КИНЕМАТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СКОРОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА В СКВАЖИНЕ
KINEMATIC METHOD OF MEASURING VERTICAL COMPONENT OF FLOW RATE OF LIQUID OR GAS IN WELL

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.
n
k
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 потока жидкости или газа в скважине проводят при вертикальном перемещении генератора и регистратора тепловых меток по направлению потока со скоростью V, задаваемой из математического соотношения
k
n
-1
|V - V| = 0,01÷0,05 м·с,
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.
-3
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 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.
n
Скорость V потока в кинематическом способе определяется согласно ее определения как путь X, деленный на время t.
n
0
0
0
0
0
n
0
0
0
-1,
-3
При высоких скоростях потока, например при V>1 м·с тепловая метка за время t своего образования будет уширяться в своих поперечных размерах d. Так, при d=1 мм (на практике меньше этого значения d не удается получить) метка уширяется на величину d'=Vt, где t=10 с - время образования метки с помощью электрического импульса энергии, равное 1 мс (на практике t короче этого значения не удается получить).
0
-1
-3
-3
Тогда d' = 1 м·с× 10 с = 10 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.
n
k
Для уменьшения скорости потока V относительно глубинного прибора 1 последний перемещают со скоростью V по потоку (каротажная скорость перемещения) таким образом, чтобы
k
n
-1
|V - V| = 0,01-0,05 м·с.
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).
-6
2
-1
-5
2
-1
Скорость протекающих процессов тепломассопереноса в ламинарно текучей среде зависит от коэффициента температуропроводности среды. Для жидкости коэффициент температуропроводности - ν=10 м·с, для газов - ν=10 м·с.
n
n
n
Коэффициент температуропроводности задает время t «жизни» тепловой метки в потоке. В жидкости t=3-4 с, в газе - t=0,5 с.
Если за время «жизни» метка не успевает пройти базовое расстояние X, то измерение скорости становится невозможным.
-1
Исходя из времени «жизни» и максимальной относительной скорости 0,05 м·с потока можно задать относительные значения базовых расстояний:
ж
-1
-2
- для жидкостей Х=0,05 м·с × 1 с=0,05·10 м;
г
-1
-2
- для газов Х=0,05 м·с × 0,2 с=10 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.
n
k
n
Ориентировочное значение скорости V 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 каротажа, т.е. предварительно измерив V 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.