Анализ методов решения проблем измерений температуры в скважине.

Для анализа научных методов и устройств измерения температуры (термометрии) в скважине был произведён патентный поиск на интернет портале www1.fips.ru. Поиск по ключевым словам «измерение температуры в скважине» выявил наличие десяти патентов на различные способы и устройства по измерению температуры в скважине общим охватом по времени от 1991 до 2015 год. Поиск по ключевым словам «термометрия в скважине» выявил наличие двух патентов от 2002 и 2016 годов. Поиск по ключевым словам «оптоволокно, температура, волновод, скважина» как в отдельности, так и в комбинациях слов, не выявил каких-либо зарегистрированных разработок.

Приведём краткое описание каждого из указанных 12 патентов.

1. Патент под номером 2087703 от 20.08.1997 года. Автор: Кузнецов А.И. Патентообладатель: научно-техническое общество с ограниченной ответственностью «Волго-уральский геоэлектрический центр». [4]Сущность изобретения: способ измерения температуры в скважине содержит создание теплового потока и определение температуры по меньшей мере в одном пункте, расположенном по вертикали на расстоянии выше и/или ниже от пункта создания теплового потока по расплавлению плавких материалов с различной температурой плавления, размещенных с возможностью самопроизвольного удаления при расплавлении. Часть плавкого материала размещают в контакте со средой, температуру которой измеряют, а часть - вне контакта. Часть плавкого материала, размещенного вне контакта со средой механически закрепляют. Температуру в пункте создания теплового потока принимают соответствующей техническим условиям на сжигаемый материал. В изобретении решается задача повышения точности и надежности измерения высоких температур в скважине. Задача решается тем, что в способе измерения температуры в скважине, включающем создание в скважине теплового потока и определение температуры по меньшей мере в одном пункте, расположенном на расстоянии по вертикали выше и/или ниже от пункта создания теплового потока, по расплавлению плавких материалов с различной температурой плавления размещенных с возможностью самопроизвольного удаления при расплавлении, согласно изобретению часть плавкого материала размещают в контакте со средой, температуру которой измеряют, а часть вне контакта с последней, при этом часть плавкого материала, размещенного вне контакта со средой, температуру которой измеряют, механически закрепляют, а температуру в пункте создания теплового потока принимают соответствующей техническим условиям на сжигаемый материал.

2. Патент под номером 1663452 от 15.07.1991 года. Авторы: Беляков О.С., Сальман А.Г. Реферат. Изобретение относится к устройствам для измерения неэлектрических величин, в частности температуры в скважине, путём преобразования измеряемой величины в длительность импульса и позволяет производить непрерывное эталонирование в процессе измерения. Это повышает точность и достоверность измерения температуры в скважине. Формула изобретения. Устройство для измерения температуры в скважине, содержащее RC- генератор с включённым в частотно-задающую цепь и последовательно соединёнными терморезистором и эталонным резистором, подключённый к регистратору, отличающееся тем, что с целью повышения точности измерения в него введён диод, подключённый параллельно термомрезистору, а регистратор выполнен в виде селектора импульсов, двух измерителей длительности импульсов и последовательно соединённых сумматора, перемножителя и индикатора, при этом выходы селектора импульсов через соответствующие измерители длительности импульсов подключены к соответствующим входам сумматора.

3. Патент под номером 2096609 от 20.11.1997 года. Авторы: Коловертнов Г.Ю., Краснов А.Н., Коловертнов Ю.Д., Дамрин Е.С., Фёдоров В.Н. Патентообладатель: Уфимский государственный нефтяной технический университет. Реферат: Использование: для измерения геофизических параметров в скважине в нефтяной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине и устройство для его осуществления содержат подачу тока от двухполярного источника на двуплечий - тензомостовой датчик и измерение напряжений, по которым определяют температуру и давление с помощью математических выражений с учетом коэффициентов пропорциональности этих параметров. Выводы источника тока соединены трехпроводной линией связи с тремя входами аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к микропроцессорному блоку. При подаче положительного импульса тока измеряется напряжение между первым (верхним) проводом линии связи, питающим плечо тензомостового датчика, и средним потенциальным и между третьим (нижним) проводом линии связи и потенциальным средним, а при подаче отрицательного импульса на плечо тензомоста измеряется напряжение между потенциальным третьим или нижним проводом и питающим средним. Формула изобретения. 1. Способ измерения давления и температуры в скважине одним датчиком, включающий подачу тока на датчик и измерение напряжений, по которым определяют значения измеряемых параметров, отличающийся тем, что при подаче положительного импульса тока измеряют напряжение между одним, питающим двуплечий тензомостовой датчик, проводом (верхним) и потенциальным (средним) U₁ и между другим, питающим двуплечий тензомостовой датчик, проводом (нижним) и потенциальным (средним) U₂, а при подаче отрицательного импульса тока на плечо тензомоста измеряют напряжение между потенциальным (нижним) и питающим проводом (средним). 2. Устройство для измерения давления и температуры в скважине одним датчиком, содержащее тензопреобразователь давления, линию связи, источник тока, отличающееся тем, что выводы источника тока соединены с тремя входами многоканального аналого-цифрового преобразователя, причем первый вывод источника тока соединен непосредственно с первым входом многоканального аналого-цифрового преобразователя, а через первый провод линии связи с первым плечом двуплечего тензомоста, а второй вывод источника тока одним концом соединен через "плюс" первого диода с вторым входом многоканального аналого-цифрового преобразователя и через третий провод линии связи с другим плечом двуплечего тензомоста, а другим концом через "минус" второго диода с третьим входом многоканального аналого-цифрового преобразователя и через второй провод линии связи с общей точкой плеч двуплечего тензомоста, выход многоканального аналого-цифрового преобразователя подключен к микропроцессорному блоку.

4. Патент под номером 2538014 от 10.01.2015 года. Авторы: Есауленко В.Н., Обухов А.С., Шевченко М.А., Шкодин В.С.. Патентообладатель: ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет». Реферат: Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к устройствам для измерения температуры бурового раствора в процессе бурения. Техническим результатом является повышение надежности устройства и усовершенствование его конструкции. Устройство содержит механическую колебательную систему с укрепленными на ней постоянными магнитами и преобразователь механических колебаний в электрические. Механическая колебательная система выполнена в виде цилиндрической биметаллической спирали, один конец которой жестко закреплен, а второй - свободен, а преобразователь механических колебаний в электрические выполнен в виде системы взаимодействующих электромагнитных полей постоянных магнитов, жестко закрепленных на цилиндрической биметаллической спирали, и катушек привода и съема колебаний, обеспечивающих поперечные колебания цилиндрической биметаллической спирали. Формула изобретения. Устройство для измерения температуры в скважине, содержащее механическую колебательную систему с укрепленными на ней постоянными магнитами и преобразователь механических колебаний в электрические, отличающееся тем, что механическая колебательная система выполнена в виде цилиндрической биметаллической спирали, один конец которой жестко закреплен, а второй - свободен, а преобразователь механических колебаний в электрические выполнен в виде системы взаимодействующих электромагнитных полей постоянных магнитов, жестко закрепленных на цилиндрической биметаллической спирали, и катушек привода и съема колебаний, обеспечивающих поперечн ые колебания цилиндрической биметаллической спирали.

5. Патент под номером 2381361 от 10.02.2010 года. Авторы: Есауленко В.Н., Есауленко Н.В., Некульшин И.В. Патентообладатель: ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет». Реферат. Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к бурению скважин, и в частности к геофизическим исследованиям, и предназначено для измерения температуры в скважинах в процессе бурения. Устройство для измерения температуры в скважине содержит корпус, струйный генератор с системой сопел, поверхность, панель, коммутационные каналы, приемную емкость, источник энергии, управляемый дроссель, сильфон и управляющий шток гидроусилителя, связанного с каналом связи. Источник энергии выполнен в виде баллона со сжатым газом. Приемное сопло струйного генератора установлено в панели с зазором, выполнено гибким и снабжено жестко закрепленной на нем биметаллической пластиной. Один конец биметаллической пластины жестко закреплен в панели, а другой свободен и способен перемещаться. Техническим результатом решения задачи является повышение точности и надежности измерения температуры в скважине в процессе бурения. Формула изобретения. Устройство для измерения температуры в скважине, содержащее корпус, струйный генератор с системой сопел, поверхность, панель, коммутационные каналы, приемную емкость, источник энергии в виде баллона со сжатым газом, управляемый дроссель, сильфон и управляющий шток гидроусилителя, связанного с каналом связи, отличающееся тем, что приемное сопло струйного генератора установлено в панели с зазором, выполнено гибким и снабжено жестко закрепленной на нем биметаллической пластиной, один конец которой жестко закреплен в панели, а другой свободен и способен перемещаться.

6. Патент под номером 2151285 от 20.06.2000 года. Авторы: Будников В.Ф., Агеев Ю.М. Патентообладатель: предприятие «Кубаньгазпром». Реферат: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в телеметрии при изменяющемся сопротивлении электросвязи. Задачей изобретения является упрощение измерительной схемы и повышение точности измерения температуры. Для этого устройство содержит источник импульсов тока, одножильный кабель, стабилитрон, термостабильный резистор и датчик температуры. Причем в качестве датчика температуры используется микросхемный датчик температуры, а источник импульсов тока выполнен в виде формирователя чередующихся однополярных двух импульсов тока с фиксированными амплитудами. Амплитуда первого импульса тока равна или близка по величине минимальному рабочему току стабилитрона, амплитудa второго - минимальному рабочему току микросхемного датчика температуры. Микросхемный датчик температуры соединен первым выводом с одноименным первым выводом стабилитрона, а вторым выводом - с первым выводом термостабильного резистора. Другой вывод резистора соединен со вторым одноименным выводом стабилитрона. Формула изобретения. 1. Устройство для измерения температуры в скважине, содержащее источник импульсов тока, к которому посредством линии связи подключены выводы стабилитрона, датчика температуры и термостабильного резистора, отличающееся тем, что оно снабжено вольтметром с высокоомным входом, линия связи выполнена двухпроводной, в качестве датчика температуры используется микросхемный датчик, а источник импульсов тока выполнен в виде формирователя чередующихся однополярных импульсов тока с фиксированными амплитудами, причем микросхемный датчик температуры соединен первым выводом с одноименным первым выводом стабилитрона, а вторым выводом - с первым выводом термостабильного резистора, другой вывод которого соединен с вторым одноименным выводом стабилитрона. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник импульсов тока формирует два однополярных импульса тока, амплитуда первого из которых равна или близка по величине минимальному рабочему току стабилитрона, а амплитуда второго - минимальному рабочему току микросхемного датчика температуры. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник импульсов тока формирует три однополярных импульса тока, амплитуда первого из которых равна или близка по величине минимальному рабочему тока стабилитрона, второго - максимальному рабочему тока стабилитрона, третьего - минимальному рабочему току микросхемного датчика температуры. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник импульсов тока формирует три однополярных импульса тока, амплитуда первого из которых равна или близка по величине минимальному рабочему току стабилитрона, второго - минимальному рабочему току микросхемного датчика температуры, третьего - максимальному рабочему току микросхемного датчика температуры.

7. Патент под номером 2149993 от 27.05.2000 года. Авторы: Коловертнов Ю.Д., Ишинбаев Н.А., Загитов М.Ф. и др. Патентообладатель: Уфимский государственный технический университет, производственное объединение «Уренгойгазпром». Реферат: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения геофизических параметров в скважине. Изобретение решает задачу расширения функциональных возможностей устройства. Для этого устройство содержит двуплечий преобразователь давления с тензорезисторами, линию связи, источник тока, многока нальный аналого-цифровой преобразователь, подключенный к микропроцессорному блоку. Причем первый вывод источника тока соединен непосредственно с первым входом многоканального аналого-цифрового преобразователя, а через первый провод линии связи - с первым плечом двуплечего тензомоста, а второй вывод источника тока одним концом соединен через токоограничивающий резистор и "плюс" первого диода со вторым входом многоканального аналого-цифрового преобразователя и через второй провод линии связи - с общей точкой плеч двуплечего тензомоста, а другим концом через "минус" второго диода - с третьим входом многоканального аналого-цифрового преобразователя и через третий провод линии связи - со вторым плечом двуплечего тензомоста. Дополнительно устройство снабжено малоинерционным терморезистором, включенным параллельно с дросселем и подключенным одним выводом к четвертому проводу линии связи (броне геофизического кабеля), а другим выводом к общей точке плеч двуплечего тензомоста. К первому выводу источника тока подключен двухпозиционный ключ, соединяющий в положении 1 источник тока через первый провод линии связи с первым плечом двуплечего тензомоста, а в положении 2 - источник тока через четвертый провод линии связи (броню геофизического кабеля) с выводом малоинерционнного терморезистора. Формула изобретения. Устройство для измерения давления и температуры в скважине, содержащее преобразователь давления, четырехпроводную линию связи, источник тока, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, подключенный к микропроцессорному блоку, причем первый вывод источника тока соединен непосредственно с первым входом многоканального аналого-цифрового преобразователя, а через первый провод линии связи - с первым плечом двуплечего тензомоста, а второй вывод источника тока одним концом соединен через "плюс" первого диода со вторым входом многоканального аналого-цифрового преобразователя и через второй провод линии связи - с общей точкой плеч двуплечего тензомоста, а другим концом через "минус" второго диода - с третьим входом многоканального аналого-цифрового преобразователя и через третий провод линии связи - со вторым плечом двуплечего тензомоста, отличающееся тем, что оно снабжено малоинерционным терморезистором, включенным параллельно с дросселем и подключенным одним выводом к четвертому проводу линии связи, а другим выводом к общей точке плеч двуплечего тензомоста, а к первому выводу источника тока подключен двухпозиционный ключ, соединяющий в положении 1 источник тока через первый провод линии связи с первым плечом двуплечего тензомоста, а в положении 2 - источник тока через четвертый провод линии связи с выводом малоинерционного терморезистора, для компенсации сопротивления плеча тензомостового датчика при смене направления тока в цепь первого диода последовательно включен токоограничающий резистор.

8. Патент под номером 2118802 от 10.09.1998 года. Авторы: Коловертнов Ю.Д., Дамрин Е.С., Коловертнов Г.Ю. и др. Патентнообладатель: Уфимский государственный нефтяной технический университет. Реферат: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения геофизических параметров в скважине, преобразуемых в изменение активного сопротивления резистивного датчика с использованием четырехпроводной линии связи. Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком включает подачу тока на диагональ питания тензомоста и измерение напряжения на измерительной диагонали. При смене направления тока питания тензомоста совмещают питающую и измерительную диагонали. Измеряют второе напряжение. Значение давления и температуры определяют расчетным путем. Устройство для дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком содержит тензомост, четырехпроводную линию связи, источник тока, измерительно-вычислительное устройство. Источник тока выполнен двухполярным. Введены две развязывающие диодные цепочки. Диодные цепочки подключены одними выводами к источнику тока, а другими выводами - параллельно тензорезисторам. Тензористоры включены в противоположные плечи тензомоста. Измерительно-вычислительное устройство подключено к измерительной диагонали тензомоста. Достигается повышение точности измерения и упрощение устройства благодаря исключению нелинейных ключевых элементов из измерительной цепи и устранению внесения сопротивления проводов линий связи. Формула изобретения. 1. Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком, включающий подачу тока на диагональ питания тензомоста и измерение напряжения на измерительной диагонали тензомоста U₁, отличающийся тем, что при смене направления тока питания тензомоста совмещают питающую и измерительную диагонали и измеряют напряжение U₂, а значение давления и температуры определяют из соотношений. 2. Устройство для дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком, содержащее тензопреобразователь давления (тензомост), четырехпроводную линию связи, источник тока, измерительно-вычислительное устройство, отличающееся тем, что источник тока вы полнен двухполярным, введены две развязывающие диодные цепочки, каждая из которых подключена одними выводами к упомянутому источнику тока, а другими двумя выводами - параллельно тензорезисторам, включенным в противоположные плечи тензомоста, измерительно-вычислительное устройство подключено к измерительной диагонали тензомоста.

9. Патент под номером 2326239 от 10.06.2008 года. Авторы: Фёдоров Л. Н., Ермаков С.А., Ващенко Д.С. и др. Патентообладатель: Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН. Реферат: Изобретение относится к горному делу, а именно к буровой технике, и предназначено для исследования оптимальных параметров режима бурения по критерию нагрева зоны контакта инструмента с породой. Техническим результатом изобретения является установление оптимальных параметров режима бурения по температуре зоны контакта инструмента с породой на стенде. Для этого образец породы вращают при неподвижном инструменте. ИК-излучение направляют к приемнику с помощью световода, который размещают в продольном пазу инструмента и соединяют с приемником ИК-излучений. Затем его преобразуют в аналоговый сигнал, усиливают и подают на регистрирующее устройство. Кроме того, из внутренней полости инструмента подают холодную воду в продольный канал, для уменьшения помех от дополнительного ИК-излучения нагретых стенок световода путем его охлаждения. При этом рабочий торец световода изолируют от полости канала с водой герметизатором. Формула изобретения. Бесконтактный способ измерения температуры контакта породоразрушающего инструмента с забоем скважины при экспериментальном бурении, включающий прием, преобразование ИК-излучения зоны контакта инструмента с породой в аналоговый электрический сигнал, его усиление и регистрацию устройством, состоящим из приемника ИК-излучений, аналого-цифрового преобразователя и прибора регистрации, отличающийся тем, что ИК-излучение от зоны контакта инструмента с породой передают приемнику с помощью световода, который монтируют в продольном цилиндрическом канале инструмента, а образец породы вращают при неподвижном инструменте, при этом в продольный канал инструмента из его внутренней полости для охлаждения световода подают холодную воду, а призабойную зону распространения ИК-излучения изолируют от полости канала с водой.

10. Патент под номером 2326240 от 10.06.2008 года. Авторы: Фёдоров Л.Н., Ермаков С.А. Ващенко Д.С. и др. Патентообладатель: Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН. Реферат: Изобретение относится к горному делу, а именно к буровой технике, и предназначено для исследования оптимальных параметров режима бурения по критерию нагрева зоны контакта инструмента с породой. Техническим результатом изобретения является установление оптимальных параметров режима бурения по температуре зоны контакта инструмента с породой на стенде. Для этого устройство включает установленный на валу бурового станка кернодержатель с образцом породы в виде керна, термофрикционный инструмент, световод, размещенный в продольном канале корпуса инструмента с выходом на торец фрикционного элемента инструмента и последовательно соединенный с приемником-усилителем и прибором регистрации, колонковую трубу с патрубком для подвода воды, защитный кожух от брызг и водосборник со сливом воды. В корпусе термофрикционного инструмента выполнен продольный канал, сообщающийся с внутренней и наружной полостями инструмента. Это позволяет охлаждать световод поступающей в колонковую трубу холодной водой, что уменьшает дополнительное ПК-излучение, служащее помехой основному сигналу. Формула изобретения. 1. Устройство для бесконтактного измерения температуры контакта породоразрушающего инструмента с забоем скважины, включающее приемник-усилитель инфракрасных излучений и прибор регистрации, отличающееся тем, что оно снабжено оптоволоконным световодом, последовательно соединенным с приемником-усилителем и прибором регистрации и размещенным в продольном канале инструмента с выходом на зону контакта фрикционного элемента коронки с породой, при этом инструмент установлен неподвижно, а образец породы с возможностью вращения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в корпусе инструмента цилиндрический канал выполнен сообщающимся с внутренней и наружной полостями инструмента, при этом зона распространения ИК-излучения загерметизирована от полости канала с водой.

11. Патент под номером 2585301 от 27.05.2016 года. Авторы: Шарафутдинов Р. Ф., Валиуллин Р. А., Рамазанов А. Ш. и др. Патентообладатель: ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный университет». Реферат: Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для определения интервалов заколонного перетока жидкости из пластов, перекрытых насосно-компрессорными трубами. Техническим результатом является повышение достоверности определения интервалов заколонного перетока жидкости в скважинах перекрытых НКТ. Способ включает регистрацию термограмм до и после кратковременного локального нагрева обсадной колонны в предполагаемом интервале движения флюида путем регистрации температуры по стволу скважины с последующим их анализом. При этом опускают насосно-копрессорную трубу из стеклопластика с размещенными снаружи датчиками температуры в выбранный интервал исследования, далее осуществляют индукционный нагрев обсадной колонны через стеклопластиковую насосно-компрессорную трубу в течение времени, определяемого по математическому выражению, и проводят регистрацию температуры во времени в процессе локального кратковременного нагрева колонны и по стволу скважины в исследуемом интервале при работе скважины, а об интервале заколонного перетока судят по повышенному темпу изменения температуры. Формула изобретения. Способ определения интервалов заколонного перетока жидкости в скважинах, перекрытых насосно-компрессорными трубами, включающий регистрацию термограмм до и после кратковременного локального нагрева обсадной колонны в предполагаемом интервале движения флюида путем регистрации температуры по стволу скважины с последующим их анализом, отличающийся тем, что опускают насосно-копрессорную трубу из стеклопластика с размещенными снаружи датчиками температуры в выбранный интервал исследования, далее осуществляют индукционный нагрев обсадной колонны через стеклопластиковую насосно-компрессорную трубу в течение времени не мене е и не более , где b – доля мощности индуктора, превращаемая в тепло в обсадной колонне; Q – мощность индуктора, Вт; Δ T – приращение температуры в колонне, К; α – коэффициент теплопередачи от колонны к жидкости, 1/сек; С – теплоемкость жидкости, дж/кг*К; r – плотность жидкости, кг/м³; q – дебит скважины, м³/сек; l – расстояние от индуктора до кровли пласта, м; R – радиус колонны, м, и проводят регистрацию температуры во времени в процессе локального кратковременного нагрева колонны и по стволу скважины в исследуемом интервале при работе скважины, а об интервале заколонного перетока судят по повышенному темпу изменения температуры

12. Патент под номером 2194160 от 10.12.2002 года. Авторы: Валиуллин Р. А., Шарафутдинов Р. Ф., Рамазанов А. Ш. и др. Патентообладатель: «Башкирский государственный университет», ООО Научно-производственная фирма «ГеоТЭК». Реферат: Изобретение относится к геофизическим исследованиям действующих скважин и может быть использовано при определении интервалов заколонного движения жидкости. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности и однозначности определения движения флюида в скважине и заколонном пространстве. Для этого проводят серии временных замеров температуры с последующим сопоставлением полученных термограмм в процессе работы скважины. Регистрируют термограммы до и после кратковременного локального нагрева обсадной колонны в предполагаемом интервале движения флюида. О характере движения флюида судят по темпу возрастания температуры. По второму варианту изобретения регистрацию изменения температуры проводят в течение времени на определенной глубине исследуемого интервала после кратковременного локального нагрева обсадной колонны на некотором удалении по глубине от датчика температуры. О характере движения флюида судят по темпу возрастания температуры. Формула изобретения. 1. Способ активной термометрии действующих скважин, включающий проведение серии временных замеров температуры с последующим сопоставлением полученных термограмм в процессе работы скважины и определение характера движения флюида по темпу изменения температуры, отличающийся тем, что регистрацию термограмм проводят до и после кратковременного локального нагрева обсадной колонны в предполагаемом интервале движения флюида и о характере движения флюида судят по темпу возрастания температуры. 2. Способ активной термометрии действующих скважин, включающий проведение серии временных замеров температуры с последующим сопоставлением полученных термограмм в процессе работы скважины и определение характера движения флюида по темпу изменения температуры, отличающийся тем, что регистрацию изменения температуры проводят в течение времени после кратковременного локального нагрева обсадной колонны на некотором удалении по глубине от датчика температуры и о характере движения флюида судят по темпу возрастания температуры.[4]