К вопросу измерения расхода жидкости в стволе эксплуатационной

скважины глубинными механическими расходомерами.

 

Габдуллин Тимерхат Габдуллович,

доктор технических наук, профессор,

Киямов Ленар Тагирович,

аспирант,

Альметьевский Государственный Нефтяной Институт.

 

В настоящей статье дана краткая справка по истории развития глубинной механической расходометрии в нашей стране; сделан обзор серийных глубинных расходомеров; проведен критический анализ трех, наиболее распространенных, структур механических расходомеров; определены требования к конструкциям современных глубинных расходомеров; предложена оригинальная конструкция беспакерного высокочувствительного механического расходомера.

Специфические условия, при которых работают глубинные приборы: большая глубина спуска, доходящая до нескольких километров; высокие температуры и давления; ограниченные габариты насосно-компрессорных труб; необходимость получения высокой точности результатов измерения выдвигают очень жесткие требования к чувствительным элементам глубинных приборов. К ним относятся: большой диапазон измерений, высокая чувствительность, малая инерционность, термобаростойкость, стабильность при изменении физико-химических свойств пластовой жидкости, стабильность во времени, коррозионная стойкость или защищенность от воздействия коррозийно-активной пластовой жидкости, виброустойчивость или защищенность от ударов и тряски, малогабаритность.

В разработанных ранее конструкциях глубинных механических расходомеров использовались несколько типов датчиков:

а)                  датчики расхода, основанные на принципе постоянного перепада давления;

б)                 датчики поплавково-пружинные;

в)                 датчики с заторможенной турбинкой;

г)                  датчики с вращающейся турбинкой;

д)                 прочие конструкции.

Глубинные расходомеры постоянного перепада давления в СССР были впервые разработаны в 1953-1954 гг. Расходомеры этого типа были просты в изготовлении, имели равномерную шкалу в широком диапазоне расходов, были пригодны для работы в агрессивных средах. Однако, в силу ряда недостатков (зависимость показаний от вариаций физических свойств потока, критичность к отклонению от вертикали, минимальные перестановочные усилия приводили к увеличению погрешности измерения и т.д.), расходомеры постоянного перепада давления не нашли широкого применения в практике глубинных исследований [1].

В 1955 году во Всесоюзном Нефтегазовом Научно-исследовательском Институте был разработан и осуществлен промышленный выпуск пакерного расходомера с местной регистрацией, чувствительным элементом которого являлся поплавок с противодействующей пружиной [2]. Расходомер был оснащен пакером зонтичного типа, состоящим из металлических лепестков. Поплавково-пружинные устройства в качестве чувствительных элементов нашли свое применение в основном в приборах с местной регистрацией измеряемых параметров. Несмотря на некоторые преимущества данного метода измерения расхода (широкий диапазон измеряемых расходов, отсутствие вращающихся элементов, возможность работы как в добывающих, так и в нагнетательных скважинах и др.) они из-за сложности не использовались в дистанционных приборах [3].

В 1959 году в Татарском Научно-исследовательском Институте был разработан глубинный расходомер с датчиком скоростного напора. Это был прибор с местной регистрацией показаний. Датчик расходомера представлял собой напорную трубку, подсоединенную к V – образному жидкостному дифманометру, одно из колен которого заполнялось раствором проявителя. Изменение расхода воды в скважине вызывало изменение уровня проявителя в дифманометре, которое отмечалось в виде затемнения на засвеченной фотопленке. Расходомер ТатНИИ с трубкой скоростного напора не получил внедрения ввиду присущих ему существенных недостатков, а именно: квадратичная зависимость между расходом и перепадом давления, измеряемым с помощью дифманометра и, связанная с этим малая чувствительность в области минимальных расходов; малый динамический диапазон прибора (около 4 – 5); большая погрешность измерения при расходах, составляющих менее 50% от верхнего диапазона; сложность разработки системы регистрации и преобразования измеряемого параметра в электрический сигнал.

В 1962-1963 гг. во ВНИИ был разработан глубинный дистанционный дебитомер «Поток-2» с датчиком расхода в виде турбинки, натянутой на двух струнах, концы которых закреплены неподвижно (расходомер с заторможенной турбинкой). Угол поворота (выходной сигнал) данного расходомера пропорционален квадрату расхода, следовательно, прибор имеет низкую чувствительность в начале диапазона. Расходомер с заторможенной турбинкой был чувствителен к изменению плотности жидкости, в то же время вариация вязкости потока не вносила существенной погрешности в результат измерения [4]. Кроме того, недостатком данного вида расходомеров является наличие в измерительной части упругого элемента, что является причиной нелинейности характеристики прибора, а также нестабильности статической характеристики во времени.

Беспакерный глубинный дебитомер с вращающейся турбинкой впервые в нашей стране был разработан в Казанском университете под руководством Н. Н. Непримерова и А. Г. Шарагина в 1957 году. Глубинный дистанционный дебитомер-расходомер конструкции Казанского университета был предназначен для определения скорости в стволе нефтяных и нагнетательных скважин [4]. В  качестве регистрирующего устройства использовался стандартный импульсный счетчик типа СБ-1М/100, каналом связи служит одножильный кабель, на котором прибор спускался в скважину.

В разное время, в институтах ТатНИИ, УфНИИ, во ВНИИнефтепромгеофизике, в ВНИИКАНнефтегазе и в других организациях были разработаны и нашли широкое применение различные дистанционные дебитомеры и расходомеры, предназначенные для гидродинамических исследований действующих скважин. Большой вклад в дело разработки и совершенствования скважинных потокометрических приборов внесли: Н.Н. Непримеров, А.И. Марков, А.Г. Шарагин (Казанский Государственный университет им. В.И. Ульянова), А.Л. Абрукин, Н.Т. Улыбашев (ВНИИнефть), М.М. Иванов, И.А. Фахреев (БашНИПИнефть), Н.С. Мясников, Г.Д. Мнухин (СПКБ «Нефтехимавтоматика»), Т.Г. Габдуллин,  Г.А. Белышев (ТатНИПИнефть, ВНИИнефтепромгеофизика) и др. В подавляющем большинстве случаев задача количественной оценки значений дебитов (расходов) решалась использованием в качестве первичного преобразователя вращающейся аксиальной турбинки. Широкому применению глубинных расходомеров с чувствительным элементом в виде турбинного преобразователя способствовал целый ряд положительных качеств этих датчиков, из которых основными являются следующие:

·                    линейная статическая характеристика на достаточно большом диапазоне расходов;

·                    устройство бессальникового преобразования скорости потока в частотный сигнал, удобный для передачи на поверхность;

·                    незначительное влияние физических параметров среды (удельный вес, вязкость и т. д.);

·                    простота конструкции измерительного канала;

·                    возможность измерения потоков жидкости переменного направления одним прибором;

·                    возможность работы датчика в агрессивной среде при высоких давлениях и температуре;

·                    высокая стабильность характеристики прибора во времени вследствие отсутствия упругих элементов.

Жесткие скважинные условия определили предельную скудность первичных преобразователей, применяющихся в скважинных расходомерах. Так, если в период становления скважинной расходометрии делались попытки создания потокометрических приборов, дающих количественную оценку расхода жидкости в стволе скважины с применением датчиков: постоянного перепада давления, поплавково-пружинных первичных преобразователей, с заторможенной турбинкой, термоэлектрических, с вращающейся турбинкой; то на сегодняшний день применяются глубинные расходомеры только с многолопастной вертушкой (все приведенные в табл. 1 расходомеры оснащены вертушками).

Проанализируем теперь глубинные механические расходомеры с точки зрения структуры потокометрического устройства. Глубинные расходомеры бывают беспакерные, пакерные и беспакерные с перекрывающей турбинкой. Выделение перекрывающих расходомеров в отдельную группу обусловлено существенными отличиями метрологических характеристик расходомеров с большими турбинками от классических беспакерных приборов с малогабаритными вертушками. В тоже время, необходимо понимать, что такая классификация условна и используется здесь для удобства анализа.

 

Беспакерные расходомеры.

Измерение скорости потока с помощью беспакерных турбинных расходомеров (скоростемеров) основано на использовании кинетической энергии потока, т.к. глубинный прибор без пакера практически не создает перепада давления в скважине и измеряет истинную скорость движения потока. Расход жидкости через рабочее сечение беспакерного расходомера можно определить как:

                               

где α – коэффициент обтекания, определяемый конструктивными параметрами прибора;

k₁ – коэффициент, зависящий от смещения прибора от геометрической оси скважины;

F_ж – площадь сечения измерительного канала прибора;

V_ср – средняя скорость потока в сечении скважины.

В работах [4,5] опытным путем определено, что показания беспакерных расходомеров, начиная с некоторого значения (около 30 об/мин) являются линейной функцией скорости потока жидкости в скважине и скорости протяжки прибора.

Беспакерные скважинные расходомеры (РГД-3, РГД-4, ГДИ-2, РД 150/60 и др.), являясь приборами парциального типа, не создают перепада давления, и предназначены для построения профиля притока (приемистости) в скважинах со средней и высокой производительностью. Так как рабочий диапазон статической характеристики беспакерных расходомеров смещен в сторону больших расходов, то порог чувствительности таких приборов значительно выше, чем у пакерных расходомеров. Так, у беспакерного расходомера РГД-4 (диаметр 42 мм) порог чувствительности в обсадной колонне диаметром 146 мм составляет 144 м³/сут.

При работе же в режиме протяжки беспакерные расходо­меры также могут быть использованы для определения мест притока жидкости в малодебитных сква­жинах, поскольку при непрерывном движении прибора преодоле­вается момент трения покоя в опорах турбинки и ее инерции и минимальные приращения величины потока вызывают изменение числа оборотов турбинки [2].  Однако, результаты таких исследований ненадежны (носят качественный характер) и при любых условиях точность исследования низкодебитных скважин классическими беспакерными расходомерами не может сравниться с точностью пакерных расходомеров.  

Основная приведенная погрешность беспакерных расходомеров нормируется не выше 4 %. Однако погрешность измерения расхода в реальных скважинных условиях (как сумма основной и дополнительной погрешности) в несколько раз может превышать значение основной погрешности измерения, приведенной в паспорте прибора. Это обусловлено действием целого ряда искажающих результат измерения факторов: засорение опор подшипников; влияние вариации вязкости жидкости; изменение диаметра обсадной колонны; отклонение  прибора от геометрической оси скважины; разность скоростей движения компонент потока; неравномерность движения глубинного прибора; изменение гидравлического сопротивления измерительного канала; положение прибора относительно перфорационных отверстий.

 

Пакерные расходомеры.

Для исследования профиля притока добывающих скважин с дебитами от 3 – 5 до 180 – 200 м³/сут, и в некоторых случаях для исследования нагнетательных скважин, имеющих небольшую производительность, используются пакерные расходомеры. Приборы этого типа, при условии надежной работы пакерующего устройства, измеряет истинный расход жидкости, т.к. через чувствительный элемент проходит весь измеряемый поток жидкости или заранее известная его часть. Широкое применение в нашей стране нашли следующие пакерные расходомеры: РГД-1М, РГД-2М, РГД-36, Кобра-36Р, РГТ-1,ДГД-8, ДГД-6, ПРС-1, Терек-3, РН-26, РН-28, Фонтан и др.

Метрологические показатели пакерных расходомеров определяются в основном чувствительным элементом прибора и характеристиками пакерующего устройства. Чувствительность пакерного прибора можно определить как произведение коэффициента пакеровки на чувствительность измерительного преобразователя. Свойства чувствительного элемента (турбинки), определенные выше для беспакерных расходомеров, с некоторыми особенностями проявляются и в пакерном исполнении глубинного прибора.

Стабильность коэффициента пакеровки является необходимым условием получения достоверных данных (на количественном уровне) о характере притока (поглощения) жидкости по стволу обсаженной скважины. Погрешности глубинных расходомеров, обусловленные наличием в конструкции прибора пакера, определяется в основном следующими факторами (сошлись):

1)                 Техническим состоянием пакерующего устройства и качеством его подготовки;

2)                 Скоростью потока жидкости: в зависимости от конструкции пакера, увеличение скорости потока жидкости может как увеличивать коэффициент пакеровки (за счет самоуплотнения пакера), так и уменьшать его (например, в случае зонтичных пакеров);

3)                 Влиянием вязкости жидкости: у скважинного расходомера с абсолютным пакером изменение вязкости жидкости вызывает только изменение статической характеристики турбинки. В случае же неабсолютного пакера изменение вязкости жидкости, помимо изменения статической характеристики собственно турбинки, вызывает также перераспределение потока жидкости через измерительный и обводные каналы (учтенные и неучтенные утечки);

4)                 Конструкцией самого пакера. Исследования характеристик различных конструкций пакеров (металлических различных модификаций, матерчатых с металлическим каркасом, зонтичных, выполненных из материи или резины и т.д.) показывают, что наименьший разброс коэффициента пакеровки достигается у матерчатых пакеров с металлическим каркасом (РГД-1М, РГД-2М, Кобра-36Р). В работе [5] приводится испытания трех пакеров с металлическим каркасом и матерчатой манжетой, поочередно устанавливаемых на прибор Кобра-36Р. Разброс показаний прибора при смене пакера не превышал значения основной погрешности прибора, что позволяет не тарировать прибор при смене пакера подобного типа;

5)                 Техническим состоянием скважины: в условиях изношенности цементного камня может иметь место движение жидкости за колонной, особенно при создании дополнительного гидравлического сопротивления в эксплуатационной колонне пакерным прибором. В работе [4] экспериментально получена зависимость перепада давления на дебитомере ДГД-2 с абсолютным пакером от расхода (рис.1) Как видно из графика, при наличие проводящих каналов в заколонном пространстве и использовании пакерного прибора, перераспределение потоков в колонне и за ней неизбежно (особенно в области больших расходов). Таким образом, измерения расходов с помощью приборов, снабженных пакерами, нецелесообразно проводить в скважинах, где цементное кольцо в интервале перфорации негерметично и в скважинах, оборудованных фильтром.

 

Рис. 1.

Зависимость перепада давления от расхода для дебитомера ДГД-2.

 

Обычно конструкции пакеров, из-за своей сложности низконадежны, особенно при работе в средах с повышенным содержанием механических примесей в потоке, а перепад давления, создаваемый пакером ограничивает верхний диапазон измерения из-за возможности подброса прибора при больших расходах и приводит к искажению действительного профиля притока. Кроме того, использование пакерных расходомеров, оснащенных электродвигателями постоянного тока типа ДПМ, осложняется при жестких термобарических условиях (данный тип электродвигателей может применяться при температуре не выше +100 ⁰С ). Наличие же неуправляемого пакера (например, как в расходомере «Терек-3») затрудняет применение расходомера в скважинах с высокими устьевыми давлениями из-за невозможности прохождения через лубрикатор и НКТ [6].

 

Перекрывающие расходомеры.

 

Рис. 2. Модуль расходомера «Гранат-Р»

Рис. 3. Скважинный дебитомер КарСар СДМ исполнение «Н»

Рис. 4. Складной расходомер полного сечения ствола Caged Fullbore Flowmeter (3 arm CFBM)

Рис. 5. Складной расходомер полного сечения ствола Caged Fullbore Flowmeter (6arm CFBM)

 

Разновидностью непрерывных глубинных потокометрических устройств являются беспакерные расходомеры с турбинкой, перекрывающей основное сечение скважины -  перекрывающие. Такие расходомеры имеют меньшую по­грешность, обусловленную колебанием диаметра ствола скважины, чем непре­рывные расходомеры с классической (малогабаритной) турбинкой и могут работать при меньших значениях расходов – некоторые отечественные производители заявляют нижний предел измерения такой же, как и у пакерных приборов! (см. таблицу 1) Ранее, впервые в СССР - во ВНИИГИС, а позже во ВНИИНПГ, были созданы макеты перекрывающих расходомеров, в которых турбинка выполнялась неуправляемой, из гибкого материала (пружин, обтянутых эла­стичным материалом типа "болонья", резины и т.п.). Такими турбинками оснащены отечественные расходомеры «Гранат-Р» и КарСар СДМ (исполнение Н) (рис 2,3). Существенным недостатком таких расходомеров является то, что отсутствие строгой фиксации лопастей во время проведения измерений может привести к получению искаженной информации (вследствие изме­нения профиля лопастей от напора), что затрудняет метрологическое обеспечение таких расходомеров [6]. Перекрывающие расходомеры фирмы Sondex (рис. 4,5) снабжены турбинками с жесткими лопастями, которые в транспортном состоянии складываются и не выступают за центраторы. Безусловно, жесткие лопасти повышают достоверность измерений, однако это достигается в ущерб общей надежности конструкции (вследствие усложнения прибора). К общим недостаткам перекрывающих расходомеров также можно отнести большую вероятность зацепов на забое и при входе в НКТ. Кроме того, необходимо иметь в виду, что с ростом размеров лопастей растет инерционность турбинки, что при неблагоприятных условиях исследования (высокая скорость протяжки, резкое изменение дебита на малом участке перфорированной зоны обсадной колонны) может привести к динамическим погрешностям, значительно превышающим значения основной погрешности измерения.

Сопоставляя метрологические характеристики глубинных расходомеров, получивших наиболее широкое применение на нефтяных промыслах России (табл. 1) и требования к ним [8] можно заметить, что:

-        не один расходомер не имеет значение основной приведенной погрешности менее 4%, в то время как в РД требуется погрешность не более 3%;

-        требованиям к динамическому диапазону (отношение максимального измеряемого дебита к минимальному)

·                     для пакерных расходомеров (не менее 10) – удовлетворяют все без исключения модели глубинных расходомеров;

·                     для беспакерных расходомеров (не менее 50) – не удовлетворяют требованиям такие распространенные расходомеры, как РГД-4 и ГДИ-2 – с динамическими диапазонами соответственно 16 и 12,5. Последние же разработки как отечественных, так и зарубежных производителей имеют напротив значительно превышающий требования динамический диапазон измерения. Так, у отечественных расходомеров «Гранат-Р» и КарСар СДМ (исполнение Н) динамический диапазон равен 300;

-        расходы от 1 до 5 м³/сут не способны стабильно воспроизводить даже расходомеры с абсолютным пакером. В связи с неуклонным ростом фонда малодебитных скважин, решение проблемы создания глубинного расходомера (желательно, беспакерного), рассчитанного на данный диапазон становится особенно актуальным;

-        нет перекрывающих беспакерных расходомеров, способных работать по межтрубью (т.е. с диаметром в транспортном состоянии менее 32 мм).

Проведенный выше краткий анализ показал, что задача построения широкодиапазонного, высокочувствительного беспакерного дебитомера – расходомера, имеющего стабильные метрологические характеристики при жестких скважинных условиях и позволяющего проводить замеры в режиме непрерывной протяжки (без внесения динамических погрешностей в результат измерения), а также обладающего транспортабельностью при различных вариантах обустройства скважин является актуальной задачей для современного геофизического приборостроения, решение которой значительно бы повысило качество исследований действующих скважин при контроле за разработкой нефтяных месторождений.

 

Таблица 1.

Технические характеристики некоторых серийных глубинных расходомеров и область их применения.

Исполнение	Пакерные					Беспакерные					Беспакерные перекрывающие
Модель         Характеристики	Кобра-36Р/36РМ	РТ-36	РН-28	ДГД-6Б	ДГД-8	РГД-4	ГДИ-2	Напор	РД 150/60 (в зависим. от модифик.)	КарСар СДМ Исполнение «В»	КарСар СДМ Исполнение  «Н»	Гранат	РС-36	Sondex Caged Fullbore Flowmeter (3 arm CFBM)
Пределы измерения расхода, м3/сут:
без калибровочного отверстия на пакере	(5-80)* (9,6-240)**	(2,4-96)* (7,2-144) **	2,4 - 60***	5-50	3,6-36	144-2400	96-1200	36-2400	(288-2400)/ (240-2400)/  (192-2400)/ (120-2400)	36-6080	12-3650	4,8-1440	9,6-1500	20-5080
с калибровочным отверстием на пакере	до 1000	–	–	20-200	14,5-145
Вид записи	по точкам	по точкам	по точкам	по точкам	по точкам	непрерывная/по точкам	непрерывная/по точкам	непрерывная/по точкам	непрерывная/по точкам	непрерывная/по точкам	непрерывная/по точкам	непрерывная/по точкам	непрерывная/по точкам	непрерывная/по точкам
Предел допускаемой основной приведенной погрешности (при поверке в воде по ГОСТ 2874-73), %, не более	±4,0	±4,0	±5,0	±5,0	±5,0	±5,0	±5,0	±5,0	±4,0	±5,0	±5,0	-	-	-
Максимальная температура окружающей среды для скважинного прибора, оС	70	120	100	70	80	120	120	120	150	130	130	120	120	177
Максимальное рабочее давление, МПа	35,0	40	25,0	20	20	60	35	60	60	80	60	60	60	103,4/103,4/ 82,7
Габариты скважинного прибора, мм:
диаметр	36	36	28	32	26	42	32	36	28/32/36/42	36	36	36	36	43/35/38
длина	1600	1350	1440	1500	1300	950	3000	550	1300	625	1060	750	600	890
Тип пакера	ф/э-м	з/э-м	з/э-м	ф/э-м	ф/э-м	-					-
Область применения
нагнетательные без НКТ	-	-	-	-	-	+	+	+	+	+	+	+	+	+
нагнетательные через НКТ	-	-	-	-	-	+	+	+	+	+	+	+	+	+
фонтанирующие	+	+	(+)	(+)	(+)	+	+	+	+	+	+	+	+	+
механизированные через межтрубное пространство	(+)	(+)	+	+	+	-	+	-	(+)	-	-	-	-	-
Достоинства	-        высокая точность; -        низкий порог реагирования; -        высокая повторяемость исследований;					-        возможность непрерывной записи; -        нет перепада давления на приборе; -        простота конструкции; -        практически неограниченный верхний предел измерений;					-        порог реагирования сопоставимый с пакерными расходомерами; -        широкий динамический диапазон; -        возможность непрерывной записи; -        нет перепада давления на приборе; -        простота конструкции;
Недостатки	-        неработоспособность при высоких расходах; -        создание перепада давления; -        низкая надежность конструкции (особенно при высоких температурах); -        время- и трудозатратная технология измерений; -        засорение опор оси турбинки;					-        высокий порог реагирования; -        ненадежные данные при расходах ниже 100 – 150 м3/сут; -        засорение опор оси турбинки;					-        невозможность работы по межтрубью; -        инерционность чувствительного элемента; -        гибкий материал турбинки при неуправляемом варианте турбинки/усложнение конструкции при раскладном варианте турбинки; -        засорение опор оси турбинки;

Условные обозначения: * – с матерчатым пакером,  ** – с металлическим пакером;  (+) – при благоприятных условиях; ф/э-м – фонарный пакер с электромеханическим приводом, з/э-м – зонтичный пакер с электромеханическим приводом; Примечание: Расходы отнесены к 168 мм колонне.

 

На кафедре «Автоматизация и информационные технологии»  (АИТ) Альметьевского государственного нефтяного института (АГНИ) разработаны принципиальные основы высокочувствительного беспакерного малогабаритного глубинного расходомера, имеющего чувствительность не хуже, чем у стандартных образцов глубинных расходомеров с пакерующим устройством [7]. Оригинальная конструкция прибора позволяет, используя хорошо изученный чувствительный элемент (вращающаяся турбинка), получить значительный выигрыш как в метрологических, так и в эксплуатационных показателях по сравнению с классическими конструкциями глубинных расходомеров.

 

Рис. 6.

Турбинный преобразователь расхода.

1 – корпус; 2, 3, 12, 13 – опоры; 4 – обойма; 5 – э/д с редуктором; 6, 7 – магниты полумуфты; 8 – турбинка; 9 – постоянный магнит; 10А, 10Б, 10В – герконы; 11 – провода; 14, 15 – направляющие решетки.

 

Предлагаемый расходомер содержит корпус 1 (рис. 6) из немагнитного материала с опорами 2, 3 под обойму 4, выполненную также из немагнитного материала; электродвигатель с редуктором 5, который с помощью полумуфт 6, 7 магнитной муфты имеет кинематическую связь с обоймой 4 и через каротажный кабель имеет электрическую связь со вторичным прибором (на чертежах не показаны); турбинку 8 с постоянным магнитом 9, имеющим магнитную связь с герконами 10А и 10Б (магнитоуправляемые контакты), для преобразования числа оборотов турбинки в электрический сигнал, посылаемый через провода 11 и каротажный кабель на вторичный прибор; опоры 12, 13, выполненные в обойме 4, для установки турбинки 8; верхняя 15 и нижняя 14 направляющие решетки с винтообразными лопастями, установленные жестко в обойме 4.

Угловое смещение (несимметричное расположение) герконов 10А и 10Б друг относительно друга позволяет определить направление вращения турбинки. А для определения частоты вращения обоймы 4, а следовательно, скорости дополнительно созданного локального потока жидкости в области турбинки, скважинный прибор снабжен герконным датчиком 10В, срабатывающим от магнитной муфты (полумуфты) 7.

Таким образом, для построения профиля притока (поглощения) жидкости в скважину используется следующая информация:

1)      число оборотов и направление вращения турбинного датчика расхода 8 (последовательность электрических импульсов, сформированных с помощью герконов 10А и 10Б);

2)      число оборотов (электрические импульсы, сформированные герконом 10В) и направление (по полярности подаваемого для питания электродвигателя с редуктором, находящегося в скважинном приборе, напряжения) обоймы 4.

Расходомер работает следующим образом.

Скважинный прибор с помощью кабельного наконечника присоединяют к каротажному кабелю, намотанному на барабан лебедки каротажного подъемника. К другому концу кабеля через каротажный коллектор (токосъемник) лебедки подъемника подключают вторичный прибор расходомера. Скважинный прибор расходомера с помощью каротажного подъемника спускают в скважину до глубины ниже нижней границы продуктивных пластов (в зумф). Подачей с помощью вторичного прибора регулируемого напряжения определенной полярности на электродвигатель обеспечивает в зоне турбинки движение жидкости в направлении восходящего потока и добиваются устойчивого равномерного вращения турбинного датчика. При этом обойма 4 со своими направляющими решетками 14 и 15. имеющими форму винтообразных лопастей, вращается на своих опорах 2, 3 относительно корпуса 1 скважинного прибора.

Это обеспечивает, наряду со снижением трения в опорах 12, 13 турбинного датчика 8, локальное движение жидкости вверх в измерительном канале А глубинного прибора. Поток жидкости попадает в измерительный канал А через окна В, а уходит из него через окна Б, выполненные в обойме 4 и корпусе 1. Таким образом, рабочий диапазон расходомера сдвигается в сторону высоких частот вращения турбинки, где более высокая и стабильная чувствительность турбинного датчика. Далее путем протяжки прибора вверх и вниз в продуктивных интервалах с остановками в отдельных наиболее информационных точках (кровля и подошва пласта, промежутки между пластами и т.п.) строят профиль притока жидкости в скважину. Расходомер может быть использован для построения профилей поглощения нагнетательных скважин малой производительности.

Данное техническое решение обеспечивает снижение нижнего предела измерения расходомера путем создания дополнительной скорости жидкости через турбинку за счет вращения направляющих решеток, установленных в обойме выше и ниже турбинки и имеющих винтообразные лопасти. Таким образом, решетки играют роль осевых насосов.

Применение описанной выше конструкции, помимо снижения порога реагирования турбинки (путем замены силы трения покоя на трение движения, значение которого значительно меньше), позволяет получить равномерное распределение скоростей в области измерительного тракта расходомера и создает первичную турбулизацию потока. Чем больше первичная турбулизация потока, тем меньше критическое число Рейнольдса, тем самым расширяется автомодельная область работы расходомера, в которой изменение свойств измеряемой жидкости незначительно влияет на погрешность измерения. Возможность реверсирования направления вращения обоймы позволяет очищать опоры осей турбинки от механических примесей прямо в забойных условиях.

 

Литература.

 

1.                  Петров А.И. Глубинные приборы для исследования скважин.М.,Недра,1980, 224с

2.                  Абрукин А.Л. Потокометрия скважин. М., "Недра", 1978

3.                  Габдуллин Т.Г. Оперативное исследование скважин. М.: Недра, 1981. 213 с.

4.                  Блажевич В. А., Фахреев И. А., Глазков А. А Исследование притока и поглощения жидкости по мощности пласта. М., «Недра», 1969. 135 с. с ил.

5.                  Техника и технология оперативных исследований скважин/ Т.Г. Габдуллин. – Казань: Плутон, 2005. – 336с.

6.                  Черный В.Б., Федорченко А.С., Родионов Н.Ф.  Отчет по теме ХI Г.П.5/101 104-6/457-86  «Изучение возможности разработки беспакерного перекрывающего высокочувствительного расходомера 36мм для комплекса «приток-состав».  ВНИИГИС. Октябрьский., 1986 г., 163 с.

7.                  Анохина Е.С., Габдуллин Т.Г., Томус Ю.Б. Скважинный расходомер. Патент № 2205952, выд. на имя ОАО «Татнефтегеофизика». Б.И. №16, 2003.

8.                  РД 153-39.0-072-01. Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах.

9.                  Рекламные проспекты отечественных и зарубежных производителей глубинных расходомеров.

 

Поступила в редакцию 13.11.2007 г.