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, отличающееся тем, что в состав устройства включены резиновая трубка, оба конца которой герметизированы, внутри которой вставлена полиэтиленовая трубка для придания жесткости. Термокоса с датчиками размещена на внешней стороне резиновой трубки и внутри рукава, выполненного из материала молочно-белого цвета с герметизированным нижним концом. Резиновая трубка на верхнем конце содержит ниппель, а на нижнем конце - конусообразную направляющую.

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.

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].

Известно также устройство для измерения температуры в скважинах, которым является электронная дистанционная исследовательская станция ЭДИС-КГУ [3]. Оно содержит скважинный прибор, включающий термочувствительный элемент (микротерморезисторы конструкции Карманова) и измерительный преобразователь, канал связи и приемное регистрирующее устройство.

Известна многоканальная система измерения температурного поля ствола скважины, выполненная на квазираспределенных пьезорезонансных датчиках [4].

Известно устройство для измерения температуры в скважинах, которым является гирлянда (сборка) электрических датчиков температуры или ртутных «заленивленных» термометров, закрепленных на несущем шнуре в соответствии с глубиной точек измерения [5].

Недостатком данных устройств является то, что они могут быть пригодны только для измерения температуры сухой скважины или скважины, заполненной жидкостью той же температуры, что и окружающий материал скважины, и не могут быть использованы для измерения температуры морских ледяных образований, к которым относятся торосы и стамухи.

Известна также термокоса [6, 7, 8], взятая авторами за прототип. Термокоса предназначена 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.

Недостатком прототипа является то, что он может использоваться только для измерения температуры льда паруса тороса или стамухи, причем измерения температуры можно производить только после истечения некоторого промежутка времени (не менее 10 минут), в течение которого датчики примут температуру воздуха в скважине, соответствующую температуре льда. При этом в скважине могут образовываться конвективные воздушные потоки, выравнивающие реальный температурный градиент в толще льда. Замораживание скважины с установленной в ней термокосой позволит измерить температуру киля тороса или стамухи, но после истечения продолжительного времени (как минимум двух суток) в зависимости от скорости замерзания скважины, в течение которого тепловое состояние системы киль-термокоса выровняется после внесенного замерзшей водой тепла. В этом случае измерения возможны только в одной скважине. Дальнейшее использование термокосы в других скважинах невозможно.

Целью настоящего изобретения является уменьшение времени измерения температуры торосов и стамух и достижение многократного использования устройства.

Техническим результатом изобретения является обеспечение быстрого и надежного контакта датчиков термокосы со стенкой скважины.

На фиг.1 приведена схема устройства, а на фиг.2 - иллюстрация работы устройства. Указанный технический результат достигается тем, что датчики термокосы 1 наклеиваются на внешнюю сторону резиновой трубки 2, имеющей диаметр несколько меньший, чем диаметр скважины. Внутрь резиновой трубки вставлена полиэтиленовая труба 3 меньшего диаметра 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 рукав 5, выполненный из материала молочно-белого цвета для отражения проникающей в торосистые образования солнечной радиации и предотвращения прогрева температурных датчиков, а также для защиты датчиков от трения во время помещения устройства в скважину. Диаметр рукава имеет несколько больший диаметр, чем скважина, так что рукав не препятствует расширению трубки и прилеганию термодатчиков к стенке скважины. На нижнем конце рукав герметизирован для предотвращения попадания воды между рукавом и трубкой. Провода термокосы в верхней части оканчиваются разъемом 6 для подсоединения контроллера (на схеме не показан). Нижний конец резиновой трубки, полиэтиленовая труба, рукав соединены с конусообразной направляющей 7, обеспечивающей беспрепятственное помещение устройства в скважину.

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 с помощью направляющей 7 вставляется устройство. Над поверхностью снежного покрова или льда, если снежный покров отсутствует, остается верхняя часть устройства заранее выбранной длины для привязки положения датчиков по глубине. Затем с помощью насоса через ниппель 4 в трубку 2 подается воздух, который распирает устройство в скважине, вытесняя воду, и прижимает датчики термокосы 1 через рукав 5 к стенкам скважины. Давление в трубке подбирается эмпирически визуально в соответствии с диаметром раздувшейся трубки в верхней части устройства, возвышающейся над скважиной. После выдерживания устройства в таком состоянии в течение некоторого отрезка времени, в течение которого тепло, внесенное водой во время бурения скважины до того, как вода была вытеснена устройством, растечется от края скважины вглубь, к разъему 6 подключается контроллер и производится измерение температуры льда на стенках скважины. По результатам опытов время измерения составляет 20-30 минут. Тем самым обеспечивается сокращение затрат времени на измерение температуры торосов и стамух. 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. Khristoforov A.V., Khristoforova N.N. Proc. 30th Int. Geol. Congr.: "Geosciences and Human Survival, Environment, Natural Hazards, and Global Change", Vol.2&3, The Netherlands, 53-60 (1997).

4. Многоканальная система измерения температурного поля ствола скважины на квазираспределенных пьезорезонансных датчиках. http://www.sktbelpa.ru/developments.html#well

5. Грунты. Метод полевого определения температуры. ГОСТ 25358-82.

6. МКСН.757445.002 ТУ

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

8. Термометрические системы измерения. http://www.pniiis.ru/content/predlagaem_priobresti/pribori/termometricheskie_cistemi_izmeren iya.html

1. Устройство для измерения температуры, включающее термокосу с размещенными на ней датчиками температуры и разъемом для подключения устройства обработки, отличающееся тем, что в состав устройства включены резиновая трубка, оба конца которой герметизированы, внутри которой вставлена полиэтиленовая трубка для придания жесткости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что термокоса с датчиками размещена на внешней стороне резиновой трубки и внутри рукава, выполненного из материала молочно-белого цвета с герметизированным нижним концом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что резиновая трубка на верхнем конце содержит ниппель, а на нижнем конце - конусообразную направляющую.