Меню

Теги для нашей библиотеки:

Рефераты бесплатно, доклады, курсовые работы, рефераты бесплатно, реферат, рефераты, рефераты скачать, Рефераты бесплатно, большая бибилиотека рефератов, и многое другое.


  Высокочувствительный датчик электропроводности бурового раствора

Высокочувствительный датчик электропроводности бурового раствора

Высокочувствительный датчик электропроводности бурового раствора

Ахметшин Р.М.,  Лугуманов М.Г. (ОАО НПФ «Геофизика»)

При бурении скважин широко используется информация о технологических параметрах бурения, позволяющая оптимизировать вскрытие продуктивных интервалов, а следовательно, повысить эффективность и улучшить технико-экономические показатели разведочного и эксплуатационного бурения. Электропроводность является одним из основных свойств бурового раствора. Электрическое сопротивление является надежным критерием выделения зон аномально высокого пластового давления и водонасыщенных коллекторов, минерализация воды в которых, как правило, выше минерализации промывочной жидкости. Измерение электропроводности позволяет быстро и эффективно выбирать оптимальную рецептуру бурового раствора, оперативно определять моменты вскрытия продуктивных пластов при бурении.

Отечественные датчики не всегда отвечают требованиям точности и надежности, необходимым для геофизических исследований, поэтому перед специалистами ОАО НПФ «Геофизика» была поставлена задача разработать датчик, позволяющий в непрерывном режиме контролировать электропроводность бурового раствора и соответствующий требованиям эксплуатации в условиях буровой.

Известны контактный и бесконтактный методы измерения электропроводности. Бесконтактный метод подразделяется на низкочастотную и высокочастотную кондуктометрию, а высокочастотная кондуктометрия, в свою очередь, на ёмкостную и индуктивную.

Одним их самых простых методов измерения электропроводности является контактный метод. Его недостатками являются постоянный контакт электродов с жидкостью, разрушение их вследствие электролиза, а также поляризация электродов.

Особенностью приборов, использующих бесконтактный метод, является отсутствие гальванического контакта электродов с анализируемой средой.

Низкочастотная бесконтактная кондуктометрия реализуется на частоте до 1000 Гц и используется для измерения сильных электролитов и слабых, если их удельная электрическая проводимость находится в пределах 1-10-6 См/см.

Метод бесконтактной высокочастотной кондуктометрии основан на взаимодействии электромагнитного поля высокой частоты (порядка 105-108 Гц) с анализируемым раствором, находящимся в измерительной ячейке емкостного или индуктивного типа. В результате взаимодействия изменяется импеданс ячейки, который функционально связан с электрическими свойствами анализируемого раствора - электрической проводимостью и диэлектрической проницаемостью. По конструктивному исполнению измерительные ячейки подразделяются на проточные и погружные.

Проанализировав возможности существующих методов, специалистами ОАО НПФ «Геофизика» для изготовления высокочувствительного датчика электропроводности бурового раствора был выбран бесконтактный индуктивный метод измерения электропроводности погружного типа. Датчик преобразует удельную электропроводность раствора в электрический сигнал и состоит из 2-х частей: индуктивно-трансформаторного датчика и  блока электроники.

Измерительный преобразователь индуктивно-трансформаторного датчика представляет собой систему двух соосно расположенных тороидальных катушек индуктивности, охваченных общей петлей связи в виде жидкостного витка исследуемой среды. Для повышения электрической чувствительности датчика и снижения уровня электрических помех, обусловленных индуктивными и емкостными связями, катушки индуктивности выполняются на сердечниках с повышенной магнитной проницаемостью. В случае ограниченного объема датчика и малого сечения магнитопровода катушек для получения высокой чувствительности датчика его рабочая частота должна находиться в пределах 10-100 кГц. Выбор пал на марганец-цинковый ферритовый кольцевой сердечник, т.к. данные ферриты применяются в качестве магнитопровода в изделиях, работающих в слабых синусоидальных магнитных полях, в дросселях, катушках индуктивности и других изделиях радиоэлектронной аппаратуры, кроме того он обладает высокой термостабильностью.

Катушки индуктивности 1 (рис. 1) помещены в корпус из нержавеющий стали 2. Для повышения влагостойкости, а так же вибро- и ударопрочности корпус с ферритовыми кольцами заливается герметиком. Сформировать жидкостной виток электрической связи из исследуемой жидкости позволяет фторопластовая крышка 3, герметично закрывающая корпус с катушками. Датчик легко разбирается, следовательно, ремонтопригоден. Корпусы датчика и блока электроники соединены между собой металлической трубкой 4. В полость трубки помещены соединительные провода 5, защищенные экраном.

Блок электроники состоит из герметичного металлического корпуса 8 с коммутационным разъемом 6 и электронной платы 7, жестко закрепленной в корпусе.

 Высокочувствительный датчик электропроводности бурового раствора

Рис. 1. Датчик электропроводности

Принцип работы датчика. С помощью генератора высокочастотного синусоидального напряжения (100 кГц) 1 (рис. 2), подключенного к катушке возбуждения, в окружающей датчик жидкости возбуждается переменное электромагнитное поле вихревых токов, величина которых пропорциональна электропроводности жидкости. Вторичное электромагнитное поле вихревых токов возбуждает в измерительной катушке переменную ЭДС, величина которой так же пропорциональна электропроводности жидкости, в которую погружен датчик.

Высокочастотное синусоидальное напряжение подается на вход нормирующего усилителя 2, затем на схему прецизионного выпрямителя 3, где выпрямляется и преобразуется в выходной аналоговый сигнал (0 – 5) В. Питание датчика осуществляется напряжением ± 12 В, диапазон рабочих температур (–40 ¸ +50) °С, диапазон измерения - 10 См·м-1.

 Высокочувствительный датчик электропроводности бурового раствора

Рис. 2. Блок-схема

Датчик калибруется в 3-х растворах дистиллированной воды с NaCl заданной концентрации.

Основная абсолютная погрешность Dо измерений не превышает допустимого нормированного значения, вычисляемого по формуле

Dо = ± (0,05+0,02(50/Х-1)),

где Х – эталонное значение электропроводности.

Датчик позволяет непрерывно контролировать электропроводность бурового раствора, применяется в качестве дополнительного датчика в составе станций технологических исследований «Леуза-2» и станции геолого-технологических исследований «Геотест-5». Существует 2 вида датчика электропроводности: на входе и на выходе. Специальная модификация датчика электропроводности используется в колтюбинговом бурении для определения электропроводности раствора на выходе скважины.

В настоящее время успешно эксплуатируется в разных регионах России и СНГ более 40 датчиков.

Список литературы

1. Кулаков М. В. Технологические измерения и приборы для химических производств: Учебник для вузов по специальности «Автоматизация и комплексная механизация химико-технологических процессов». 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение. 1983. 424 с.

2. Отчеты по НИОКР из фондов ОАО НПФ «Геофизика». 1981, 1983.




Рекомендуем

Опрос

Какой формат работ для вас удобней?

doc
pdf
djvu
fb2
chm
txt
другой


Результаты опроса
Все опросы