Термозонд для измерения профиля температуры среды

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры льда, в том числе торосов и стамух. Измерения производятся в скважинах, полученных с помощью механического или теплового бурения.

Устройство включает термокосу с размещенными на ней датчиками температуры и разъемом для подключения устройства обработки, резиновую трубку, оба конца которой герметизированы, внутри которой вставлена полиэтиленовая трубка для придания жесткости, верхний конец которой оставлен открытым, и полиэтиленового рукава с герметизированным нижним концом, отличающееся тем, что термокоса с датчиками помещается внутрь полиэтиленовой трубки. Резиновая трубка на верхнем конце содержит ниппель, а на нижнем конце - утяжеленную направляющую. Резиновая трубка и/или рукав выполнены из материала молочно-белого цвета.

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения температуры льда, в том числе торосов и стамух. Измерения производятся в скважинах, полученных с помощью механического или теплового бурения.

Известно, что для измерения температуры в скважинах применяют термометр сопротивления, опускаемый на кабеле, а также максимальный или минимальный термометр или глубинный самопишущий термометр, опускаемый на бурильных трубах [1].

Известна аппаратура измерения температуры грунтов в скважинах ИТС-1, состоящая из скважинных измерительных зондов, устройства крепления скважинного зонда на устье скважины, наземной кабельной системы, пульта управления и контроля, комплекса программно аппаратных средств (персонального компьютера с программным обеспечением) [2].

Известна также термокоса [3, 4, 5], предназначенная для измерения вертикального профиля температуры среды. Она изготовлена с использованием кабеля, на котором через равные промежутки размещены датчики температуры, соединенные с контроллером, который позволяет адресно обращаться к каждому датчику в независимости от его расположения на кабеле. В зависимости от модификации контроллер может подключаться к персональному компьютеру.

Известно устройство для измерения температуры в скважинах [6], состоящее из полиэтиленового рукава с герметизированным нижним концом, вставленной в него резиновой трубки, оба конца которой герметизированы, на верхнем конце содержащей ниппель, а на нижнем конце - утяжеленную направляющую, вставленной внутрь резиновой трубки полиэтиленовой трубы для придания жесткости всей конструкции, и термокосы с разъемом для подключения устройства обработки, взятое за прототип. Недостатком прототипа является его ненадежность, т.к. внешний полиэтиленовый рукав (см. фиг.1 в [6]) быстро рвется даже при однократном использовании устройства, что приводит к замыканию датчиков термокосы соленой морской водой.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности при многократном использовании устройства.

Техническим результатом изобретения является изолирование термокосы от возможного воздействия морской воды.

На фиг.1 приведена схема устройства, а на фиг.2 - иллюстрация работы устройства. Указанный технический результат достигается тем, что устройство изготавливается двумя частями независимо друг от друга: системой труб для вытеснения жидкости из скважины и термокосой 1. Система труб соответствует прототипу, за исключением верхнего узла, устройство которого показано на фиг.1 на выноске. Внутрь резиновой трубки 2, имеющей диаметр несколько меньший, чем диаметр скважины, вставлена полиэтиленовая труба 3 меньшего диаметра с герметизированным нижним концом для придания жесткости всей конструкции во время ее помещения в скважину. Нижний и верхний концы резиновой трубки герметизированы, образуя замкнутую камеру, а в верхней части трубки установлен ниппель 4 для подключения насоса (на схеме не показан). Вся резиновая трубка вставлена в полиэтиленовый рукав 5, который снижает трение резины об лед и предотвращает примерзание трубки ко льду. Резиновая трубка и/или рукав выполнены из материала молочно-белого цвета для отражения проникающей в торосистые образования солнечной радиации и предотвращения прогрева температурных датчиков. Диаметр рукава имеет несколько больший диаметр, чем скважина, так что рукав не препятствует расширению трубки до стенки скважины. На нижнем конце рукав герметизирован для предотвращения попадания воды между рукавом и трубкой. Внутренняя полиэтиленовая труба 3 на верхнем конце оставлена открытой. Верхняя часть резиновой трубки обжимает с помощью бандажа 7 полиэтиленовую трубу через защитную муфту для предотвращения деформации трубы. Нижний конец резиновой трубки, полиэтиленовая труба, рукав соединены с утяжеленной направляющей 8, обеспечивающей беспрепятственное помещение устройства в скважину. В верхнее открытое отверстие полиэтиленовой трубы 3 вставляется термокоса 1 Провода термокосы в верхней части оканчиваются разъемом 6 для подсоединения контроллера (на схеме не показан).

Работа устройства рассмотрена на примере измерения температуры льда в скважине, пробуренной в дрейфующем ледяном образовании. После окончания бурения и извлечения бура из скважины в нее вставляется устройство. Над поверхностью снежного покрова или льда, если снежный покров отсутствует, остается некоторая его часть для последующего извлечения. Затем с помощью насоса через ниппель 4 в трубку 2 подается воздух, который распирает резиновую трубку и рукав в скважине, вытесняя воду. Давление в трубке подбирается эмпирически визуально в соответствии с диаметром раздувшейся трубки в верхней части устройства, возвышающейся над скважиной, или контролируется по манометру, если он входит в состав насоса. Термокоса 1 в данном положении защищена от возможного воздействия соленой морской воды. Устройство выдерживается в таком состоянии в течение некоторого отрезка времени, в течение которого тепло, внесенное водой в лед во время бурения скважины до того, как вода была вытеснена устройством, растечется от края скважины вглубь, и температура воздуха в трубе примет температуру окружающего льда. Согласно [7] конвекции в трубах не наблюдается. После к разъему 6 подключается контроллер и производится измерение температуры воздуха в трубе 3 или температуры стенки трубы 3, если датчики термокосы 1 касаются стенки. Из личного опыта известно, что измеряемая температура не зависит от того, где находится термокоса - прижата к стенке скважины или свободно расположенная в центральной полиэтиленовой трубе, а зависит от времени растекания тепла во льду. На фиг.3 приведены графики измеряемой прототипом и устройством температуры в зависимости от времени с момента установки устройств в скважину. По результатам опытов достаточное время выдерживания составляет около трех часов. После отключения контроллера, насоса и стравливания воздуха из камеры, образованной трубкой 2, устройство извлекается из скважины. После визуального осмотра внешнего рукава устройство готово к измерению в другой скважине.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах. Министерство энергетики Российской федерации. РД 153-39.0-072-01. УДК 550.832 (083.96).

2. Аппаратура измерения температуры грунтов в скважинах ИТС-1. http://arhipov8.narod.ru/SIT.htm

3. МКСН.757445.002 ТУ

4. Термокоса, http://www.dorip.ru/cat/product264.htm

5. Термометрические системы измерения.

http://www.pniiis.ru/content/predlagaem_priobresti/pribori/termometricheskie_cistemi_izmeren iya.html

6. Харитонов В.В., Морев В.А., Поляков С.П. Термозонд для измерения профиля температуры среды. Патент на полезную модель 97524 от 10.09.2010 г.Бюллетень 25.

7. Остроумов Г.А. Свободная конвекция в условиях внутренней задачи. Государственное издательство технико-теоретической литературы. М.-Л., 1952. 256 с.

Устройство для измерения профиля температуры среды, включающее полиэтиленовый рукав c герметизированным нижним концом, вставленную в него резиновую трубку, оба конца которой герметизированы, содержащую на верхнем конце ниппель, а на нижнем конце - утяжеленную направляющую, вставленную внутрь резиновой трубки полиэтиленовую трубу и термокосу с разъемом для подключения устройства обработки, отличающееся тем, что верхний конец внутренней полиэтиленовой трубы, через который термокоса помещается внутрь, выполнен открытым и обжат резиновой трубкой с помощью бандажа.