RU54624U1

RU54624U1 - Borehole Flowmeter

Info

Publication number: RU54624U1
Application number: RU2006101706/22U
Authority: RU
Inventors: Николай Юрьевич Воеводин; Вадим Самуилович Воловик
Original assignee: Открытое акционерное общество "ГЕОТРОН" (ОАО "ГЕОТРОН")
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2006-07-10

Abstract

Скважинный расходомер (СР) относится к геофизической аппаратуре по исследованию скважин и предназначен, преимущественно, для измерения движения жидкости по стволу, в том числе для измерений внутрискважинных перетоков.Downhole flowmeter (SR) refers to the geophysical equipment for the study of wells and is intended primarily for measuring fluid movement along the wellbore, including for measuring downhole flows.

СР содержит корпус, составной хвостовик из штока и ползуна, эластичную турбинку с осью и угол регистрации оборотов турбинки, а также механизм позиционирования СР по оси скважины и механизм стабилизации расстояния между опорами оси турбинки. Оба механизма выполнены в виде шарнирных сочленений звеньев друг с другом, корпусом и хвостовиком, и подпружинены упругим элементом для приведения СР в рабочее, так называемое «раскрытое», состояние в скважине.CP contains a housing, a composite shaft of a stem and a slider, an elastic impeller with an axis and an angle of registration of turbine revolutions, as well as a positioning mechanism for the CP along the well axis and a mechanism for stabilizing the distance between the supports of the turbine axis. Both mechanisms are made in the form of articulated joints of the links with each other, the body and the liner, and are spring-loaded with an elastic element to bring the SR into the working, so-called “open” state in the well.

Особенностью СР является соотношение размеров (длин) шарнирных звеньев обоих механизмов в зависимости от углов наклона звеньев к его оси О-О в пределах изменения углов от нуля до штатной величины в рабочем положении СР.A feature of the SR is the ratio of the sizes (lengths) of the hinged links of both mechanisms depending on the angles of inclination of the links to its O-O axis within the range of angles from zero to the standard value in the working position of the SR.

Это позволяет обеспечить более высокие надежность прибора и достоверность его информации.This allows you to provide higher reliability of the device and the reliability of its information.

Description

Полезная модель относится к аппаратуре для гидродинамических исследований скважин и предназначена для измерения скорости движения жидкости по стволу скважины преимущественно в нефтедобывающей отрасли.The utility model relates to equipment for hydrodynamic research of wells and is intended to measure the speed of fluid flow along the wellbore mainly in the oil industry.

Известен скважинный расходомер [SU а.с. №1652526, М.кл. (5) Е 21 В 47/10, 1987] содержащий эластичную турбину с осью, установленную в полости поджатой пружиной системы двуплечих и одноплечих тяг, связывающей корпус с хвостовиком и закрепленной на них шарнирно, расположенные на корпусе и хвостовике ограничители хода, в полости которых размещены подпятники с возможностью возвратно-поступательного движения относительно друг друга и упоры, закрепленные на концах оси турбинки.Known borehole flow meter [SU and.with. No. 1652526, M.cl. (5) E 21 B 47/10, 1987] comprising an elastic turbine with an axis mounted in the cavity by a spring-loaded system of two-arm and one-arm rods connecting the housing to the shank and pivotally mounted on them, located on the housing and the shank, travel limiters in the cavities of which thrust bearings are placed with the possibility of reciprocating motion relative to each other and stops fixed at the ends of the axis of the turbine.

Недостатком расходомера является низкая надежность, объясняемая тем, что он имеет единственное взаиморасположение его элементов, при котором обеспечивается его работоспособность, и любое соприкосновение системы тяг с обсадной колонной и/или вибрация при протяжке по стволу приводят к выходу прибора из рабочего положения.The disadvantage of the flow meter is its low reliability, due to the fact that it has the only relative position of its elements, which ensures its operability, and any contact of the tie rod system with the casing string and / or vibration during pulling along the barrel leads to the device coming out of its working position.

Известен также расходомер скважинный [RU, патент №1761947, М. Кл. (5) Е 21 В 47/10, приоритет 01.06.90], принятый в качестве прототипа по причине наибольшего сходства совокупности его существенных признаков с заявляемым объектом, содержащий корпус с выступом по его геометрической оси, хвостовик из штока и втулки ползуна на нем, эластичную турбинку с осью расположенную между концами выступа корпуса и штока хвостовика, узел регистрации числа оборотов турбинки, шарнирно соединенные с корпусом, хвостовиком и между собой три пары двуплечих звеньев, образующих механизм позиционирования расходомера (по оси скважины) и механизм стабилизации межопорного расстояния оси турбинки в виде одноплечих звеньев, шарнирно соединенных концами со штоком хвостовика и со средней частью двуплечих звеньев, соединенных со втулкой-ползуном, а также пружину сжатия, размещенной на штоке хвостовика и, вместе с ним, во втулке-ползуне и заневоленой между ними с опиранием ее концов на соответствующие уступы этих деталей. При этом конструктивные параметры звеньев и углов наклона их к оси расходомера в его рабочем положении определяют по приведенному (в описании и «Формуле» изобретения) выражению для повышения надежности, путем сохранения межопорного расстояния для оси турбинки при трансформации механизма позиционирования в случае изменения его диаметрального размера в сторону уменшения.Well-known flow meter [RU, patent No. 1761947, M. Cl. (5) E 21 B 47/10, priority 01.06.90], adopted as a prototype due to the greatest similarity of its essential features to the claimed object, comprising a housing with a protrusion along its geometric axis, a shank of a rod and a slide sleeve on it, an elastic impeller with an axis located between the ends of the protrusion of the casing and the shaft of the shank, a node for recording the number of revolutions of the turbine, pivotally connected to the casing, the shank and to each other three pairs of two-shouldered links forming the positioning mechanism of the flow meter (along the axis of the well) and a mechanism for stabilizing the inter-support distance of the axis of the turbine in the form of one-arm links pivotally connected by ends to the shaft of the shank and the middle part of the two-arm links connected to the sleeve-slider, as well as a compression spring placed on the shaft of the shank and, together with it, in the sleeve-slider and discontented between them with the support of its ends on the corresponding ledges of these details. At the same time, the structural parameters of the links and their inclination angles to the axis of the flowmeter in its working position are determined by the expression (in the description and "Formula" of the invention) to increase reliability by maintaining the support distance for the axis of the turbine during transformation of the positioning mechanism in case of a change in its diametric size towards decrease.

Однако известное техническое решение-прототип также не лишено недостатков, к которым можно отнести большой угол раскрытия, при котором механизм стабилизации расходомера испытывает постоянные However, the known technical solution prototype is also not without drawbacks, which include a large opening angle, at which the stabilization mechanism of the flow meter experiences constant

нагрузки (в том числе ударные) со стороны стенок обсадной колонны, что в свою очередь, приводит к его разрушению.loads (including shock) from the side of the casing walls, which, in turn, leads to its destruction.

Кроме того, из анализа трансформации механизма позиционирования известного расходомера, содержащего шарнирную цепочку звеньев АВ-ВС-CD-DF, при протяжке его по стволу скважины, следует, что постоянство расстояния между опорами оси турбинки носит условный характер. Так, согласно приведенному в «формуле» изобретения выражению, расстояние DF, при изменении угла раскрытия расходомера от 0° до 14° должно оставаться постоянным. На самом деле, анализ этого выражения показывает изменение этого расстояния от 0,247 м до 0,273 м при изменении угла раскрытия расходомера от 0° до 9°. При углах раскрытия более 10°, выражение вообще теряет смысл, т.к. в нем присутствует отрицательное подкоренное выражение.In addition, from the analysis of the transformation of the positioning mechanism of a known flowmeter containing an articulated chain of links AB-BC-CD-DF, when pulling it along the wellbore, it follows that the constancy of the distance between the supports of the axis of the turbine is conditional. So, according to the expression given in the “claims” of the invention, the distance DF, when changing the opening angle of the flowmeter from 0 ° to 14 °, must remain constant. In fact, an analysis of this expression shows a change in this distance from 0.247 m to 0.273 m with a change in the opening angle of the flow meter from 0 ° to 9 °. When the opening angles are more than 10 °, the expression generally loses its meaning, because there is a negative radical expression in it.

Все отмеченное позволяет утверждать, что конические (игольчатые) концы оси турбинки, размещаемые в аналогичных по форме углублениях опор в конце выступа корпуса и в конце штока хвостовика, испытывают значительные локальные нагрузки, так как контакты концов оси турбинки с опорами практически точечные. Это снижает надежность конструкции и достоверность показаний из-за высоких контактных механических напряжений в материалах опор и оси турбинки.All of the above allows us to state that the conical (needle-shaped) ends of the axis of the turbine, which are placed in similar recesses of the supports at the end of the body protrusion and at the end of the shank stem, experience significant local loads, since the contacts of the ends of the axis of the turbine with the supports are almost point-like. This reduces the reliability of the design and the reliability of the readings due to high contact mechanical stresses in the materials of the supports and the axis of the turbine.

Таким образом требуемый технический результат заявляемого объекта (иначе - цель полезной модели) заключается в том, чтобы повысить надежность механизма стабилизации оси турбинки и за счет этого достоверность показаний объекта, то есть его потребительские свойства.Thus, the required technical result of the claimed object (otherwise, the purpose of the utility model) is to increase the reliability of the stabilization mechanism of the axis of the turbine and due to this the reliability of the readings of the object, that is, its consumer properties.

Поставленная цель достигается тем, что в известном скважинном расходомере, содержащем корпус, трубчатый хвостовик со штоком внутри него, пружину сжатия, заневоленную в хвостовике между его верхним торцом и нижней частью штока, турбинку с осью, опирающейся концами на центральный осевой выступ корпуса и верхний конец штока, узел регистрации числа оборотов турбинки, закрепленный на корпусе около нее и механизм позиционирования (по оси скважины), состоящий из, как минимум, трех групп звеньев, каждая из которых состоит из двух шарнирно сочлененных между собой звеньев, причем одноименные, верхние, концы каждой пары звеньев шарнирно соединены с корпусом, другие, нижние, концы этих пар звеньев шарнирно соединены с ползуном на хвостовике с возможностью ограниченной трансформации - в радиальной корпусу плоскости - треугольника, образованного каждой шарнирной парой звеньев и геометрической осью O-O расходомера при ограниченном возвратно-поступательном перемещении ползуна по хвостовику, а также механизм стабилизации положения верхнего конца штока относительно осевого выступа корпуса (так называемого межопорного расстояния оси турбинки) при трансформации механизма позиционирования скважинного расходомера, величину изменения межопорного расстояния оси турбинки This goal is achieved by the fact that in a known borehole flow meter comprising a housing, a tubular shank with a rod inside it, a compression spring gouged in the shank between its upper end and the lower part of the rod, a turbine with an axis resting on the central axial protrusion of the housing and the upper end rod, a node for recording the number of revolutions of the turbine, mounted on the housing near it and a positioning mechanism (along the axis of the well), consisting of at least three groups of links, each of which consists of two articulated joints links between each other, with the same, upper, ends of each pair of links pivotally connected to the body, the other, lower, ends of these pairs of links pivotally connected to the slider on the shank with the possibility of limited transformation - in the radial body of the plane - a triangle formed by each hinged pair of links and the geometric axis OO of the flow meter with limited reciprocating movement of the slider along the shank, as well as the mechanism for stabilizing the position of the upper end of the rod relative to the axial protrusion of the body ca (so-called distance mezhopornogo impeller axis) during transformation positioning mechanism downhole flowmeter, the amount of change mezhopornogo distance impeller axis

и, как следствие величину компенсации межопорного расстояния оси турбинки, устанавливают из следующего выражения:and, as a consequence, the compensation value of the distance between the axles of the turbine, is established from the following expression:

гдеWhere

ΔMN - изменение межопорного расстояния оси турбинки при трансформации взаиморасположения межопорного механизма;ΔMN is the change in the inter-support distance of the axis of the turbine during transformation of the relative position of the inter-support mechanism;

АВ - длина звена, соединенного с корпусом;AB - the length of the link connected to the housing;

ВС - длина звена,, соединенного с ползуном;BC - the length of the link, connected to the slider;

DC - расстояние расположения одноплечного звена DE от конца С двуплечного звена ВС;DC - the distance of the location of the single-arm link DE from the end of the two-arm link BC;

DE - длина одноплечногозвена звена (механизма стабилизации межопорного расстояния оси турбинки), которое шарнирно соединено концами, соответственно, со штоком хвостовика и двуплечным звеном ВС;DE is the length of the single-arm link of the link (the mechanism for stabilizing the inter-support distance of the axis of the turbine), which is pivotally connected by the ends, respectively, to the shank rod and the two-arm link of the aircraft;

BD - расстояние расположения одноплечного звена DE от конца В двуплечного звена ВС;BD is the distance of the location of the single-arm link DE from the end B of the two-arm link BC;

α - угол отклонения звена АВ от оси O-O расходомера.α is the angle of deviation of the link AB from the axis O-O of the flow meter.

Дополнительным отличием заявляемого расходомера является то, что одна из опор оси турбинки выполнена осеподвижной, снабжена демпфирующим элементом-компенсатором, размещенным между основанием опоры и дном гнезда-углубления в детали для ее размещения.An additional difference of the claimed flowmeter is that one of the bearings of the axis of the turbine is made motionless, equipped with a damping element-compensator located between the base of the support and the bottom of the socket-recess in the part for its placement.

Сопоставительный анализ предлагаемого скважинного расходомера, как совокупности существенных признаков (в том числе и отличительных), с известными - из нормативно-технической и патентной документации-решениями, позволяет утверждать, что объект соответствует всем критериям полезной модели, в том числе критериям «новизна» и промышленная применимость.A comparative analysis of the proposed borehole flowmeter, as a set of essential features (including distinguishing ones), with the well-known from the regulatory, technical and patent documentation solutions, allows us to state that the object meets all the criteria of the utility model, including the criteria of “novelty” and industrial applicability.

На фигуре 1 графических материалов представлена кинематическая схема для расчета конструктивных параметров механизма позиционирования расходомера по оси скважины и механизма стабилизации межопорного расстояния оси турбинки при трансформации взаиморасположения их звеньев, на фигуре 2 изображен общий вид расходомера, на фигуре 3 - конструктивное исполнение одной из опор оси турбинки. График зависимости изменения расстояния MN от угла α (в интервале от 0 до 11° приведен на фигуре 4 графических материалов.The figure 1 graphical materials presents a kinematic diagram for calculating the structural parameters of the mechanism for positioning the flow meter along the axis of the well and the mechanism for stabilizing the inter-support distance of the axis of the turbine during transformation of the relative position of their links, figure 2 shows a General view of the flow meter, figure 3 - structural design of one of the supports of the axis of the turbine . A graph of the dependence of the distance MN on the angle α (in the range from 0 to 11 ° is shown in figure 4 of graphic materials.

Скважинный расходомер содержит (см. фигуру 2) корпус 1 с выступом 2 по его геометрической оси O-O, хвостовик, состоящий из штока 3 и втулки-ползуна 4 на нем, эластичную турбинку 5 с осью 6, узел 7 регистрации числа оборотов турбинки и, три шарнирных пары двуплечих звеньев 8 и 9, одни конци всех звеньев шарнирно (точка А фигуры 1) соединены с корпусом, одни концы всех звеньев 9 шарнирно (точка С фигуры 1) с втулкой-ползуном, другими концами эти звенья 8 и 9 соединены друг с The downhole flow meter contains (see figure 2) a housing 1 with a protrusion 2 along its geometric axis OO, a shank consisting of a rod 3 and a slide sleeve 4 on it, an elastic turbine 5 with an axis 6, a turbine revolving speed recording unit 7, and three articulated pairs of two-arm links 8 and 9, one ends of all links are pivotally (point A of figure 1) connected to the housing, one ends of all links 9 are pivotally (point C of figure 1) with a slide sleeve, the other ends of these links 8 and 9 are connected to each other

другом и образуют собой механизм позиционирования расходомера по оси скважины.another and form a mechanism for positioning the flow meter along the axis of the well.

Приводим пример конкретной реализации заявленного объекта. Для этого укажем, что внутренний диаметр обсадной колонны определяется толщиной стенки трубы и может изменяться от 124 до 150 мм. Для свободного перемещения расходомера в обсадной колонне принимаем максимальный диаметр раскрытия расходомера - 120 мм.We give an example of a specific implementation of the claimed object. For this, we indicate that the inner diameter of the casing string is determined by the wall thickness of the pipe and can vary from 124 to 150 mm. For free movement of the flowmeter in the casing, we accept the maximum diameter of the flowmeter opening - 120 mm.

Из сложившейся практики принимаем диаметр (D_к) корпуса скважинного расходомера равным 38 мм. Отсюда получаем, что на каждую шарнирную пару звеньев (АВ-ВС) механизма позиционирования расходомера по оси скважины приходиться (120-38)/2=41 мм (см. фигуру 1). Отсюда, задаваясь углом α максимального отклонения звена АВ (11°) относительно оси O-O, устанавливаем, что его размер (длина) составляет 229 мм. Далее, руководствуясь выражением 1, исходя из условия минимизации изменения межопорного расстояния в зависимости от угла α, численными методами устанавливаем значения длин рычагов расходомера:From current practice, we take the diameter (D _to ) of the body of the borehole flow meter equal to 38 mm. From this we obtain that for each hinged pair of links (AB-BC) of the flowmeter positioning mechanism along the axis of the well, there are (120-38) / 2 = 41 mm (see figure 1). Hence, setting the angle α of the maximum deviation of the AB link (11 °) relative to the OO axis, we establish that its size (length) is 229 mm. Further, guided by expression 1, based on the condition of minimizing the change in the support distance depending on the angle α, by numerical methods we establish the values of the lengths of the flow meter levers:

АВ=229 мм;AB = 229 mm;

ВС=165 мм;BC = 165 mm;

BD=72,5 мм;BD = 72.5 mm;

DE=54 мм.DE = 54 mm.

Отклонения межопорного расстояния (то есть перемещение точки Е, фигура 1) при этих значениях рычагов и изменении угла α от 0° до 11° не превышают 1 мм (см. график на фигуре 4). Такое изменение межопорного расстояния значительно меньше, чем в расходомере - прототипе.Deviations of the support distance (that is, the displacement of point E, figure 1) at these leverage values and the change in angle α from 0 ° to 11 ° do not exceed 1 mm (see the graph in figure 4). Such a change in the support distance is much smaller than in the flowmeter prototype.

Негативное влияние изменения межопорного расстояния, также связанного с погрешностями изготовления деталей скважинного расходомера и их износом в процессе эксплуатации, на надежность и работоспособность устранено введением в конструкцию упругого элемента-компенсатора 12 (см. фигуру 3) под одной из опор турбинки. Опору в этом случае выполняют ограниченно осеподвижной в гнезде корпуса или верхнего конца штока хвостовика.The negative impact of changes in the support distance, also associated with manufacturing errors of the downhole flowmeter parts and their wear during operation, on the reliability and performance was eliminated by introducing into the design of the elastic element-compensator 12 (see figure 3) under one of the turbine supports. The support in this case is performed limitedly immobile in the housing socket or the upper end of the shank rod.

Скважинный расходомер работает следующим образом. При входе в насосно-компрессорную трубу (НКТ) скважины, механизм позиционирования расходомера переходит в сжатое состояние. При этом угол α, между плечом 8 (смотри фигуру 2) и осью скважинного расходомера близок к 0°, турбинка 5 блокирована звеньями механизма позиционирования скважинного расходомера 8 и 9, пружина 10 находиться в сжатом состоянии. При выходе через воронку НКТ в обсадную колонну, скважинный расходомер переходит в рабочее состояние. При этом пружина, разжимаясь, перемещает ползун до основания плеча 11, звенья механизма позиционирования скважинного расходомера 8 и 9 освобождают турбинку 5, угол α, между плечом 8 и осью расходомера, становиться равным 11°. Изменение межопорного расстояния происходит по закону, описанному вышеприведенным Downhole flowmeter operates as follows. At the entrance to the tubing of the well, the positioning mechanism of the flowmeter goes into a compressed state. In this case, the angle α between the arm 8 (see figure 2) and the axis of the borehole flowmeter is close to 0 °, the turbine 5 is blocked by the links of the positioning mechanism of the borehole flowmeter 8 and 9, the spring 10 is in a compressed state. Upon exiting through the tubing funnel into the casing, the borehole flowmeter goes into working condition. In this case, the spring, unclenching, moves the slider to the base of the shoulder 11, the links of the positioning mechanism of the downhole flowmeter 8 and 9 release the turbine 5, the angle α, between the shoulder 8 and the axis of the flowmeter, becomes 11 °. The change in the support distance occurs according to the law described above

математическим выражением и графиком зависимости межопорного расстояния от угла α, приведенным на фигуре 4. Извлечение скважинного расходомера из скважины происходит в обратном порядке. При прохождении воронки НКТ звенья механизма позиционирования скважинного расходомера 8 и 9 сжимаются, пружина 10 переходит в сжатое состояние, угол α, между плечом 8 (смотри фигуру 2) и осью скважинного расходомера, уменьшается до 0°.mathematical expression and a graph of the dependence of the support distance from the angle α shown in figure 4. Removing the downhole flowmeter from the well occurs in the reverse order. With the passage of the tubing funnel, the links of the positioning mechanism of the borehole flowmeter 8 and 9 are compressed, the spring 10 goes into a compressed state, the angle α, between the arm 8 (see figure 2) and the axis of the borehole flowmeter, decreases to 0 °.

Скважинный расходомер обеспечивает достижение технического результата, соответствует критериям «полезной модели» и подлежит защите охранным документом (патентом) РФ в соответствии с просьбой заявителя.A downhole flowmeter ensures the achievement of a technical result, meets the criteria of a “utility model” and is subject to protection by a title of protection (patent) of the Russian Federation in accordance with the request of the applicant.

Claims

1. A downhole flowmeter comprising a housing, a tubular shank with a rod inside it, a compression spring gouged in the shank between its upper end and the lower part of the stem, a turbine with an axis resting on the central axial protrusion of the housing and the upper end of the stem, speed registration unit a turbine mounted on the housing near it and a positioning mechanism (along the axis of the well), consisting of at least three groups of links, each of which consists of two links articulated between each other, the same top the ends of each pair of links are pivotally connected to the body, the other, lower, the ends of these pairs of links are pivotally connected to the slider on the shank with the possibility of limited transformation - in the radial body of the plane - of a triangle formed by each hinged pair of links and the geometric axis OO of the flow meter with a limited return - translational movement of the slider along the shank, as well as the mechanism for stabilizing the position of the upper end of the rod relative to the axial protrusion of the body (the so-called inter-bearing distance of the axis tu Binkie) for positioning downhole flowmeter mechanism of transformation, characterized in that the amount of change in distance mezhopornogo impeller axis and, consequently, the magnitude of the distance compensation mezhopornogo impeller axis is set from the following expression:

where ΔMN is the change in the inter-support distance of the axis of the turbine during transformation of the relative position of the inter-support mechanism;

AB - the length of the link connected to the housing;

BC - the length of the link connected to the slider;

DC - the distance of the location of the single-arm link DE from the end of the two-arm link BC;

DE is the length of the single-arm link link (the mechanism for stabilizing the inter-support distance of the axis of the turbine), which is pivotally connected by the ends, respectively, to the shank rod and the two-arm link of the aircraft;

BD is the distance of the location of the single-arm link DE from the end B of the two-arm link BC;

α is the angle of deviation of the link AB from the axis O-O of the flow meter.

2. The downhole flow meter according to claim 1, characterized in that one of the bearings of the axis of the turbine is made movable, equipped with a damping element-compensator, located between the base of the support and the bottom of the socket-recesses in the part for its placement.