Печать
Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Разработки

 

Многоканальная системы измерения температурного поля ствола скважины на квазираспределенных пьезорезонансных датчиках


 Разработка и изготовление устройства для многоканального измерения температурного поля ствола скважины (далее в тексте - системы) по теме "Многоканальная системы измерения температурного поля ствола скважины на квазираспределенных пьезорезонансных датчиках" проводится в соответствии с планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок ОАО "Татнефть".

Важность выполнения данной работы обусловлена практической необходимостью многоточечного измерения температуры, а также распределения температурного поля (термограммы) и акустического поля ствола нефтяной скважины с минимальной удельной стоимостью на канал измерения с высокой точностью при большом количестве термодатчиков (до 50 датчиков), а также при минимальном количестве жил в используемом каротажном кабеле.

 Новизна данной разработки заключается в использовании для многоточечного измерения температуры и распределения температурного поля и полей давления квазираспределенного пьезорезонансного датчика (КРПД), представляющего собой систему параллельно соединенных точечных (дискретных) пьезорезонансных датчиков температуры, что позволяет использовать для подключения КРПД к устройству обработки информации двухпроводную линию ("жила-броня" каротажного кабеля), а также значительно сократить затраты на один канал измерения.

Благодаря высокой точности и разрешающей способности кварцевых пьезорезонансных датчиков температуры (до 0,001 градуса) КРПД позволяет осуществлять высокоточные измерения одновременно в нескольких десятках точках контроля, что весьма важно для температурных исследований и мониторинга скважин.

Главными технико-экономическими результатами от внедрения данной системы являются:
- Повышение точности и надежности измерений температурного профиля скважины за счет параллельности измерений (до 50 точек одновременно) и повышения оперативности измерений и диагностики;
- Снижение затрат на эксплуатацию и обслуживание;

- Снижение трудоемкости измерений температурного профиля скважины.


Технические характеристики и параметры
До 10 измерительных секций, каждая из которых содержит от 3 до 10 кварцевых термодатчиков, подключаемых двухпроводной линией
Используется каротажный кабель (типа КГ3-60-180-1)
Длина каротажного кабеля, до, км 4.5
Передача, прием информации и подача электропитания осуществляется по двухпроводной линии ("жила-броня" каротажного кабеля)
Диапазон измеряемых температур, °С -5 ... +150
Погрешность измерения температур, не более, °С ± 0.05
Инерционность, не более, с 20 ... 40
Длина измерительной секции, м 3
Шаг расположения кварцевых термодатчиков вдоль измерительной секции, м
0.5 ... 1
Диаметр измерительной секции, мм 20 ... 40
Количество кварцевых термодатчиков в одной секции, шт 3 ... 10
Количество последовательно соединенных секций, шт
до 10


Рис.1. Структурная схема многоканальной системы измерения температурного и акустического полей скважины на квазираспределенных пьезорезонансных датчиках.
Рис.1. Структурная схема многоканальной системы измерения температурного и акустического полей скважины на квазираспределенных 
пьезорезонансных датчиках.

 Система состоит из наземного измерительного блока и скважинного измерительного блока. Наземный блок состоит из модема, блока разделения цифрового сигнала и постоянного напряжения и блока питания. Наземный измерительный блок соединен через СОМ-порт с персональным компьютером, с помощью которого осуществляется управление системой и отображение информации.

 Датчики температуры, гидрофонные датчики а также скважинный измерительный блок помещены в трубу из нержавеющей стали диаметром 30мм.
Структурная схема скважинного измерительного блока показана на рис.2. Скважинный измерительный блок состоит из блока разделения цифрового сигнала и подводимого напряжения, импульсного блока питания, микропроцессорного блока JP-3002 и блока предварительных усилителей.

Рис.2. Структурная схема скважинного измерительного блока.
Рис.2. Структурная схема скважинного измерительного блока.

  Принцип работы системы
 Скважинный измерительный блок соединен с наземным блоком двухпроводной линией. По этой линии подается напряжение питания скважинного блока и передаются цифровые сигналы управления и измерения.

 В микропроцессорном блоке производится аналого-цифровое преобразование сигналов с датчиков, дальнейшая обработка сигнала, передача информации в цифровой форме на наземный блок, прием сигналов управления с наземного блока, а также формирование сигнала возбуждения кварцевых датчиков.

 В качестве точечных термодатчиков в данной системе применены термочувствительные пьезорезонансные датчики типа РКТ206, РКТВ206А и РКТВ206Б.

 С микропроцессорного блока на кварцевые термодатчики поступает возбуждающий сигнал с линейной частотной модуляцией. При совпадении частоты возбуждающего сигнала с резонансной частотой кварцевого датчика в нем возникают свободные колебания на резонансной частоте. Эти колебания усиливаются блоком предварительных усилителей, оцифровываются в АЦП микропроцессорного блока. Далее производится быстрое преобразования Фурье полученного сигнала и определение частот резонансов датчиков и пересчет значений частот в температуру.


Микропроцессорный блок

 
  Ввод аналоговых сигналов.
 В состав модуля аналогового ввода входит микросхема AD-73360, имеющая 6 независимых каналов сигма-дельта АЦП и встроенный источник опорного напряжения. Каждый канал АЦП содержит программируемый усилитель. Имеется возможность программно изменять скорость преобразования (одновременно по всем каналам АЦП).
Ниже приведены основные характеристики интерфейса ввода аналоговых сигналов:

Число каналов АЦП 6
Частота дискретизации (fD), кГц 2.5 ... 80
Разрядность выходного слова данных, бит 15
Программируемое усиление (Gain) х1…х80
Диапазон входных напряжений (при Gain=1), В
+1.25 ± 0.8
Динамический диапазон, дБ 100
Отношение сигнал/(шум+искажения) (при Gain=1, fD=10кГц), дБ 77
Входное сопротивление (на частоте 40 кГц), Ом
250
Групповая задержка (fD=80кГц), мкс 20
Максимальная ошибка определения момента запуска преобразования АЦП, нс 100
Время перезапуска АЦП, мкс 120
Встроенный источник опорного напряжения (Uref), В +1.25
Максимальное сопротивление нагрузки, кОм 2

 

 

Share/Save/Bookmark
Обновлено 22.12.2010 14:43