Реферат: Высокочувствительный датчик электропроводности бурового раствора

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

Прибурении скважин широко используется информация о технологических параметрахбурения, позволяющая оптимизировать вскрытие продуктивных интервалов, аследовательно, повысить эффективность и улучшить технико-экономическиепоказатели разведочного и эксплуатационного бурения. Электропроводность являетсяодним из основных свойств бурового раствора. Электрическое сопротивлениеявляется надежным критерием выделения зон аномально высокого пластовогодавления и водонасыщенных коллекторов, минерализация воды в которых, какправило, выше минерализации промывочной жидкости. Измерение электропроводностипозволяет быстро и эффективно выбирать оптимальную рецептуру бурового раствора,оперативно определять моменты вскрытия продуктивных пластов при бурении.

Отечественныедатчики не всегда отвечают требованиям точности и надежности, необходимым длягеофизических исследований, поэтому перед специалистами ОАО НПФ «Геофизика»была поставлена задача разработать датчик, позволяющий в непрерывном режимеконтролировать электропроводность бурового раствора и соответствующий требованиямэксплуатации в условиях буровой.

Известныконтактный и бесконтактный методы измерения электропроводности. Бесконтактныйметод подразделяется на низкочастотную и высокочастотную кондуктометрию, авысокочастотная кондуктометрия, в свою очередь, на ёмкостную и индуктивную.

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

Особенностьюприборов, использующих бесконтактный метод, является отсутствие гальваническогоконтакта электродов с анализируемой средой.

Низкочастотнаябесконтактная кондуктометрия реализуется на частоте до 1000 Гц и используетсядля измерения сильных электролитов и слабых, если их удельная электрическаяпроводимость находится в пределах 1-10-6 См/см.

Методбесконтактной высокочастотной кондуктометрии основан на взаимодействииэлектромагнитного поля высокой частоты (порядка 105-108Гц) с анализируемым раствором, находящимся в измерительной ячейке емкостногоили индуктивного типа. В результате взаимодействия изменяется импеданс ячейки,который функционально связан с электрическими свойствами анализируемогораствора — электрической проводимостью и диэлектрической проницаемостью. Поконструктивному исполнению измерительные ячейки подразделяются на проточные ипогружные.

Проанализироваввозможности существующих методов, специалистами ОАО НПФ «Геофизика» дляизготовления высокочувствительного датчика электропроводности бурового растворабыл выбран бесконтактный индуктивный метод измерения электропроводностипогружного типа. Датчик преобразует удельную электропроводность раствора вэлектрический сигнал и состоит из 2-х частей: индуктивно-трансформаторногодатчика и  блока электроники.

Измерительныйпреобразователь индуктивно-трансформаторного датчика представляет собой системудвух соосно расположенных тороидальных катушек индуктивности, охваченных общейпетлей связи в виде жидкостного витка исследуемой среды. Для повышенияэлектрической чувствительности датчика и снижения уровня электрических помех,обусловленных индуктивными и емкостными связями, катушки индуктивностивыполняются на сердечниках с повышенной магнитной проницаемостью. В случаеограниченного объема датчика и малого сечения магнитопровода катушек дляполучения высокой чувствительности датчика его рабочая частота должнанаходиться в пределах 10-100 кГц. Выбор пал на марганец-цинковый ферритовыйкольцевой сердечник, т.к. данные ферриты применяются в качестве магнитопроводав изделиях, работающих в слабых синусоидальных магнитных полях, в дросселях,катушках индуктивности и других изделиях радиоэлектронной аппаратуры, крометого он обладает высокой термостабильностью.

Катушкииндуктивности 1 (рис. 1) помещены в корпус из нержавеющий стали 2. Дляповышения влагостойкости, а так же вибро- и ударопрочности корпус с ферритовымикольцами заливается герметиком. Сформировать жидкостной виток электрическойсвязи из исследуемой жидкости позволяет фторопластовая крышка 3, герметичнозакрывающая корпус с катушками. Датчик легко разбирается, следовательно,ремонтопригоден. Корпусы датчика и блока электроники соединены между собойметаллической трубкой 4. В полость трубки помещены соединительные провода 5,защищенные экраном.

Блокэлектроники состоит из герметичного металлического корпуса 8 с коммутационнымразъемом 6 и электронной платы 7, жестко закрепленной в корпусе.

/>

Рис.1. Датчик электропроводности

Принципработы датчика. С помощью генератора высокочастотного синусоидальногонапряжения (100 кГц) 1 (рис. 2), подключенного к катушке возбуждения, вокружающей датчик жидкости возбуждается переменное электромагнитное полевихревых токов, величина которых пропорциональна электропроводности жидкости.Вторичное электромагнитное поле вихревых токов возбуждает в измерительнойкатушке переменную ЭДС, величина которой так же пропорциональнаэлектропроводности жидкости, в которую погружен датчик.

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

/>

Рис.2. Блок-схема

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

Основнаяабсолютная погрешность Dо измерений не превышает допустимогонормированного значения, вычисляемого по формуле

Dо= ± (0,05+0,02(50/Х-1)),

гдеХ – эталонное значение электропроводности.

Датчикпозволяет непрерывно контролировать электропроводность бурового раствора,применяется в качестве дополнительного датчика в составе станцийтехнологических исследований «Леуза-2» и станции геолого-технологическихисследований «Геотест-5». Существует 2 вида датчика электропроводности: навходе и на выходе. Специальная модификация датчика электропроводностииспользуется в колтюбинговом бурении для определения электропроводностираствора на выходе скважины.

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

Список литературы

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

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

еще рефераты
Еще работы по географии