RU2572410C2

RU2572410C2 - Кинематический способ измерения вертикальной составляющей скорости потока жидкости или газа в скважине

Info

Publication number: RU2572410C2
Application number: RU2013141221/03A
Authority: RU
Inventors: Сергей Алексеевич Егурцов; Юрий Владимирович Иванов; Татьяна Владимировна Скрынник
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ИННОВАЦИОННЫЕ НЕФТЕГАЗОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ"
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2016-01-10
Also published as: RU2013141221A

Abstract

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано для измерения скорости потока или расхода жидкости или газа в добывающих и нагнетательных скважинах. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является расширение диапазона измеряемых скоростей. Данный технический результат достигают за счет того, что в потоке создают тепловую метку с помощью генератора тепловых меток, регистрируют появление тепловой метки, прошедшей базовое расстояние X, с помощью регистратора тепловых меток. Затем измеряют время t прохождения меткой базового расстояния X, по которому определяют скорость V_n потока. При этом генератор и регистратор меток перемещают вдоль скважины со скоростью V_k, удовлетворяющей математическому соотношению |V_k - V_n| = 0,01÷0,05 м·с^-1. Базовое расстояние Х задается равным 0,01÷0,05 м для жидкости и 0,01÷0,02 м для газа. 1 ил.

Description

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано для измерения скорости потока или расхода жидкости или газа в добывающих и нагнетательных скважинах.

Известен способ аналогичного назначения, заключающийся в создании в потоке тепловой метки с помощью генератора тепловых меток, регистрации меток с помощью регистратора и измерении времени пролета метками базового расстояния между генератором и регистратором меток, по которому определяют скорость потока /а.с. СССР №1194998, кл. Е21В 47/00, 1985/.

Данный способ принят за прототип предложенного способа.

Недостатком прототипа является отсутствие оптимальных режимов в работе устройства при реализации способа, что ограничивает динамический диапазон измерения скоростей как сверху, так и снизу.

Сверху динамический диапазон измерения ограничивается для данного способа конечным временем образования тепловых меток в потоке жидкости или газа, а снизу - конечным временем жизни метки в потоке.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение указанного недостатка прототипа, т.е. расширение динамического диапазона измерений скоростей потоков жидкостей и газов в сторону больших и в сторону малых скоростей.

Поставленный технический результат достигают за счет того, что в известном способе измерения вертикальной составляющей скорости потока жидкости или газа в скважине, заключающемся в создании в потоке тепловой метки с помощью генератора тепловых меток, регистрации меток с помощью регистратора и измерении времени пролета метками базового расстояния между генератором и регистратором меток, по которому определяют скорость потока, измерение скорости V_n потока жидкости или газа в скважине проводят при вертикальном перемещении генератора и регистратора тепловых меток по направлению потока со скоростью V_k, задаваемой из математического соотношения

|V_k - V_n| = 0,01÷0,05 м·с^-1,

а базовое расстояние задается равным 0,01÷0,05 м для жидкости и 0,01÷0,02 м для газа.

Изобретение поясняется чертежом, на котором предоставлена схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит глубинный (1) и наземный (2) приборы, соединенные через каротажный кабель (не обозначен) и разъем 3 друг с другом.

Глубинный прибор 1 включает в себя синхронизированные генератор 4 и регистратор 5 тепловых меток. В состав генератора 4 тепловых меток входит термонагревательный элемент 6 (ТНЭ 6), а в состав регистратора 5 тепловых меток - термочувствительный элемент 7 (ТЧЭ 7), расположенный на базовом расстоянии X от ТНЭ 6 вдоль скважины (не приведена). Это расстояние согласно формуле изобретения задается равным 0,01÷0,1 м.

В качестве ТНЭ 6 и ТЧЭ 7 могут использоваться две одинаковые высокоомные проволоки, например нихромовые.

Наземный прибор 2 включает в себя блок 8 управления (БУ 8) и измеритель 9 времени пролета (ИВП 9) тепловой меткой базового расстояния X.

Электрические связи между электронными блоками устройства и его наземной и глубинной частями представлены на чертеже.

Генератор 4 и регистратор 5 тепловых меток могут быть выполнены по аналогии с прототипом. Их работа может быть синхронизирована, как показано на чертеже. Управляемый вход генератора 4 через разъем 3 и каротажный кабель (не обозначен) соединен с выходом БУ 8. Вход ИВП 9 подключен к выходу регистратора 5 тепловых меток. Выход БУ 8 соединен также с запускающим входом ИВП 9.

Способ реализуется через работу устройства следующим образом.

Глубинный прибор 1 перемещают по направлению потока.

С БУ 8 на генератор 4 тепловых меток подается управляющий импульс, который разряжает накопитель электрической энергии в генераторе 4 на ТНЭ 6. Последний нагревается примерно за 10^-3 с. Тепловой фронт в виде тепловой метки сносится набегающим потоком с ТНЭ 6. Тепловая метка проплывает вместе с потоком базовое расстояние X и за время Δt достигает ТЧЭ 7, включенного, например, в одно из плеч мостовой схемы регистратора 5 тепловых меток.

Одновременно с БУ 8 на ИВП 9, например частотомер - периодомер подается импульс, переводящий ИВП 9 в ждущий режим.

Появление тепловой метки на ТЧЭ 7 изменяет его сопротивление и на ИВП 9 через регистратор 5 тепловых меток направляется импульс, останавливающий работу ИВП 9, на табло которого высвечивается время t пролета меткой базового расстояния X. На генератор 4 меток направляется синхроимпульс, подготавливающий его к генерации следующей метки.

Скорость V_n потока в кинематическом способе определяется согласно ее определения как путь X, деленный на время t.

При высоких скоростях потока, например при V_n>1 м·с^-1, тепловая метка за время t₀ своего образования будет уширяться в своих поперечных размерах d₀. Так, при d₀=1 мм (на практике меньше этого значения d₀ не удается получить) метка уширяется на величину d₀'=V_nt₀, где t₀=10^-3 с - время образования метки с помощью электрического импульса энергии, равное 1 мс (на практике t₀ короче этого значения не удается получить).

Тогда d₀' = 1 м·с^-1× 10^-3 с = 10^-3 м, то есть за время своего образования метка уширяется в два раза (на сто процентов).

Это приведет к снижению контрастности тепловой метки над фоном (окружающей жидкостью или газом) и дополнительным погрешностям при измерении скорости потока.

Для уменьшения скорости потока V_n относительно глубинного прибора 1 последний перемещают со скоростью V_k по потоку (каротажная скорость перемещения) таким образом, чтобы

|V_k - V_n| = 0,01-0,05 м·с^-1.

В этом случае относительная величина уширения тепловой метки не превысит (1-10)%, что вполне допустимо для получения в потоке контрастной тепловой метки.

Явления тепломассопереноса в потоке жидкости или газа ограничивают нижний предел измеряемых скоростей потока и предельное значение базового расстояния X между ТНЭ 6 и ТЧЭ 7.

Базовое расстояние X регламентируется в части устройства значениями 0,01÷0,05 м для жидкостей (вода, нефть) и значениями 0,01÷0,02 м для газов (воздух, метан).

Скорость протекающих процессов тепломассопереноса в ламинарно текучей среде зависит от коэффициента температуропроводности среды. Для жидкости коэффициент температуропроводности - ν=10^-6 м²·с^-1, для газов - ν=10^-5 м²·с^-1.

Коэффициент температуропроводности задает время t_n «жизни» тепловой метки в потоке. В жидкости t_n=3-4 с, в газе - t_n=0,5 с.

Если за время «жизни» метка не успевает пройти базовое расстояние X, то измерение скорости становится невозможным.

Исходя из времени «жизни» и максимальной относительной скорости 0,05 м·с^-1 потока можно задать относительные значения базовых расстояний:

- для жидкостей Х_ж=0,05 м·с^-1 × 1 с=0,05·10^-2 м;

- для газов Х_г=0,05 м·с^-1 × 0,2 с=10^-2 м.

Если режим течения жидкости или газа носит турбулентный характер, проводят ламинаризацию потока в районе образования тепловых меток. Это можно осуществить, например, с помощью сопла, установленного перед ТНЭ 6 (на чертеже не показан). Трансформацию величины скорости потока после прохождения им сопла определяют перед эксплуатацией сужающего устройства на метрологическом стенде.

Ориентировочное значение скорости V_n потока можно рассчитать теоретически исходя из геометрических параметров скважины и теплофизических свойств рабочих жидкости или газа, или попытаться измерить ее предварительно данным кинематическим способом, не задавая оптимального значения скорости V_k каротажа, т.е. предварительно измерив V_n с большой погрешностью.

Таким образом, реализация данного способа позволит измерять более высокие и более низкие скорости потока с помощью тепловых меток при высокой контрастности последних в потоке.

Claims

Кинематический способ измерения вертикальной составляющей скорости потока жидкости или газа в скважине, заключающийся в создании в потоке тепловой метки с помощью генератора тепловых меток, регистрации меток с помощью регистратора и измерении времени пролета метками базового расстояния между генератором и регистратором меток, по которому определяют скорость потока, отличающийся тем, что измерение скорости V_n потока жидкости или газа в скважине проводят при вертикальном перемещении генератора и регистратора тепловых меток по направлению потока со скоростью V_k, задаваемой из математического соотношения
|V_k - V_n| = 0,01÷0,05 м·с^-1,
а базовое расстояние задается равным 0,01÷0,05 м для жидкости и 0,01÷0,02 м для газа.