Устройство для измерения градиента температуры в буровых скважинах

 

Изобретение относится к тепловым методам исследования горных пород, пересеченных скважиной. Цель - повышение достоверности измерения. Устройство содержит размещенные на кабеле концевые части 2, разделенные между собой центральной частью и выполненные в виде удлиненных наконечников. В последних установлены датчики 3 градиента т-ры. Датчики 3 установлены в середине частей 2, выполненных из одинакового теплопроводного или теплоизолирующего материала. Центральная часть выполнена соответственно из теплоизолирующего или теплопроводного материала. Длина частей 2 не менее десяти их диаметров. Использование данного материала позволяет получить симметричную картину распределения т-ры вдоль устройства. Размещение датчиков 3 в средних частях обеспечивает измерение истинной величины градиента температуры. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 F. 21 В 47/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4228200/23-03 (22) 13.04.87 (46) 15.05.89. Бял.9 18 .(71) Научно-производственное объединение "Рудгеойизика". (72) В.А.Тарасов и А.Л.Грейнер (53) 622.241 (088.8) (56) Патент США У 4313342, кл. Е 21 В 49/DO, опублик, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГРАДИЕНТА ТЕМПЕРАТУРЫ В БУРОВЫХ СКВАЖИНАХ (57) Изобретение относится к тепловым методам исследования горных пород, пересеченных скважиной. Цель — повышение достоверности измерения. Устройство содержит размещенные на ка„„SU„„1479633 А1 беле концевые части 2, разделенные между собой центральной частьв и выполненные н виде удлиненных наконечников. В последних установлены датчики 3 градиента т-ры. Датчики 3 установлены н середине частей 2, выполненных из одинакового теплопро— водного или теплоизолирумщего матери— ала. Центральная часть выполнена соответственно из теплоизолирувщего или теплопронодного материала, Длина частей 2 не менее десяти их диаметров. Использование данного материала позволяет получить симметричнуи картину распределения т-ры вдоль устройства. Размещение датчиков 3

Ж н средних частях обеспечивает измерение истинной величины градиента температуры. 4 ил.

1479633

Изобретение относится к тепловым методам исследования горных пород, пересеченных скважиной.

Целью изобретения является повышение достоверности измерения градиента температуры путем устранения влияния искажений температурного поля, всегда возникающего в концевых частях цилиндрического зонда при помещении его в среду с другой теплопроводностьи.

На фиг.1 изображена конструкция устройства для, измерения градиента температуры; на фиг.2 — конструкция устройства, где в качестве центральной части используется каротажный кабель; на фиг.3 и 4 — графики изменения температуры с глубиной по стволу модели скважины: а) — ход температуры с нормальным градиентом (до помещения зонда); б) — ход температуры при наличии устройства в скважине

Устройство для измерения градиента температуры в буровых скважинах содержит размещенные на кабеле и заключенные в корпус 1 из эбонитовой или капроновой трубки концевые части

2, выполненные в виде удлиненных ла тунных наконечников, навинчивающихся на верхний и нижний концы корпуса, разделенные между собой центральной частьи ° Длина наконечников не менее десяти их диаметров. По оси наконечников в средней их части установлены датчики 3, например термопары или терморезисторы, выводы 4 от которых, размещенные по оси наконечников, подсоединены к каротажному кабелю.

Скважинный прибор, показанный на фиг.2, представляет соединенные между собой отрезком каротажного кабеля два удлиненных латунных наконечника с oC/dh 10.

Выполнение указанного соотношения Ф./d» 10 дает возможность применить к устройству теорию бесконеч— ного стержня (линейного источника), что значительно упрощает уравнение теплопроводности и легко обеспечива.— ет выполнение требуемых начальных и граничных условий для его решения.

Кроме того, выполнение данного соотношения препятствует распространению искажений температурного поля (возни/ кающих при установке устройства на

55 точке измерения) на среднии его часть.

Концевые части выполнены из одинакового теплопроводного или теплоизолируищего материала, а центральная часть выполнена соответственно из теплоизолируищего или теплопроводного материала.

Использование материалов с противоположными теплофизическими свойствами для изготовления центральной и концевых частей устройства позволяет

P получить симметричную картину распределения температуры вдоль устройства. Искажения температурного поля вдоль центральной части противоположны искажениям вдоль удлиненных наконечников, причем искажения в середи" не каждой из 3-х частей устройства (центральной и удлиненных наконечников) равны нулю (фиг.4), что и обеспечивает достижение цели, т,е. устройство позволяет определить истинное значение градиента температуры в скважинах.

В средней части каждого латунного наконечника установлены датчики 3 температуры, выводы от которых присоединяится к каротажному кабелю.

Устройства, изображенные на фиг.1 и 2, работают одинаково.

Определение градиента температуры осуществляют следующим образом.

На каротажном кабеле устройство опускается в скважину до нужной глубины и после восстановления теплового режима, фиксируется разность температур между датчиками. Момент восстановления теплового равновесия между устройством .и средой определяется по стабильному во времени состоянии температуры датчиков.

Известно, что любое тело, помещенное в среду с установившимся тепловым режимом (при различии теплопро- водности тела и среды), вызывает искажение этого поля, причем величина искажения зависит от соотношения теплопроводностей среды и тела, его размеров. Если тело имеет форму эл1 липсоида вращения или ограниченного цилиндра, ось которого направлена по нормали к фронту теплового потока, то наибольшее искажение существовавшей температуры образуется в концевых частях этого эллипсоида или цилиндра, причем искажения в верхней и

1479633 нижней частях имеют различный знак, следовательно, в средней части оно равно нулю.

11аксимальное искажение температу5 ры Т на конце цилиндра можно оцеЬ нить по выражению с

Т =83 ° r ° Г ° (1-- — -) (1) о д, 7

Ц

10 где г — радиус цилиндра; à — нормальный геотермический градиент в среде до внесения цилиндра; Я, и — теплопроводность среды и цилинд4 ра. 15

Следует признать, что в известных конструкциях градиентометров, датчики располагаются в местах с наибольшими искажениями температуры.

Например, если принять базу гради- 20 ентометра с датчиками, установленными на его концах, равной 2 м, радиус корпуса 0,02 м, градиент температуры 0,03 С/м, Ъ = 3 В /моC и ф = 380 Вт/м С (цилиндр из меди) р 25 то суммарное искажение для обоих о датчиков составит 0,01 и полученный градиент температуры будет равен 0,025 С/м, т.е. ошибка составит о

17Х в сторону уменьшения. Если базу 30 градиентометра уменьшить, то величина ошибки соответственно увеличится.

На Аиг.3 представлен граАик температуры по стволу модели скважины (среда — парафин, Э = 0,257 Вт/мi 0) с помещенным туда латунным цилиндром (= 89 Вт/м. С) . Диаметр цио линдра 0,0! м, Г = 7 С/м.

Искажения температуры на концах цилиндра составляет х0,03, что хо- 4 рошо согласуется с рассчитанной по формуле (1) величиной. Температура в средней части цилиндра осталась без искажения. На фиг.4 приведен граАик температур в той же модели скважины, но цилиндр состоит из двух латунных частей, разделенных корпусом из эбонита. Как видно оба латунных стержня внесли одинаковые искажения в график нормальных температур, причем температура в средней части латунных цилиндров осталась без изменения, что вытекает из Аормулы (1) .

Таким образом, размещение датчиков температуры в средних частях цилиндрических удлинителей, где искажение температуры равно нулю, обеспечивает возможность измерения истинной величины градиента температуры, чем и достигается поставленная цель.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для измерения градиента температуры в буровых скважинах, содержащее размещенные на кабеле концевые части, разделенные между собой центральной частью и выполненные в виде удлиненных наконечников с установленными в них датчиками градиента температуры, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности измерения, датчики градиента температуры установлены в cåðåäHíå концевых частей, выполненных из одинакового теплопроводного или теплоизолирующего материала, а центральная часть выполнена соответственно из теплоизолирующего или теплопроводного материала, причем длина концевых частей не менее десяти их диаметров.

1479633 фиа2

1479633

21 27 23 7Ф

Составитель Г.Маслова

Редактор N.Ñåðåäà Техред М.Ходанич Корректор Э.Лончаков

Заказ 2514/31 Тираж 515 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Гагарина, 101