Файл: Самостоятельная работа по дисциплине геофизический контроль за разработкой нефтяных и газовых месторождений тема термометрия студент группы 12520 Умаров Шахзодбек.rtf

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ И. А. КАРИМОВА

ФАКУЛЬТЕТ НЕФТИ И ГАЗА

КАФЕДРА РАЗРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ: ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ЗА РАЗРАБОТКОЙ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Тема: ТЕРМОМЕТРИЯ

Выполнил: студент группы 125-20

Умаров Шахзодбек ___________

Проверил: доцент кафедры ГГМНГ

Агзамова С.А. ____________

Ташкент, 2023

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Развитие высоких технологий в области конструкционных материалов и микроэлектроники за последнее десятилетие привело к быстрому совершенствованию измерительной техники. Внедряются новые методы обработки и хранения информации, разрешение регистрирующей аппаратуры повысилось, по крайней мере, на порядок. Применение современных аналоговых и цифровых микросхем позволило за счет введения обратных связей существенно расширить динамический диапазон и линейность различных датчиков. терморезистор скважина геотермия флюид

Однако, прогресс в повышении точности измерительной аппаратуры не столь очевиден. Это связано с тем, что погрешности измерений обусловлены действием на датчики возмущающих факторов. Из многих факторов, дестабилизирующих работу чувствительной системы любого прецизионного датчика, влияние вариаций внешней температуры является наиболее значительным. Действительно, до настоящего времени не существует материала, у которого в широком диапазоне изменения внешней температуры физические параметры не имеют температурной зависимости. Проявление термозависимости элементов измерительной системы, а именно: упругости, линейного и объёмного расширения, электрических параметров электронных и магнитных компонентов и т.д. приводит к искажению показаний измерительных приборов. Например, у постоянных магнитов с высокой коэрцитивной силой, которые применяются в современных электромагнитных приборах и в системах электромагнитной обратной связи, температурный коэффициент остаточной магнитной индукции ( ) составляет величину примерно 4x10^* ГС для магнитов типа ЮНДК, Ю-3 ГС - для магнитов типа железо-кобальт-ниодим. У термостабилизированного магнита типа самарий-кобальт-годолиний этот коэффициент немногим менее 10"4 ГС Диапазон температурных коэффициентов материалов, применяемых в чувствительных системах, достаточно широкий: у резисторов -^-=103ч-10-7 ГС, коэффициенты RdT линейного и объёмного расширения соответственно —=10" -ь5х 1(Г7 ГС и IdT dV =\03-^3х 10-6 ГС и т.д. VdT

---

Создание термостабильных условий необходимо для работы большинства измерительных систем. При этом существенно повышается достоверность получаемой информации, упрощается методика измерений.

Проблема особенно актуальна в гравиинерциальной аппаратуре. Это связано с регистрацией сигналов, относительные величины которых имеют рекордно малые значения. Так при изучении собственных колебаний и приливных деформаций Земли фиксируют значения отн.ед. В полевой высокоточной гравиметрии, гравиоградиентометрии, акселерометрии, требуются относительные измерения на уровне 1(Г8-г1(Г10 отн. ед. в условиях резких изменений внешней температуры (-30-^+40 °С))).

1. ОПИСАНИЕ ТЕРМОРЕЗИСТОРА. ОСНОВЫ ТЕРМОМЕТРИИ СКВАЖИН

Терморезистор — полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводникового материала от температуры^[1].

Для терморезистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, относительно невысокая долговременная стабильность характеристик.

Терморезистор изготавливают в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преимущественно методами порошковой металлургии. Их размеры могут варьироваться в пределах от 1–10 мкм до 1–2 см.

Основными параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния.

Терморезистор был изобретён Самюэлем Рубеном (Samuel Ruben) в 1930 году.



Различают терморезисторы с отрицательным (термисторы) и положительным (позисторы) ТКС. Их ещё называют NTC-термисторы(Negative temperature coefficient) и PTC-термисторы (Positive temperature coefficient) соответственно. У позисторов с ростом температуры растет и сопротивление, а у термисторов — наоборот: при увеличении температуры сопротивление падает.

Терморезисторы с отрицательным ТКС изготовляют из смеси поликристаллических оксидов переходных металлов (например, MnO, СoO?, NiO, CuO), легированных Ge и Si, полупроводников типа A

---

^III B^V, стеклообразных полупроводников и других материалов.

Различают терморезисторы низкотемпературные (рассчитанные на работу при температуpax ниже 170 К), среднетемпературные (170–510 К) и высокотемпературные (выше 570 К). Кроме того, существуют терморезисторы, предназначенные для работы при 4,2 К и ниже и при 900–1300 К. Наиболее широко используются среднетемпературные терморезисторы с ТКС от −2,4 до −8,4 %/К и номинальным сопротивлением 1–10⁶ Ом.

Режим работы терморезисторов зависит от того, на каком участке статической вольт-амперной характеристики (ВАХ) выбрана рабочая точка. В свою очередь ВАХ зависит как от конструкции, размеров и основных параметров терморезистора, так и от температуры, теплопроводности окружающей среды, тепловой связи между терморезистором и средой. Терморезисторы с рабочей точкой на начальном (линейном) участке ВАХ используются для измерения и контроля температуры и компенсации температурных изменений параметров электрических цепей и электронных приборов. Терморезисторы с рабочей точкой на нисходящем участке ВАХ (с отрицательным сопротивлением) применяются в качестве пусковых реле, реле времени, измерителей мощности электромагнитного излучения на СВЧ, стабилизаторов температуры и напряжения. Режим работы терморезистора, при котором рабочая точка находится также на ниспадающем участке ВАХ (при этом используется зависимость сопротивления терморезистора от температуры и теплопроводности окружающей среды), характерен для терморезисторов, применяемых в системах теплового контроля и пожарной сигнализации, регулирования уровня жидких и сыпучих сред; действие таких терморезисторов основано на возникновении релейного эффекта в цепи с терморезистором при изменении температуры окружающей среды или условий теплообмена терморезистора со средой.

Основы термометрии скважин

Температура явилась первым физическим параметром, измеряемым в скважинах. В 1931г. термометрия была включена в комплекс методов промысловой геофизики и стала применяться с целью изучения геологических разрезов и технического состояния скважин. Большим достоинством термометрии является возможность её применения как в необсаженных, так и в обсаженных скважинах.

Термометрия скважин включает метод естественного теплового поля (геотермию) и метод искусственного теплового поля. Применение этих методов основано на дифференциации горных пород по тепловым свойствам и на возникновении в скважинах местных тепловых полей, создаваемых различными физико-химическими и термодинамическими процессами.

---

Геотермические исследования производятся в скважинах с практически установившимся тепловым режимом. Измеряемым параметром является естественная температура пород, слагающих разрез скважины.

Естественное тепловое поле Земли распределяется в скважинах главным образом в зависимости от литологического, тектонического и гидрогеологических факторов. В соответствии с этим, по данным геотермии можно решать задачи связанные с литолого-стратиграфическим расчленением разрезов, изучением глубинной тектоники, тектоническим районированием и изучением гидрогеологических условий исследуемых районов.

Изучение местных тепловых аномалий в скважинах позволяет применять термометрию для выявления в разрезах полезных ископаемых: газ, термальные воды, каменная соль, каменный уголь и руды.

Анализ распространения искусственных тепловых полей в скважинах применяется для изучения геологических разрезов и технического состояния скважин. Эти исследования производятся в скважинах с неустановившимся тепловым режимом. Измеряемым параметром может быть как температура раствора заполняющего скважину, так и разность между температурой в скважине и её значением при отсутствии искусственных тепловых полей.

По данным метода искусственного теплового поля можно: выявлять коллекторы в разрезах скважин, определять притоки воды, нефти и газа в скважину, перетоки флюидов из одного горизонта в другой, зоны поглощения раствора, места нарушения герметичности обсадных колонн, местоположение и качество цементных стаканов в затрубном пространстве и прочее.

2. АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ

Комплекты электрических термометров, применяемых в промысловой геофизике состоят из скважинных приборов и наземных пультов управления. Электрические термометры применяются в комплексе со стандартной промыслово-геофизической аппаратурой и оборудованием.

В промысловой геофизике в настоящее время применяются, в основном, скважинные термометры сопротивлений, в которых в качестве термометрического параметра используется электрическое сопротивление проводников.

Промышленностью были выпущены скважинные электротермометры нескольких типов: ЭС-16,17; ЭТМИ-55, 57, 58; ЭТС-1, 2, 2У; ЭСО-2; СТТ-1; ЭТО-2, 3; ТЭГ-1, 2, 3; ЭАТО и другие.

Последние три типа термометров выполнены с применением электронных схем.

Техническая характеристика некоторых скважинных электротер-мометров, нашедших

---

наибольшее применение в промысловой геофизике, приводится в таблице 2.1.

Конструктивно скважинный электротермометр обычно состоит (рисунок 2.1) из кабельного ввода 1, корпуса 2, в котором размещаются компенсационные плечи измерительного моста и электронная схема 3, чувствительного элемента - датчика температуры 4, изготовленного в виде бескаркасной, петлевой обмотки (жгутиков) из медной или платиновой проволочки диаметром 0,02 – 0,05 мм. Датчик температуры помещён в медную трубку 5, диаметром 1,5–3мм, которая защищена от механических повреждений фонарём 6, обеспечивающим свободную циркуляцию жидкости, заполняющей скважину. Медная трубка герметично соединена через ряд промежуточных деталей из материалов низкой теплопроводности с нижней пробкой корпуса скважинного прибора или непосредственно впаивается в неё. Электрическое соединение медного жгутика с электронной схемой производится с помощью штепсельного разъёма 7. Для проверки термометра на утечку тока внутри корпуса иногда устанавливается контакт прерыватель между электрической схемой и корпусом прибора.
Таблица 2.1 - Техническая характеристика некоторых скважинных термометров

Тип термометра Характеристика	ЭТМИ	ЭТС-2У	ТЭГ-2	ЭАТО
Предел измеряемых температур, ºС	до 100	-20 +120	до 200	±10º
Погрешность измерения, ºС	±0,3	±0,1	2º	0,01
Постоянная термометра, град/Ом	4,5	5	-	-
Постоянная времени (тепловая инерция), сек	1-1,5	0,25-0,5	1,3-1,2	2-200
Сопротивление чувствительного плеча при 20ºС, Ом	230	94	750	250
Количество чувствительных плеч	1	2	2	2
Число жил кабеля	3	3	1	1
Внешний диаметр, мм	60	42	73	48
Длина (без кабельного ввода), мм	870	565	1960	1750
Максимальное рабочее давление, атм	500	400	1000	500
Максимально допустимая температура, ºС	100	120	200	120

---