УСТАНОВКА ДЛЯ КАЛИБРОВКИ СКВАЖИННЫХ РАСХОДОМЕРОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК G01F25/00 

Способ и устройство относятся к области метрологического обеспечения скважинной геофизической аппаратуры.

Известен способ поверки расходомеров, реализуемый с помощью устройства для поверки преобразователей расхода (Авторское свидетельство СССР № 1348658, 1987 г.), согласно которому поверяемый расходомер помещают в испытательном участке гидравлического тракта поверочной установки. С помощью насоса подают в гидравлический тракт воду. Изменяя напор подаваемой воды, регулируют объем воды, поступающей в измерительный участок, и фиксируют его преобразователем. Сравнивают показания поверяемого расходомера со значениями действительного объема жидкости, зарегистрированным преобразователем за фиксированное время.

Устройство, реализующее описанный способ поверки преобразователей расхода, содержит насос, вертикальную конструкцию эквивалента скважинных труб, выполненного из отрезков труб различного диаметра с размещенным в одной из них вытеснителем, преобразователь расхода, установленный в гидравлическом тракте установки, испытательный участок и счетчик времени.

Описанные выше способ и устройство не обеспечивают необходимой точности калибровки скважинных расходомеров, поскольку эталонный параметр расхода задается посредством трущихся узлов и клапанов. Эти узлы вносят так называемую аппаратурную погрешность (трение сопрягаемых поверхностей, засорение механическими частицами, попадающими в гидравлический тракт с жидкостью и т.п.). Установка для реализации описанного способа компактна, занимает небольшое пространство в помещении, использует малое количество жидкости и, соответственно, маломощный насос для прокачки жидкости по гидравлическому тракту. Конструкция установки устраняет влияние пульсаций расхода на измеряемый параметр. Но при этом данная конструкция не обеспечивает дегазации жидкости, поступающей в гидравлический тракт, что вносит погрешность в результат измерений. Кроме того, к недостаткам конструкции следует отнести чрезвычайно ограниченный диапазон воспроизводимых расходов жидкости, поскольку изменение диапазона расхода жидкости ограничено диапазоном перемещения вытеснителя ограниченной скоростью его перемещения. Наличие в конструкции поворотного крана и поршня-вытеснителя (т.е. поворотных и трущихся элементов) снижают надежность конструкции.

Известны способ поверки скважинных расходомеров и установка УПР-2 для его реализации (С.И.Дембицкий. Оценка и контроль качества геофизических измерений в скважинах, М., Недра, 1991. С.48), взятые за прототип. Согласно известному способу калибруемый расходомер устанавливают в отрезке трубы определенного диаметра, размещают данный отрезок с калибруемым расходомером в скважинном эквиваленте в мерном участке соответствующего диаметра, в гидравлическом тракте которого создают соответствующий режим потока жидкости. Параметр расхода данного потока жидкости фиксируют калибруемым расходомером.

Известный способ обеспечивает диапазон воспроизведения расходов жидкости всех диаметров скважинных труб, применяемых на практике. Однако известный способ обладает такими же недостатками, как и описанный выше аналог - эталонный параметр расхода задается вручную посредством диафрагм в виде системы вентилей и заслонок. Эти элементы конструкции установки снижают достоверность задаваемого режима потока жидкости, соответственно снижают достоверность измеряемого параметра потока. Недостаточная дегазация жидкости в гидравлическом тракте установки также снижает достоверность измерений.

Установка УПР-2 для реализации известного способа состоит из насоса, эквивалента скважинных труб, калибруемого расходомера, измерительного участка и сливного резервуара. Эквивалент скважинных труб данной установки выполнен из последовательно соединенных отрезков скважинных труб различного диаметра с сужающими устройствами-диафрагмами на стыках. Для обеспечения необходимого перепада давлений на диафрагмах эквивалент скважинных труб выполнен большой протяженности, что, соответственно, требует большого объема жидкости (порядка четырех кубических метров). Для слива и прокачки такого объема жидкости по всему гидравлическому тракту данной установки используется большой сливной резервуар и достаточно мощный насос. Большой сливной резервуар, мощный насос и протяженный эквивалент скважинных труб в совокупности требуют для размещения данной установки достаточно большого помещения.

Кроме того, эквивалент скважинных труб данной установки выполнен из металла, который ржавеет в процессе эксплуатации, засоряет систему диафрагм и тем самым вносит дополнительную погрешность в результаты измерений, сокращает срок эксплуатации установки. Наряду с этим в коленах эквивалента скважинных труб в процессе эксплуатации застаивается воздух, попадающий в гидравлический тракт при закачке воды из резервуара, что также вносит погрешность в результаты измерений.

Таким образом, известная установка занимает довольно большую площадь и производит много шума в связи с применением мощного насоса для прокачки жидкости. Отсутствие системы очистки прокачиваемой жидкости от растворенного в ней воздуха и механических частиц не обеспечивает необходимой точности измерений, а сам процесс калибровки скважинных расходомеров занимает много времени. Громоздкая конструкция диафрагм, состоящая из системы вентилей и заслонок, исключает возможность автоматизации процесса поверки на данной установке.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности калибровки скважинных расходомеров, обеспечение автоматизации процесса калибровки, повышение надежности конструкции и увеличение срока ее эксплуатации при сохранении диапазона воспроизводимых расходов жидкости прототипа.

Поставленная задача решается следующим образом.

В способе калибровки скважинных расходомеров, заключающемся в том, что калибруемый расходомер устанавливают в мерном участке скважинного эквивалента, в гидравлическом тракте последнего создают соответствующий режим расхода жидкости и фиксируют его калибруемым расходомером, в гидравлический тракте перед/после скважинным эквивалентом устанавливают эталонный расходомер, поток жидкости в гидравлическом тракте предварительно дегазируют, а режим расхода жидкости в гидравлическом тракте скважинного эквивалента задают путем выставки заданного числа оборотов вращения электродвигателя, расход потока жидкости контролируют эталонным расходомером и фиксируют калибруемым расходомером. Процесс калибровки скважинного расходомера производят автоматически.

В установке для реализации данного способа, содержащей насос, демпфер, эталонный расходомер, эквивалент скважинных труб и измерительный участок, эквивалент скважинных труб выполнен в виде нескольких пар вертикально установленных отрезков труб одинаковой длины и попарно уменьшающихся диаметров, соответствующих диаметрам эксплуатируемых скважинных труб, последовательно соединенных между собой посредством трубопровода, а установка снабжена эталонным расходомером, установленным перед/после эквивалентом скважинных труб. Кроме того, установка дополнительно оснащена электродвигателем, соединенным с насосом, устройством дегазации в виде расширительного бачка, установленного на стойке с возможностью вертикального смещения относительно верхнего уровня эквивалента скважинных труб и сообщающегося с последним посредством трубки отвода воды, прозрачной трубки отвода воздуха, один конец которой соединен с расширительным бачком, а второй установлен в верхней части эквивалента скважинных труб, и магистрали отвода воздуха в виде прозрачной трубки, один конец которой оснащен съемной пробкой с кавитационным соплом, устанавливаемой в одну из труб эквивалента скважинных труб, а свободный конец посредством крана отвода воздуха соединен с расширительным бачком, и компьютером с блоком сопряжения последнего с электродвигателем, эталонным расходомером и калибруемым расходомером. Причем эквивалент скважинных труб и трубопровод выполнены из нержавеющего материала.

В установке для реализации предложенного способа эквивалент скважинных труб может быть выполнен также в виде одной пары вертикально установленных труб равной длины и одинаково большого диаметра, любая из которых может быть использована в качестве измерительного участка, и оснащен набором съемных эквивалентов эксплуатируемых скважинных труб, необходимая из которых устанавливается и уплотняется в измерительном участке.

Предложенное техническое решение имеет следующие отличительные признаки и преимущества по сравнению с прототипом:

1) в соответствии с предложенным способом калибровки скважинных расходомеров сопротивление гидравлического тракта остается постоянным, а изменение режима потока жидкости задается путем автоматического изменения режима работы насоса посредством электродвигателя, соединенного с последним. Это исключает мелкие погрешности, вносимые подвижными и трущимися элементами конструкций известных устройств;

2) автоматизация процесса калибровки скважинных расходомеров позволяет сократить время калибровки одного расходомера, и соответственно - повысить производительность работы установки;

3) выполнение эквивалента скважинных труб в виде нескольких пар вертикально установленных отрезков труб одинаковой длины попарно уменьшающихся диаметров и последовательно соединенных между собой посредством трубопровода исключает применение подвижных и трущихся элементов конструкции, что повышает достоверность воспроизводимых режимов расхода потока жидкости, повышает надежность конструкции, а также существенно снижает габаритные размеры установки. Низкие габаритные размеры соответственно позволяют уменьшить объем прокачиваемой в установке жидкости и как следствие - уменьшить мощность используемого насоса;

4) предложенная конструкция эквивалента скважинных труб обеспечивает возможность включения в его тракт дополнительного устройства дегазации жидкости, что обеспечивает возможность очищения прокачиваемой по тракту установки жидкости от растворенного в ней воздуха, снижая тем самым погрешность проводимой калибровки расходомеров;

5) применение электродвигателя, соединенного с насосом, позволяет, изменяя автоматически скорость вращения электромотора, при неизменном гидравлическом сопротивлении тракта плавно изменять значенияе расхода жидкости, воспроизводя заданные значения калибруемых расходов по всему измеряемому диапазону;

6) отсутствие в гидравлическом тракте установки подвижных и трущихся элементов повышает надежность и долговечность конструкии, а в совокупности с электродвигателем обеспечивает возможность автоматизации процесса калибровки скважинных расходомеров;

7) наличие блока сопряжения электродвигателя, эталонного расходомера и калибруемого расходомера с компьютером позволяет автоматизировать процесс калибровки расходомеров на данной установке;

8) выполнение эквивалента скважинных труб и трубопровода установки из нержавеющего материала исключает засорение тракта установки посторонними механическими частицами (элементами ржавчины как у прототипа) и снижает погрешность проводимой калибровки расходомеров, а также продлевает срок эксплуатации установки.

Предложенная конструкция установки для реализации способа калибровки скважинных расходомеров проста в изготовлении, имеет надежную конструкцию. Для изготовления элементов конструкции данной установки не требуется специального оборудования и материалов.

На чертеже показан вариант установки для калибровки скважинных расходомеров.

Установка для калибровки скважинных расходомеров (далее по тексту установка) содержит электродвигатель 1, соединенный с насосом 2, эквивалент скважинных труб 3, выполненный из трех пар вертикально установленных отрезков труб одинаковой длины. Причем каждая последующая пара труб имеет меньший внутренний диаметр по сравнению с предыдущей парой. Все пары последовательно соединены между собой посредством трубопровода в единую гидравлическую цепь 7, в которую входят также устройство дегазации жидкости 4, эталонный расходомер 5 и калибруемый расходомер 6. Установка оснащена блоком электрического сопряжения 8 эталонного расходомера 5, калибруемого расходомера 6 и электродвигателя 1 с компьютером 9. Устройство дегазации жидкости 4 представляет собой расширительный бачок 10, установленный на вертикальной стойке (не показана) с возможностью смещения относительно верхнего уровня эквивалента скважинных труб 3. Расширительный бачок 10 сообщается с эквивалентом скважинных труб 3 посредством прозрачной трубки отвода воды 11, трубки отвода воздуха 12 и магистрали отвода воздуха 13 в виде прозрачной трубки, один конец которой оснащен съемной пробкой 14, устанавливаемой в эквиваленте скважинных труб 3, а свободный конец посредством крана 15 отвода воздуха соединен с расширительным бачком 10.

Калибровку скважинного расходомера на данной установке осуществляют следующим образом.

Калибруемый расходомер 6 в образце скважинной трубы заданного диаметра через лубрикатор помещают в трубу соответствующего диаметра эквивалента скважинных труб 3 и герметизируют. Вставляют пробку 14 устройства дегазации жидкости 4 в трубу заданного диаметра гидравлического тракта. По сигналу компьютера 9 через блок сопряжения 8 посредством электродвигателя 1 насосом 2 плавно устанавливают максимальное значение расхода жидкости в гидравлическом тракте 7, которое отслеживают эталонным расходомером 5. При этом через прозрачную трубку магистрали отвода воздуха 13 устройства дегазации 4 наблюдают за прохождением пузырьков воздуха в расширительный бачок 10 до полного их исчезновения. Отсутствие пузырьков воздуха в гидравлическом тракте 7 свидетельствует о готовности установки к работе. Теперь кран 15 перекрывают, извлекают пробку 14, посредством электродвигателя 1 останавливают плавно насос 2, сводя значение расхода жидкости в гидравлическом тракте 7 к нулевому значению. По компьютерной программе включают насос 2, плавно воспроизводят по эталонному расходомеру 5 последовательно задаваемые значения расхода (0,5; 10; 20 и т.д.), регистрируют показания калибруемым расходомером 6 и сравнивают с характеристикой эталонного расходомера 5.

По окончании цикла калибровки калибруемого расходомера 6 насос 2 останавливают. Не сливая жидкости, извлекают образец скважинной трубы с прокалиброванным расходомером 6 из эквивалента скважинных труб 3. При необходимости цикл калибровки повторяют, размещая соответствующий калибруемый расходомер в участках эквивалента скважинных труб 3, диаметры которых подходят для выполнения планируемых скважинных измерений.

Эквивалент скважинных труб данной установки может быть выполнен также в виде одной пары вертикально установленных труб равной длины и одинаково большого (максимального) внутреннего диаметра, применяемого в скважинах. В этом случае любая из них (в зависимости от поставленной задачи) может быть использована в качестве измерительного участка, а установка дополнительно оснащается набором эквивалентов эксплуатируемых скважинных труб, необходимая из которых с калибруемым расходомером устанавливается и уплотняется лубрикатором в измерительном участке.

На практике был опробован вариант предложенной конструкции, представленный на чертеже, где эквивалент скважинных труб выполнен из трех пар труб разного диаметра из нержавеющей стали, соединенных последовательно в единую гидравлическую цепь. Данной установкой воспроизводился расход воды в нагнетательных скважинах (трубах) с внутренним диаметром 152, 130, 61 мм в диапазоне от 0,1 до 60 кубических метров/час. Предел основной относительной погрешности составил 1,0%.

Объем прокачиваемой в установке жидкости составил 200 литров.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при метрологическом обеспечении скважинной геофизической аппаратуры. Заявлена установка для калибровки скважинных расходомеров, содержащая электронасос, демпфер, эталонный расходомер, измерительный участок, устройство дегазации, компьютер. Измерительный участок выполнен в виде нескольких пар вертикально установленных отрезков труб одинаковой длины и попарно разных внутренних диаметров, последовательно соединенных между собой. Устройство дегазации выполнено в виде расширительного бачка. Согласно второму варианту выполнения измерительный участок выполнен в виде одной пары вертикально установленных и последовательно соединенных труб одинаковой длины и одинаково наибольшего диаметра. Технический результат: повышение достоверности результатов калибровки, обеспечение автоматизации процесса калибровки, повышение надежности конструкции. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для калибровки скважинных расходомеров, содержащая электронасос, демпфер, эталонный расходомер и измерительный участок, отличающаяся тем, что измерительный участок выполнен в виде нескольких пар вертикально установленных отрезков труб одинаковой длины и попарно разных внутренних диаметров, последовательно соединенных между собой, а установка дополнительно снабжена устройством дегазации и компьютером, соединенным с электродвигателем, эталонным и калибруемым расходомерами, причем, устройство дегазации выполнено в виде расширительного бачка, установленного на стойке с возможностью вертикального смещения относительно верхнего уровня гидравлического тракта и сообщающегося с последним посредством трубки отвода воды и прозрачной трубки отвода воздуха, один конец которой соединен с расширительным бачком, а второй конец установлен в верхней части гидравлического тракта, и магистрали отвода воздуха в виде прозрачной трубки, один конец которой оснащен съемной пробкой, устанавливаемой в одну из труб измерительного участка, а свободный конец соединен с расширительным бачком посредством крана отвода воздуха.2. Установка для калибровки скважинных расходомеров, содержащая электронасос, демпфер, эталонный расходомер и измерительный участок, отличающаяся тем, что измерительный участок выполнен в виде одной пары вертикально установленных и последовательно соединенных труб одинаковой длины и одинаково наибольшего диаметра, в любую из которых может быть установлена труба меньшего диаметра для использования в качестве измерительного участка, а установка дополнительно снабжена устройством дегазации и компьютером, соединенным с электродвигателем, эталонным и калибруемым расходомерами, причем устройство дегазации выполнено в виде расширительного бачка, установленного на стойке с возможностью вертикального смещения относительно верхнего уровня гидравлического тракта и сообщающегося с последним посредством трубки отвода воды и прозрачной трубки отвода воздуха, один конец которой соединен с расширительным бачком, а второй конец установлен в верхней части гидравлического тракта, и магистрали отвода воздуха в виде прозрачной трубки, один конец которой оснащен съемной пробкой, устанавливаемой в одну из труб измерительного участка, а свободный конец соединен с расширительным бачком посредством крана отвода воздуха.