНИ, в которых рабочий слой кремния отделен от подложки встроенным диэлектрическим слоем. В отличие от обычных датчиков Холла ПДХ представляет собой сочетание резистора Холла с вертикальным двухзатворным полевым транзистором типа металл-диэлектрик-полупроводник. В результате повышаются характеристики датчика Холла такие как, удельная магнитная чувствительность, диапазон рабочих температур, отношение сигнал/шум, энергопотребление, пороговая магнитная чувствительность.
Основные технические характеристики КНИ ПДХ:
Напряжение питания, В 3÷12
Рабочий ток, мА 0,1÷0,4
Магнитная чувствительность В/Тл 0,3÷1,2
Удельная магнитная чувствительность, В/Ф*Тл 1000÷10000
Порог чувствительности, н/Тл 40÷100
Диапазон частот, кГц 0÷200
Диапазон температур, °С - 270÷300.
Зависимость выходного сигнала ПДХ от напряженности внешнего магнитного поля, созданная постоянным магнитом линейная, следовательно, и статическая характеристика предлагаемого устройства для измерения температуры в скважине, построенное на основе ПДХ также линейная, в связи с этим устройство обладает повышенной точностью.
Используемые в устройстве аналого-цифровой преобразователь, преобразователь кода в частоту импульсов и делитель частоты также выполнены по КНИ технологии и сохраняют работоспособность до 300÷400°С (см. ст. Мокрушин А.Д., Омельяновская Н.М., Леонов А.В., Мордкович В.Н., Пажин Д.М. Радиационные эффекты в КНИ магнито-чувствительных элементах при различных условиях облучения, ВАНТ. Вып. 1-2, М., 2001). Это соответствует температуре на забое сверхглубоких скважин 7÷42 тыс.метров.
Предложенное устройство отличается высокой надежностью за счет расширения температурного диапазона работы до 300°С и сокращения числа механических подвижных элементов, а также высокой точностью обусловленной высокой чувствительностью и линейностью статической характеристики, а также возможностью контроля температуры бурового раствора в процессе бурения по беспроводному электрическому каналу связи забоя с устьем скважины.
Claims (1)
- Устройство для измерения температуры в скважине, содержащее корпус, источник питания и преобразователь температуры, отличающееся тем, что преобразователь температуры выполнен 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 независимый 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 делитель частоты связан с каналом связи, а полевой датчик Холла, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь код-частота и датчика частоты подключены к источнику питания в виде аккумулятора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019108486A RU2713842C1 (ru) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | Устройство для измерения температуры в скважине |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019108486A RU2713842C1 (ru) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | Устройство для измерения температуры в скважине |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2713842C1 true RU2713842C1 (ru) | 2020-02-07 |
Family
ID=69625380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019108486A RU2713842C1 (ru) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | Устройство для измерения температуры в скважине |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2713842C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2772616C1 (ru) * | 2021-12-06 | 2022-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный технический университет, ФГБОУ ВО "АГТУ" | Устройство для измерения температуры в скважине |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1298365A1 (ru) * | 1985-06-05 | 1987-03-23 | Нефтяной Институт Им.Акад.М.Д.Миллионщикова | Устройство дл измерени температуры в скважинах |
| EP0620424A1 (de) * | 1993-04-16 | 1994-10-19 | GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, GmbH | Verfahren zur Temperaturmessung und Widerstandsthermometer zur Durchführung des Verfahrens |
| RU2381361C2 (ru) * | 2008-02-26 | 2010-02-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет (ФГОУ ВПО АГТУ) | Устройство для измерения температуры в скважине |
| RU2390879C1 (ru) * | 2008-10-16 | 2010-05-27 | Федеральное государственное учреждение Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов (ФГУ ТИСНУМ) | Полевой датчик холла |
| RU2649187C2 (ru) * | 2016-07-11 | 2018-03-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Астраханской государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО АГТУ) | Устройство для измерения зенитного угла искривления скважины |
| RU2662036C2 (ru) * | 2013-09-10 | 2018-07-23 | Фишер Контролз Интернешнел Ллс | Комплект датчика на основе эффекта холла с диагностическими возможностями |
-
2019
- 2019-03-22 RU RU2019108486A patent/RU2713842C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1298365A1 (ru) * | 1985-06-05 | 1987-03-23 | Нефтяной Институт Им.Акад.М.Д.Миллионщикова | Устройство дл измерени температуры в скважинах |
| EP0620424A1 (de) * | 1993-04-16 | 1994-10-19 | GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, GmbH | Verfahren zur Temperaturmessung und Widerstandsthermometer zur Durchführung des Verfahrens |
| RU2381361C2 (ru) * | 2008-02-26 | 2010-02-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет (ФГОУ ВПО АГТУ) | Устройство для измерения температуры в скважине |
| RU2390879C1 (ru) * | 2008-10-16 | 2010-05-27 | Федеральное государственное учреждение Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов (ФГУ ТИСНУМ) | Полевой датчик холла |
| RU2662036C2 (ru) * | 2013-09-10 | 2018-07-23 | Фишер Контролз Интернешнел Ллс | Комплект датчика на основе эффекта холла с диагностическими возможностями |
| RU2649187C2 (ru) * | 2016-07-11 | 2018-03-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Астраханской государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО АГТУ) | Устройство для измерения зенитного угла искривления скважины |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2772616C1 (ru) * | 2021-12-06 | 2022-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный технический университет, ФГБОУ ВО "АГТУ" | Устройство для измерения температуры в скважине |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6452427B1 (en) | Dual output capacitance interface circuit | |
| US7501834B2 (en) | Voice coil actuator with embedded capacitive sensor for motion, position and/or acceleration detection | |
| AU2013209383B2 (en) | Accelerometer having multiple feedback architecture for a given proof mass | |
| CN214114911U (zh) | 按钮设备、输入设备以及电子装置 | |
| RU2713842C1 (ru) | Устройство для измерения температуры в скважине | |
| CN102377408A (zh) | Mems振荡器 | |
| Leugoud et al. | Second generation of a rotational electrochemical seismometer using magnetohydrodynamic technology | |
| US10989733B2 (en) | Acceleration sensor, geophone, and seismic prospecting system | |
| RU2649187C2 (ru) | Устройство для измерения зенитного угла искривления скважины | |
| CN211955543U (zh) | 适用于流速测量的装置 | |
| CN110673065A (zh) | 一种磁场检测传感器 | |
| Balogh et al. | New piezoelectric transducer for hole-to-hole seismic applications | |
| CN112504498B (zh) | 一种环状结构温度传感器 | |
| RU2772616C1 (ru) | Устройство для измерения температуры в скважине | |
| RU2381361C2 (ru) | Устройство для измерения температуры в скважине | |
| RU2285797C1 (ru) | Устройство для измерения зенитного угла искривления ствола скважины | |
| RU2425974C2 (ru) | Устройство для измерения давления бурового раствора в скважине | |
| Gao et al. | A Force-Balance Capacitive MEMS Gravimeter with Superior Response Time, Self-Noise and Drift | |
| RU2804066C1 (ru) | Устройство для измерения вязкости бурового раствора на забое скважины в процессе бурения | |
| SU823565A1 (ru) | Скважинный расходомер | |
| RU2176404C1 (ru) | Сейсмометр-наклономер-деформометр | |
| RU2469337C1 (ru) | Датчик угловых ускорений с жидкостным ротором | |
| RU2752202C1 (ru) | Устройство для измерения зенитного угла искривления скважины | |
| SU1051247A1 (ru) | Скважинный прибор дл измерени расхода и влажности нефти | |
| RU2594035C2 (ru) | Датчик угловых ускорений с жидкостным ротором |