Устройство для определения малых расходов жидкости в скважине

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтяной промышленности. Цель - повышение точности определения расхода жидкости в скважине. Устройство содержит корпус 1 с входными 2 и выходными 3 окнами и сквозными теплоизолированными измерительными каналами 6 и 7. На входе канала 6 размещен нагреватель 8, а вдоль канала расположены индикаторы 9 и 10 температуры жидкости. На корпусе 1 установлены пакер и механизм поочередного перекрытия каналов 6 и 7, выполненный в виде диска с асимметричными относительно оси и равномерно расположенными по длине окружности отверстиями. Механизм поочередного перекрытия каналов обеспечивает уменьшение погрешности измерения расхода жидкости в скважине за счет создания в измерительном канале локализованной тепловой метки с большим температурным градиентом на передней границе метки. Т.к. разогрев жидкости происходит в канале 6 в отсутствии потока жидкости, требуемую температуру можно получить с помощью нагревателей малой мощности, увеличивая время разогрева. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ. ССВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.80„„159О547 (51) 5 Е 21 В 47/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

g!„j ;,АЙКОМ

1 (21) 4422014/23-03 (22) 06.05.88 (46) 07.09 .90. Бюл . Ф 33 (71) Всесоюзный научно-исследователь- . ский институт нефтепромысловой геофизики (72) И .М.Барский, Д.А. Бернштейн, К.З. Галиев, В.Н.Макаров, В.,А.Налольский и О.M.Розеншмидт (53) 622,24 1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1512213, кл, E 21 В 47/10, 1987.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИАЛЫХ

РАСХОДОВ Н1ЩКОСП4 В СКВАЖИНЕ (57) Изобретение относится к измери- . тельной технике и может быть использовано в нефтяной промышленности. Цель— повышение точности определения расхода жидкости в скважине. Устройство содержит корпус 1 с входными 2 и выходными

3 окнами и сквозными теплоизолированными измерительными каналами 6 и 7 ° На входе канала 6 размещен нагреватель 8, 1590547 а вдоль канала расположены индикаторы

9 и 1О температуры жидкости. На корпусе 1 установлены пакер и механизм поочередного перекрытия каналов 6 и 7, выполненный в виде диска с ассиметричЭ ными относительно оси и равномерно . расположенными по длине окружности отверстиями. Иеханизм поочередного перекрытия каналов обеспечивает уменьше-,о ние погрешности измерения расхода жидИзобретение относится к измерениям расходов жидких сред и может найти применение в нефтяной промьппленности при измерениях малых расходов и дебитов в нефтяных скважинах, например для выделения интервалов негерметичности обсадной колонны в скважине.

Целью изобретения является повьппе— ние точности измерения расхода жидкости в скважине эа счет формирования в измерительном канале, тепловой метKH с крутым передним фронтом.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2— заслонка механизма перекрытия каналов, устройства, вид сверху.

Устройство содержит корпус 1, в верхней части которого выполнены входные окна 2., а в нижней части — выходные окна 3 для скважинной жидкости 4.

Внутри корпуса 1 размещено теплоизолирующее тело 5, изготовленное из материала с низкой тенлопроводностью, в котором выполнены два идентичных сквозных канала 6 и 7 — измерительной и дополнительный, состоящие из восходящих участков Ь и нисходящих

1 участков Ь2. Входы сквозных каналов соединены с входной камерой а, выхо- 45 ды — с камерой с. На входе измерительного канала 6, в месте . соединения участков Ь и Ъ, установлен наг1 реват ль 8, а ниже его, на участке Ь, установлены индикаторы 9 и 10 температуры жидкости. Ниже индикаторов тем- . пературы дополнительный и измерительный каналы пересечены заслонкой 11 механизма поочередного перекрытия каналов выполненной в виде диска (фиг.2)

У

55 с асимметричными относительно оси и равномерно расположенньп1и по длине окружности отверстиями. Ось заслонки 11 соединена с приводом 12, позволяющим кости в скважине эа счет создания в измерительном канале локализованной тепловой метки с большим температурным градиентом на передней границе метки. Т. к. разогрев жидкости происходит в канале 6 в отсутствии потока жидкости, требуемую температуру можно получить с помощью нагревателей малой мощности, увеличивая время разогрена. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

I устанавливать заслонку 11 в определенные фиксированные положения, при которых один из каналов полностью открыт, а другой полностью перекрыт. В местах пересечения сквозных каналов 6 и 7 заслонкой 11 установлены уплотни-ельные манжеты 13, предотвращающие вытекание жидкости из перекрытого канала.

Устройство снабжено управляемым пакером 14 (механизм управления не показан), размещенным на корпусе 1 между входными .2 и выходными 3 окнами и имеющим эластичный дефзрмируемый элемент, изготовленный, например, из резины, и электромеханический привод.

Пакер обеспечивает полное перекрытие кольцевого зазора между стенкой обсадной коло1.ны 15 и корпусом 1 устройства.

Устройство работает .следующим образом.

Для определения мест негерметичности обсадной колонны в скважине устройство опускают на геофизическом кабеле на необходимую глубину, включают привод пакера 14 и перекрывают кольцевой зазор между корпусом 1 устройства и обсадной колонной 15. При этом скважинная жидкость 4 направлена через окна 2 и 3 в один из сквозных каналов 6 или 7. Иеханизмом привода

12 заслонку 11 устанавливают в положение, соответствующее закрытому состоянию измерительного канала 6 и открытому состоянию дополнительного канала 7. Подключив нагреватель 8 к источнику тока, температуру жидкости, находящейся в области нагревателя, повышают до необходимого значения. Так как сквозные каналы 6 и 7 имеют из" гиб, образованный участками b, и b., 1 2 нагретая жидкость накапливается в верхней части измерительного канала 6, 5 159054 что исключает конвективный перенос тепла вверх и обеспечивает отсутствие перемешивания жидкости с нижележащими слоями. Ввиду малой теплопроводности скважиннои жидкости, граница между наг5 р=той и холодной жидкостью резкая.

По ис т еч ении вр еме ни, необходимо r o для нагрева жидкости до требуемой температуры, нагреватель 8 отключают от ис т очника тока, механизмом привода

12 заслонку 11 устанавливают в положение, соответствующее открьгтому измерительному каналу 6 и закрытому дополнительному каналу 7. Время установки заслонки 11 из одного положения в другое выбирается исходя из того, чтобы столб жидкости, находящийся в измерительном канале 6, успел набрать скорость, равную скорости потока до дос- 20 тижения тепловой метки индикатора 9 температуры, установленного вдоль из— мерительного канала противоположно нагревателю. Это обеспечивается также идентичностью измерительного б и 25 дополнительного 7 каналов, и тем, что в момент установки заслонки 11 из одного положения в другое плошадь поперечного сечения потока жидкости через заслонку 11 ос.тается постоянной. З0

Регистрируя кривую изменения температуры индикаторов 9 и 10 во времени, определяют время прохождения тепловой метки между двумя индикаторами. Зная диаметр измерительного кяняля и расстояние между индикаторами, опрепеляют расход жидкости в скважине. При необходимости, для определения мест негерметичности, расход может быть вызван.с устья .скважины нагнетанием жщкости в ск«зяяж««у под давлением. После проведения измерений в данной точке приводят пакер 14 в исходное положение, перемещают устройство в следующую точку, в которой «Ieобходимо ««зме- 45 ,рить расход, и все огеряции повторяют °

7 6 .редним фронтом, позволяющая определить время ее прохождения между индикатором температуры, а следовательно, и расход жидкости в канале с высокой точностью. Оценивают размыв фронта тепловой метки в случае, когда тепловая метка создается в движущейся жидкости путем ее разогрева нагревателем, включенным на определенное время (известное устройство) и в сЛучае, когда тепловая метка создается в неподвижной жидкости в измерительном канале (предлагаемое устройство). Размыв фронта определяется инерционностью нагревателя, диффузионными процессами и др ° Причем, если размыв фронта за счет диффузионных процессов является принципиально неустранимым, то влияние инерционности нагревателя может быть устранено °

Рассматривают случай размыва фронта тепловой метки в известном устройстве, обусловленный инерционностью нагревания в пренебрежении размыва фронта от диффузионных процессов во время д«зижения метки. Подобное, приближение справедливо, если влияние диффузионных процессов мало в сравнении с влиянием инерционности нагревателя, Справедливость такого допущения подтверждается в результате данного анализа. Мощность нагревателя N может быть вь«ряженя в виде N(t)=N (1 n о

-е "), правильно описывающем реальные переходные тепловые процессы в нягревяемом потоке жидкости, где N0— номинальная мощность нагревателя, Вт — постоянная времени нагревателя (инерционность), с; t — текущее время, с.

Изменение температуры жидкости в тепловой метке, вызываемое нагревателем, описывается выражением причем

У0 где С

V

В устройстве разогрев жидкости происходит при перекрытом измерительном и открытом дополнительном каналах.

Температура жидкости вблизи нагревателя, в зависимости от времени работы нагревателя, может достигать любого требуемого значения, определяемого техническими характеристиками индикаторов температуры . При переключении потока жидкости с дополнительного на измерительный канал в последнем сфор1мирована тепловая метка с крутым петеплоемкость нагреваемой жидкости, Дж/кг ° 0С;: плотность жи«дкости, кг/м ; площадь поперечного сечения л проточного канала, м.; скорость течения жидкости в канале, м/с „

f59054

Поскольку в рассматриваемом приближении считается, что все точки тепловой метки двигаются с одинаковой скоростью, равной скорости движения жидкости 7, погрешность определения времени прихода какой-либо точки теплового импульса на индикатор температуры определяется крутизной изменения температуры во времени, минимальная погрешность соответствует максимальной крутизне функции Т (t):

1-Vt

2 xt

T(t) =T + — — — — егйе

Т р-Тж

30 гд 1 — erg z;

2 е dy е е erfi.- z =

i cT Хz

Vri интеграл ошибок;

0, 35 х = — — — температуро1@ проводность жидкости, м2/с. — теплопровод 40 ность жидкости

Вт/м С.

Для точки тепловой метки, движущейся со скоростью потока, погрешностМ5 определения времени ее регистрации

Bt 2 i5T nop ltll, .Г.

Т -Т 1V

Сравнивая погрешность определения 50 времени регистрации (a следовательно, и погрешности определения расхода жид" кости) в случае размытой по фронту тепловой метки в известном устройстве и сформированной тепловой метки в 55 предлагаемом устройстве, получают

t 0

)и Ыс иар/(t ) аР дла асюе

ВС 2 dТ ирв

«1 у р Тх

15 где ЛТ вЂ” разрешающая способность инРОР дикатора температуры;

Т вЂ” начальная температура жидХ кости

1 — расстояние от нагревателя 20 до индикатора температуры.

Рассматривают размыв фронта тепловой метки, происходящей за счет диффузионных процессов. Фронт формируемого теплового импульса имеет вид "ступень-25 ки", размыв фронта которой хорошо опи.сывается известным решением:

7 в

27 Ю V> л, — 1

Считая р 5 с, V = 0,01 м/с, 1

0,05 м, н 1,йЗ 10 " м /с (для воды при 20 С), получают соотношение погрешностей сравниваемых устройств, равное 222,5, что подтверждает правильность принятых при анализе допущений и позволяет сделать вывод о значительном повышении точности измере1. ния расходов жидкости в скважине предлагаемым устройством.

Введение в устройство для определения малых расходов жидкости в скважине дополнительного сквозного канала, идентичного измерительному каналу, и механизма поочередного перекрытия каналов, не изменяющих гидродинамическое сопротивление потоку жидкост.», обеспечивает предлагаемому устройству ряд технических преимуществ, обеспечивающих уменьшение погрешности измерения расхода жидкости в скважине за счет создания в измерительном канале локализованной тепловой метки с большим температурным градиентом на .передней границе метки. Уменьшение погрешности измерения расходов жидкости позволяет определить места негерметичности обсадной колонны с малыми утечками на фоне больших расходов при наличии нескольких мест негерметичностн.

Так как в предлагаемом устройстве разогрев жидкости происходит в измерительном канале в отсутствие потока жидкости, требуемую температуру можно получить с помощью нагревателей малой мощности, увеличивая время разогрева, в отличие от существующих устройств, где разогрев жидкости происходит в процессе ее движения в измерительном канале и для уменьшения

"размазывания" тепловой метки,особенно ее переднего фронта, необходимы нагреватели большой мощности, включаемые на короткое время.

Формула из обретения

1 ° Устройство для определения малых расходов жидкости в скважине, содержащее корпус с входными и выходными окнами и сквозным теплоизолированным измерительным каналом с размещен; ными в нем нагревателем и индикатора" ми температуры жидкости, установлен10

Составитель Г. Маслова

Техред М.Дидык KoppeKTop T. Палий

Редактор Н. Бобкова

Заказ 2616 Тирах 490 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101

9 159054 ными противополовно нагревателю, и установленный на корпусе пакер, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыюения точности определения, оно снабжено выполненным в корпусе дополнительным сквозным каналом и установленным в корпусе механизмом по очередного перекрытия измерительного и дополнительного сквозных каналов, 7 10 причем нагреватель установлен на входе измерительного канала, а .индикаторы температуры 1кидкостИ вдоль него.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что механизм поочередного перекрытия каналов выполнен в виде установленной с возмож-. ностью поворота вокруг. своей оси дисковой заслонки с приводом.