§ 5. Измерение температуры в скважинах

Для измерения температуры в действующих и остановленных фонтанных, газлифтных, глубиннонасосных и пьезометрических сква­жинах применяют термометры.

Температура на забое зависит от глубины скважины и различна для различных географических районов. На нефтяных промыслах Татарии, Башкирии и Куйбышева температура на глубине 1900— 2000 м не превышает 40 °С. В отдельных районах Азербайджана, Грозного и Краснодара на глубине 3000—4000 м она составляет 150—170 °С, а в некоторых местах и 200 °С. Таким образом, для различных районов и различных технологических целей необходи­мы скважинные термометры с верхним пределом измерения 60; 100; 150; 200 и 250 °С.

По принципу действия термометры разделены на две группы: с местной регистрацией и дистанционные. С местной регистрацией выпускают манометрические и биметаллические термометры, а дис­танционные (электрические термометры сопротивления)— с метал­лическим или полупроводниковым резистором.

Манометрический термометр состоит из термобаллона, мано­метрической пружины, часового механизма с регистрирующим устройством и узла подвески.

Скважинный манометрический термометр (рис. 6.5) состоит из манометрического конденсационного термометра с использованием в качестве термобаллона змеевика 2 и преобразователя—геликсной пружины 4, соединенных каналом в переводнике 3. Свободный конец геликсной пружины запаян и соединен с осью, проходящей через переводник 5. На оси закреплено устройство 6 с пером 7, записы­вающее линию, длина которой пропорциональна углу раскручивания (а следовательно, и измеренной температуре), на диаграммном блан­ке, закрепленном в барабане 8. Барабан с помощью ходового винта 9, получающего вращение от часового механизма 11 через редуктор 10, перемещается поступательно. Таким образом, на диаграммном бланке получается запись изменения температуры во времени. Тем­пературу по записи на диаграммном бланке определяют измерением ординаты интересующей точки с использованием поверочной табли­цы, приведенной в паспорте прибора. Характеристика прибора, так же как и глубинного геликсного манометра, нелинейна, поэтому при определении значения температуры приходится пользоваться интер­поляционной формулой. Конструкции механизмов регистрации манометрических термометров и манометров МГН-2 унифицированы. Прибор опускают в скважину на проволоке, которая крепится в го­ловке 1.

Термометр имеет пределы измерения 60; 100; 140; 180; 220 и 250 °С. Основная приведенная погрешность измерения ±1 %, инер­ционность 5 мин, рабочее давление до 100 МПа, диаметр прибора 32 мм, длина 1200 мм.

ВНИИКАнефтегазом разработан манометрический термометр компенсационного типа с силовой компенсацией. Применение прин­ципа силовой компенсации обеспечило повышение точности и сниже­ние тепловой инерции прибора.

Прибор имеет пределы измерения 20—100°С. Основная погреш­ность 0,3—0,5 % от предела измерения. Диаметр 36 мм, длина 2200 мм.

Скважинный биметаллический термометр (рис. 6.6) состоит из термочувствительного элемента с пером, угла каретки, уплотнительной муфты, часового механизма и узла подвески. Термобиметалличе­ская пластина 12, свернутая в цилиндрическую спираль, одним кон­цом крепится к корпусу 13. Свободный конец ее втулкой 10 скреп­лен с осью 5, на которой закреплен держатель с пером 4. В корпусе прибора сделаны прорези 11 для того, чтобы окружающая измеряе­мая среда имела непосредственный контакт с термочувствительным элементом. Ось уплотнена в корпусе сальниковыми устройствами 7 и 8. На оси 5 закреплена упорная втулка 9, препятствующая вдав­ливанию оси внешним давлением в герметичную камеру механизма регистрации. При изменении температуры термобиметаллическая пластина 12 раскручивается и поворачивает ось 5 на угол, пропор­циональный измеряемому параметру. Закрепленное на оси корун­довое перо чертит на диаграммном бланке, изготовленном из алю­миниевой фольги, линию, ордината точек которой пропорциональна измеряемой температуре. Бланк вставлен в каретку 6, перемещае­мую поступательно ходовым винтом 3, вращение которому от часо­вого механизма 1 передается через зубчатую муфту 2. Таким обра­зом, на диаграммном бланке получается запись изменения температуры во времени.

Скважинные биметаллические термометры рассчитаны на преде­лы измерения 20—150°С, погрешность их составляет ±1°С, чувствительность 0,5 °С, масштаб записи температуры 2,3 °С в 1 мм, времени—10 мин в 1 мм, предельное давление окружающей среды до 40 МПа. Наружный диаметр 35 мм, длина 1000 мм.

Дистанционные термометры представляют собой электрические термометры сопротивления, опускаемые в скважину на трехжильном каротажном кабеле. Применяют их при геофизических исследова­ниях. Измерительная схема такого прибора состоит из моста со­противлений, все плечи которого смонтированы в глубинном снаряде. Дистанционный термометр ТЭГ показан на рис. 6.7. Температуру определяют по изменению частоты RC-генератора, имеющего в цепи RC два термочув­ствительных резистора Rt и две термостатированные емкости С. В термометре ТЭГ-36 резисторы выполнены из медного провода, вследствие чего характеристика их близка к линейной. Изменение температуры окру­жающей среды приводит к изменению сопро­тивлений резисторов, вследствие чего изменя­ется частота колебаний тока генератора. Пе­ременный ток с выхода генератора 1 по трех­жильному кабелю поступает на вход частото­мера 2, находящегося на поверхности. Вы­ходное напряжение частотомера пропорцио­нально частоте поступающего на его вход переменного тока, а следовательно, и значе­нию измеряемой температуры. Напряжение на выходе частотомера измеряется либо вольтметром 3, либо регистрирующим прибо­ром каротажной станции. Пределы измерения температур устанавливаются потенциометром 4. Питание глубинного снаряда осуществля­ется от стабилизированного источника с на­пряжением 250 В через балластное сопротив­ление Rб.

Д

ля калибровки ТЭГ-36 дополнительно снабжен поверхностным калибратором, пред­ставляющим собой RС-генератор с двумя фиксированными периода­ми автоколебании, соответствующими температурам 20 и 100°С. Этот термометр изготавливают с пределом измерения температуры 150°С. Тепловая инерция составляет 2 с, диаметр прибора 360 мм, длина 2000 мм.