Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для измерения скорости движения природного газа или жидкости по стволу действующей скважины.

Известны скважинные термоанемометры, содержащие герметичный кожух и расположенные в нем нагревательный и термочувствител ьн ый эл е менты.

Однако эти приборы имеют низкий верхний предел диапазона измеряемых скоростей и рабочих температур окружающей среды. Кроме того, они характеризуются неоднозначной связью показаний со скоростью потока из-за значительного теплового сопротивления между измерительным элементом и наружной стенкой кожуха датчика. Количественная интерпретация результатов измерения затруднена.

Предложенное устройство отличается тем, что кожух датчика выполнен в виде двух полостей, в одной из которых расположен нагревательный элемент, а в другой вЂ” термочувствительный элемент, помещенный от переднего конца нагревательного элемента на расстоянии, выбираемом в соответствии с выражением де Х вЂ” расстояние от переднего конца нагревательного элемента, м; m= f(pC„k,pW); где р вЂ” плотность среды, кг/мз;

C„â€” теплоемкость среды, дж/кг град;

Х вЂ” теплопроводность среды, вт/м град;

p вЂ” вязкость среды, н.сек/м -;

W вЂ” скорость движения среды, м/сек.

Такое выполнение устройства позволяет по10 высить точность измерения и обеспечивает достижение высокого верхнего предела рабочих температур и измеряемых скоростей.

На фиг. 1 показана зависимость расстояния от точки установки термочувствительного эле1s мента (ТЧЭ) до передней кромки нагревателя от параметра, определяемого комплексом теплофизических свойств среды и ее скоростью.

Как известно, коэффициент теплоотдачи где q вЂ” мощность, затрачиваемая на нагрев тела, вт;

$ вЂ” площадь поверхности тела, м, 26 7,-, и Т, вЂ” температура наружной стенки и потока соответственно, град.

В то же время согласно теории теплоотдачи при продольном обтекании цилиндрического

30 тела имеем

440484

Ламинарный пограничный слой

P Со,зз Ло,вв

017 05 р В Х (2) Турбулентный пограничный слой

О 8 СО 43 ЛО 57 вЂ” о зт

gy0 в (3) Наиболее точные и однозначные результаты будут получены, если в месте установки ТЧЭ существует турбулентный пограничный слой.

Из выражения (3) следует, что значение комплексного параметра т в зоне существования турбулентного пограничного слоя

P С0,43 Л

F о,в о,зт

Столь сложная зависимость объясняется тем, что законы теплоотдачи имеют полуэмпирический характер.

Для описания места установки термочувствительного элемента можно воспользоваться экспериментальными данными. График на фиг.

1 в координатах x=f(n) построен с учетом, что для воды, примененной в эксперименте

»»,=0,639 10- н сек/м, Ср вЂ” вЂ” 4174дж/кг град; 40

1=0,635 вт/м град; р=992 кг/мз, а диапазон скоростей от 0,05 м/сек до 1,2 м/сек.

Очевидно, что линия, образованная экспериментальными точками на фиг. 1 и определяющая критическую величину расстояния, 45 может быть описана математическим выражением с любой наперед заданной точностью, однако для простоты можно ограничиться выражением вида

Хз

1 (5)

Ат + Bm+С где А, В, С вЂ” коэфф|ициенты, подлежащие вычислению, а т описано выражением (4).

Новая линия пройдет заведомо правее экспе- 55 риментальной, т. е. будет находиться в нужной области значений Х.

После проведения расчетов А=1,6 10 вЂ” О, В=4 10 вЂ” 4 и С=5 и выражение (5) приобретает вид 60

5+410 4 1610 9щ2

Кривая, описываемая этим выражением, с достаточной для практики точностью совпада- 65

10 где р, Ср, 4, »», вЂ” соответственно плотность (кг/м ), теплоемкость (дж/кг град), теплопроводность (вт/м град) и вязкость среды (н сек/м );

W вЂ” скорость среды, м/сек;

К„и К, вЂ” постоянные коэффициенты, определяемые конструкцией обтекаемого нагретого тела;

Х вЂ” расстояние от передней кромки нагревателя до места установки ТЧЭ, м.

4 ет с экспериментальной кривой, приведенной на фиг. 1.

Таким образом, оптимальным значением Х является расстояние, полученное из формулы (6). Дальнейшее увеличение Х вредно, так как ведет к бесполезному увеличению длины нагревателя и расходуемой им мощности, которую весьма сложно передавать по кабелю на большую глубину.

На фиг. 2 изображен предлагаемый датчик, общий вид и разрез по А вЂ” А.

Датчик 1 термоанемометра находится внутри охранного фонаря 2, на переднем конце которого установлен струевыпрямитель 3. В верхней части датчика расположен обтекатель 4. Фонарь 2 снабжен окнами 5 и крепится косынками 6 к защитному кожуху электронной схемы 7. Сверху защитный кожухоканчивается головкой 8 для подсоединения к каротажному кабелю.

Защитный кожух датчика состоит из двух соединенных по образующей цилиндров 9 и

10. В цилиндре 10, имеющем внутри эллиптическое сечение, установлен ТЧЭ 11 на расстоянии большем Х, причем обеспечен хороший тепловой контакт ТЧЭ 11 со стенкой защитного цилиндра 10, а в цилиндре 9 размещен электрический нагревательный элемент

12. Сечение датчика имеет неправильную форму для уменьшения поверхности теплоотдачи.

Проводы 13 от ТЧЭ и нагревательного элемента соединены с электронной схемой 7, расположенной в защитном кожухе.

Устройство работает следующим образом.

Поток флюида, вихреобразно текущий по скважине, выпрямляется струевыпрямителем

3, успокаивается фонарем 2 и обтекает датчик 1, образуя на нем последовательно ламинарный, переходный и турбулентный пограничные слои, и вытекает через выходные окна 5.

Элемент 11 воспринимает температуру стенки цилиндра 10 и изменяет свое сопротивление, которое измеряется на поверхности. Температура потока Т„измеряется после выключения нагревательного элемента или другим прибором. По разности температур вычисляется коэффициент а и массовый расход флюида, а если известны его теплофизические свойства, то и скорость.

Предлагаемая конструкция датчика позволяет добиться большой плотности теплового потока через цилиндр 10, практически полного совпадения температуры стенки цилиндра

10 с температурой ТЧЭ и обеспечивает однозначную связь между измеряемой разностью температур и массовым расходом.

Предмет изобретения

Скважинный термоанемометр, содержащий герметичный кожух и расположенные в нем нагревательный и термочувствительные элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и обеспечения достижения высокого верхнего предела рабо440484 т-= f (р, С„, Х, р, W), 10

Х 10,М

17 б

15 ц

О 1 2 3 4 5 б 7 8 9 70 и 12 (3m 10

Фиг.1 чих температур и измеряемых скоростей, кожух датчика выполнен в виде двух полостей, в одной из которых расположен нагревательный элемент, а в другой вЂ” термочувствительный элемент, помещенный от переднего конца нагревательного элемента на расстоянии, выбираемом в соответствии с выражением

Х)

5 +- 4 10 вЂ” 4 m вЂ” 1,6. 10 вЂ” 9 m< где Х вЂ” расстояние от переднего конца нагревательного элемента, м; где р вЂ” плотность среды, кг/м ;

C теплоемкость среды, дж/кг град;

Х вЂ” теплопроводность среды, вт/м .град;

p вЂ” вязкость среды, н сек/м-, 5 вЂ” скорость движения среды, м/сек.

440484

А-А

Фиг 2

Составитель H. Кривко

Техред Т. Курилко

Редактор Т. Фадеева

Корректор Е. Рогайлина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 161/7 Изд. № 232 Тираж 565 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Изобретение относится к измерительной технике.Известные калориметрические датчики скорости потока жидкости и газа, содержащие нагревательный элемент и измеритель температуры, имеют сравнительно низкую чувствительность и точность в потоках с малой скоростью и при изменении температуры среды.Для повышения чувствительности и точности измерения в предлагаемом датчике нагревательный элемент выполнен в виде термоэлектрической батареи, омываемой со стороны горячих и холодных спаев «абегающим потоком и расположенной в плоскости измерителя температуры, выполненного также в виде термоэлектрической 'батареи.На чертеже представлен предложенный датчик.В обтекаемом корпусе 1 с шарниром 2 установлен нагреватель в виде плоской термоэлектрической батареи 3, питаемой постоянным током от источника 4