RU2096609C1 - Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2096609C1
RU2096609C1 RU96105228A RU96105228A RU2096609C1 RU 2096609 C1 RU2096609 C1 RU 2096609C1 RU 96105228 A RU96105228 A RU 96105228A RU 96105228 A RU96105228 A RU 96105228A RU 2096609 C1 RU2096609 C1 RU 2096609C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wire
pressure
temperature
communication line
measured
Prior art date
Application number
RU96105228A
Other languages
English (en)
Other versions
RU96105228A (ru
Inventor
Г.Ю. Коловертнов
А.Н. Краснов
Ю.Д. Коловертнов
Е.С. Дамрин
В.Н. Федоров
Original Assignee
Уфимский государственный нефтяной технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Уфимский государственный нефтяной технический университет filed Critical Уфимский государственный нефтяной технический университет
Priority to RU96105228A priority Critical patent/RU2096609C1/ru
Publication of RU96105228A publication Critical patent/RU96105228A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2096609C1 publication Critical patent/RU2096609C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Использование: для измерения геофизических параметров в скважине в нефтяной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине и устройство для его осуществления содержат подачу тока от двухполярного источника на двуплечий - тензомостовой датчик и измерение напряжений, по которым определяют температуру и давление с помощью математических выражений с учетом коэффициентов пропорциональности этих параметров. Выводы источника тока соединены трехпроводной линией связи с тремя входами аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к микропроцессорному блоку. При подаче положительного импульса тока измеряется напряжение между первым (верхним) проводом линии связи, питающим плечо тензомостового датчика, и средним потенциальным и между третьим (нижним) проводом линии связи и потенциальным средним, а при подаче отрицательного импульса на плечо тензомоста измеряется напряжение между потенциальным третьим или нижним проводом и питающим средним. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения геофизических параметров в скважине, преобразуемых в изменение активного сопротивления резистивного датчика с использованием трехпроводной лини связи.
Известны способы и устройства для дистанционного измерения давления [1] и температуры [2] использующие четырехпроводную линию связи. Однако использование четырех проводов линии связи для измерения одного параметра, невозможность внесения поправки на изменение температуры при изменении давления [1] снижает точность измерения давления, т.к. не известны температура самого тензопреобразователя, а при измерении температуры скважины дистанционным термометром [2] необходимы два датчика температуры, что усложняет устройство.
Известен способ измерения давления и температуры в скважине одним датчиком (тензомостом) [3] включающий подачу тока на датчик, измерение напряжений, по которым определяют значения измеряемых параметров.
Известное устройство для измерения давления и температуры, выбранное в качестве прототипа [3] содержит мостовой тензопреобразователь давления (тензомост) четырехпроводную линию связи (трехжильный бронированный геофизический кабель), три источника тока.
Недостатком известного способа и устройства являются наличие трех источников тока, что усложняет устройство и, кроме того, создает трудности получения одинаковых токов, наличие шести нелинейных ключевых элементов (диодов) и подбор их попарно с одинаковыми вольт-амперными характеристиками также представляют значительную сложность и увеличивают дополнительную погрешность при изменении их температуры, что снижает точность измерения напряжения на выводах источника тока. Кроме того, в производственных условиях невозможно включить диоды в разрыв плеч тензомоста. Это может сделать только завод-изготовитель датчиков.
Цель изобретения повышение точности способа и упрощение устройства измерения за счет использования двуплечего резистивного датчика давления типа "КНС" (полумостовой датчик вместо мостового), повышения чувствительности по напряжению в два раза по сравнению со стандартным мостовым датчиком, устранения влияния сопротивления линии связи и отключение от брони кабеля, на которой наводится быстроменяющаяся ЭДС поляризации горных пород, а также ЭДС, вызванная электрохимическим потенциалом между жидкостью и броней кабеля.
Сущность изобретения заключается в том что, в способе измерения давления и температуры одним датчиком, включающим подачу тока на двуплечий тензомостовой датчик и измерение напряжений, по которым определяют значения измеряемых параметров, согласно изобретению при подаче положительного импульса тока измеряется напряжение между одним питающим двуплечий тензомостовой датчик, проводом (верхним) и потенциальным (средним) U1 и между другим, питающим двуплечий тензомостовой датчик, проводом (нижним) и потенциальным (средним) U2, а при подаче отрицательного импульса тока на плечо тензомоста 1 измеряется напряжение между потенциальным (нижним) и питающим проводом (средним)
Figure 00000002
, а значения давления и температуры определяют из соотношений:
Figure 00000003

где P, T соответственно давление кгс/см2 и температура ['C] в месте нахождения скважинной части прибора;
I значение питающего тока, [мА]
ΔRp, ΔRt приращение активных сопротивлений тензодатчика от изменения измеряемых параметров давления и температуры, [Ом]
Kp коэффициент пропорциональности давления, кгс/см2•Ом;
Kt коэффициент пропорциональности температуры, град./Ом
U1, U2,
Figure 00000004
измеряемые напряжения, [мВ]
2•U0= 2•I•Rph падение напряжения на двуплечем тензомостовом датчике (при отсутствии давления и заданной начальной температуре), [мВ]
Rph номинальное сопротивление тензодатчика, [Ом]
Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для измерения давления и температуры одним датчиком содержащим, полумостовой резистивный преобразователь давления, линию связи, двух полярный источник тока, согласно изобретению выводы источника тока соединены с тремя входами многоканального аналого-цифрового преобразователя (МАЦП) и через провода линии связи 3 с двуплечим тензомостовым датчиком.
На рис. 1 представлена схема, поясняющая способ; на рис. 2 устройство для осуществления способа.
Способ осуществляется следующим образом. Измерительная цепь содержит полумост с тензорезисторами 1 и 2, где тензорезистор 1 получает положительное приращение сопротивления ΔRр, а тензорезистор 2 отрицательное приращение сопротивления ΔRр при увеличении измеряемого давления, а при изменении температуры плечи тензомоста получают одинаковое приращение ΔRt, трехпроводную линию связи с активным сопротивлением каждого провода 3.
Способ измерения давления и температуры одним датчиком осуществляется в следующей последовательности.
К верхнему и нижнему питающим двуплечий тензомостовой датчик проводам 3 подают ток одной полярности и измеряют напряжения между верхним питающим проводом и потенциальным (средним) U1, между нижним питающим проводом и потенциальным (средним) U2, а при подаче тока другой полярности на плечо 1 двуплечего тензомостового датчика, измеряют напряжение между нижним (потенциальным) и средним (питающим) проводами
Figure 00000005
. Значения давления и температуры определяют из соотношений:
Figure 00000006

где Rл сопротивление одного провода линии связи, [Ом]
Вычитая из уравнения (1) уравнение (2) и разрешая относительно ΔRр получим
Figure 00000007

а давление определяют, заранее определив коэффициент пропорциональности Kp градуировкой тензодатчика в функции давления
P = Kp•ΔRp. (5)
Подставив в уравнение (1) значения из уравнений (3) и (4) и разрешая его относительно ΔRt получим:
Figure 00000008
,
где 2•Uo=2•1•Rph падение напряжения на двуплечем тензомостовом датчике.
Тогда значение температуры определяется из соотношения
T = Kt•ΔRt, (7)
определив заранее коэффициент Kt градуировкой тензодатчика в функции температуры.
Устройство для одновременного измерения давления и температуры одним датчиком содержит двуплечий датчик давления типа "КНС" с тензорезисторами 1 и 2, трехпроводную линию связи, которая представляет собой трехжильный кабель с сопротивлением каждой жилы 3, два нелинейных ключевых элемента (диода) 4, 5.
Устройство имеет двухполярный источник тока 6, быстродействующий многоканальный АЦП (МАЦП)7 и микропроцессорный блок 8 (МПБ).
Двуплечий датчик давления имеет равные номинальные значения сопротивлений тензорезисторов Rph, которые получают равные и противоположные по знаку приращения сопротивлений от изменения давления и равные приращения сопротивлений тензорезисторов от изменения температуры, т.е. текущее значение сопротивления тензорезистора 1 определяется выражением
Rрн+ ΔRp+ ΔRt,
а тензорезистора 2 в этом случае выражением
Rрн- ΔRp+ ΔRt
при увеличении давления и температуры.
Выводы источника тока соединены с тремя входами МАЦП и тремя проводами линии связи с двуплечим тензомостовым датчиком. Причем первый вывод источника тока соединен непосредственно с первым входом МАЦП и через первый провод линии связи с первым плечом двуплечего тензомоста, а второй вывод источника тока одним концом соединен через плюс первого диода со вторым входом МАЦП и через третий провод линии связи с другим плечом двуплечего тензомоста, а другим концом через минус второго диода с третьим входом МАЦП и через второй провод линии связи с общей точкой плеч двуплечего тензомоста, выход МАЦП подключен к микропроцессорному блоку.
Устройство для реализации способа измерения давления и температуры одним датчиком работает следующим образом.
В момент подачи положительного импульса тока от источника тока 6 к двуплечему тензомостовому датчику напряжение U1 на входе МАЦП равно
U1= I•(Rрн+ΔRр+ΔRt+Rл), (8)
где Rл активное сопротивление одного провода линии связи, [Ом]
Rpn номинальное сопротивление тензодатчика (при отсутствии избыточного давления и заданной начальной температуре);
ΔRp, ΔRt приращение активного сопротивления тензорезистора соответственно от изменения измеряемых давления и температуры,
которое по команде, поданной на управляющий вход МАЦП 7 от МПБ 8 преобразуется в цифровой код N1, [Ом]
N1 = a•U1= a•I•(Rрн+ ΔRp+ ΔRt+ Rл), (9)
где а коэффициент преобразования; 1/мА.
Затем на вход МАЦП 7 по команде от МПБ 8 подается напряжение U2, которое определяют из соотношения
U2= I•(Rрн-ΔRр+ΔRt+Rл). (10)
По команде, поданной на управляющий вход МАЦП 7, оно преобразуется в цифровой код N2, [Ом]
N2 = a•U2= a•I•(Rрн- ΔRp+ ΔRt+ Rл). (11)
Далее, в момент подачи источником тока 6 отрицательного импульса тока к тензодатчику напряжение
Figure 00000009
на входе МАЦП 7 равно
Figure 00000010

Оно преобразуется по команде, поданной на МАЦП 7 в цифровой код N3, [Ом]
Figure 00000011

Информация о напряжениях U1, U2,
Figure 00000012
в виде кодов N1, N2, N3 последовательно поступает в микропроцессорный блок МПБ 8. В МПБ осуществляется определение приращений сопротивлений, вызванных изменением давления и температуры, по следующим алгоритмам
Figure 00000013

где 2•NO=2•a•Uo=2•a•I•Rtph - цифровой код, равный падению напряжения на двуплечем тензомостовом датчике (при отсутствии давления и заданной начальной температуре), [Ом]
Обеспечивая равенство а=1/I, получим алгоритмы приращений сопротивлений
Figure 00000014

Измеряемые одним датчиком параметры давление и температура - вычисляются умножением результатов на коэффициенты пропорциональности соответственно Kp и Kt, определяемые при снятии градуировочных характеристик датчика раздельно при действии давления и температуры
Figure 00000015

Измеряемая информация может быть выведена на отдельные блоки индикации давления и температуры, на печать или поступать на ЭВМ для дальнейшего хранения, обработки и использования.
Таким образом, способ и устройство измерения давления и температуры, например в скважинах, позволяет при измерении давления и температуры одним датчиком по трехпроводной линии связи (по трехжильному геофизическому кабелю), расширить область использования указанных датчиков, их функциональные возможности, повысить чувствительность точности измерения и упростить устройство за счет устранения влияния на точность измерений канала связи (активного сопротивления линии связи), отсоединения измерительной цепи от брони кабеля, на которой всегда присутствует ЭДС поляризации и электрохимический потенциал, меняющийся случайным образом, устранения ключевых элементов, подбор которых трудно обеспечить.
Использование одного двухполярного источника тока вместо трех, у которых трудно обеспечить равенство токов, упрощает функции микропроцессорного блока.
Предлагаемое изобретение может быть использовано в нефтегазовой промышленности для исследования нефтяных и газовых скважин, а также для исследования высокотемпературных парогидротермальных скважин, предназначенных для получения пара из недр земли для геотермальных станций.
Источники информации
1. В. И.Ваганов. Интегральные тензопреобразователи. М. Энергоатомиздат, 1983, с. 133-135.
2. Л. И. Померанц, Д.В.Белоконь, В.Ф.Козляр. Аппаратура и оборудование геофизических методов исследования скважин. М. Недра, с. 197.
3. Г.Ю.Коловертнов, Н.А.Ишинбаев, Ю.Д.Коловертнов. Измерение давления и температуры в скважине одним датчиком. В сб. "Проблемы эффективности производства на северных нефтегазодобывающих предприятиях". Доклады и сообщения. М. 1995, (11 н.-т. конференция. Том 2, с. 6-8).

Claims (2)

1. Способ измерения давления и температуры в скважине одним датчиком, включающий подачу тока на датчик и измерение напряжений, по которым определяют значения измеряемых параметров, отличающийся тем, что при подаче положительного импульса тока измеряют напряжение между одним, питающим двуплечий тензомостовой датчик, проводом (верхним) и потенциальным (средним) U1 и между другим, питающим двуплечий тензомостовой датчик, проводом (нижним) и потенциальным (средним) U2, а при подаче отрицательного импульса тока на плечо тензомоста измеряют напряжение между потенциальным (нижним) и питающим проводом (средним)
Figure 00000016
а значения давления и температуры определяют из соотношений
Figure 00000017

Figure 00000018

где Р, Т соответственно давление, кгс/см2, и температура, oС, в месте нахождения скважинной части прибора;
I значение питающего тока, мА;
ΔRp, ΔRt - приращение активных сопротивлений тензодатчика от изменения измеряемых параметров давления и температуры, Ом;
KP коэффициент пропорциональности давления, кгс/см2 • Ом;
Kt коэффициент пропорциональности температуры, oC/Ом;
U1, U2,
Figure 00000019
измеряемые напряжения, мВ;
Uo I • RPн падение напряжения на двуплечем тензомостовом датчике при отсутствии давления и заданной начальной температуре, мВ;
RPн номинальное сопротивление тензодатчика, Ом.
2. Устройство для измерения давления и температуры в скважине одним датчиком, содержащее тензопреобразователь давления, линию связи, источник тока, отличающееся тем, что выводы источника тока соединены с тремя входами многоканального аналого-цифрового преобразователя, причем первый вывод источника тока соединен непосредственно с первым входом многоканального аналого-цифрового преобразователя, а через первый провод линии связи с первым плечом двуплечего тензомоста, а второй вывод источника тока одним концом соединен через "плюс" первого диода с вторым входом многоканального аналого-цифрового преобразователя и через третий провод линии связи с другим плечом двуплечего тензомоста, а другим концом через "минус" второго диода с третьим входом многоканального аналого-цифрового преобразователя и через второй провод линии связи с общей точкой плеч двуплечего тензомоста, выход многоканального аналого-цифрового преобразователя подключен к микропроцессорному блоку.
RU96105228A 1996-03-27 1996-03-27 Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления RU2096609C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96105228A RU2096609C1 (ru) 1996-03-27 1996-03-27 Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96105228A RU2096609C1 (ru) 1996-03-27 1996-03-27 Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96105228A RU96105228A (ru) 1997-10-27
RU2096609C1 true RU2096609C1 (ru) 1997-11-20

Family

ID=20178193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96105228A RU2096609C1 (ru) 1996-03-27 1996-03-27 Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2096609C1 (ru)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2149993C1 (ru) * 1998-10-14 2000-05-27 Уфимский государственный нефтяной технический университет Устройство для измерения давления и температуры в скважине
RU2251617C2 (ru) * 2003-06-09 2005-05-10 Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (ОАО НПП "ВНИИГИС") Устройство для измерения давления в процессе бурения
RU2265878C2 (ru) * 2004-02-06 2005-12-10 Котомин Сергей Владимирович Способ подключения полумостового датчика к персональному компьютеру
RU2271447C2 (ru) * 2004-03-24 2006-03-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ВНИИГИС-Забойные телеметрические системы" (ООО НПФ "ВНИИГИС-ЗТС") Способ измерения давления в процессе бурения
CN100453991C (zh) * 2005-02-07 2009-01-21 哈尔滨理工大学 半导电高分子材料压力和温度传感器的处理仪表及信号测试
MD534Z (ru) * 2011-12-12 2013-02-28 ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНЖЕНЕРИИ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ "D. Ghitu" АНМ Способ дистанционного измерения активной проводимости резистора
RU2654311C1 (ru) * 2017-03-14 2018-05-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Способ и система измерения давления и температуры тензомостом
RU2690090C1 (ru) * 2018-08-06 2019-05-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Способ и система регулирования температуры и давления тензомостом
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Коловертнов Г.Ю., Ишинбаев Н.А., Коловертнов Ю.Д. Изменение давления и температуры в скважине одним датчиком. Проблемы эффективности производства на северных нефтегазодобывающих предприятиях (доклады и сообщения). - II Научно-техническая конференция, т. 2, 1995, с. 6 - 8. *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2149993C1 (ru) * 1998-10-14 2000-05-27 Уфимский государственный нефтяной технический университет Устройство для измерения давления и температуры в скважине
RU2251617C2 (ru) * 2003-06-09 2005-05-10 Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (ОАО НПП "ВНИИГИС") Устройство для измерения давления в процессе бурения
RU2265878C2 (ru) * 2004-02-06 2005-12-10 Котомин Сергей Владимирович Способ подключения полумостового датчика к персональному компьютеру
RU2271447C2 (ru) * 2004-03-24 2006-03-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ВНИИГИС-Забойные телеметрические системы" (ООО НПФ "ВНИИГИС-ЗТС") Способ измерения давления в процессе бурения
CN100453991C (zh) * 2005-02-07 2009-01-21 哈尔滨理工大学 半导电高分子材料压力和温度传感器的处理仪表及信号测试
MD534Z (ru) * 2011-12-12 2013-02-28 ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНЖЕНЕРИИ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ "D. Ghitu" АНМ Способ дистанционного измерения активной проводимости резистора
RU2654311C1 (ru) * 2017-03-14 2018-05-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Способ и система измерения давления и температуры тензомостом
RU2690090C1 (ru) * 2018-08-06 2019-05-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Способ и система регулирования температуры и давления тензомостом
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
US20080238406A1 (en) Intelligent Electronic Device Having Improved Analog Output Resolution
RU2096609C1 (ru) Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления
CN112344846A (zh) 一种用于隧道应变监测的基于射频识别技术的应变传感器
RU2118802C1 (ru) Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления
CN108169568A (zh) 毫欧级电阻测量电路
US4942361A (en) Method and apparatus for determining earth resistivities in the presence of extraneous earth currents
RU2091578C1 (ru) Способ измерения давления и температуры одним датчиком и устройство для его осуществления
RU2149993C1 (ru) Устройство для измерения давления и температуры в скважине
CN111207851B (zh) 一种六线制分离式惠斯通电桥测温结构及方法
CN207337108U (zh) 多通道压力数据采集电路及多通道压力数据采集装置
US8835779B2 (en) Coordinated ratiometric compensation for high-precision load-cells
RU2417349C1 (ru) Способ измерения относительных деформаций конструкций многоточечной тензометрической измерительной системой
EP0213407A2 (en) Method and apparatus for body temperature measurement with multiple probe types
US3077775A (en) Scanning apparatus
US4322728A (en) Multichannel remote transducer monitoring system
CN217213106U (zh) 用于建立变送器温度和负载补偿系数表的校准装置
RU96118397A (ru) Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления
CN211717657U (zh) 一种免校准热电偶冷端温度测量电路
GB1504130A (en) Readout means
RU2324899C2 (ru) Способ измерения неэлектрических величин многоточечной измерительной системой с контролем функции преобразования и измерительная система для его осуществления
SU1634779A1 (ru) Устройство дл измерени геофизических параметров в скважине
RU2654905C1 (ru) Устройство для преобразования изменения сопротивления в напряжение
CN217384131U (zh) 一种能够消除长导线影响的应变测量电路
CN221173657U (zh) 一种基于三线制pt100的宽温工作高精度温度传感器
CN219262352U (zh) 一种多功能测井仪