ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИИ И РАЗРЕЖЕНИИ

Давление—один из параметров, характеризующих работу тех­нологических объектов и ход технологических процессов бурения, добычи и транспорта нефти и газа, а также процессов обезвожива­ния и обессоливания нефти. Так, в процессе бурения нефтяных и газовых скважин необходимо наблюдать за давлением, при котором буровой раствор нагнетается в бурильные трубы. По давлению на буфере фонтанной арматуры и в затрубном пространстве определяют режим эксплуатации фонтанной скважины. От давления в сепара­торе зависит глубина сепарации газа из газонефтяной смеси. Под­держиванием давления на определенном уровне, при котором вода подается в нагнетательные скважины системы подержания пласто­вых давлений, обеспечивается закачка воды в пласт.

Измерение давления глубинными манометрами в скважинах— одно из важнейших средств контроля и регулирования разработки нефтяных месторождений. На основе результатов исследований пласта и скважин с помощью глубинных манометров при проекти­ровании разработки месторождения определяют параметры пласта, число скважин и расстояние между ними, а также назначают режим эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ

Давление—величина, характеризующая интенсивность сил, дей­ствующих на единицу поверхности. Принято различать абсолютное давление, или полное, и избыточное давление, или относительное. Такое различие в определении давления вызвано тем, что все процессы, происходящие в природе, находятся под воздействием атмо­сферного давления.

Абсолютным называется давление, отсчитываемое по шкале от абсолютного нуля. Оно равно сумме давлений атмосферного и избыточного:

где р и р_б — давление соответственно избыточное и атмосферное (барометрическое).

В технике обычно измеряют избыточное давление. Это объясня­ется тем, что приборы, если они не изолированы от атмосферы, могут показывать только избыточное давление.

За единицу давления принят паскаль (Па)—давление, вызван­ное силой один ньютон (Н), равномерно распределенной по нор­мальной к ней поверхности площадью 1 м².

По назначению приборы для измерения давления можно разде­лить на следующие группы: манометры избыточного дав­ления—для измерения разности между абсолютным и атмосфер­ным давлением; манометры абсолютного давления— для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля; вакуумметры — для измерения абсолютного давления ниже ат­мосферного (разрежения); мановакуумметры—для измерения избыточного давления и разрежения; дифференциальные ма­нометры — для измерения разности двух давлений, ни одно из которых не является давлением окружающей среды; барометры— манометры абсолютного давления, предназначенные для измерения давления атмосферы.

По принципу действия приборы для измерения давления можно разделить на следующие группы: жидкостные манометры, в которых измеряемое давление или разность давлений уравновеши­вается давлением столба жидкости; грузопоршневые мано­метры, в которых измеряемое давление или разность давлений уравновешивается давлением, создаваемым весом поршня и грузов; деформационные манометры, в которых измеряемое дав­ление или разность давлений определяется по деформации упругого чувствительного элемента или развиваемой им силе; электриче­ские манометры, принцип действия которых основан на зави­симости электрических параметров манометрического преобразова­теля от измеряемого давления; ионизационные, в которых изме­ряемое давление вызывает соответствующее изменение ионизации, производимой излучениями или рекомбинацией ионов.

Жидкостные и поршневые манометры применяют преимуществен­но для поверки и градуировки приборов, измеряющих давление и разрежение, а также при лабораторных исследованиях. Использо­вание их при технологических измерениях в производственных усло­виях весьма ограничено, поэтому в настоящем учебнике они не рас­сматриваются.

ДЕФОРМАЦИОННЫЕ МАНОМЕТРЫ

Преимуществами деформационных манометров являются: порта­тивность, надежность применения в условиях тряски и толчков и большой диапазон измерения—от десятков единиц до десятков ты­сяч паскалей.

По типу чувствительного элемента, применяемого в приборе, раз­личают трубчатые, многовитковые (геликоидальные), мембранные, сильфонные и анероидные манометры.

Трубчато-пружинный манометр. Упругий элемент этого прибора представляет собой согнутую по кругу полую трубку 5, имеющую в сечении форму эллипса или удлиненного овала (рис. 5.1). Один конец этой трубки впаян в держатель 11, второй конец заглушен пробкой 9. Держатель прикреплен к корпусу мано­метра 4 винтами и имеет выступающий из корпуса штуцер 1 с резь­бой, посредством которого подсоединяют прибор к измеряемой среде. Внутри штуцера имеется канал, соединяющийся с внутренней по­лостью трубки 5. В верхней части держателя расположена площад­ка, на которой смонтирован передаточный механизм. Свободный конец трубки шарнирно соединен с поводком 10, второй конец кото­рого также шарнирно связан с зубчатым сектором 8. Сектор может свободно вращаться вокруг оси, проходящей через его середину и фиксированной в отверстиях нижней и верхней пластин механизма 7.

Сектор 8 зубчатым зацеплением соединен с трибкой (малень­кой шестерней), невидимой на рисунке, жестко закрепленной на оси, проходящей через те же пластины, что и ось сектора. Упругим металлическим волоском 6 трибка всегда прижата к сектору, поэто­му в зацеплении нет зазоров.

Под действием давления трубка раскручивается и тянет поводок, поворачивающий сектор 8 вокруг оси. Поворачиваясь, сектор вра­щает трибку с насаженной на ее ось стрелкой 2, указывающей на шкале 3 значение измеряемого давления. Манометр регулируют изменением длины поводка и перемещением точки его соединения с хвостовиком сектора.

В зависимости от назначения пружинные манометры подразде­лены на образцовые, контрольные и технические (общего назначения и специальные). По конструкции они мало отличаются друг от друга. Основное различие между манометрами этих трех групп — качество упругого элемента (трубчатой пружины) и различная тща­тельность отделки деталей прибора.

Образцовые манометры—образцовые приборы 3-го раз­ряда, предназначенные для поверки контрольных и технических ма­нометров, а также для точных измерений. Допустимая погрешность 0,2 и 0,33 % и чувствительность 0,04—0,05 % от предельного значе­ния шкалы. Шкала их круговая, отметки даны чаще в угловых гра­дусах, иногда шкала именованная.

Контрольные манометры предназначены для поверки рабочих технических манометров на месте их установки (в рабочем состоянии, без демонтажа). Допустимая их погрешность составляет ±1,0%.

Технические манометры общего назначения служат для измерения давлений нейтральных взрывобезопасных некристалли-зирующихся жидкостей и газов с температурой от —20 до +60°С.

Отечественная промышленность выпускает манометры для изме­рения давлений, вакуумметры и мановакуумметры.

Устройство вакуумметра аналогично устройству манометра. Раз­личие заключается в меньшей упругости пружины. При разрежении пружина скручивается и стрелка вакуумметра движется против часо­вой стрелки. На шкале вакуумметра нулевая отметка находится справа.

Мановакуумметры предназначены для измерения переменных давлений, которые могут быть больше и меньше атмосферного. На шкале мановакуумметра нулевая отметка расположена в средней части. Делениям шкалы вправо от нуля соответствуют единицы дав­ления, деления шкалы влево от нуля указывают разрежение.

Деления манометрической части шкалы соответствуют единицам давления и выражены в паскалях; делениям вакуумметрической части шкалы соответствует разрежение давления, выраженное в мм рт. ст.

На шкалах могут быть нанесены отметки, соответствующие мак­симальному рабочему давлению. В манометрах, устанавливаемых на котельных установках, такая отметка в виде красной черты на­носится против максимально допустимого давления, разрешенного инспекцией котлонадзора. Для фиксирования максимального давле­ния в манометрах иногда ставят контрольную стрелку.

Промышленность выпускает следующие показывающие трубчато-пружинные манометры (МП), вакуумметры (ВП), мановакуум­метры (МВП), предназначенные для измерения давления и разре­жения неагрессивных газов, паров и жидкостей;

Кроме показывающих трубчато-пружинных манометров выпуска­ются также и самопишущие: МТС-711 —с записью одного параметра,

МТ2С-711—двухзаписной с приводом диаграммы от синхронного двигателя, МТС-712—с записью одного параметра, МТ2С-712— двухзаписной с приводом диаграммы от часового механизма.

Двухзаписные манометры предназначены для измерения давле­ния в двух объектах. В таких приборах предусмотрены две незави­симые измерительные пружины и два держателя с перьями, запи­сывающими измеряемые параметры на одной диаграмме.

Для сигнализации заданной величины контролируемого давле­ния выпускают контактные манометры. В отличие от обычного пока­зывающего манометра в этом приборе имеются два электрических контакта, которые замыкаются при определенных заданных значе­ниях давления, передавая при этом по проводам соответствующий сигнал. Пределы, при которых подаются сигналы, устанавливаются перемещением контактных стрелок с помощью двух головок, выве­денных наружу через стекло и помещенных над осью вращения стрелки прибора. Электрическая часть контактных манометров мо­жет питаться постоянным или переменным током. В целях безопас­ности корпус контактного манометра имеет особую клемму, которая должна быть соединена с землей.

Манометр с винтовой трубчатой пружиной. Вин­товая трубчатая пружина (геликоидальная) представляет собой полую спиральную трубку с витками, расположенными по винтовой линии. В сечении эта пружина имеет форму эллипса или удлинен­ного овала. Самопишущие манометры с такой пружиной предназна­чены для измерения и записи давления жидкости, пара и газов и относятся к группе технических манометров. Устройство самопишущего манометра с геликоидаль­ной пружиной показано на рис. 5.2.

Измеряемое давление подводит­ся к штуцеру 2, закрепленному в нижней части корпуса прибора (не показанного на рисунке), и через капиллярную трубку 1 воз­действует на геликоидальную пру­жину 5.

Один конец пружины припаян к угольнику, который крепится к корпусу, другой—соединен с осью 6. При повышении давления сво­бодный конец пружины перемеща­ется в направлении, показанном стрелкой, и вращает ось 6. Враще­ние оси через закрепленный на ней рычаг 7 и тягу 10 передается ры­чагу 4, жестко сидящему на одной оси со стрелкой 3. Таким образом, изменение давления перемещает

на пропорциональный угол стрелку 3, на конце которой закреплено перо 11. Перо записывает изменения давления на диаграммном бланке 12, перемещаемом часовым механизмом или синхронным электродвигателем СД-60. На рычаге 7 имеется ползун 8 с винтом 9. Вращением винта 9 при регулировке прибора можно изменять раз­мах стрелки 3 при одном и том же значении измеряемого пара­метра.

Манометр мембранный. Прибор представляет собой де­формационный манометр, в котором упругим -чувствительным элементом является мембрана (упругая пластина) или мембранная коробка. Устройство мембранного манометра по­казано на рис. 5.3. Давление, подавае­мое к штуцеру 1, действует на мембра­ну 3, зажатую между крышками 2 и 10 корпуса. Под действием давления мем­брана прогибается, и прогиб ее через толкатель 4, рычаг 9 и сектор 8, распо­ложенный в корпусе 7, приводит к про­порциональному угловому перемещению стрелки 6. При этом стрелка по шкале 5 показывает значение измеренного дав­ления.

Из принципа действия мембранного манометра видно, что этим прибором можно измерять как давление, так и разрежение. Это свойство используют при изготовлении мембранных вакуум­метров и мановакуумметров.

В отличие от упругих мембран в некоторых приборах применяют так называемые вялые мембраны. Вялые мембраны обычно изготов­ляют из резины с тканевой основой, из ткани с газонепроницаемой пропиткой или из синтетических материалов. Давление, восприни­маемое вялой мембраной, уравновешивается пружиной. Вялые мембраны применяют в тягомерах, напоромерах и дифманометрах.

На рис. 5.4 показан мембранный дифманометр с пневматической силовой компенсацией (ДМПК-4). Под действием разности давлений, действующих на вялую мембрану 1, на подвижном жестком центре 2 мембраны возникает усилие, которое через стержень 3 и рычаг 4 вызы­вает изменение положения заслонки 5 относительно сопла 6. Измене­ние зазора между соплом и заслонкой приводит к изменению давления воздуха, поступающего к соплу через дроссель 7 постоянного сече­ния. Одновременно изменяется давление в камере усилительного пневмореле. При этом мембраны 8 и 9 прогибаются и изменяются положения впускного 10 и выпускного 11 клапанов. Это в свою оче­редь, вызывает изменение давления в камерах бив. Изменение давления в камерах бив будет продолжаться до тех пор, пока заслонка под действием сильфона обратной связи 12 не займет та­кого положения относительно сопла, при котором усилие на сильфоне обратной связи не станет равным усилию на мембране 1. Пере­мещение заслонки при изменении перепада в пределах диапазона измерения не превышает 0,01—0,03, поэтому деформации мембра­ны и сильфона обратной связи также незначительны. Вследствие незначительных деформаций мембраны и сильфона усилия на них, пропорциональные действующим избыточным давлениям, практиче­ски не зависят от небольших изменений их жесткости и вида стати­ческих характеристик. Пределы измерения изменяются перемещени­ем сильфона 12 вдоль рычага 13. Рычаг 4 выводится из измери­тельной полости, находящейся под избыточным давлением, через уплотняющий сильфон 14. Пружина 15 предусмотрена для корректи­ровки начального давления воздуха после механизма пневматической дистанционной передачи. Пульсация воздуха устраняется с помощью гидравлического демпфера 16. Дифманометры ДМПК-4 имеют диапазоны измерений разности давлений от 0 до 245 Па и от О до 3924 Па (0—25 и 0—400 мм вод. ст.) и работают при избыточ­ном давлении до 0,392 МПа. Основная допустимая погрешность, определяемая по выходному давлению сжатого воздуха, не превы­шает ±1 %. Максимальная длина пневмолинии 300 м.

Приборы с коробчатой мембраной. Коробчатые мембраны применяют для измерения разрежений, давлений (тягоме­ры и напоромеры), для измерения атмосферного давления (баро­метры) и разности давлений (дифманометры).

В качестве измерительного элемента в приборах этого типа пред­усмотрена коробчатая мембрана (иногда ее называют анероидом), представляющая собой упругую тонкостенную коробку. В некоторых случаях в этих коробках создают вакуум (барометры, тягомеры, напоромеры). Коробчатые мембраны, используемые в дифманометрах, заполнены жидкостью.

На рис. 5.5 приведена принципиальная схема мембранного диф­ференциального манометра типа ДМПК-100А, у которого в каче­стве чувствительного элемента применены две мембранные коробки, внутренние полости которых соединены.

Дифманометр ДМПК-100А предназначен для непрерывного пре­образования контролируемого или регулируемого перепада давле­ния в пропорциональные по величине значения давления воздуха дистанционной передачи. Действие его основано на принципе пнев­матической силовой компенсации. Усилие на чувствительном элемен­те, представляющем собой две коробчатые мембраны 2 и 12, уравно­вешивается через систему рычагов усилием, развиваемым давлением в сильфоне 7 обратной связи.

Давление к измерительным камерам А и В подводится по труб­кам 1 и 13. Питающий воздух подается в измерительную систему по трубке 14. Изменение измеряемой разности давлений с помощью толкателя 3, приводит к повороту рычага 4 в уплотнении 5. При этом изменится расстояние заслонки 9 относительно сопла 10, а так­

же изменится давление в выходной линии 16 пневмоусилителя 15. С выхода пневмоусилителя давле­ние подается к сильфону 7 обрат­ной связи, который через рычаг 11 и упор 8 осуществляет пневмоком-пенсацию. Таким образом, давление на выходе пневмоусилителя будет изменяться пропорционально изме­нению измеряемой разности давле­ний. Изменение передаточного от­ношения пневмопреобразователя, настройка на заданный предел измерения разности давлений осу­ществляются перемещением опоры 8. Нулевое положение регулирует­ся винтом 6. Дифманометр ДМПК-100А рассчитан на измере­ние давлений в пределах 0—630;

0—1000; 0—2500 Па и на давления 0,04; 0,063; 0,1 и 0,16 МПа.

Сильфонные манометры. Чувствительным элементом в при­борах этого типа является сильфон, представляющий собой ме­таллический цилиндр с гофрирован­ными стенками. Сильфоны изготов­ляют из латуни, бериллиевой бронзы и специального сплава — нержавеющей стали. Действие на сильфон внешнего или внутрен­него давления приводит к изменению длины его (сжатие или растя­жение зависит от направления действующей нагрузки). В пределах рабочего диапазона характеристика сильфона близка к линейной. Это значит, что отношение действующей силы к вызванной ею дефор­мации, называемое жесткостью сильфона, будет постоянным.

Для увеличения жесткости, уменьшения влияния гистерезиса и обеспечения линейности характеристики внутрь сильфона часто по­мещают проволочную цилиндрическую пружину. Жесткость пружи­ны обычно в несколько раз превышает жесткость сильфона, вслед­ствие чего резко уменьшается характерное для сильфонов влияние гистерезиса и нелинейности характеристики.

На рис. 5.6 показана схема сильфонного тягонапоромера ТНС-П, входящего в пневматическую ветвь ГСП и предназначенного для непрерывного преобразования давления или разрежения в унифици­рованный пропорциональный пневматический сигнал дистанционной передачи. Принцип действия прибора основан на пневматической силовой компенсации. Измеряемое давление или разрежение дей­ствует на сильфон 9 и передается рычагу 8, который перемещает заслонку 4 относительно сопла 5. При этом давление на выходе пневмоусилителя 6 изменяется и с выхода поступает в линию дистанционной передачи и на сильфон обратной связи 7. Усилие обратной связи, действуя через рычаг 1 и сухарик 2 на рычаг 8, держит заслонку 4 относительно сопла 5 на расстоянии, соответ­ствующем значению измеряемого параметра. Таким образом, дав­ление на выходе пневмоусилителя будет соответствовать значению измеряемого параметра. Регулировка прибора осуществляется пере­мещением сухарика 2 вдоль рычагов 1 и 8. Настройка нулевого зна­чения выполняется с помощью пружины 3.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАНОМЕТРЫ

Электрические манометры можно разделить на две группы. К первой группе относятся манометры, основанные на свойстве неко­торых материалов изменять свои электрические , параметры , под воздействием давления, ко второй группе — манометры, основанные на преобразовании механического воздействия измеряемой величины в электрический параметр при помощи соответствующих преобразо­вателей.

По принципу действия различают электрические манометры, ко­торые под действием давления изменяют: 1) сопротивление R=f₁(p); 2) магнитную проницаемость μ=f₂(р); 3) индуктивность L=f₃(p); 4) емкость C=f₄(p); б) электродвижущую силу (эдс) E =f₅ (p).

К манометрам сопротивления (их называют также резистивными) относят приборы для измерения давления, в которых исполь­зуют реостатные и тензочувствительные (тензорезисторы) измери­тельные преобразователи.

Реостатный преобразователь представляет собой реостат, движок которого перемещается в функции измеряемого давления. Таким образом, естественной входной величиной реостатных преобразова­телей является перемещение движка, а выходной — активное сопро­тивление, распределенное линейно или по некоторому закону по пути движения движка.

Принцип действия тензорезисторов заключается в изменении активного сопротивления проводников при их механической дефор­мации под влиянием измеряемого давления. Это явление называется тензоэффектом. Применяют два метода реализации тензоэффекта при создании манометра сопротивления.

Первый метод заключается в использовании тензоэффекта про­водника, находящегося в состоянии объемного сжатия, когда есте­ственной входной величиной является давление окружающего газа или жидкости, а выходной—изменение активного сопротивления проводника. На этом принципе строят манометры для измерения высоких и сверхвысоких давлений.

Изменение сопротивления манганина в зависимости от давления выражается формулой ΔR=kRp, где R—сопротивление манганина;

k— коэффициент изменения сопротивления манганина от давле­ния р.

Коэффициент k для манганина колеблется в пределах 2,08*10^-6— 2,34*10^-6 Па^-1.

Преобразователь представляет собой катушку провода, помещен­ную в область измеряемого давления.

Второй метод заключается в использовании тензоэффекта растя­гиваемого тензочувствительного проводника.

Манометры с переменной маг­нитной проницаемостью. Принцип действия преобразователей с переменной маг­нитной проницаемостью основан на измене­нии магнитной проницаемости электромагнит­ного дросселя при его сжатии или растя­жении.

Индуктивные манометры представляют со­бой мембранный манометр с индукционным преобразователем. Прибор (рис. 5.7) состоит из мембранного чувствительного элемента 2 с закрепленным на нем железным сердечни­ком 5 и индуктивной катушки, надетой на железный сердечник. Измеряемое давление, поступающее по труб­ке/в полость 2, вызывает прогиб мембраны 3, вследствие чего сердечник 5 приближается к сердечнику 4 индуктивной катушки.

Вследствие изменения зазора изменяется магнитное сопротивле­ние магнитной цепи, а следовательно, и индуктивность катушки, одетой на сердечник и включенной в цепь переменного тока. Изме­нение индуктивного сопротивления катушки ведет к соответствую­щему изменению полного сопротивления Z. Таким образом, суще­ствует функциональная зависимость между измеряемым давлением р и электрическим сопротивлением Z преобразователя:

Емкостные манометры представляют собой мембранный мано­метр с емкостным преобразователем. Преобразователь состоит из двух пластин: чувствительного элемента—мембраны и специаль­ного электрода. Эти две пластины являются обкладками конденса­тора, подключенными к измерительной схеме. Известно, что емкость конденсатора зависит от площади обкладок, диэлектрической про­ницаемости разделяющей их среды и расстояния между обкладками:

где S — площадь обкладок, ε— диэлектрическая постоянная воздуш­ной среды; l—расстояние между обкладками.

Под действием давления мембрана прогибается и приближается к электроду. Площадь обкладок в процессе измерения не меняется. Неизменна в процессе измерения также и диэлектрическая постоян­ная ε. В процессе измерения давлений вследствие прогиба мембраны

изменяется только расстояние l между обкладками пропорциональ­но измеряемому давлению. Следовательно, можно написать: C=k/l, где k=Sε.

Иными словами, емкость конденсатора обратно пропорциональ­на измеряемому давлению.

Емкостные датчики при промышленной частоте имеют малую мощность и большое сопротивление, доходящее до десятка мегом. Применяют их в цепях повышенной и высокой частоты.

Пьезоэлектрический манометр представляет собой электрический манометр, в котором давление определяется по значению электри­ческого заряда пьезоэлемента. Принцип действия этих приборов основан на использовании пьезоэффекта, заключающегося в свой­стве некоторых кристаллов (кварца, турмалина, сегнетовой соли) под действием давления создавать на гранях разность потенциалов. При этом возникающая эдс пропорциональна измеряемому дав­лению.

Заряды, возникающие на кварцевой пластинке, не могут сохра­няться длительное время в результате утечек в элементах измери­тельной схемы. Причиной утечек является объемная и поверхностная проводимость кристалла, проводимость изоляции соединительного провода и поверхностная проводимость между сеткой и катодом уси­лительной лампы. Даже при самой тщательной изоляции заряды практически исчезают за десятые доли секунды. Поэтому пьезоэлек­трический метод применяют для измерения быстроменяющихся давлений.

СКВАЖИННЫЕ МАНОМЕТРЫ

Скважинные манометры применяют для измерения давления в действующих и остановленных фонтанных, газлифтных, глубинно-насосных, нагнетательных, а также в пьезометрических скважинах на забое и по стволу,

По назначению скважинные манометры бывают избыточного дав­ления, измеряющие изменение избыточного (или манометрического) давления в скважине, и дифференциальные, измеряющие изменение давления в определенном диапазоне.

По принципу действия скважинные манометры разделяют на следующие группы:

а) пружинные геликсные, в которых в качестве чувствительного элемента применена геликсная пружина;

б) пружинно-поршневые, в которых измеряемое давление воспри­нимается поршнем и уравновешивается упругостью цилиндрической проволочной пружины;

в) пневматические, у которых объем наполняющего прибор газа меняется пропорционально измеряемому давлению;

г) деформационные со струнным преобразователем, у которых измеряемое давление действует на упругий чувствительный элемент, изменяя натяжение прикрепленной к нему струны, колеблющейся в поле постоянного магнита;

д) компенсационные, принцип действия которых основан на си­ловой компенсации измеряемой величины упругим элементом.

По степени точности манометры делятся на технические, имеющие класс точности 0,5 и ниже, и прецизионные (высокоточные), имею­щие класс точности 0,2 и выше.

По способу передачи показаний манометры бывают с местной регистрацией и дистанционные.

Скважинные манометры геликсные. Принципиальная схема самопишущего геликсного манометра приведена на рис. 5.8,а.

Прибор собран в корпусе 17. Дав­ление измеряемой среды через от­верстие 16 в корпусе действует на сильфон 14, соединенный капилля­ром 13 с геликсной пружиной 12. Внутренняя полость сильфона и геликсной пружины заполнена ма­ловязкой жидкостью. Давление от сильфона через жидкость переда­ется геликсной пружине, которая раскручивается на угол, пропор­циональный величине измеренного давления. Запаянный конец ге­ликсной пружины жестко соединен с втулкой 11, q которую вставлена и закреплена ось 9. На оси 9 за­креплена втулка 10 с держателем 18 и пером 19. Раскручиваясь, геликсная пружина вращает ось 9. Перо 19, вращаясь с осью, записы­вает на диаграммном бланке, вставленном в каретку 20, линию, длина которой пропорциональна величине измеренного давления. Перо представляет собой метал­лический штифт. Для диаграммного бланка применяется меловая или цветная бумага, покрытая титано­выми белилами с воском. Острый штифт, двигаясь по поверхности бумаги, оставляет на ней видимый след. Часовой механизм 3, на вы­ходную ось которого насажена зубчатая полумуфта 4, поступатель­но перемещает каретку 20. С помощью зубчатого сцепления часовой механизм вращает ходовой винт 5, который резьбой соединен с хо­довой гайкой 6. От вращения ходовую гайку удерживает планка 7, которая проходит через прорезь в гайке и закреплена в опорах 8 и 21, поэтому ходовая гайка с кареткой 20 имеет свободу только по­ступательного движения.

На диаграммном бланке получается запись изменения давления во времени.

Для введения поправки к показаниям манометра необходимо знать температуру в скважине. Поправку вводят потому, что темпе­ратура в скважине отличается от той, при которой прибор тарируют. Для контроля температуры при измерении давления в скважине в приборе предусмотрен максимальный ртутно-стеклянный термо­метр 15. Прибор спускают в скважину на проволоке 1 из малоуглеродистой стали диаметром 1,6—1,8 мм. Для амортизации часового механизма при толчках и ударах при спуске прибора в скважину предусмотрен пружинный упор 2. Чувствительный элемент—геликсная пружина — изготовлен из трубки бериллиевой бронзы)

Диаграмма записи давления скважинным манометром показана на рис. 5.8,б. Линия О—О прочерчивается пером при перемещении каретки вручную до спуска прибора в скважину и соответствует нулевому избыточному (атмосферному) давлению. Она называется нулевой линией. Линия а—в записана глубинным манометром, по­мещенным в лубрикатор, до начала спуска в скважину, когда бу­ферная задвижка открыта и прибор находится под действием бу­ферного давления.

Расстояние линии b—с от нулевой линии О—О соответствует бу­ферному давлению. Линия с—d записана при спуске прибора и по­казывает давление, возрастающее от буферного на устье скважины до забойного. Линия d—е записана прибором на забое скважины. Расстояние ее от нулевой линии, равное L₂, соответствует давлению в точке измерения. Постепенное повышение линии (закругление в точке d) вызвано изменением упругих свойств геликсной пружины во время прогрева прибора при температуре на забое скважины, поэтому расстояние L₂ от линии, соответствующей давлению на за­бое, до нулевой необходимо измерять не в точке d, а на некотором расстоянии от нее, где линия d—е параллельна нулевой линии.

Линия е—i записана при подъеме прибора от забоя до устья скважины. Расстояние линии i—k от нулевой линии, равное L₃, соот­ветствует буферному давлению. Линия k—m записана прибором после того, как буферная задвижка перекрыта и давление в лубри­каторе упало до атмосферного.

Проекции на нулевую линию отрезков bс, cd, ei и ik дают в масштабе соответственно: время пребывания прибора в лубрика­торе перед спуском в скважину, время спуска, время пребывания на забое, время подъема прибора и время пребывания его в лубрика­торе после подъема от забоя к устью.

Характеристика прибора нелинейна. Давление, соответствующее ординате L_i, определяют по таблице, составленной для каждого прибора при его тарировке.

В настоящее время для исследования скважин выпускается нор­мальный ряд геликсных манометров МГН-2.

Схема устройства геликсного манометра МГН-2 приведена на рис. 5.9.

Измеряемое давление через отверстие 12 действует на сильфон 11, внутренняя полость которого заполнена жидкостью и соединена с геликсной пружиной 9, закрепленной нижним концом в соедини­тельной муфте 10. Верхний конец геликсной пружины наглухо за­паян, и к нему с помощью, втулки крепится ось, нижний конец кото­рой опирается на шариковую опору, а к верхнему, проходящему через уплотнение во втулке 5, крепится стакан 7 регистрирующего устройства. При изменении измеряемого давления свободный (за­паянный) конец геликсной пружины раскручивается и поворачивает стакан 7, к которому крепится перо 6. Перо записывает на диа­граммном бланке, вставленном в барабан 5, ординату, пропорцио­нальную измеренному давлению. Барабан 5 перемещается поступа­тельно с помощью ходового винта 4, который вращается часовым механизмом 2 через редуктор 3. Прибор опускается в скважину на проволоке, которая крепится в головке 1. Манометры МГН-2 имеют

Скважинные манометры пружинно-поршневые (рис. 5.10). Измеряемое давление через отверстие 11 в корпусе 12 и фильтр 9 действует на поршень 5. Давление передается через жидкость, заполняющую камеру манометрического блока, в которой расположена проволочная цилиндрическая пружина 7. Манометри­ческая пружина одним концом соединена с якорем 8, который за­креплен на перемычке корпуса, другим концом крепится к поршню 5. Поршень уплотнен в сальниковой втулке резиновым самоуплотняю­щимся кольцом 6. Под действием давления поршень вытесняется из манометрической камеры. При этом пружина 7, препятствующая вытеснению поршня, растягивается. На конце поршня укреплен дер­жатель 13 с пером 14, которое записывает на диаграммном бланке, вставленном в барабан 4, перемещения поршня. Барабан с диа­граммным бланком вращается часовым механизмом 3, амортизируе­мым в приборе пружинным упором 2. На диаграммном бланке за­писывается изменение давления во времени. Диаграммный бланк и форма записанной прибором кривой изменения давления такие же, как у геликсного манометра (см. рис. 5.8,6).

Для определения температуры при измерении давления в сква­жине (с целью введения температурной поправки) в приборе предусмотрен максимальный ртутный термометр 10. Прибор спускают в скважину на проволоке 1. Погрешность поршневых манометров в значительной мере зависит от трения поршня в сальниковой втул­ке. Для уменьшения этой погрешности ВНИИКАнефтегазом была разработана конструкция глубинного манометра с вращающимся поршнем МГН-1 (рис. 5.11). Измеряемое давление через отверстие в корпусе прибора и гидравлический затвор 8, препятствующий по­паданию пластовой жидкости в полость манометрического блока, действует на заполняющую манометрическую полость жидкость (авиационное масло МК22) и воспринимается поперечным сечением поршня 10, уплотненного во втулке 11 резиновыми кольцами.

Под действием измеряемого давления поршень 10 выталкивается в ка­меру, где расположено устройство регистрации. Перемещению поршня препятствует измерительная пружина 9, которая при этом растягивается на длину, пропорциональную значению измеряемого давления. Поршень 10 соединен с пером 13, записывающим на диа­граммном бланке, вставленном в барабан 14, линию, ордината точек которой пропорциональна измеряемому давлению. Вращение бара­бану от часового механизма 16 передается поводковым устройством 15. Пружина 9 вместе с поршнем вращается электродвигателем 5 через редуктор 6 и вал 7. Электродвигатель питается от электриче­ских батарей 8, зажатых в корпусе упором 2. Для экономии элек­трического заряда электродвигатель включается периодически с помощью электронного прерывателя 4, позволяющего плавно ре­гулировать время периодического включения (от 2 до 4 мин). При установке максимального времени включения общая продолжитель­ность работы прибора без смены батарей составляет 200—300 ч. Во избежание вращения пера при вращении поршня оно соединено с последним через шаровой шарнир 12 и перемещается в струнных направляющих. Таким образом, на диаграммном бланке получается запись изменения давления во времени. Прибор имеет верхние пре­делы измерения 4; 6; 8; 16; 20; 25 и 30 МПа. Основная приведенная погрешность составляет 0,25%, верхний предел рабочей температу­ры +100°С, диаметр 32 мм, длина 1800 мм.

Компенсационные скважинные манометры (рис. 5.12,а). Принцип действия таких манометров основан на силовой компенсации измеряемой величины. Измеряемая величина действует на разделительный элемент 1, связанный с контактным нуль-орга­ном 2, управляющим работой электродвигателя 3, питающегося постоянным током от автономного блока питания 6. При замыкании контактов вал электродвигателя через механическое передающее устройство деформирует пружину 5 до тех пор, пока усилие пружи­ны не станет равным силе, действующей на разделитель. При ра­венстве сил контакты нуль-органа размыкаются и цепь питания электродвигателя прерывается. Число оборотов вала электродви­гателя, пропорциональное деформации пружины, характеризует значение измеренной величины. Оно регистрируется регистратором 4.

При<