Способ градуировки парциальных скважинных расходомеров Советский патент 1984 года по МПК E21B43/00 

ли. AV

f.3f

ff.aЗвма I звнам I HaS

СП 4: 4

2. Способ поп, 1, отлича ющ и и с я тем, что подачу жидкости в измерительный трубопровод максимального диаметра осуществляют перемещением скважинного прибора в неподвижной жидкости.

1. СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ПАРЦИАЛЬНЫХ СКВАЖИННЫХ РАСХОДОМЕРОВ рутем подачи заданных расходов жидкости в сменный измерительный трубопровод с размещенным в нем скважинным прибором, измерения частоты вращения крыльчатки последнего, установления с учетом Зон режимов течения зависимости расхода жидкости от частоты вращения крыльчатки для каждого из диаметров измерительного трубопровода и нахождения зависимости коэффициента чувствительности скважинного прибора от диаметра измерительного трубопровода, о т л и ч а ющ и и с я тем,-что, с целью повышения точности и расширения диапазона использования градуировочной характеристики, устанавливают для каждой из зон. режимов течения зависимость § коэффициента скольжения потока отно(Л сительно лопастей крыльчатки от диаметра измерительного трубопровода.

Изобретение относится к области измерения расходов жидких и газообразных сред парциальными расходомерам а именно к градуировке скважинных расходомеров и предназначено для обеспечения измерений расходов (ско ростей) в скважинах, преимущественно гидрогеологических, при непостоя ном их диаметре. Известен способ исследования про дуктИвных интервалов пласта е испол зованием скважинных расходомеров 1 Известен также способ, градуировки парциальных скважинных расходомеров путем подачи заданных расходо жидкост в сменный измерительный трубопровод с размеь енным в нем скважинным прибором, измерения частоты вргицения крыльчатки последнего ; установления с учетом зон режимов течения зависимости расхода жидкрс|ги от. частоты вращения крыльчатки Йля каждого из да1аметров измеритель ного трубопровода и нахождения зави симости коэффициента чувствительноети скважинного прибора от диаметра измерительного трубоп ровода 2. Недостатками способа являютсядополнительная погрешность градуировочной характеристики, возникающая в силу допущения равенства коэффициентов скольжения жидкости относитель но лопастей крыльчатки по всему диапазону измерений расходов и диаметров потоков жидкости, а также ограниченность г эадуировочной характерИс тики по расходам и диаметрам потоков жидкости значениями, достигнутыми при градуирювочных замерах, Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона использования градуировочной характеристики расходомера. Поставленная цель достигается тем что при способе грещуировки парцисшьных скважинных расходомеров путем подачи заданных расходов жидкости в сменный измерительный трубопровод с размещенным в нем скважиниым прибором, измерения частоты вращения чатки последнего, установления с учетом зон режимов течения зависимости расхода жидкости от частоты вргицения крыльчатки для кгикдого из диаметров измерительного трубопровода и нахождения зависимости коэффициента чувствительности скважиниого прибс а от диаметра измерительного трубопровода, устанавливают для каждой из зон режимов течения зависимость коэффициента скольжения потока отнрсительно лопастей крыльчатки от диаметра измерительного трубопровода , При этом подачу жидкости в измерит льный трубопровод максимального диаметра осуществляют перемещением скыс1жинного прибора в неподвижной жидкости. На фиг. 1 приведена зависимость чувствительности расходомеров серии РЭТС-2{ПО-36, ПС-56, ПС-70) от логарифма числа Рейнольдса; на фиг. 2 зависимость частоты вращения кральчатки от скорости потока; на фиг. 3 зависимости коэффициентов чувствительности Ь , скольжения Ь и порога чувствительности bj от величины кольцевого промежутка г для зоны I расходомера ПС-70; на фиг. 4 зависимости коэффициентов чувствительности Ь и скольжения Ь от величины кольцевого промежутка г для зоны ГГ расходомера ПС-70; на фиг.5 то aie, для зоны 111 расходомера ПС-70. Градуировку проводят в следующей последовательности. Устанавливают скважинный прибор расходомера в разрыве измерительного трубопровода с внутренним диаметром, равным дигииетру корпуса, и подают в иего жидкость с постоянными расходами, обеспечивающими выполнение замеров в пределах диапазона работы крыльчатки. Затем выполняют серию замеров чисел оборотов крыльчатки Q и времени t заполнения измерительной емкости, рассчитывают частоту вращения крильчатки делением числа ее оборотов на время заполнения измерительной емкости и среднюю скорость V течения жидкости в измерительном трубопроводе делением объема V измерительной емкости на время t ее заполнения и поперечное селение измерительного трубопровода . Замеры в каждой серии выполняют при постоянной скорости течения жидкости, а значения частот вргицения крыльчатки усредняют. Преобразуют полученный ряд монотонно увеличивающихся значений ш и у в значения их приращений (вычитанием из каждого последующего предыдущего) Дш и дУ и находят значения чувствительности расходомера как отношения приращений частоты вращения к скорос ти потока. Затем строят график зависимости чувствительности расходомера от логарифма числа Рейнольдса. По построенному графику выделяют зоны с различным характером зависимости чувствительности расходомера от логарифма числа Rf.. г 1-е режимо течения, характерным для ламинарного пограничного слоя и ламинарного пери одического вихревого движения в следе (лсшинарная зона); II - с режимом отвечак)щим постепенному переходу от ламинарного к турбулентному пограни 1ному слою (переходная зона); 111 с турбулентным, режимом течения в условиях турбулентного пограничного слоя (турбулентная зона), Аппроксимируют скорости потоков и усредненные частоты вращения полиномамиV Ь + в зоне Т зонах 11 и 11 V Ь и + Ьо В зоне I аппроксимируют усреднен ные частоты вращения и скорости пото ков полиномом U) Ь + b,V + и определяют значение проскальзывания крыльчатки относительно жидкости в условиях стремления скорости потока к нулю. Численно эта величина равна коэффициенту Ь. Для каждо го из расходомеров значение Ъ явля ется константой, характеризующей скольжение крыльчатки относительно потока, не-зависящей в зоне I от ди аметра потока жидкости в условиях парциальных замеров.Измеряют числа оборотов крыльчат ки и время заполнения известных по объёму емкостей в каждом из сменных измерительных трубопроводов, -начина с трубопровода максимального диамет ра. Замеры выполняют в диапазоне ско ростей течения жидкости от порога чувствительности до соответствующих 111-й турбулентной зоне течения, Обеспечивая равенство количеств измерений в каждой из выделенных зон. Аппроксимируют в пределах этих зон, для каждого из диаметров измерительного трубопровода, результаты измерений и устанавливают зависимости скорости потоков жидкости от.частоты вращения крыльчатки. Аппроксимацию результатов.измерений в зоне 1 выполняют с дополнительным условием обязательной-принадлежности койстанты расходомера Ь аппроксимирующей завис 1мости. Для каждой из зон режимов течения находят зависимость коэффициента чувствительности скважинного прибора от диаметра измерительного . трубопровода . Устанавливают по результатам зональной аппроксимации в измерительных трубопроводах разных диаметров зависимость коэффициента скольжения потока относительно лопастей крыльчатки от диаметра измерительного трубопровода и определяют зависимости коэффициентов чувствительности и скольжения от диаметра измерительного трубопровода с учетом замеров, выполненных при максимальном диаметре измерительного трубопровода, который принимают не меньшим диаметра зоны влияния расходомера на поток в нормальном по отнсхиеншо к продольной оси сквалшнного прибора сечении. Замеры в измерительном трубопроводе максимального диаметра производят, путем перемещения скважинного прибора в неподвижной воде. Указанные требования к максимальному диаметру измерительного трубопровода обеспечивают получение граничных зависимостей течения жидкости от частоты вращения крыльчатки в пределах зон режимовтечения, характеризующихся постепенством коэффициентов при дальнейшем увеличении диаметра потока. При их учете в замерах на максимальном трубопроводе отсутствует влияние стенок трубопровода на показания расходомера. Это обусловлено тем, что расходомер, как любое твердое тело, в потоке жидкости является ;местным сопротивлением. Область влияния, местного сопротивления на поток в трубопроводе не превышает 20-50 диаметров последнего. Учитывая изотропность свойства жидкости, а также обтекаемую форму скважинного прибора и наличие осевого канала в нем, диаметр зоны влияния расходомера принимают по нижней границе величины области влияния местного сопротивления на поток, т.е. не большим 20 диаметров корпуса скважинного прибора. Соответственно, диаметр максимального измерительного трубопровода принимают не меньшим этой же величины. В качестве последнего могут быть использованы также скважины большого диаметра, колодцы, бассейны или иные емкости и водоемь с диаметром более 20 диаметров корпуса скважинного прибора и глубиной более 3,5 длин скважинного прибора. Замеры перемещением в воде скважинного прибора выполняют с помощью лебедки с шМвно регулируемой постоянной скоростью спуска-подъема. средств измеренияИ регистрации вре мени, сигналов числа оборотов крыль четки и длины перемещения скважинного прибора. Для определения размера зоны вли ния райходомера на поток испольэу1эт следующие приемы. По первому из них строят график зависимости частоты вращения крыльчатки от скорости потока для измерительного трубопровода максимгшьного диаметра. На этот график при градуировании последовательно наносят результаты измерений в сменных увеличивающихся трубопроводах. При совпадении результатов измерений в очередном трубопроводе с максимальн измерения прекращают. Второй прием используют, когда при последовательном сравнении зна, чений частоты вращения в сменных трубопроводах со-значениями для тру бопровода максимального диаметра им ет место не полное совпадение их. В этом случае размер зоны влияния гра дуируемого расходомера на поток определяют как среднее между размерами последнего измерительного трубопров /да и зоны влияния расходомера, принятого для сопоставления и имеющего однотипное конструктивное исполнени Причем сопоставление зон влияния расходомеров с разными по диаметру корпусами скважинных приборов выполняют по величине кольцевого промежутка г, образованного стенками трубопровода и корпуса расходомера и оп ределяемого как половина разности их диаметров. По третьему - размер зоны влияни определяют решением системы двух ура нений зависимостей коэффициента чув ствительности от диаметра трубопровода: нелинейной, определяемой измерениями в последовательно увеличив ющихся по диаметру трубопроводах, и линейной - по замерам в максимальном трубопроводе, с условием параллельности зависимости оси аргумента. С использованием найденной величи ны зоны влияния определяют окончательные зависимости коэффициентов чувствительности и скольжения от диаметра трубопровода. Эти зависимости нелинейны в пределах зоны влияния и линейны в промежутке от djj до где dgе - диаметр зоны влияния расходомера на поток. Рассмотрим пример градуировки пар циальных скважинных расходомеров серии РЭТО-2 (ПС-70). Скважинный прибор первоначально помещают в разрыв измерительного трубопровода диаметром 70 мм и герметизируют. При подаче тока воды в трубопровод замеряют время заполнения измерительной емкости tyg известного объ ёМа V и время вращения tg и число оборотов п крыльчатки. Измерения выполняют сериями с 3-5-кратной поворотностью при постоянных, с равным или кратным шагом Увеличения, расходах воды. Замеры в сериях усредняют, что уменьшает пох17ешность измерений, а использование равных или кратных приращений расходов позволяет получать равномерные по информативности графические зависимости. На основании измеренных значений , V, to и п рассчитывсцотся с учетом величины нормального сечения трубопровода S, средняя скорость У течения воды в измерительном трубопроводе по известной формуле SHT и частота вращения крыльчатки uj по формуле Вычитанием предыдущих значений из последующих получают массив конечных приращений скоростей потоков и частот вращения крыльчатки. Таким образом, исключается аддитивная погрешность измерений. На основе полученных данных строится график зависимости чувствительности расходомера от логарифма числа Рейнольдса (фиг. 1). Использование логарифмической зависимости облегчает построение графика а использование в качестве аргумента числа RJ, позволяет применять результаты для потоков других диаметров. Анализ кривбй на фиг. 1 позволяет выделить на,ней три зоны, соответствующие различным режимам течения: зона I - преимущественно горизонтального хода кривой, соответствующая наименьшим значениям логарифма RC (ламинарная зона); зона 1,1 - характеризующаяся резкими изменениями значений чувствительности (переходная зона); зона 111 - практически горизонтального хода кривой, соответствующая максимальным значениям логариф- ма Rj (турбулентная зона). . Для зоны 1 методом наименьших квадратов выполняют аппроксимацию значений гргщуировочных замеров и определяют величину константы скольжения Ь, равную для расходомера ПС-70 0,0043 (1/с). Затем выполняют единичные парциальные замеры в измерительных трубопроводах: сначала максимального, а потом в увеличивающихся по диаметру тру бопроводах 80, 99, 116, 132, 203 и 254 мм. В качестве трубопровода максимального диаметра используют пожарный бассейн диаметром 6 м и глубиной 3 м. Замеры в бассейне выполняют спуском расходомера в неподвижной воде с постоянными скоростями. Точка спуска находится в 1,5 м от борта бассейна, что соответствует /максимальному диаметру измерительно,го трубопровода 3,0 м. При этом достигается выполнение условия м (где-d - диаметр корпуса скважинного прибора, равный 70 мм), при котором обеспечивается отсутствие влия ния стенок трубопровода на расходомер . Диаметр зоны влияния расходомера на поток определяют вторым из указаниЕлх приёмов. Измерения выполняют расходомерами ПС-56 и ПС-70 в сменных трубопроводах до диаметра 254 мм включительно. Из графиков (фиг.2 а,б видно, что на расходомер ПС-56 стенк трубопровода 254 мм не влияют, а на расходомер ПС-70 это влияние еще имеет место, т.е. зона влияния расходомера на поток больше, чем величи на кольцевого промежутка г. Расчет зоны влияния ведут следующим образом. При диаметре трубопровода 254 мм величина кольцевого промежутка составляет для расходомера ПС-56(25456): 2 99 мм; для расходомера ПС-7 (254-70): 2-92 мм. Тогда величина зоны влияния расходомера ПС-70 на по ток определяется как среднее (99 : 92):2 96 мм Для каждого измерительного трубопровода по зонам методом наименьших квадратов находят аппроксимирующие выражения V (ш - линейные для зон II и III и второй степени для зоны I, приведенные в табл. 1. С использованием замеров, выполненных в измерительном трубопроводе максимального диаметра, отнесенных к диаметру зоны влияния расходомера (96 мм) , строят по зонам режимов течения зависимости коэффициента чувствительности, а для зоны 1 и порога чувствительности, от размера кольцевого промежутка (фиг. 3-5), Методом наименьших квадратов, с использованием расчетных значений коэффициентов чувствительности, а для зоны Т и порога чувствительности зонально, для каждого из диаметров измерительного трубопровода, определяют расчетные значения коэффициентов скольжения. Аппроксимацией последних определяют зависимость коэффициентов скольжения от величины кольцевого промежутка (фиг. 3-5). На этом работы по градуировке расходомера завершают. Таким образом, зональные графические зависимости коэффициентов чувствительности и .скольжения, а для зоны Г и порога чувствительности, от размера кольцевого промежутка позволяют получить уравнение связи частоты вращения крыльчатки и средней скорости потока для любого диаметра потока, практически встречающихся в скважинах скоростей течения воды. Использование этих уравнений позволяет повысить точность расходометрических исследований. Как видно из табл, 2, среднеквадратическая относительная погрешность рассчитанных значений расхода с использованием градуирования по предлагаемому способу в 1,5-5 раз ниже, чем при градуировании по из вестному способу.

гч1Л

о

о

о

п

ПОЧГОО ООШГ Г П

м - МГЧiHrMr-tfM-H

н

м м

и м

о г«

о 00

оч о

о о

гг

о о

г- в

г

о

о г

о л

ОЧ

гЧМ

ГЧ

Ю IN

VO

м м 1-1 м . м м

VO

VO

п

л л

13

А А А О

Д О

)

л

1101544Ч

Таблица 2

и(/с)

Фыг. г

/А А

20-е.вbrfff)

Ap-fff)

ФигЛ

i.S0

i.S

too г (MM)

Фиг.5