Глубинные манометры и дифференциальные манометры

По принципу действия глубинные приборы для регистрации давления подразделяются на следующие группы:

1. Пружинные, в которых упругим чувствительным элементом, воспринимающим давление, служит многовитковая трубчатая (геликсная) пружина. Это так называемые геликсные глубинные манометры.

2. Пружинно-поршневые, в которых элементом, воспринимающим давление служит уплотненный поршень, соединенный с винтовой цилиндрической пружиной растяжения. Различают пружинно-поршневые манометры с вращающим и не вращающим поршнями.

3. Пневматические, в основе которых лежит принцип уравновешивания измеряемого давления сжатого газа, заполняющего измерительную камеру прибора. Это так называемые глубинные дифференциальные манометры, регистрирующие приращение давления от какого-то его начального давления.

Рассмотрим общий принцип действия указанные типов глубинных манометров.

Техническая характеристика геликсных манометров приведена в таблице 9.1.

Таблица 9.1

Технические данные геликсных глубинных манометров

Показатели	МГГ-63/250	МГН-2
Пределы измерения давления, МПа	6,3; 16,0; 25,0	10,0; 16,0; 25,0; 40,0; 60,0; 80,0; 100,0
Максимальная рабочая температура, ^0С		160 - 250
Приведенная погрешность, %	± 0,50	±0,25 – 0,40
Порог чувствительности, МПа	0,012 – 0,050	0,010 – 0,200
Длина записи давления, мм
Габариты, мм: - длина - диаметр		1500 – 1800 32 - 36
Масса, кг	8,0	10,0

Рассмотрим конструктивные особенности манометра МГН-2 с автономной регистрацией показаний давления. Конструкция манометра приведена на рисунке 9.1.а.

Рисунок 9.1. Принципиальные схемы глубинных манометров геликсного (а) и поршневого (б) типов:

Условные обозначения для рисунка 9.1.а:

1 – геликсная пустотелая пружина; 2 – перо;

3 – сильфон; 4 – часовой механизм; 5 – ходовой винт; 6 – регистрирующая каретка; 7 – корпус.

Условные обозначения для рисунка 9.1.б:

1 – шток-поршень; 2 – пружина; 3 – сальник;

4 – перо; 5 – стакан-каретка; 6 – часовой механизм.

Чувствительным элементом в этом типе манометров служит многовитковая пустотелая плоская пружина-геликс 1, заполненная под вакуумом легким маслом. При воздействии давлением внутри пружины, каждый виток в ней, разворачивает на некоторый угол вокруг вертикальной оси. Последний виток заглушен, и он поворачивается на угол, равный сумме углов всех витков. На нём же закреплено царапающие перо 2, угол поворота которого пропорционален давлению. Нижний конец геликсной пружины сообщен с сильфоном 3 заполненным маслом и выполняющего роль разделителя жидкостей. Регистрация давления осуществляется с помощью следующих элементов прибора – часовой механизм 4 приводит во вращательное движение ходовой винт 5, который сообщает регистрирующей каретке 6 равномерное поступательное движение. В этой связи, вертикальное перемещение каретки пропорционально времени, истекшему с момента пуска часового механизма на поверхности перед герметизацией прибора. Во внутри корпуса 7 сохраняется атмосферное давление. В камере, в которой помещен сильфон, имеется отверстие для сообщения с окружающей средой. В нижней части глубинного прибора размещается максимальный термометр для регистрации температуры на забое скважины и последующего внесения температурных поправок в показания манометра. На внутренней стороне каретки-стакана укладывается бланк, на котором перо оставляет след. Перо пишет дугу пропорциональную давлению, при непрерывно перемещающейся каретке. Запись ведется в координатах 'давление – время'. Расшифровка записей осуществляется на компараторе.

В таблице 9.2 приведена техническая характеристика глубинно-поршневых манометров.

Рассмотрим конструктивные особенности манометра МГП-3М с автономной регистрацией показаний давления. Конструкция прибора приведена на рисунке 6.1.б. В манометре данного типа, чувствительным элементом служит шток-поршень 1, растянутый пружиной 2. Шток 1 проходит через сальник 3, разделяющий две камеры. В верхней камере А – атмосферное давление, а нижней камере В - давление внешней среды. Разность давлений в камерах действует на сечение поршня-штока 1, которой при своем перемещении растягивает пружину. В камере А находится перо 4, вычерчивающие на бумажном бланке вертикальную линию, равную по величине перемещения штока, и пропорциональную давлению в камере В. Бланк крепится в стакане-каретки 5, которая приводится в во вращение часовым механизмом 6. Камера В заполняется обычно маслом и отделена от скважинной жидкости (газа) сильфоном.

Таблица 9.2

Технические данные глубинных пружинно-поршневых манометров

Наименование	МГП-3М	МПМ-4	МГН-1
Пределы измерения давления, МПа	2,5 – 25,0 4,0 – 40,0	0,1 – 5,0 0,5 – 12,0 1,0 – 18,0 1,0 – 25,0	0,2 – 4,0 0,3 – 6,0 0,4 – 8,0 8,0 – 16,0 1,0 – 20,0 1,2 – 25,0 1,5 – 30,0
Максимальная рабочая температура, ^0С
Приведенная погрешность, %	± 1,50	±0,50	0,10 – 0,25
Порог чувствительности, МПа	0,120 – 0,200	0,0006 – 0,040	0,004 – 0,030
Ход поршня	-		-
Габариты, мм: - длина - диаметр
Масса, кг	7,0	2,9	15,0

Наибольшее распространение из глубинных приборов третьего типа получил глубинный дифманометр марки ДГМ-4М. Глубинные дифференциальные манометры обеспечивают наиболее точное измерение давления в скважине, начиная с заданной величины, зависящей от давления зарядки измерительной камеры в приборе. Принципиальная схема дифференциального манометра ДГМ-4 приведена на рисунке 9.2.

Рисунок 9.2. Глубинный дифференциальный манометр ДГМ-4:

1 –

2, 8, 13 – клапана;

3 – часовой механизм;

4 – барабан;

5 – каретка с пишущим пером;

6 – штанга;

7 – поршень;

9 – самоуплотняющаяся манжета;

10 – цилиндр;

11 – ограничительная трубка;

12, 14 – пружины;

15 -

Дифференциальный манометр состоит из двух секций – верхней и нижней, разделенных между собой поршнем с резиновой манжетой.

В верхней секции расположен часовой механизм 3 вращающий барабан 4 при помощи водильца, которое установлено таким образом, что барабан вращается с некоторым опозданием. Время запаздывания составляет порядка 1-2 ч (это время необходимо для подготовки прибора к измерениям, спуску в скважину и термостатированию в ней). Каретка с пишущим пером 5 с помощью штанги 6 жестко соединена с поршнем 7, на котором находится разгруженная самоуплотняющаяся манжета 9. Для уменьшения трения, стенки цилиндра 10 периодически смазывают авиационным маслом. В случае превышения пределов измерения прибора (с целью предотвращения возникновения значительных перепадов на поршень) в поршне 7 смонтирован клапан 8. Клапан 8 открывается в крайних верхнем и нижнем положениях каретки 5, чем обеспечивает сообщение обеих камер измерительного прибора. В верхнем положении он открывается под действием перепада давлений, а нижнем упором о трубку 11. Сообщение между камерами необходимо и при проведении работ по подъёму прибора (поршень в этом случае находится в нижнем положении).

В верхней и нижней камерах смонтированы клапана 2 и 13 для заполнения прибора сжатым воздухом. Клапан 13 снабжён двумя пружинами 12 и 14. Пружина 14 (более сильная) открывает клапан при давлении в скважине меньшем на 0,04 –0,05 МПа давления зарядки прибора. После открытия клапана давление в нижней камере становится равным давлению в скважине, и клапан, отжимаемый нижней пружиной остается открытым. Исходя из вышесказанного, глубинный дифференциальный манометр может регистрировать как нарастание, так и уменьшение давления в скважине.

Номинальное давление зарядки прибора сжатым газом определяется из выражения следующего вида:

, МПа (9.1)

где Р_с и Т_с – давление и температура в скважине на заданной глубине, измеренные предварительно с помощью глубинных манометров и термометров; Т_з – температура в ёмкости с водой, где находится глубинный дифманометр в процессе при его зарядке в ходе термостатирования и проверки герметичности резьбовых соединений корпуса.

Глубинный дифференциальный манометр опускают в скважину со скоростью не более 2 м/с, время термостатирования на глубине замера 20 – 25 мин.

. ГЛУБИННЫЕ МАНОМЕТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ

Принципиальная схема геликсного глубинного манометра имеет различие от геликсного манометра в том, что внутренняя полость геликса сообщается с полостью термоприёмника. Термоприёмник выполнен либо в виде цилиндра со стенкой большой толщины (термобаллон), либо в виде трубки (змеевика). Внутренние полости термоприёмника и геликсной пружины могут быть заполнены жидкостью полностью (термометр ТГГ), либо на две третьих объёма легкокипящей жидкостью (термометр типа 'Сириус'). В таблице 9.3. приведены основные параметры глубинных термометров.

Таблица 9.3

Технические данные глубинных термометров жидкостного и

компенсационных типов

Наименование	ТГГ	"Сириус"
Пределы измерения температуры, ^0С	0 – 30; 0 – 40; 0 - 60	0 – 60; 20 – 100; 40 – 140; 80 – 180; 120 – 220; 150 – 250;
Максимальное рабочее давление, МПа	30,0	до 100,0
Приведенная погрешность, %	1,50	0,2 – 1,0
Длина записи температуры, мм
Длина записи времени, мин
Тепловая инерция, мин
Габариты, мм: - длина - диаметр

Глубинные термометры типа ТГГ имеют равномерную шкалу показаний температуры. С этой целью, для уменьшения тепловой инерции в них, объём термобаллона выполнен значительно большим, чем объём геликса. Термобаллон и геликс заполняются жидкостями, имеющими различные коэффициенты объёмного расширения. Пределы измерения жидкостных термометров определяются объёмом термобаллона.

Глубинные термометры конденсационного типа разработаны на базе геликсных манометров типа МГН-2. Принципиальная схема данного прибора приведена на рисунке 9.3.

Как видно из рисунка. 9.3 термоприёмник 1 сообщается с полостью геликса 2., свободный конец которого соединен с промежуточным валом 3, на котором закреплена втулка 4. На боковой поверхности втулки 4 установлено пишущее перо 5.В барабан 6 вставляется диаграммный бланк, на которой фиксируется температура. Перемещение барабана 6 по пазам в трубке 8 осуществляется с помощью часового привода 10. Через редуктор 9, привод вращает ходовой винт 7. На барабане 6 имеется центральная трубка, по поверхности которой перемещается втулка 4 с закрепленным на ней пишущим пером 5.

Рисунок 9.3. Принципиальная схема глубинного термометра типа "Сириус":

1 – термоприёмник (змеевик);

2 – геликс;

3 – промежуточный вал;

4 – втулка;

5 – пишущее перо;

6 – барабан;

7 – ходовой винт;

8 – трубка с пазами;

9 – редуктор;

10 – часовой привод.

Как видно из рисунка. 9.3 термоприёмник 1 сообщается с полостью геликса 2., свободный конец которого соединен с промежуточным валом 3, на котором закреплена втулка 4. На боковой поверхности втулки 4 установлено пишущее перо 5.В барабан 6 вставляется диаграммный бланк, на которой фиксируется температура. Перемещение барабана 6 по пазам в трубке 8 осуществляется с помощью часового привода 10. Через редуктор 9, привод вращает ходовой винт 7. На барабане 6 имеется центральная трубка, по поверхности которой перемещается втулка 4 с закрепленным на ней пишущим пером 5.

Глубинные приборы данного типа имеют неравномерную шкалу, что ведет к различной чувствительности их в измеряемом диапазоне температур. Пределы измерения этих приборов устанавливаются путём подбора жидкостей заполнителей:

- в диапазоне температур 80 – 180 ⁰С – хлористый этил;

- в диапазоне температур 150 – 250 ⁰С – вода;

- в диапазоне температур 200 – 300 ⁰С – толуол;

- в диапазоне температур 250 – 400 ⁰С – анилин.

Дата добавления: 2014-01-14