Метрологическая установка для одновременной калибровки каналов температуры и давления комплексной скважинной аппаратуры

Метрологическая установка для одновременной калибровки каналов температуры и давления комплексной скважинной аппаратуры

Реферат

Устройство относится к области метрологического обеспечения геофизической комплексной скважинной аппаратуры.

Известны поверочные установки типа «Топаз-1T» и «Топаз-1М» для поверки одиночных скважинных термометров и манометров соответственно, на которых калибровка каждого канала комплексного скважинного прибора, содержащего канал температуры и канал давления, производится последовательно (Дембицкий С.И. Оценка и контроль качества геофизических измерений в скважине. М., Недра, 1991, с.48-50).

В связи со значительным увеличением парка комплексной скважинной аппаратуры возникает необходимость в поверочных установках, позволяющих одновременную калибровку каналов аппаратуры. Имеется патент №2215998 от 09.10.2002 г. «Калибровочная установка для поверки скважинных термометров-манометров», предназначенная для одновременной калибровки каналов температуры и давления и являющаяся прототипом настоящего изобретения. Данная калибровочная установка удовлетворяет требованиям одновременной калибровки каналов, но ее температурный диапазон от 10-15 до 95°С не обеспечивает современных потребностей в калибровке аппаратуры, работающей в газовых скважинах - с более низкой температурой, в глубоких нефтяных скважинах - с температурой до 150°С.

Требуемая температура 150°С в данной установке не может быть достигнута, т.к. термокамера выполнена в виде открытой (негерметичной) емкости, а нагреватели установлены в этой же емкости параллельно скважинным приборам и при температуре от 80°С для масла и от 100°С для воды в емкости начинается процесс кипения (образование и отделение пузырей от нагревателей), ведущий к нарушению однородности температурного поля в зоне измерений и нарушению достоверности замеров в области пузыря, масло начинает «гореть», выделяя едкий дым. Дальнейшее повышение температуры для воды физически не может быть достигнуто (выше температуры кипения), для масла - по выше перечисленным причинам. Нижний предел температуры в камере обусловлен температурой окружающей среды (10-20°С), т.к. в данной установке нет охладителя.

Принцип установки эталонных термометров к каждому калибруемому прибору применен в данной установке только потому, что термокамера выполнена в виде открытого сосуда без принудительного перемешивания жидкости, соответственно - не может быть достигнута равномерность температурного поля, позволяющая с заданной погрешностью производить замер температуры жидкости одним эталонным термометром. Но установка эталонных термометров к каждому калибруемому прибору усложняет процесс снятия характеристик, конструкцию установки, вносит дополнительную погрешность при повторных прогревах и увеличивает затраты на приобретение и периодическую поверку всех эталонных термометров.

Задачей настоящего изобретения является:

- расширение диапазона температур метрологической установки для одновременной калибровки каналов температуры и давления от 5 до 150°С за счет применения герметичной термокамеры и использования принципа достижения высокой температуры до 150°С путем создания в ней давления перегретого водяного пара до 0,3 МПа, температуры 5°С - за счет применения холодильного агрегата;

- обеспечение стабильности показаний при повторных прогревах и упрощение процесса снятия характеристик за счет применения одного эталонного термометра;

- повышение точности воспроизводимых температур за счет активного перемешивания теплоносителя циркуляционным насосом и теплоизоляции корпуса термокамеры;

- повышение экологичности за счет циркуляции воды в установке по замкнутому циклу (без слива в окружающую среду), т.к. холодильный агрегат позволяет быстро охлаждать воду и снова подавать ее в камеру.

Представленная метрологическая установка для одновременной калибровки каналов температуры и давления комплексной скважинной аппаратуры содержит герметичную термокамеру кольцевого типа с теплоизоляцией, нагреватели, эталонный термометр с встроенным регулятором температуры, циркуляционный насос с регулятором производительности, фланец с кареткой, грузопоршневой манометр с трубками подачи высокого давления, запорную арматуру с насосом для заполнения термокамеры, бак-охладитель с холодильным агрегатом и бак для слива воды из термокамеры, блок управления эталонным термометром, программно-управляемые блоки питания калибруемых скважинных приборов.

Корпус термокамеры выполнен из нержавеющей стали и обернут теплоизоляционным материалом, что позволяет производить калибровку при естественном дрейфе температуры.

Давление пара в герметичной термокамере может достигать 0,3 МПа, что позволяет нагревать воду до температуры 150°С.

В верхней полости термокамеры находится поверочная зона, где установлены эталонный термометр и калибруемые приборы. Эталонный термометр располагается в непосредственной близости от датчиков температуры калибруемых скважинных приборов, чем обеспечивается одинаковая скорость прогрева эталонного термометра и термодатчиков калибруемых скважинных приборов.

В нижней полости камеры расположены на максимально возможном удалении от поверочной зоны управляемые нагревательные элементы, а на входе в поверочную зону установлен циркуляционный насос с регулятором производительности, что позволяет нагревать воду в нижней полости, затем подавать ее к калибруемым приборам и обеспечивать ее постоянную циркуляцию, тем самым значительно повышая равномерность температурного поля теплоносителя; наличие управляемых нагревательных элементов позволяет осуществлять автоматический подогрев воды; наличие регулятора производительности циркуляционного насоса позволяет проверять работоспособность и термостабильность скважинных расходомеров и выбирать оптимальные режимы циркуляции.

Для облегчения заправки скважинных приборов в термокамеру применяется быстросъемный фланец с кареткой. Эталонный термометр установлен в термокамере на каретке между калибруемых скважинных приборов.

В представленной установке применен один эталонный манометр вместо эталонного манометра и электрической помпы, примененных в прототипе, который одновременно обеспечивает подвод высокого давления по трубкам непосредственно к каналам манометров приборов и фиксирует величину этого давления.

Данные от блока управления эталонным термометром с встроенным регулятором температуры от эталонного манометра и от программно-управляемых блоков питания калибрируемых скважинных приборов поступают на компьютер, который обеспечивает сбор и обсчет данных калибровки.

На чертеже представлена блок-схема метрологической установки для одновременной калибровки каналов температуры и давления комплексной скважинной аппаратуры.

Установка содержит:

- термокамеру 1 с эталонным датчиком температуры 2 и управляемыми нагревателями 3, циркуляционный насос 4 с регулятором производительности,

- блок запорной арматуры 5 с баками для заполнения термокамеры охлажденной жидкостью из бака с холодильным агрегатом 6 и слива горячей жидкости из термокамеры в бак 7, связанные с термокамерой соответствующими трубопроводами,

- насос 8 для заполнения термокамеры и перекачки жидкости из бака 7 в бак 6,

- грузопоршневой манометр 9 для подачи высокого давления в измерительные полости калибруемых скважинных приборов 11,

- блок управления 12 осуществляет управление нагревателями,

- программно-управляемые блоки питания 13 позволяют по USB порту передавать данные с калибруемых скважинных приборов на компьютер 14 с программой регистрации и калибровки данных.

Работа метрологической установки для одновременной калибровки каналов температуры и давления комплексной скважинной аппаратуры осуществляется в три этапа.

На первом этапе

Калибруемые скважинные приборы 11 фиксируются в быстросъемном фланце 15. Подвижная каретка 16 устанавливается на защитные кожухи калибруемых приборов.

К приемным окнам скважинных приборов 11 посредством трубок подачи высокого давления подключается магистраль высокого давления. Эталонный термометр 2 фиксируется на каретке напротив термодатчиков геофизических скважинных приборов 11. Подготовленный таким образом весь комплект калибруемых скважинных приборов 9 устанавливается в термокамеру 1. Фланец 15 закрывает термокамеру 1 и фиксируется разъемным стопорным кольцом. Грузопоршневой манометр 9 подключается к магистрали высокого давления. Калибруемые приборы подключаются к блокам питания 13 и к компьютеру 14. Включаются вентили блока запорной арматуры 5 и насос 8 подает жидкость в термокамеру из бака 6, в котором вода заранее охлаждается до температуры 3°С.

На втором этапе

Блоком управления 12 устанавливается температура испытания. Включаются нагреватели жидкости 3. Нагрев идет до заданной температуры. В процессе нагрева компьютер запрашивает параметры жидкости и при достижении реперных точек (например, 5, 20, 40°С и т.д.) подает команду оператору. Оператор устанавливает давление грузопоршневым манометром 9, при подаче команды на проведение калибровки производится запись результатов калибровки. После записи всего диапазона давлений на данной температурной точке при помощи блока управления 12 выставляется следующая рекомендованная температура. Полученные данные от эталонного термометра 11 и термодатчиков калибруемых приборов сопоставляются между собой на каждой из реперной точек. Программа сравнивает показания эталонного манометра 9 с показаниями датчиков давления калибруемых скважинных приборов 9. После завершения этапа калибровки компьютером 14 производится обработка получаемой информации с автоматической выдачей протоколов калибровки.

На третьем этапе

После завершения процесса калибровки нагретую воду через вентили блока запорной арматуры 5 сливают в бак 7. Для охлаждения приборов и термокамеры допускается вытеснение горячей воды холодной из бака 6. Вода из бака 7 при необходимости перекачивается в бак 6, где охлаждается до требуемой температуры. При охлаждении калибруемых приборов ниже 40°С их извлекают из термокамеры в обратной последовательности, описанной на первом этапе.

Метрологическая установка для одновременной калибровки каналов температуры и давления комплексной скважинной аппаратуры, содержащая термокамеру, управляемые нагреватели, эталонный термометр и эталонный манометр, отличающаяся тем, что содержит наполненную водой герметичную термокамеру, выполненную с возможностью достижения высокой температуры до 150°С путем создания давления перегретого водяного пара до 0,3 МПа, при этом корпус термокамеры выполнен из нержавеющей стали с теплоизоляцией снаружи, эталонный термометр расположен в поверочной зоне термокамеры, находящейся в ее верхней полости, в непосредственной близости от датчиков термометров калибруемых скважинных приборов, при этом постоянная времени прогрева эталонного термометра равна постоянной времени прогрева термодатчиков калибруемых скважинных приборов, управляемые нагреватели находятся в нижней части кольцевой термокамеры на максимально возможном удалении от зоны измерения температуры, эталонный манометр обеспечивает подвод высокого давления по трубкам непосредственно к каналам манометров скважинных приборов, кроме того, установка содержит холодильный агрегат для получения температуры воды ниже 5°С, быстросъемный фланец с кареткой, обеспечивающий легкость установки приборов в термокамеру, циркуляционный насос с регулируемой производительностью, два бака для многократного использования в технологическом процессе воды по замкнутому циклу, блок управления эталонным термометром, программно-управляемые блоки питания калибруемых скважинных приборов.