SU1101544A1 - Способ градуировки парциальных скважинных расходомеров - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ПАРЦИАЛЬНЫХ СКВАЖИННЫХ РАСХОДОМЕРОВ рутем подачи заданных расходов жидкости в сменный измерительный трубопровод с размещенным в нем скважинным прибором, измерени  частоты вращени  крыльчатки последнего, установлени  с учетом Зон режимов течени  зависимости расхода жидкости от частоты вращени  крыльчатки дл  каждого из диаметров измерительного трубопровода и нахождени  зависимости коэффициента чувствительности скважинного прибора от диаметра измерительного трубопровода, о т л и ч а ющ и и с   тем,-что, с целью повышени  точности и расширени  диапазона использовани  градуировочной характеристики , устанавливают дл  каждой из зон. режимов течени  зависимость § коэффициента скольжени  потока отно (Л сительно лопастей крыльчатки от диаметра измерительного трубопровода.

Description

ли. AV

f.3f

ff.aЗвма I звнам I HaS

СП 4: 4

2. Способ поп, 1, отлича ющ и и с   тем, что подачу жидкости в измерительный трубопровод максимального диаметра осуществл ют перемещением скважинного прибора в неподвижной жидкости.

Изобретение относитс  к области измерени  расходов жидких и газообразных сред парциальными расходомерам а именно к градуировке скважинных расходомеров и предназначено дл  обеспечени  измерений расходов (ско ростей) в скважинах, преимущественно гидрогеологических, при непосто  ном их диаметре. Известен способ исследовани  про дуктИвных интервалов пласта е испол зованием скважинных расходомеров 1 Известен также способ, градуировки парциальных скважинных расходомеров путем подачи заданных расходо жидкост в сменный измерительный трубопровод с размеь енным в нем скважинным прибором, измерени  частоты вргицени  крыльчатки последнего ; установлени  с учетом зон режимов течени  зависимости расхода жидкрс|ги от. частоты вращени  крыльчатки Йл  каждого из да1аметров измеритель ного трубопровода и нахождени  зави симости коэффициента чувствительноети скважинного прибора от диаметра измерительного трубоп ровода 2. Недостатками способа  вл ютс дополнительна  погрешность градуировочной характеристики, возникающа  в силу допущени  равенства коэффициентов скольжени  жидкости относитель но лопастей крыльчатки по всему диапазону измерений расходов и диаметров потоков жидкости, а также ограниченность г эадуировочной характерИс тики по расходам и диаметрам потоков жидкости значени ми, достигнутыми при градуирювочных замерах, Цель изобретени  - повышение точности и расширение диапазона использовани  градуировочной характеристики расходомера. Поставленна  цель достигаетс  тем что при способе грещуировки парцисшьных скважинных расходомеров путем подачи заданных расходов жидкости в сменный измерительный трубопровод с размещенным в нем скважиниым прибором , измерени  частоты вращени  чатки последнего, установлени  с учетом зон режимов течени  зависимости расхода жидкости от частоты вргицени  крыльчатки дл  кгикдого из диаметров измерительного трубопровода и нахождени  зависимости коэффициента чувствительности скважиниого прибс а от диаметра измерительного трубопровода, устанавливают дл  каждой из зон режимов течени  зависимость коэффициента скольжени  потока отнрсительно лопастей крыльчатки от диаметра измерительного трубопровода , При этом подачу жидкости в измерит льный трубопровод максимального диаметра осуществл ют перемещением скыс1жинного прибора в неподвижной жидкости. На фиг. 1 приведена зависимость чувствительности расходомеров серии РЭТС-2{ПО-36, ПС-56, ПС-70) от логарифма числа Рейнольдса; на фиг. 2 зависимость частоты вращени  кральчатки от скорости потока; на фиг. 3 зависимости коэффициентов чувствительности Ь , скольжени  Ь и порога чувствительности bj от величины кольцевого промежутка г дл  зоны I расходомера ПС-70; на фиг. 4 зависимости коэффициентов чувствительности Ь и скольжени  Ь от величины кольцевого промежутка г дл  зоны ГГ расходомера ПС-70; на фиг.5 то aie, дл  зоны 111 расходомера ПС-70. Градуировку провод т в следующей последовательности. Устанавливают скважинный прибор расходомера в разрыве измерительного трубопровода с внутренним диаметром , равным дигииетру корпуса, и подают в иего жидкость с посто нными расходами, обеспечивающими выполнение замеров в пределах диапазона работы крыльчатки. Затем выполн ют серию замеров чисел оборотов крыльчатки Q и времени t заполнени  измерительной емкости, рассчитывают частоту вращени  крильчатки делением числа ее оборотов на врем  заполнени  измерительной емкости и среднюю скорость V течени  жидкости в измерительном трубопроводе делением объема V измерительной емкости на врем  t ее заполнени  и поперечное селение измерительного трубопровода . Замеры в каждой серии выполн ют при посто нной скорости течени  жидкости, а значени  частот вргицени  крыльчатки усредн ют. Преобразуют полученный р д монотонно увеличивающихс  значений ш и у в значени  их приращений (вычитанием из каждого последующего предыдущего) Дш и дУ и наход т значени  чувствительности расходомера как отношени  приращений частоты вращени  к скорос ти потока. Затем стро т график зависимости чувствительности расходомера от логарифма числа Рейнольдса. По построенному графику выдел ют зоны с различным характером зависимости чувствительности расходомера от логарифма числа Rf.. г 1-е режимо течени , характерным дл  ламинарного пограничного сло  и ламинарного пери одического вихревого движени  в следе (лсшинарна  зона); II - с режимом отвечак)щим постепенному переходу от ламинарного к турбулентному пограни 1ному слою (переходна  зона); 111 с турбулентным, режимом течени  в услови х турбулентного пограничного сло  (турбулентна  зона), Аппроксимируют скорости потоков и усредненные частоты вращени  полиномами V Ь + в зоне Т зонах 11 и 11 V Ь и + Ьо В зоне I аппроксимируют усреднен ные частоты вращени  и скорости пото ков полиномом U) Ь + b,V + и определ ют значение проскальзывани  крыльчатки относительно жидкости в услови х стремлени  скорости потока к нулю. Численно эта величина равна коэффициенту Ь. Дл  каждо го из расходомеров значение Ъ  вл  етс  константой, характеризующей скольжение крыльчатки относительно потока, не-завис щей в зоне I от ди аметра потока жидкости в услови х парциальных замеров.Измер ют числа оборотов крыльчат ки и врем  заполнени  известных по объёму емкостей в каждом из сменных измерительных трубопроводов, -начина с трубопровода максимального диамет ра. Замеры выполн ют в диапазоне ско ростей течени  жидкости от порога чувствительности до соответствующих 111-й турбулентной зоне течени , Обеспечива  равенство количеств измерений в каждой из выделенных зон. Аппроксимируют в пределах этих зон, дл  каждого из диаметров измерительного трубопровода, результаты измерений и устанавливают зависимости скорости потоков жидкости от.частоты вращени  крыльчатки. Аппроксимацию результатов.измерений в зоне 1 выполн ют с дополнительным условием об зательной-принадлежности койстанты расходомера Ь аппроксимирующей завис 1мости. Дл  каждой из зон режимов течени  наход т зависимость коэффициента чувствительности скважинного прибора от диаметра измерительного . трубопровода . Устанавливают по результатам зональной аппроксимации в измерительных трубопроводах разных диаметров зависимость коэффициента скольжени  потока относительно лопастей крыльчатки от диаметра измерительного трубопровода и определ ют зависимости коэффициентов чувствительности и скольжени  от диаметра измерительного трубопровода с учетом замеров, выполненных при максимальном диаметре измерительного трубопровода, который принимают не меньшим диаметра зоны вли ни  расходомера на поток в нормальном по отнсхиеншо к продольной оси сквалшнного прибора сечении. Замеры в измерительном трубопроводе максимального диаметра производ т , путем перемещени  скважинного прибора в неподвижной воде. Указанные требовани  к максимальному диаметру измерительного трубопровода обеспечивают получение граничных зависимостей течени  жидкости от частоты вращени  крыльчатки в пределах зон режимовтечени , характеризующихс  постепенством коэффициентов при дальнейшем увеличении диаметра потока. При их учете в замерах на максимальном трубопроводе отсутствует вли ние стенок трубопровода на показани  расходомера. Это обусловлено тем, что расходомер, как любое твердое тело, в потоке жидкости  вл етс  ;местным сопротивлением. Область вли ни , местного сопротивлени  на поток в трубопроводе не превышает 20-50 диаметров последнего. Учитыва  изотропность свойства жидкости, а также обтекаемую форму скважинного прибора и наличие осевого канала в нем, диаметр зоны вли ни  расходомера принимают по нижней границе величины области вли ни  местного сопротивлени  на поток, т.е. не большим 20 диаметров корпуса скважинного прибора . Соответственно, диаметр максимального измерительного трубопровода принимают не меньшим этой же величины. В качестве последнего могут быть использованы также скважины большого диаметра, колодцы, бассейны или иные емкости и водоемь с диаметром более 20 диаметров корпуса скважинного прибора и глубиной более 3,5 длин скважинного прибора. Замеры перемещением в воде скважинного прибора выполн ют с помощью лебедки с шМвно регулируемой посто нной скоростью спуска-подъема. средств измерени И регистрации вре мени, сигналов числа оборотов крыль четки и длины перемещени  скважинного прибора. Дл  определени  размера зоны вли ни  райходомера на поток испольэу1эт следующие приемы. По первому из них стро т график зависимости частоты вращени  крыльчатки от скорости потока дл  измерительного трубопровода максимгшьного диаметра. На этот график при градуировании последовательно нанос т результаты измерений в сменных увеличивающихс  трубопроводах. При совпадении результатов измерений в очередном трубопроводе с максимальн измерени  прекращают. Второй прием используют, когда при последовательном сравнении зна , чений частоты вращени  в сменных трубопроводах со-значени ми дл  тру бопровода максимального диаметра им ет место не полное совпадение их. В этом случае размер зоны вли ни  гра дуируемого расходомера на поток определ ют как среднее между размерами последнего измерительного трубопров /да и зоны вли ни  расходомера, прин того дл  сопоставлени  и имеющего однотипное конструктивное исполнени Причем сопоставление зон вли ни  расходомеров с разными по диаметру корпусами скважинных приборов выполн ют по величине кольцевого промежутка г, образованного стенками трубопровода и корпуса расходомера и оп редел емого как половина разности их диаметров. По третьему - размер зоны вли ни определ ют решением системы двух ура нений зависимостей коэффициента чув ствительности от диаметра трубопровода: нелинейной, определ емой измерени ми в последовательно увеличив ющихс  по диаметру трубопроводах, и линейной - по замерам в максимальном трубопроводе, с условием параллельности зависимости оси аргумента. С использованием найденной величи ны зоны вли ни  определ ют окончательные зависимости коэффициентов чувствительности и скольжени  от диаметра трубопровода. Эти зависимости нелинейны в пределах зоны вли ни  и линейны в промежутке от djj до где dgе - диаметр зоны вли ни  расходомера на поток. Рассмотрим пример градуировки пар циальных скважинных расходомеров серии РЭТО-2 (ПС-70). Скважинный прибор первоначально помещают в разрыв измерительного трубопровода диаметром 70 мм и герметизируют. При подаче тока воды в трубопровод замер ют врем  заполнени  измерительной емкости tyg известного объ ёМа V и врем  вращени  tg и число оборотов п крыльчатки. Измерени  выполн ют сери ми с 3-5-кратной поворотностью при посто нных , с равным или кратным шагом Увеличени , расходах воды. Замеры в сери х усредн ют, что уменьшает пох17ешность измерений, а использование равных или кратных приращений расходов позвол ет получать равномерные по информативности графические зависимости. На основании измеренных значений , V, to и п рассчитывсцотс  с учетом величины нормального сечени  трубопровода S, средн   скорость У течени  воды в измерительном трубопроводе по известной формуле SHT и частота вращени  крыльчатки uj по формуле Вычитанием предыдущих значений из последующих получают массив конечных приращений скоростей потоков и частот вращени  крыльчатки. Таким образом , исключаетс  аддитивна  погрешность измерений. На основе полученных данных строитс  график зависимости чувствительности расходомера от логарифма числа Рейнольдса (фиг. 1). Использование логарифмической зависимости облегчает построение графика а использование в качестве аргумента числа RJ, позвол ет примен ть результаты дл  потоков других диаметров. Анализ кривбй на фиг. 1 позвол ет выделить на,ней три зоны, соответствующие различным режимам течени : зона I - преимущественно горизонтального хода кривой, соответствующа  наименьшим значени м логарифма RC (ламинарна  зона); зона 1,1 - характеризующа с  резкими изменени ми значений чувствительности (переходна  зона); зона 111 - практически горизонтального хода кривой, соответствующа  максимальным значени м логариф- ма Rj (турбулентна  зона). . Дл  зоны 1 методом наименьших квадратов выполн ют аппроксимацию значений гргщуировочных замеров и определ ют величину константы скольжени  Ь, равную дл  расходомера ПС-70 0,0043 (1/с). Затем выполн ют единичные парциальные замеры в измерительных трубопроводах: сначала максимального, а потом в увеличивающихс  по диаметру тру бопроводах 80, 99, 116, 132, 203 и 254 мм. В качестве трубопровода максимального диаметра используют пожарный бассейн диаметром 6 м и глубиной 3 м. Замеры в бассейне выполн ют спуском расходомера в неподвижной воде с посто нными скорост ми. Точка спуска находитс  в 1,5 м от борта бассейна, что соответствует /максимальному диаметру измерительно,го трубопровода 3,0 м. При этом достигаетс  выполнение услови  м (где-d - диаметр корпуса скважинного прибора, равный 70 мм), при котором обеспечиваетс  отсутствие вли  ни  стенок трубопровода на расходомер . Диаметр зоны вли ни  расходомера на поток определ ют вторым из указаниЕлх приёмов. Измерени  выполн ют расходомерами ПС-56 и ПС-70 в сменных трубопроводах до диаметра 254 мм включительно. Из графиков (фиг.2 а,б видно, что на расходомер ПС-56 стенк трубопровода 254 мм не вли ют, а на расходомер ПС-70 это вли ние еще имеет место, т.е. зона вли ни  расходомера на поток больше, чем величи на кольцевого промежутка г. Расчет зоны вли ни  ведут следующим образом. При диаметре трубопровода 254 мм величина кольцевого промежутка составл ет дл  расходомера ПС-56(25456 ): 2 99 мм; дл  расходомера ПС-7 ( 254-70): 2-92 мм. Тогда величина зоны вли ни  расходомера ПС-70 на по ток определ етс  как среднее (99 : 92):2 96 мм Дл  каждого измерительного трубопровода по зонам методом наименьших квадратов наход т аппроксимирующие выражени  V (ш - линейные дл  зон II и III и второй степени дл  зоны I, приведенные в табл. 1. С использованием замеров, выполненных в измерительном трубопроводе максимального диаметра, отнесенных к диаметру зоны вли ни  расходомера (96 мм) , стро т по зонам режимов течени  зависимости коэффициента чувствительности , а дл  зоны 1 и порога чувствительности , от размера кольцевого промежутка (фиг. 3-5), Методом наименьших квадратов, с использованием расчетных значений коэффициентов чувствительности, а дл  зоны Т и порога чувствительности зонально, дл  каждого из диаметров измерительного трубопровода, определ ют расчетные значени  коэффициентов скольжени . Аппроксимацией последних определ ют зависимость коэффициентов скольжени  от величины кольцевого промежутка (фиг. 3-5). На этом работы по градуировке расходомера завершают. Таким образом, зональные графические зависимости коэффициентов чувствительности и .скольжени , а дл  зоны Г и порога чувствительности, от размера кольцевого промежутка позвол ют получить уравнение св зи частоты вращени  крыльчатки и средней скорости потока дл  любого диаметра потока, практически встречающихс  в скважинах скоростей течени  воды. Использование этих уравнений позвол ет повысить точность расходометрических исследований . Как видно из табл, 2, среднеквадратическа  относительна  погрешность рассчитанных значений расхода с использованием градуировани  по предлагаемому способу в 1,5-5 раз ниже, чем при градуировании по из вестному способу.

гч1Л

о

о

о

п

ПОЧГОО ООШГ Г П

м - МГЧiHrMr-tfM-H

н

м м

и м

о г«

о 00

оч о

о о

гг

о о

г- в

г

о

о г

о л

ОЧ

гЧМ

ГЧ

Ю IN

VO

м м 1-1 м . м м

VO

VO

п

л л

13

А А А О

Д О

)

л

1101544Ч

Таблица 2

и(/с)

Фыг. г

19.0

/А А

20-е .вbrfff )

Ap-fff)

ФигЛ

i.S0

1.0

i.S

2.00 b,-fM

too г (MM)

Фиг.5

Claims (2)

1. СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ПАРЦИАЛЬНЫХ СКВАЖИННЫХ РАСХОДОМЕРОВ рутем подачи заданных расходов жидкос- ти в сменный измерительный трубопровод с размещенным в нем скважинным прибором, измерения частоты вращения крыльчатки последнего, установления с учетом зон режимов течения зависимости расхода жидкости от частоты вращения крыльчатки для. каждого из диаметров измерительного трубопровода и нахождения зависимости коэффициента чувствительности скважинного прибора от диаметра измери-’ тельного трубопровода, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона использования градуировочной характеристики, устанавливают для каждой из зон. режимов течения зависимость § коэффициента скольжения потока отно-Г сительно лопастей крыльчатки от диа-|( метра измерительного трубопровода. I

2. Способ по π, 1, о т л и ч a join и й с я тем, что подачу жидкости в измерительный трубопровод максималь- . ного диаметра осуществляют перемещением скважинного прибора в неподвижной жидкости.