Результат интеллектуальной деятельности: ВИБРАЦИОННЫЙ ПЛОТНОМЕР

Предложение относится к области промысловой геофизики и предназначено для исследований скважинной жидкости.

Известно устройство для измерения вязкости жидкости, которое можно использовать также и для измерения ее плотности, так как между ними существует прямая зависимость.

Вискозиметр, работающий в режиме непрерывных гармонических колебаний, содержит зонд с обратимым электромеханическим преобразователем, квазиуравновешенный мост, схему самовозбуждения и измерительное устройство, причем к диагонали моста, в одно из плеч которого включен обратимый электромеханический преобразователь, подключены вход и выход схемы самовозбуждения, ко входу которой подключено измерительное устройство (авт. свид. СССР №258719, опубл. бюл. 1, 1970 г.).

Основным недостатком устройства является очень большое удаление датчика от преобразователя (до нескольких километров), при этом измеряемая величина - комплексное сопротивление (емкость-индуктивность) датчика - значительно меньше паразитных емкостно-индуктивных связей, компенсировать которую в динамике практически невозможно, это в особенности касается геофизического кабеля, где оплетка геофизического кабеля одновременно является "землей" измерительного моста, что является существенным недостатком. "Земля" измерительного моста является "плавающей" и очень сильно будет зависеть от многих технических параметров: питание прибора и преобразователя, длины измерительной линии, температуры и т.д.

Вторым главным недостатком является то, что измерительно-информационная система является интегрированной, то есть измерительный мост является общим и обязательным звеном для следующих частей целой системы: датчика вискозиметра, схемы самовозбуждения (генератора), измерительного устройства, блока питания, что значительно снижает точность измерения.

Предложенный плотномер решает задачу повышения точности и надежности измерений параметров жидкости в скважинах за счет использования дифференцированной информационно-измерительной системы.

Для чего в вибрационном плотномере, содержащем корпус, устройство возбуждения, резонатор, работающий в режиме непрерывных механических автоколебаний, и измерительную схему, устройство возбуждения выполнено в виде генератора гармонических колебаний и параллельно соединенных с ним электрокатушек с магнитными сердечниками, резонатор выполнен в виде стержня, имеющего механическую резонансную частоту, совпадающую с резонансной частотой генератора, и разделен на две половины, корпус также разделен на две части при помощи герметичной перегородки, приваренной к корпусу, при этом одна часть корпуса с размещенным в нем половиной стержня сообщается с измеряемой средой, в другой герметичной части корпуса конец второй половины стержня расположен между двумя магнитами устройства возбуждения, а измерительная схема содержит магниторезистивный мост, выход которого связан с преобразователем разностного сигнала, причем магниторезистивный мост установлен в зоне действия магнитного потока электрокатушек таким образом, что силовые магнитные поля электрокатушек совпадают с направлением максимальной чувствительности данного моста.

Таким образом, в нашей системе связь осуществляется только через магнитный поток и гальванически полностью разделена. Кроме того, наша информационно-измерительная система является строго дифференцированной и независимой по паразитным параметрам (через источник питания), что важно для точностных характеристик (температура и т.д.).

Устройство состоит: из корпуса 1 с окнами 2, через которые поступает скважинная жидкость на механический резонатор 3, выполненный в виде круглого стержня, укрепленного пластиной 4 в корпусе 1 (заварена по кругу). Свободный конец стержня 3 помещен между двумя магнитами 5 и 6 с электрокатушками 7 и 8, выходы которых подключены параллельно (фиг.1) генератору (Г).

В зоне действия магнитного потока установлен магниторезистивный датчик 9. Датчик 9 представляет собой магниторезистивный мост (фиг.2), выход которого подключен к преобразователю синфазного сигнала (Пр.). При этом датчик 9 установлен таким образом, что силовые магнитные поля электрокатушек 7 и 8 совпадают с направлением максимальной чувствительности магниторезистивного моста.

Вместо магниторезистивного моста можно использовать датчик Холла, индуктивный датчик или дифференциально-трансформаторный датчик с соответствующими им преобразователями.

Устройство работает следующим образом. Для измерения плотности скважинной жидкости устройство помещают в скважину, которая также может быть горизонтальной и наклонной. Контролируемая среда, например скважинная жидкость, поступает в корпус 1 через окна 2 и контактирует со стержнем 3, находящимся в режиме непрерывных механических колебаний, вызываемых катушками 7 и 8 с магнитами 5 и 6 при помощи генератора Г.

Известно, что тип колебаний, способных распространяться в упругой среде, зависит от ее упругих свойств. В среде, подвергающейся лишь деформации сжатия (жидкость, газ), распространяются только продольные волны. Скорость распространения продольной волны определяется из формулы

,

где С - скорость, Е - модуль упругости, ρ - плотность.

Период колебания стержня определяется временем прохождения фронта волны от одного конца стержня до другого и обратно. Поэтому при длине стержня, равной l, основная собственная частота продольных колебаний:

, откуда ρ˜f₀,

где f₀ - частота колебаний.

Это соотношение показывает, что изменение одной из величин влечет пропорциональное изменение других величин, в частности изменение плотности вызывает изменение частоты.

Постоянная частота колебаний стержня-резонатора 3 возбуждается при помощи электромагнитов 5 и 6, настроенных таким образом, что частота возбуждения генератором Г, поданная на электрические катушки 7 и 8, должна совпадать с собственной резонансной частотой резонатора 3. Таким образом, цепь от генератора с помощью 2-х электромагнитов с катушками раскачивает диполь в виде круглого стержня, разделенного пластиной пополам, имеющего характеристику поля с механическими колебаниями.

При попадании вязкой среды на резонатор 3, она гасит его колебания. В зависимости от плотности среды колебания резонатора 3 будут изменяться в прямой зависимости.

При вибрациях (стержня) окружающая его среда тоже приводится в колебательное движение, причем чем больше плотность среды, тем большая масса приводится в движение и тем меньше частота колебаний стержня.

Расположение магниторезистивного моста по его максимальной чувствительности к силовым магнитным полям электрокатушек позволяет контролировать изменения магнитного потока электрокатушек.

Магниторезистивный мост, в свою очередь, соединен с преобразователем сигнала.