Анализ погрешностей измерения давления и температуры в скважинах при наличии утечки между жилами кабеля Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

или при превышении уровня

шаговых двигателеи напряжения. Заключение

Заметный вклад в скорость распространения сигнала вносит оптоизоляция устройства. Потому

оптроны подбираются с достаточной частотой переключения, тем самым уменьшая свой замедляющий вклад, в скорость работы многоканального драйвера.

ЛИТЕРАТУРА

1. Структурное обнаружение и различение вырывов проводящего рисунка печатных плат / Григорьев А.В., Юрков Н.К., Затылкин А.В., Данилова Е.А., Држевецкий А.Л. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2013. № 4 (28). С. 97-108.

2. Затылкин, А.В. Алгоритм и программа расчета статически неопределимых систем амортизации бортовых РЭС с кинематическим возбуждением / Затылкин А.В., Лысенко А.В., Таньков Г.В. // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2013. Т. 1. С. 223-225.

3. Затылкин, А.В. Модели и методики управления интеллектуальными компьютерными обучающими системами / Затылкин А.В. // диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Пензенский государственный университет. Пенза, 2009.

4. Володин, П.Н. Установка для экспонирования фоторезиста на печатных платах в условиях учебной лаборатории / Володин П.Н., Затылкин А.В. // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 34-35.

5. Затылкин, А.В. Инновации в образовательных учреждениях и интерактивные программы обучения / Затылкин А.В. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 1. С. 155-158.

6. Голушко, Д.А. Методика прогнозирования ресурса электрорадиоэлементов печатного узла в условиях внешних вибрационных воздействий / Голушко Д.А., Затылкин А.В., Калашников В.С. // Вопросы радиоэлектроники. 2015. № 6 (6). С. 105-112.

7. Таньков, Г.В. Исследование моделей стержневых конструкций радиоэлектронных средств / Таньков Г.В., Трусов В.А., Затылкин А.В. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2005. Т. 1. С. 156-158.

8. Затылкин, А.В. Исследование динамических характеристик стержневых элементов конструкций РЭС волновым методом / Затылкин А.В., Голушко Д.А., Рындин Д.А. // Инновационные информационные технологии. 2013. Т. 3. № 2. С. 129-135.

УДК 621.317:622.276

Краснов А.Н., Коловертнов Г.Ю.

ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», Уфа, Россия

АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ В СКВАЖИНАХ ПРИ НАЛИЧИИ УТЕЧКИ МЕЖДУ ЖИЛАМИ КАБЕЛЯ

В статье проводится анализ погрешностей измерения давления и температуры в скважинах при наличии утечки между жилами кабеля при измерении давления и температуры в скважине одним тензорезистивным датчиком. Выявлены основные источники погрешностей предложенных способов измерений. Ключевые слова:

погрешности измерения, каротажный кабель, тензомост, информационно-измерительная система

В последнее время становится доступными (в том числе и по цене) трехжильные (не считая брони) высокотемпературные каротажные кабели. Естественно, появилась необходимость разработки информационно-измерительной системы (ИИС), использующих эти кабели в качестве ЛС. Изображенная на рис.1 схема поясняет способ измерения давления и температуры одним мостовым тензоре-зистивным датчиком давления с использованием такого кабеля [1, 2, 3].

Способ измерения давления и температуры одним датчиком включает подачу тока на диагональ питания тензомоста и измерения напряжений, по которым определяют значение измеряемых параметров. При этом, согласно изобретению, измеряют напряжения на выводах источника тока V , между одним питающим тензомост проводом и потенциальным и2 и между другим питающим тензомост проводом и потенциальным V3 , а значение давления и температуры определяют из соотношений:

р = кр- Акр = -■(и2 - п3) ; (1)

т = К-АД = -■ (2и2 + 2из -v - V) , (2)

на тензомосте;

; Д

номинальное сопротивление

тензомоста (при отсутствии давления и номинальной температуре).

ИИС для одновременного измерения давления и температуры одним датчиком содержит (рис. 2) тензомост, трехпроводную линию связи, значение сопротивления каждого провода которой равно д

однополярный источник тока ИТ и измерительно-вычислительное устройство ИВУ.

При протекании тока I от источника ИТ по жилам а и с линии связи на ее зажимах действуют напряжения:

и- = I ■ (КрН + АД + 2Дл) ; i

3)

и2 =1 ■ (Дрн + АДр + АД + Дл ) ; (4)

i

из = -■ (дрн-Акр + щ + дл) •

Рисунок 1 - Структурная схема, поясняющая способ измерения Р и Т с помощью одного тензомостового датчика давления

Рисунок 2 - Принципиальная схема устройства для измерения Р и Т одним тензомостовым датчиком давления

где ио =I■ Крн - номинальное падение напряжения

Решение системы относительно информативных параметров Кр (пропорционального давлению) и КТ

(пропорционального температуре), что выполняется ИВУ, дает искомые величины.

Вычитая из (4) уравнение (3), получим:

шр = 1 (и2 - и ) , или р = кр -акр = кр ■ 1 и - и ) •

Складывая (4) и (5) и разрешая их относительно

Ел, а затем подставляя полученное значение в найдем:

;з)

ARr

K2U:

2 - 2U3 - Ui - U0 ) ,

или t = кт ■ Art = кт

(2U2 + 2U3 - ui - U0 ) .

Как видно, схема ИИС исключительно проста. ИТ однополярный. Все три напряжения действуют одновременно в течение сколь угодно длительного времени, что позволяет обеспечить их помехоустойчивое измерение. Броня кабеля не используется для измерительных целей. На точность показаний не влияет абсолютное значение сопротивле-

ния линии связи

r

л

Все это позволяет исполь-

R

-Л

а

u/

I-1

Ry

r :

r -

Ry

Ял

Ry

ï_X

Ял

u'

u/

г/

u,

U,

Выражения для напряжений Uab , ubc\ , ubc2 , по этой схеме запишутся в следующем виде:

u

и ' = i ■

[ RJ (

)] ;

и '

i -

/ А

Ry||RP + Ry||RP

(R^||R+)+ 1^л ;

Ubci =

У

u

r,,

/ Л

( Ry||Rj-)+1^л

y J

Результаты измерения приращения сопротивления

ARP равны:

/ Л

Ry|RP -Ry||R-^2 ■ i •

'У J

Относительная погрешность определения ARp

определится как:

= м'р-arp ^ 100% =

YARp ARP

1 u'

v

2 2RyI J

Ry||RP - Ry||RP-

AR

-1

■100%

зовать рассмотренную измерительную схему в ИИС для исследования как холодных, так и горячих скважин.

В рассматриваемых методах измерения используется принцип многоканальности. Погрешности, свойственные многоканальным методам, можно разбить на следующие группы.

1. Погрешности, связанные с неадекватностью принятой аналитической моделью каналов измерения. Так, при дистанционном измерении сопротивления резистивных датчиков точность математического описания канала измерения определяется выбором эквивалента линии связи.

2. Погрешности, связанные с кодированием результатов канала измерения и вычислительным устройством.

3. Динамические погрешности, связанные с изменением измеряемой величины параметров линии связи и канала измерения в течение одного цикла измерения.

Все указанные составляющие погрешности носят методический характер. Конкретное выражение для каждой из составляющих результирующей погрешности может быть определено на основе выбранной структуры и алгоритма измерения. В качестве примера проанализируем погрешности измерения для структуры, представленной на рис. 1 [3, 4].

При выводе алгоритма измерения, описывающего линию связи для этой структуры, с достаточной степенью точности можно воспользоваться линейной моделью.

На рис. 4 представлен график зависимости

уакр = /(Ку) • Из графика следует, что при ку > 10

МОм методическая погрешность не превышает 0,1%.

Погрешность измерения приращения сопротивления АК определяется аналогично:

Tart =

. 100%% =

ar

1 и-

л

2 2RyI J

Ry\RP + Ry||RP

ARr

Л

100%

(10)

lg Yarp, % 2

1

0

-1

-2

-3

1 2 3 4 5 6 lg Ry, МОм

Рисунок 4 - Зависимость Yarp = f(Ry) в логарифмических координатах

Рисунок 3 - Математическая модель линии связи с локализованной утечкой между проводами

В тяжелых случаях эксплуатации линии связи (каротажного кабеля), например, при высоких температурах, или при длительной эксплуатации каротажного кабеля, начинает сказываться утечка тока между жилами кабеля. Как показывает практика, эта утечка в основном локализована в стыке между кабельным наконечником и каротажным кабелем. Утечка тока может быть как одинаковой между всеми проводами, так и различной. Рассмотрим эти варианты.

Пусть утечка между проводами одинакова (рис.

3).

^ Такт, % 2

1

0

-1

-2

-3

1 2 3 4 5 6 КОм

Рисунок 5 - Зависимость Такг = /(Ку) в логарифмических координатах

График зависимости Тдкг = /(Ку) представлен на рис. 5.

При Ку > 100 КОм методическая погрешность не превышает 0,1%.

Ubc2 ~ ^^ •

1

arp =

i

b

c

Погрешность измерения давления будет максимальна, когда утечка происходит только между проводами а и ь или ь и С .

В этом случае напряжения равны:

J bel

и

ab

-I-(Ry|R+) + 1-Ял ;

Ubel = I-RP +1-R .

Погрешность определения приращения AR определится как

Y AR р

AR' - AR,

(

ARLB

P-100% =

rur -rp

Ar„

Л

-1

-100% .(11)

На рис. yarp = f ( Ry ) • lg Yarp, % 2

l 0 -l -2 -3

Рисунок 6

приведен график зависимости

l

2 3 4

Зависимость

5 6 lg Ry, МОм

ÏARP = f (Ry ) только

между проводами а и Ь, или Ь и с в логарифмических координатах

В этом случае значение погрешности, равное 0,1%, выполнится при условии ку > 100 МОм. Погрешность

измерения приращения АКу будет максимальна при наличии утечки между проводами а и С линии связи. В этом случае

т'

u'c = i-[Ry||(rp + R-)] ;

u/b =

u r,,

/ Л

-rp+ i-ru

(12)

У J

uL =

i -

Ua

R„

/ Л

- rp + i-ru ;

y J

Ubc2 « I-Ry ■

Погрешность измерения приращения AR определяется:

ar -art

fi uL. ^

2 2RyI J

rp + rp - rph -i

ar

yAR =—T-T- -100% =

(13)

На рис. 7 представлены результаты расчета по этой формуле.

lg Уакт, % 2

1

0

-1

-2

-3

\

1 2 3 4 5 6 КОм

Рисунок 7 Зависимость 7ААКТ = f (Ку) только между проводами и с в логарифмических координатах

Сравнивая графики, представленные на рис. 4 и 6, можно утверждать, что относительная методи-

ческая погрешность измерения

AR,

максимальна,

когда утечка тока происходит между проводами а и ь или ь и С и при ку > 100 МОм не превосходит

0,1%.

Из графиков 5 и 7 следует, что относительная методическая погрешность измерения АК^ максимальна при утечке тока между всеми проводами линии связи и будет меньше 0,1% только при ку > 100

КОм. Эти зависимости используются при проектировании ИИС давления и температуры.

Таким образом, выявлены основные источники погрешностей предложенных способов измерений. Проанализированы методические погрешности. На величину погрешности ИИС в значительной степени влияет точность и стабильность используемых полупроводниковых тензорезистивных датчиков давления. На основе предложенных структур созданы ИИС с основной погрешностью не более 0,3 - 0,5%.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент № 2096609, РФ, 6 Е 21 В 47/06. Способ дистанционного измерения давления и температуры в скважине одним датчиком давления и устройство для его осуществления / Г.Ю. Коловертнов, А.Н. Краснов, Ю.Д. Коловертнов и др. (RU). - № 96105228, Заявл. 27.03.96; Опуб. - Бюл. 20.11.97, №32.

2. Коловертнов Г.Ю., Краснов А.Н., Дамрин Е.С. Измерительные схемы скважинных манотермометров с резистивным датчиком давления. В сб. Измерительные преобразователи и информационные технологии. Вып. 1 - Уфа, УГАТУ, 1996. - С. 11 - 18.

3. Коловертнов Ю.Д., Коловертнов Г.Ю., Краснов А.Н. Методы и средства измерений. Учебное пособие. Уфа, 1996. - 105 С.

4. Патент № 2091578, РФ, 7 Е 21 В 47/06. Способ измерения давления и температуры в скважине одним датчиком и устройство для его осуществления / Г.Ю. Коловертнов, Е.С. Дамрин, А.Н. Краснов и др. (RU). - № 98118802, Заявл. 14.10.98; Опуб. - Бюл. 27.05.1997, №27.

5. Ваганов В.И. Интегральные тензопреобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 136 с.

УДК 621.317

Краснов А.Н., Коловертнов Г.Ю.

ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», Уфа, Россия

ОДНОВРЕМЕННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ КОМПЛЕКСА ПАРАМЕТРОВ ОДНИМ ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫМ ДАТЧИКОМ

В статье рассмотрена и обоснована возможность использования в стационарных информационно-измерительных системах для скважин с повышенными температурами тензорезистивных мостовых и полумостовых преобразователей на основе структур «кремний на сапфире» для одновременного измерения двух параметров. Ключевые слова :

тензорезистивный датчик, измерение параметров, тензомост, скважина

6