SU872743A1

SU872743A1 - Скважинна телеметрическа система

Info

Publication number: SU872743A1
Application number: SU792837335A
Authority: SU
Inventors: Эльмир Аполосович Айзуппе; Вадим Львович Воронель; Нина Николаевна Лебедева; Борис Александрович Молойчино; Тамара Ивановна Тибущкина; Светлана Анатольевна Уланова
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт разработки и эксплуатации нефтепромысловых труб
Priority date: 1979-11-05
Filing date: 1979-11-05
Publication date: 1981-10-15

Description

Изобретение относится к бурению и добыче нефти и может быть примене· но для исследования работы трубных колонн.

Известна телеметрическая система для измерения усилий в трубных колоннах [ i Д.

Известна также телеметрическая система, содержащая встроенный в колонну труб упругий элемент с установленными на нем датчиками осевых перемещений и глубинную измерительную аппаратуру, соединенную линией связи с приемным устройством и регистрирую·, щими приборами(2}

Недостатком данного устройства является невысокая точность, так как для определения осевой нагрузки используется приближенная формула Барлоу, применимая только для случая тонкостенных труб.

Цель изобретения - повышение точности измерения осевого усилия.

Цель достигается тем, что система снабжена установленными на упругом элемёнте датчиками радиальных перемещений, датчиком давления в затрубном пространстве и функциональным преобразователем, входы которого связаны с выходами приемного узла, а выходы - с регистрами.

Приемное устройство линчей связи соединено с глубинной измерительной аппаратурой. При одновременном дей- . ствии перепада давления и осевой силы упругий элемент удлиняется и приобретает бочкообразную форму. Последняя изменяет характеристику,,осевое перемещение - осевое усилие, а наличие осевой силы влияет на характеристику радиальное перемещение перепад давления.

Введены обозначения ;G - осевое усилие, кгс; Р^ - внутреннее внутритрубное давление, кгс/см ; Рц-наружное (затрубное) давление, кгс/смз ftP - перепад давления, кгс/см^,⁴

872743 ' 4

ΔΡ - ρ₄- Ρ₂ , d> - осевое перемещение датчика, см; 1 - первоначальная длина упругого элемента, cM^G^iF^^- напряжения соответственно радиальные, окружные и осевые, возникающие в теле трубы при комплексном нагружении (наружное и внутреннее давление, осевое усилие), кг/см²*, осевая де-’ формация трубы (относительная); R и г - соответственно наружный и внутренний радиус трубысм; Е - модуль упругости материала трубы,кг/см ^-коэффициент Пуассона; С?р- радиальное перемещение датчика, установленного на наружной поверхности трубы, см. В'рёзультате комплексного нагружения тело трубы находится в сложно-напряженном состоянии, в связи с этим труба деформируется и получает перемещения, фиксируемые датчиком (¾ и (?£ .

Осевое перемещение определяется по формуле /^z^dz

В данном случае const, следовательно, {£,= · (О

Согласно обобщенному закону Гука, .

Ή^σζ⁽²⁾

По формуле Гука

Согласно формулам Лямэ, напряжения (?£ и Сц на наружной поверхности трубы определяются следующими зависимостями :

. R- ‘ ^ГМ “ R2.-J-2- R^-r³- ’

V*

Обозначим) к = ™ и - Р^+ДР, получим

Представляя значения б)., и 6_ζв формулы (2) и (1), получим выражение для перемещенияG;

Радиальное перемещение на наружной поверхности трубы в результате действия осевого усилия и перепада давления определяется по формуле „ .. t-fJ Р.С-Р2 ₅ °2 Е (-К* ^R

IUAI) ZJQR ⁺ Е ’ 4-К²~

После преобразования получаем ¹⁰ - Т [“ ^{+ 2} _; ¹ • V 1' (5)

Решая совместно уравнения (4) и’ (5), получим выражение для 0 и ДР ^1S U-K2-) лр* --—------х (ё) (7)

Таким образом, устанавливая дополнительно датчики радиальных перемещений и наружного давления, можно с учетом формулы (7) точно определить действительное значение осевого уси30 ЛИЯ .

На фиг, 1 изображена блок-схема скважинной телеметрической системы; на фиг. 2 - функциональный преобразователь, один из вариантов выполнения.

Телесистема включает упругий элемент I, встроенный в крлонну труб, на котором размещены датчики осевого перемещения 2 и датчики радиального, пег· ₄₀ ремещения 3. Датчик наружного давления 4 установлен в затрубном пространстве. Для исключения влияния изгибающего усилия на упругом элементе установлены три датчика осевого усилия, расположенные через 120° и соединенные последовательно. Аналогично установлены и датчики радиальных перемещений. Глубинная измерительная аппаратура содержит генераторы 5-7, в соответствующие контуры которых включены обмотки датчиков 2-4, суммирующее устройство 8, входы которого соединены с выходами генераторов, и усилитель 9, подключенный к выходу суммирующего устройства. Глубинная изме⁵⁵ ригельная аппаратура линией связи 10 соединена с приемным узлом (ПУ).

Приемное устройство содержит три полосовых фильтра 11-13, которые соедине5 872743 6 ны с демодуляторами 14-16. Выхода демодуляторов соединены с функциональным преобразователем 17, к выходам; которого подключены индикаторы осевого усилия, перепада давления и наруж- 5 ного давления.

Система работает следующим обраэой.

При проведении измерения внешние усилия (осевое усилие, внутреннее и затрубное давление) воздействуют на Ю соответствующие датчики. Изменяя их индуктивности Lj+aL^ ; L₂+a^; +д1^ генераторы формируют измерительные сигналы +Afp fg+Af^, которые через суммирующее устройство 8 и 15 усилитель 9 поступают в линию связи

10. В приемном устройстве сигнал разделяется фильтрами 11-13, дешифруется в блоках 14-16 и поступает на функциональный преобразователь 17. На ₂₀ входы демодуляторов поступают частотно-модулированныё сигналы, на выходе получаем напряжения Ц, , U2. » О3 > пропорциональные глубинным измерительным сигналам. Для точного определе- , 25 ния осев’ого усилия и радиального напряжения сигналы с выходов демодуляторов поступают в функциональный преобразователь, где выполняются математические операции в соответствии с выражениями (б) и (7). В функциональном ' преобразователе напряжения и Ujj через соответствующие сопротивления R^ , R 2. и Rg поступают на сопротивление Rg.. Сопротивления подбирают* ся таким образом, чтобы выполнялись математические операции в соответствий с выражением (7). Одновременно сигналы ,112. и Uпоступают через R^, R^ и на сопротивление Rg. Перечисленные сопротивления выбираются так, чтобы выполнялись математические операции в соответствии с выраже- . нием (б).Далее сигналы снимаются с .Rg- на регистрирующий прибор £?_ос, с Rfe~ на прибор АР, с демодулятора 16прямо на прибор Рц.

Вместо датчиков, радиального перемещения возможна установка датчика перапада давления. Однако установка датчика в теле упругого элемента между внутритрубной и затрубной полостями связана с конструктивными трудностями, с необходимостью сверления упругого элемента, тщательной гёрметизации датчика. Установка- датчиков радиальных перемещений значительно проще, а для увеличения радиальных перемещений используется механический усилитель.

Телеметрическая система имеёт следующие технико-экономические преимущества : осуществляет корректировку показаний осевого усилия в процессе измерения, что повышает точ- ' . ность измерений; контролирует радиальные напряжения в зависимости от перепада давления с учетом осевого усилия; контролирует затрубное давление.

Claims

Изобретение относитс к бурению и добыче нефти и может быть применен6 дл исследовани работы трубных колонн. Известна телеметрическа система дл измерени усилий в трубных колоннах j. Известна также телеметрическа система, содержаща встроенизй в колонну труб упругий элемент с установленными на нем датчиками осевых перемещений и глубинную измерительну аппаратуру, со.единенную линией св зи с приемным устройством и регистрируто щими приборами 2 Недостатком данного устройства вл етс невысока точность, так как дл определени осевой нагрузки используетс приближенна формула Барлоу, применима только дл случа тонкостенных труб. Цель изобретени - повьшение точности измерени осевого усили . Цель достигаетс тем, что система снабжена установленными на упругом элементе датчиками радиалыалс перемещений, датчиком давлени в затрубиом пространстве и функциональным преобразователем, входы которого св зашл с выходами приемного узла , а выходы - с регистрами. Приемиое устройство линией св зи соединено с глубинной измерительной аппаратурой. При одновременном дей- . ствии перепада давлени и осевой силы упругий элемент удлин етс и приобретает бочкообразную форму. Последн измен ет характеристику,осевое перемещение - осевое усилие, а наличие осевой силы вли ет на харак1 ристику радиальное перемещение перепад давлени . ВведеШ) обозначени : G - осевое усилие, кгс; Р - внутреннее внутритрубное давление, кгс/см ; Р2-на1|ужное (затрубное) давление, кгс/см 6Р - перепад давлени , кгс/см, АР Pyf Р перемещение датчика, см; 1 - первоначальна длина упругого элемента, см;(5(Г7 нап р жени соответственно радиальные, окружные и осевые, возникающие в теле трубы при комплексном нагружении (наружное и йггутреннее давление, осе . вое усилие), кг/см , ,- осева деформаци трубы (относительна ); R и г - соответственно наружный и внутренний радиус трубы, см; Е- модуль упругости материала трубы,кг7см эффициент Пуассона; (f радиальное . перемещение датчика, -установленного на наружной поверхности трубы, см. Врезультате комплексного нагру жени тело трубы находитс в сложно-напр женном состо нии, в св зи с этим труба деформируетс и получает перемещени , фиксируемые датчиком ( и{72. Осевое перемещение определ етс по формуле . е. в данном случае f- 2 const, следов ательно,С , (О Согласно обобщенному закоггу Гу ка, - Т()- 2) По формуле ГУка L i&() Согласно формулам Л мэ, напр жени G-j. и б на наружной поверхности трубы определ ютс следующими зависимост ми а ...р .(Г . iJf:M Mv Л hl t R2-J.2. . Обозначим} k , получим . Представл значени (Г, (х и (Г в формулы (2) и (l), получим выраже ние дл перемещет С j о л, . ) )« Радиальное перемещение на наружной поверхности трубы в результате 3 действи осевого усили и перепада давлени определ етс по формуле л „ i- Р, „ 2- Е -|с QR Е (RV-) После преобразовани получаем rf Ь- Г Q о D fj /п1 Е L 1C(Ri-r) . Реша совместно уравнени (4) и (5), получим выражение дл О иДР ) 2КЧ1--С() (ё) .,(ЧА.)-в,(,) . Таким образом, устанавлива дополнительно датчики радиальных перемещений и наружного давлени , можно с учетом формулы (7) точно определить действительное значение осевого усиЛИЯ . На фиг, 1 изображена блок-схема скважинкой телеметрической системы; на фиг. 2 - функциональный преобразователь , один из вариантов выполнени . Телесистема включает упругий элемент 1, встроенный в крлонну труб, на котором размещены датчики осевого перемещени 2 и датчики радиального, пег ремещени 3. Датчик наружного давлени 4 установлен в затрубном пространстве . Дл исключени вли ни изгибающего усили на упругом элементе установлены три датчика осевого усили , расположенные через и соединенные последовательно. Аналогично установлены и датчики радиальных перемещений . Глубинна измерительна аппаратура содержит генераторы 5-7,-в соответствующие контуры которых включены обмотки датчиков 2-4, суммирующее устройство 8, входы которого соединены с выходами генераторов, и усилитель 9, подключенный к выходу сумми рукздего устройства. Глубинна измеритвльна аппаратура линией св зи 10 соединена с приемныь узлом (ПУ). Приемное устройство содержит три полосовых фильтра 11-13, которые соединены с демодул торами 14-16. Выходы де модул торов соединены с функционалйным преобразователем 17, к выходймТ которого подключены индикаторы осевого усили , перепада давлени и наружного давлени . Система работает следующим обраэой При проведении измерени внешние усили 1 осевое усилие, внутреннее и затрубное давление) воздействуют на соответствующие датчики. Измен их индуктивности Ц+дЦ; L2±fiU; LgtAl генераторы формируют измерительные сигналы fj ±At; f-iAf которые через суммирующее устройство 8 и усилитель 9 поступают в линию св зи 10. В приемном устройстве сигнал раздел етс фильтрайи 11-13, депифруетс в блоках 14-16 и поступает на функциональный преобразователь 17, На входы демодул торов поступают частотно-модулированные -сигналы, на выходе получаем напр жени U , Ug. Ua пропорциональные глубинным измерительным сигналам. Дл точного определени осевого усили и радиального напр жеШ сигналы с выходов демодул торов поступают в функциональный преобразователь , где выполн ютс математичес кие операции в соответствии с выражени ми (6) и (7). В функциональном преобразователе напр жени U, U. и U{j чер.ез соответствун цие сопротив .лени R, R 2. и Rg поступают на сопротивление Rg., Сопротивлени подбирают с таким образом, чтобы выполн лись математические операции в соответ:ствий с выражением (7). Одновременно сигналы Uj jUg. и и поступают Через RJ, R и R на сопротивление R. Перечисленные сопротивлени выбираютс так, чтобы выполн лись математичес кие операции в соответствии с выражеЮ1ем (б).Далее сигналы с гамаютс с .Rg;- на регистрирующий прибор Q с Rf,- на прибор Л Р, с демодул тора 16пр мо на прибор Рц. Вместо датчиков, радиального перемещени возможна устаноззка датчика перапада давлени . Однако установка датчика в теле упругого элемента между внутритрубной и затрубной полост ми св зана с конструктивными трудност ми , с необходимостью сверлени упругого элемента, тщательной rtepMer. тизации датчика. Установка-датчиков радиальных перемещений значительно проще, а дл увеличени радиальных перемещений используетс механический усилитель. Телеметрическа система имеет следующие технико-экономические преимущества : осуществл ет корректировку показаний осевого усили в процессе измерени , что повыщает точ- . ность измерений; контролирует радиальные напр же1ш в зависимости от перепада давлени с учетом осевого усили ; контролирует затрубное давление . Формула изобретени Скважинна телеметрическа система , содержаща встроенный в колонну труб упругий элемент с установленными на нем датчиками осевых перемещений и глубинную измерительную аппаратуру, соединенную линией св зи с приемшзШ узлом и регистраторами, отличающа с тем, что, . с целью повышени точности измерени , она снабжена установленными на упругом элементе датчиками радиальных перемещений, датчиком давлени н затрубном пространстве и функциональным преобразователем, входы которого св заны с выходами приемного узла, а выходы - с регистраторами. Источники информации, рин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 240587, кл. Е 21 В 47/08, J970.
2.Авторское свидетельство СССР 595482, кл, Е 21 В 47/08, 1977,