СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ В СКВАЖИНЕ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2010 года по МПК E21B47/10 G01P5/10 

Изобретение относится к области исследования скважин и может быть использовано для определения скорости потока жидкости в скважинах при контроле разработки нефтяных месторождений.

Известен способ градуировки механических расходомеров «на месте» (см. Абрукин А.Л. Потокометрия скважин. М., «Недра», 1978, 253 с. с ил., с.180-184). По этому способу определяют скорость потока жидкости в скважине Суть этой методики заключается в следующем. Прибор перемещается вдоль ствола в эксплуатационной колонне с различными, но постоянными скоростями в остановленной скважине. При этом регистрируются показания расходомера и скорость его перемещения. По этим данным строится график градуировочной характеристики прибора. Используя эту зависимость, по расходограмме, зарегистрированной в работающей скважине, определяют скорость потока жидкости в колонне.

Ограничением как этого, так и многих других способов определения скорости потока жидкости в скважине, основанных на использовании измерений механическими расходомерами, является то, что трущиеся части чувствительного элемента (это подпятник и ось, а также турбинка) засоряются механическими частицами, содержащимися в потоке жидкости. В результате имеем то, что скорость вращения турбинки не соответствует относительной скорости потока и прибора.

Известен также способ определения скорости потока жидкости в скважине, основанный на проведении измерений термодебитомером вдоль ствола эксплуатационной колонны, а также в гидродинамическом стенде (см. И.Г.Жувагин, С.Г.Комаров, В.Б.Черный. Скважинный термокондуктивный дебитомер СТД. М., «Недра», 1973, 81 с. с ил., с.12-13). Недостатком этого способа является то, что условия измерения в скважине и в гидродинамическом стенде существенно отличаются между собой. В первую очередь это относится к составу, а также к температуре жидкости в скважине и в гидродинамической трубе на стенде.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения при определении скорости потока жидкости является устройство, в котором в качестве основной посылки принято положение о том, что минимальная теплоотдача возможна только при равенстве скоростей потока и данного термочувствительного элемента. В момент, когда это достигнуто, экстремальный регулятор выдает на вход электронного ключа командный импульс и на выходе устройства получается мгновенное значение скорости. Однако это устройство невозможно опустить в работающую скважину через насосно-компрессорные трубы. Максимально допустимый диаметр прибора при исследовании скважины через НКТ составляет 42 мм. С другой стороны, не приведен способ проведения измерений этим устройством для определения скорости потока жидкости. Совершенно очевидно, что термочувствительный элемент должен перемещаться в потоке жидкости с ускорением g. Если начальная скорость термочувствительного элемента v₀ меньше скорости потока v_пот, то при g<0 невозможно определить скорость потока жидкости. Аналогично невозможно определить скорость потока при g>0, если v₀>v_пот. Также невозможно определить скорость потока жидкости, если v₀=v_пот (см. Авторское свидетельство СССР №1247758, Кл. G01P 5/10. Устройство для определения скорости потока / М.В.Караштин и Е.Л.Панкратова (СССР). - 3858777/24-10. Заявлено 27.11.1984. Опубл. 30.07.1986. Бюл.№28)

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности определения скорости потока жидкости в скважине.

Технический результат достигается тем, что проводят вдоль ствола в работающей скважине измерение термодебитомером по направлению потока до получения колоколообразной зависимости T=f(z) с положительным ускорением, если на начальном участке регистрации термодебитограммы ΔT/Δz>0, затем продолжают измерение термодебитомером по направлению потока с отрицательным ускорением до получения колоколообразной зависимости T=f(z), по этим зависимостям определяют кажущиеся скорости потока жидкости v_a и v_в, равные скоростям движения прибора с положительным и отрицательным ускорениями, при которых отмечаются максимальные показания на соответствующей зависимости T=f(z), а скорость потока жидкости определяют по зависимости v=(v_a+v_в)/2.

Технический результат достигается также тем, что проводят измерение термодебитомером по направлению потока до получения колоколообразной зависимости T=f(z) с положительным ускорением, если на начальном участке регистрации термодебитограммы ΔТ/Δz>0, а также с отрицательным ускорением, если на начальном участке регистрации термодебитограммы ΔТ/Δz<0, затем проводят серию измерений термодебитомером с постоянными, но различными скоростями, скорости выбирают на участке колоколообразной зависимости T=f(z), где отмечается наибольшая крутизна как слева, так и справа от максимального значения этой зависимости, по полученным данным строят исправленную колоколообразную зависимость Т_исп=f(z), скорость потока жидкости равна скорости прибора, при которой отмечается максимум на исправленной колоколообразной зависимости.

Технический результат достигается также тем, что проводят вдоль ствола в работающей скважине измерение термодебитомером по направлению потока до получения колоколообразной зависимости T=f(z) с отрицательным ускорением, если на начальном участке регистрации термодебитограммы ΔТ/Δz<0, затем продолжают измерение термодебитомером по направлению потока с положительным ускорением до получения колоколообразной зависимости T=f(z), по этим зависимостям определяют кажущиеся скорости потока жидкости v_a и v_c, равные скоростям движения прибора с отрицательным и положительным ускорениями, при которых отмечаются максимальные показания на соответствующей зависимости T=f(z), а скорость потока жидкости определяют по зависимости V=(v_в+V_c)/2.

Возможность достижения технического результата обусловлена тем, что в независимом п.1 скорость v_a завышена, а скорость v_в занижена, а в независимом п.3 скорость v_в занижена, а скорость v_c завышена относительно истинной скорости потока жидкости в скважине, в то время как средняя арифметическая величина этих скоростей позволит уменьшить погрешность определения скорости потока жидкости в скважине. Кроме того, погрешность определения скорости потока жидкости в скважине уменьшается также вследствие того, что нивелируется влияние различных величин инерционности канала термодебитомера и канала скорости регистрации при определении скорости потока жидкости в скважине за счет проведения серии измерений термодебитомером с различными постоянными скоростями, которые выбирают на участке колоколообразной зависимости T=f(z), где отмечается наибольшая крутизна как слева, так и справа от максимального значения этой зависимости. Показания термодебитомера через небольшое время после начала регистрации с постоянной скоростью по направлению потока жидкости остаются постоянными, наступает стабилизация теплообмена между датчиком прибора и жидкостью. На такие термодебитограммы влияние инерционности прибора не сказывается. Поэтому скорость потока жидкости в скважине, определенная по зависимому п.2, будет правильной.

Из научно-технической литературы и патентной документации не известны: 1) способ проведения измерения термодебитомером по направлению потока с положительным ускорением, если на начальном участке регистрации термодебитограммы ΔТ/Δv больше нуля, а измерение проводят до получения колоколообразной зависимости T=f(v), затем продолжают измерение термодебитомером по направлению потока с отрицательным ускорением до получения колоколообразной зависимости T=f(v); 2) способы проведения серии измерений термодебитомером с постоянными, но различными скоростями, а скорости выбираются на участке первоначально зарегистрированной термодебитограммы колоколообразной формы, где отмечается наибольшая крутизна как слева, так и справа от максимального значения этой зависимости; 3) способ проведения измерения термодебитомером по направлению потока с отрицательным ускорением, если на начальном участке регистрации термодебитограммы ΔT/Δv меньше нуля, а измерение проводят до получения колоколообразной зависимости T=f(v), затем продолжают измерение термодебитомером по направлению потока с положительным ускорением до получения колоколообразной зависимости T=f(v).

На фиг.1, 2 приведены зависимости показаний термодебитомера Т от скорости v его перемещения в скважине.

На фиг.1 приведены графики, иллюстрирующие определение скорости потока жидкости по измерениям термодебитомером в нагнетательной скважине с использованием способов 1 и 3. Здесь представлены: в первой колонке - глубины в скважине; во второй - скорость перемещения термодебитомера при спуске, кр.1, а также показания термодебитомера в потоке при закачке воды в скважину при переменной скорости перемещения прибора вдоль ствола, кр. 2. Регистрацию термодебитограммы начали с положительным ускорением. При этом было отмечено максимальное показание прибора в точке «а». Этой точке соответствует скорость движения прибора v_a=286 м/час. Однако скорость движения потока жидкости в стволе скважины будет меньше, чем скорость движения прибора, так как постоянная времени термодебитомера больше, чем в канале скорости регистрации термодебитограммы.

На глубине 2676,9 м продолжили регистрацию термодебитограммы при спуске прибора с отрицательным ускорением. При этой был зарегистрирован максимум в точке «в». Соответствующая этому максимуму скорость движения прибора v_в=222 м/час, а скорость потока жидкости будет меньше этой величины по причине того, что постоянная времени термодебитомера больше, чем в канале скорости регистрации термодебитограммы. Согласно способу 1 скорость потока v=(v_a+v_в)/2=254 м/час.

На глубине 2678,5 м продолжили регистрацию термодебитограммы при спуске прибора с положительным ускорением. При этом был зарегистрирован максимум в точке «с». Соответствующая этому максимуму скорость движения прибора Vc=242 м/час, а скорость потока жидкости будет больше этой величины по причине, приведенной выше. Согласно способу 3 скорость потока v=(v_в+v_c)/2=232 м/час. То, что получились различные величины скорости движения потока жидкости в скважине, определенные по способам 1 и 3, объясняется различным ускорением движения прибора по абсолютной величине. Осуществить на практике движение прибора с положительным и отрицательным ускорениями так, чтобы эти ускорения были равны между собой по абсолютной величине, затруднительно. Поэтому разработан следующий способ определения скорости потока жидкости в скважине, в котором исключается влияние инерционности прибора на показания термодебитомера.

На Фиг.2 приведены графики, иллюстрирующие определение скорости потока жидкости с использованием способа 2. На фиг.2а) приведены термодебитограммы: кр.4 зарегистрирована с положительным ускорением в направлении, совпадающем с направлением потока жидкости в колонне; кр.3 - это исправленная термодебитограмма, которая построена по результатам серии измерений термодебитомером в интервале исследований с различными, но постоянными скоростями в направлении, совпадающем с направлением потока жидкости в колонне, а скорости выбирались из кр.4 на участке, где отмечается наибольшая крутизна как слева, так и справа от точки, где отмечается максимум на этой кривой. На фиг.2б) приведены термодебитограммы: кр.5 зарегистрирована с отрицательным ускорением в направлении, совпадающем с направлением потока жидкости в колонне; кр.6 - это исправленная термодебитограмма, которая построена по результатам серии измерений термодебитомером в интервале исследований с различными, но постоянными скоростями в направлении, совпадающим с направлением потока жидкости в колонне, а скорости выбирались из кр.5 на участке, где отмечается наибольшая крутизна как слева, так и справа от точки, где отмечается максимум на этой кривой.

Кр.3 и кр.5 построены по результатам серии измерений термодебитомером с постоянными скоростями по направлению, совпадающему с направлением потока жидкости. Так как на эти измерения не оказывает влияние различие постоянной времени канала термодебитомера и канала скорости регистрации, то и на кр.3 и кр.5 это влияние отсутствует. Следовательно, скорость, определенная по исправленным кр.3 и кр.5, будет равна скорости потока жидкости в скважине.

Группа изобретений относится к области исследования скважин и может быть использована при контроле разработки нефтяных месторождений. Способ определения скорости потока жидкости в скважине включает регистрацию термодебитограммы в работающей скважине с последующим сопоставлением ее с градуировочной характеристикой, полученной на модели. Проводят вдоль ствола в работающей скважине измерение термодебитомером по направлению потока с положительным ускорением, если на начальном участке регистрации термодебитограммы ΔТ/Δv больше нуля, а измерение проводят до получения «колоколообразной» зависимости T=f(v). Затем проводят измерение термодебитомером по направлению потока с отрицательным ускорением до получения «колоколообразной» зависимости T=f(v). По этим зависимостям определяют кажущиеся скорости v_a и v_В, которые соответствуют максимальному показанию соответствующей зависимости T=f(v), истинную скорость потока определяют по зависимости v=(v_a+v_в)/2. Возможен вариант осуществления способа путем проведения вдоль ствола в работающей скважине измерения термодебитомером по направлению потока с отрицательным ускорением, если на начальном участке регистрации термодебитограммы ΔТ/Δv меньше нуля. Измерение проводят до получения «колоколообразной» зависимости T=f(v). Затем проводят измерение термодебитомером по направлению потока с положительным ускорением до получения «колоколообразной» зависимости T=f(v). По этим зависимостям определяют кажущиеся скорости v_в и v_c, которые соответствуют максимальному показанию соответствующей зависимости T=f(v). Истинную скорость потока определяют по зависимости v=(v_в+v_c)/2. Техническим результатом является повышение точности определения скорости потока жидкости. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения скорости потока жидкости в скважине, включающий регистрацию термодебитограммы в работающей скважине с последующим сопоставлением ее с градуировочной характеристикой, полученной на модели, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения скорости потока жидкости, проводят вдоль ствола в работающей скважине измерение термодебитомером по направлению потока с положительным ускорением, если на начальном участке регистрации термодебитограммы ΔТ/Δv больше нуля, а измерение проводят до получения «колоколообразной» зависимости T=f(v), затем проводят измерение термодебитомером по направлению потока с отрицательным ускорением до получения «колоколообразной» зависимости T=f(v), по этим зависимостям определяют кажущиеся скорости v_a и v_в, которые соответствуют максимальному показанию соответствующей зависимости T=f(v), истинную скорость потока определяют по зависимости v=(v_a+v_в)/2.

2. Способ определения скорости потока жидкости в скважине по п.1, отличающийся тем, что дополнительно проводят серию измерений термодебитомером с постоянными, но различными скоростями в интервале глубин, где надо определить скорость потока, скорости выбирают на участке «колоколообразной» зависимости T=f(v), где отмечается наибольшая крутизна как слева, так и справа от максимального значения этой зависимости, по полученным данным строят исправленную «колоколообразную» зависимость Т_исп=f(v), искомая скорость потока жидкости равна скорости прибора, при которой отмечается максимум на исправленной «колоколообразной» зависимости.

3. Способ определения скорости потока жидкости в скважине, включающий регистрацию термодебитограммы в работающей скважине с последующим сопоставлением ее с градуировочной характеристикой, полученной на модели, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения скорости потока жидкости, проводят вдоль ствола в работающей скважине измерение термодебитомером по направлению потока с отрицательным ускорением, если на начальном участке регистрации термодебитограммы ΔT/Δv меньше нуля, а измерение проводят до получения «колоколообразной» зависимости T=f(v), затем проводят измерение термодебитомером по направлению потока с положительным ускорением до получения «колоколообразной» зависимости T=f(v), по этим зависимостям определяют кажущиеся скорости v_в и v_c, которые соответствуют максимальному показанию соответствующей зависимости T=f(v), истинную скорость потока определяют по зависимости v=(v_в+v_c)/2.