Манометрический корреляционный расходомер для малодебитной обводненной скважины
Манометрический корреляционный расходомер для малодебитной вертикальной обводненной нефтяной скважины, включающий в себя дифференциальный манометр, первый вход которого соединен с окружающей средой, отличающееся тем, что в устройство дополнительно установлены вертикальная измерительная колонка, дифференцирующий каскад, и временной коррелятор-вычислитель, второй вход дифференциального манометра соединен с дном вертикальной измерительной колонки, к выходу манометра подключен дифференцирующий каскад, имеющий раздельные выходы для положительных и отрицательных импульсов, эти выходы соединены с двумя входами временного коррелятора-вычислителя, а его третий вход соединен с выходом дифференциального манометра, при этом дифференциальный манометр измеряет текущее значение массы нефти в интервале длины измерительной колонки, а коррелятор-вычислитель определяет время прохождения глобулами нефти длины измерительной колонки и рассчитывает текущий расход нефти и воды.
Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для измерения точных значений расхода в вертикальной малодебитной обводненной нефтяной скважине.
Известен аналог изобретения, описанный в «СИСТЕМЕ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОГО ГАЗОСОДЕРЖАНИЯ И ИСТИННОЙ ПЛОТНОСТИ БУРОВОГО РАСТВОРА» (патент 
2310069 РФ, кл. Е21В 44/00), а, именно, гидростатический плотномер на основе датчика дифференциального давления, входы которого соединены с окружающей средой на известной базе измерения.
Известен также аналог изобретения, выбранный в качестве прототипа заявленной полезной модели - расходомер манометрический, включающий в себя дифференциальный манометр, входы которого воспринимают давление окружающей среды в двух точках (заявка на изобретение 2003117247 РФ кл. Е21В 47/10).
Недостатками аналога и прототипа являются малая точность и чувствительность определения разности давлений, что снижает точность измерения расхода в вертикальной обводненной нефтяной скважине.
Задачей полезной модели является повышение точности и чувствительности измерения градиента давления по глубине и, соответственно, измерения расхода в вертикальной малодебитной обводненной нефтяной скважине.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержащее дифференциальный манометр, первый вход которого соединен с окружающей средой, согласно изобретению, дополнительно установлены вертикальная измерительная колонка, дифференцирующий каскад, и временной коррелятор-вычислитель, второй вход дифференциального манометра соединен с дном вертикальной измерительной колонки, к выходу манометра подключен дифференцирующий каскад, имеющий раздельные выходы для положительных и отрицательных импульсов, эти выходы соединены с двумя входами временного коррелятора-вычислителя, а его третий вход соединен с выходом дифференциального манометра.
На фиг.1 схематично представлено заявленное устройство.
Устройство состоит из дифференциального манометра 1, первый вход А которого соединен с окружающей средой, второй вход Б соединен с дном вертикальной измерительной колонки 2, к выходу манометра подключен дифференцирующий каскад 3, имеющий раздельные выходы для положительных и отрицательных импульсов, эти выходы соединены с двумя входами временного коррелятора-вычислителя 4, а его третий вход соединен с выходом дифференциального манометра.
Устройство работает следующим образом.
Дифференциальный манометр, измеряя текущую разность между давлением на дне измерительной колонки и давлением рабочей среды на этой же глубине, определяет текущее значение массы нефти в интервале длины измерительной колонки.
Сигнал с выхода дифференциального манометра поступает в дифференцирующий каскад, где его дифференцируют по времени, а полученные импульсы разделяют по полярности и направляют на коррелятор-вычислитель. Последний, находя корреляцию между положительными и отрицательными импульсами, определяет время прохождения глобулами нефти длины измерительной колонки и рассчитывает текущий расход нефти и воды:
,
где QH - массовый расход нефти;
m - текущее значение массы нефти в интервале длины измерительной колонки;
&t - время прохождения глобулами нефти длины измерительной колонки,
где QB - объемный расход воды;
L - длина измерительной колонки;
VH0 - скорость всплытия глобул нефти в стоячей пластовой воде;
S - проходное сечение для воды на длине измерительной колонки:
где SПОЛН - внутреннее сечение колонны скважины;
SУ - сечение измерительной колонки;
SНЭФ - эффективная площадь сечения потока нефти.
где 
Н - удельная плотность нефти.
На фиг 2. показаны временные диаграммы обработки выходного сигнала дифференциального манометра для идеального случая всплывания четырех глобул нефти в воде.
Выходной сигнал дифференциального манометра М равен сумме выходных сигналов от глобул 1, 2, 3 и 4. Дифференцирование сигнала М и разделение полученных импульсов по полярности позволяет коррелятору, проведя их корреляционный анализ, определить время &t прохождения глобул по длине измерительной емкости L.
Работа заявленного устройства основана на следующем.
В вертикальных обводненных нефтяных скважинах структура потока представляет собой быстрое всплывание глобул нефти в медленно движущейся воде.
Для малодебитных (<30 м3/сут) скважин большая скорость подъема нефти означает, что эффективная относительная площадь сечения потока нефти в скважине - мала, что с большой точностью приводит к линейной зависимости разности давлений внутри измерительной емкости и вне ее от количества нефти, находящейся в интервале длины измерительной колонки.
Дифференциальный манометр, измеряя эту разность, на основе эмпирической зависимости измеряет массу нефти в интервале длины измерительной колонки.
При расчете объемного расхода воды используется тот факт, что скорость движения глобул нефти равна сумме скорости движения воды и скорости всплывания глобул относительно потока воды. Тогда, определив скорость всплывания глобул относительно стоячей воды (например, в лаборатории) и измерив скорость движения глобул нефти в скважине, как описано в изобретении, по их разности определяют скорость движения воды и, соответственно, ее расход.
Манометрический корреляционный расходомер для малодебитной вертикальной обводненной нефтяной скважины, включающий в себя дифференциальный манометр, первый вход которого соединен с окружающей средой, отличающийся тем, что в устройство дополнительно установлены вертикальная измерительная колонка, дифференцирующий каскад и временной коррелятор-вычислитель, второй вход дифференциального манометра соединен с дном вертикальной измерительной колонки, к выходу манометра подключен дифференцирующий каскад, имеющий раздельные выходы для положительных и отрицательных импульсов, эти выходы соединены с двумя входами временного коррелятора-вычислителя, а его третий вход соединен с выходом дифференциального манометра, при этом дифференциальный манометр измеряет текущее значение массы нефти в интервале длины измерительной колонки, а коррелятор-вычислитель определяет время прохождения глобулами нефти длины измерительной колонки и рассчитывает текущий расход нефти и воды:
где QH - массовый расход нефти;
m - текущее значение массы нефти в интервале длины измерительной колонки;
&t - время прохождения глобулами нефти длины измерительной колонки,
где QB - объемный расход воды;
L - длина измерительной колонки;
VH0 - скорость всплытия глобул нефти в стоячей пластовой воде;
S - проходное сечение для воды на длине измерительной колонки:
где SПОЛН - внутреннее сечение колонны скважины;
SУ - сечение измерительной колонки;
SНЭФ - эффективная площадь сечения потока нефти.
где Н - удельная плотность нефти.
