Скважинные термометры. Устройство, принцип действия.

Характерной особенностью градиент-термометра является то, что идентичные во всех отношениях термочувствительные плечи моста помещаются на некотором определенном расстоянии друг от друга. Особенность же аномалий-термометра — большая разница в тепловой инерционности датчиков (термочувствительных элементов). Если градиент-термометр отмечает разность температур между термочувствительными элементами, то аномалий-термометр — отклонения температур от среднего значения (т е. аномалии температуры), так как датчик с большой тепловой инерцией не успевает воспринять местное (аномальное) изменение температуры.
В настоящее время возрос интерес к дифференциальным методам измерения температуры в скважинах, так как по сравнению с обычными термометрами дифференциальные из-за высокой чувствительности имеют дополнительные методические возможности, позволяющие успешно решать многие нефтепромысловые задачи. Однако нельзя не учитывать и методические погрешности, пренебрежение которыми может привести к ошибочной интерпретации результата исследования. Методическая погрешность дифференциальных термометров заключается в том, что их показания зависят не только от разности температур между термочувствительными элементами, но и от абсолютного значения температуры одного из плеч, и может достигать величин, соразмерных с величиной основной полезной информации. Кроме того, аномалий-термометры имеют еще одну методическую погрешность, обусловленную тем, что температура инерционного плеча в момент измерения зависит от скорости движения прибора и теплофизических свойств жидкости в скважине, количественная оценка которых очень трудоемка и приближенна.
Среди термометров на одножильном кабеле наибольшее распространение получили частотные термометры на LC-генераторах с конденсатором с повышенным температурным коэффициентом (ТКЕ) в колебательном контуре. Интерес к этим термометрам объясняется тем, что, во-первых, у них в отличие от термометров сопротивления (без частотных преобразователей) практически отсутствует влияние канала связи на результаты измерений и, во-вторых, по сравнению с частотными термометрами на RС-генераторах они имеют повышенную чувствительность.
Эти термометры в преобладающем большинстве построены по следующей структурной схеме: в скважинном приборе размещаются измерительный и опорный LC-генераторы, смеситель, усилитель низкой частоты; во вторичном приборе — блок питания скважинного прибора, нагрузка для выделения частотного сигнала, поступающего из скважинного прибора, и усилитель-формирователь измерительного сигнала. В колебательный контур измерительного генератора включен термочувствительный конденсатор. Сигнал измерительного генератора f1 в смесителе смешивается с сигналом опорного генератора f2, где выделяется разностная частота f=f1 — f2. Введение второго генератора обусловлено возможностью передачи по кабелю более низкой частоты и снижением погрешности измерения за счет взаимокомпенсации температурных изменений величин элементов, находящихся в контурах обоих генераторов. Сигнал разностной частоты, снимаемый со смесителя, усиливается усилителем низкой частоты до необходимой величины и через одножильный кабель поступает на вход вторичного прибора.
Таким образом, измерительная информация в этих термометрах в принципе формируется полностью в скважинном приборе. Однако они проводят сложную по своей структуре систему измерений. Выходной измерительный сигнал является функцией многих факторов, влияющих на работу как измерительного, так и опорного генератора. Особенностью приборов является и то, что все элементы генератора находятся в защитном корпусе скважинного прибора, а термочувствительный датчик вынесен отдельно и размещен в тонкой медной трубке. Это значит, что элементы генераторов и термочувствительный датчик имеют различную тепловую инерционность.
Для выявления степени влияния основных факторов на выходной параметр прибора проведена их экспериментальная оценка. В специально оборудованном термостате снимались температурные характеристики каждого генератора в отдельности. При этом в измерительном генераторе термочувствительный конденсатор был заменен конденсатором постоянной емкости, равной емкости опорного генератора. Для измерения использовался цифровой частотомер Ф-552.
Результаты эксперимента показывают, что частоты генераторов меняются при изменении температуры в больших пределах. Приращения их различны, что объясняется температурными изменениями контуров и других элементов генераторов, Графически изменения частоты генератора в зависимости от температуры (а) и градуировочная кривая прибора (б) приведены на рис. 1.
По полученным результатам можно отметить следующее:
— температурные изменения частоты генераторов в отдельности соразмерны с основной характеристикой прибора;
— чем больше отличаются приращения частот отдельных генераторов от температуры, тем большей становится погрешность измерения.