Устройство для определения малых расходов жидкости в скважине Советский патент 1990 года по МПК E21B47/10 

а вдоль канала расположены индикаторы 9 и 10 температуры жидкости. На корпусе 1 установлены пакер и механизм поочередного перекрытия каналов 6 и 7, выполненный в виде диска с ассиметрич- ными относительно оси и равномерно расположенными по длине окружности отверстиями. Механизм поочередного перекрытия каналов обеспечивает уменьшение погрешности измерения расхода жидкости в скваясине за счет создания в измерительном канлле локализованной тепловой метки с большим температурным градиентом на передней границе : метки. Т.к. разогрев жидкости происходит в канале 6 в отсутствии потока жидкости, требуемую температуру можн получить с помощью нагревателей малой мощности, увеличивая время разогрева. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтяной промышленности. Цель - повышение точности определения расхода жидкости в скважине. Устройство содержит корпус 1 с входными 2 и выходными 3 окнами и сквозными теплоизолированными измерительными каналами 6 и 7. На входе канала 6 размещен нагреватель 8, а вдоль канала расположены индикаторы 9 и 10 температуры жидкости. На корпусе 1 установлены пакер и механизм поочередного перекрытия каналов 6 и 7, выполненный в виде диска с асимметричными относительно оси и равномерно расположенными по длине окружности отверстиями. Механизм поочередного перекрытия каналов обеспечивает уменьшение погрешности измерения расхода жидкости в скважине за счет создания в измерительном канале локализованной тепловой метки с большим температурным градиентом на передней границе метки. Т.к. разогрев жидкости происходит в канале 6 в отсутствии потока жидкости, требуемую температуру можно получить с помощью нагревателей малой мощности, увеличивая время разогрева. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерениям расходов жидких сред и может найти применение в нефтяной промьшленности при измерениях малых расходов и деби- тов в нефтяных скважинах, например для вьщеления интервалов негерметичности обсадной колонны в скважине.

Целью изобретения является повышение точности измерения расхода жидкости в скважине за счет формирования в измерительном канале .тепловой метки с крутым передним фронтом.

На фиг. 1 представлено предлагае- мое устройство, общий вид на фиг. 2 - заслонка механизма перекрытия каналов |устройства, вид сверху. Устройство содержит корпус 1, в верхней части которого вьтолнены входные окна 2., а в нижней части - выходные окна 3 для скважинной жидкости 4. Внутри корпуса 1 размещено теплоизолирующее тело 5, изготовленное из материала с низкой теплопроводностью, в котором выполнены два идентичных сквозных канала 6 и 7 - измерительной и дополнительный, состоящие из восходящих участков Ь и нисходящих . участков Ь. Входы сквозных каналов соединены с входной камерой а, выхо- ды - с камерой с. На входе измеритапь ного канала 6, в месте : соединения участков Ь, и Ъ, установлен наг- реват ель 8, а ниже его, на участке Ь, установлены индикаторы 9 и 10 температуры жидкости. Ниже индикаторов температуры дополнительный и измерительный каналы пересечены заслонкой 11 механизма поочередного перекрытия каналов, выполненной в виде диска (фиг.2) с асимметричными относительно оси и равномерно расположенными по длине окружности oтвepcтия и.. Ось заслонки 11 соединена с приводом 12, позволяющим

3

0

5

0

5

40

45

50

55

устанавливать заслонку 11 в определенные фиксированные положения, при которых один из каналов полностью открыт, а другой полностью перекрыт. В местах пересечения сквозных каналов 6 и 7 заслонкой 11 установлены уплотни ель- ные манжеты 13, предотвращающие вытекание жидкости из перекрытого канала.

Устройство снабжено управляемым пакером 14 (механизм управления не показан), размещенным на корпусе 1 между вход ными -2 и выходными 3 окнами и имеющим эластичный деформируемый элемент, изготовленный, например, из резины, и электромеханический привод. Пакер обеспечивает полное перекрытие кольцевого зазора между стенкой обсадной колонны 15 и корпусом 1 устройства.

Устройство работает .следующим образом.

Для определения мест негерметичности обсадной ко;1онны в скважине устройство опускают на геофизическом кабеле на необходимую глубину, включают привод пакера 14 и перекрьшают кольцевой зазор между корпусом 1 устройства и обсадной колонной 15. При этом скважинная жидкость 4 направлена через окна 2 и 3 в один из сквозных каналов 6.или 7. Механизмом привода 12 заслонку 11 устанавливают в положение , соответствующее закрытому состоянию измерительного канала 6 и открытому состоянию дополнительного канала 7. Подключив нагреватель 8 к источнику тока, температуру жидкости, находящейся в области нагревателя, повышают до необходимого значения. Так как сквозные каналы 6 и 7 имеют изгиб, образованный участками Ь , и bj. нагретая жидкость накапливается в . верхней части измерительного канала 6.

что исключает конвективный Перенос тепла вверх и обеспечивает отсутствие перемешивания жидкости с ннжележащиьш слоями. Ввидзг малой теплопроводности скважинной лшдкости,граница между наг ратой и холодной жидкостью резкая.

По истечении времени, необходимого для нагрева жидкости до требуемой температуры, нагреватель 8 отключают от источника тока, механизмом привода 12 заслонку 11 устанавливают в положение, соответствующее открытому измерительному каналу 6 и закрытому дополнительному каналу 7. Время установки заслонки 11 из одного положения в другое выбирается исходя из того, чтобы столб жидкости, находящийся в измерительном канале 6, успел набрать скорость, равную скорости потока до дос- тижения тепловой метки индикатора 9 температуры, установленного вдоль измерительного канала противоположно нагревателю. Это обеспечивается также идентичностью измерительного 6 и дополнительного 7 каналов, и тем, что в момент установки заслонки 11 из одного положения в другое плошадь поперечного сечения потока жидкости через заслонку 11 остается постоянной. Регистрируя кривую изменения температуры индикаторов 9 и 10 во времени, определяют . время прохождения теплов-ой метки между индикаторами. Зная диаметр измер}гт-ельного канала и расстояние между индикаторами, определяют расход ж-идкости в скважине. При необходимости, для определения мест негерметичности, расход может быть вызван, с устья .скважины нагнетанием жидкости в скважину под давлением. После проведения измерений в данной точке приводят пакер 14 в исходное положе- ни.е, перемещают устройство в следую

шую точку, в рит ь расход.

которой необходимо изме- и все операции повторяют.

В устройстве разогрев жидкости происходит при перекрытом измерительном и открытом д.ополнительном каналах. Температура жидкости вблизи нагревателя, в зависимост.и от времени работы нагревателя, может достигать лю.бого требуемого значения, определяемого техническими характеристиками индикаторов температуры. При переключении . потока жидкости с дополнительного на {змерительный канал в последнем сфор- 5мирована тепловая метка с крутым пеo

j 0 5

0

5

0

5

редним фронтом, позволяющая опреде- лить время ее прохождения между индикатором температуры, а следовательно, и расход жидкости в канале с высокой точностью. Оценивают размыв фронта тепловой метки в случае, когда тепловая метка создается в движущейся жидкости путем ее разогрева нагревателем, включенным на определенное время (известное устройство) и в случае, когда тепловая метка создается в неподвижной жидкости в измерительном канале (предлагаемое устройство)о Размыв фронта определяется инерционностью нагревателя, диффузионными процессами и др. Причем, если размыв фронта за счет диффузионных процессов является прин дипиально неустранимым, то влияние инерционности нагревателя может быть устранено.

Рассматривают случай размыва фронта тепловой метки в известном устройстве, обусловленный инерционностью нагревания в пренебрежении размыва фронта от диффузионных процессов во время движения метки Подобно приближение справедливо, если влияние диффузионных процессов мало в сравнении с влиянием инерционности нагревателя. Справедливость такого допуще- .ния подтвер кдается в результате данного анализа. Мощность нагревателя N может быть выражена в виде N(t)Njj(l- -е ), правильно описывающем реальные переходные тепловые процессы в нагреваемом потоке жидкости, где N - номинальная мощность нагревателя, Вт; - постоянная времени нагревателя (инерционность), с; t - текущее время, с.

Изменение температуры жидкости в тепловой метке, вызьшаемое нагревателем, описывается выражением

T(t)To 1 V (.

0

5

причем

где С f - S VС j3 SV

теплоемкость нагреваемой жидкости, Дж/кг.°С;; плотность жидкости, площадь поперечного сечения проточного канала, мЛ; скорость течения жидкости в канале, м/с.

1590547

Поскольку в рассматриваемом приближении считается, что все точки тепловой метки двигаются с одингковой скоростью, равной скорости движения жидкости V, погрешность определения времени прихода какой-либо точки теп- |ЛОвого импульса на индикатор температуры определяется крутизной изменения температуры во времени, минимальная погрешность соответствует майсималь- ной крутизне функции Т (t):

2 ЙТл2р

Т - Т 9 X

гдеЛТр, - разрешающая способность ин дикатора температуры; Т.,. - начальная температура жидкости;1 - расстояние от нагревателя 20

до индикатора температуры. Рассматривают размыв фронта тепловой метки, происходящей за счет диффузионных процессов. Фронт формируемого теплового импульса имеет вид ступень-25 ки, размыв фронта которой хорошо описывается известным решением:

Т-о-Т

, 1-Vt erfe-,

2Vxt

Z 1 - erf z; 2

S

2

Yl

-v

dy - интеграл ошибок;

If

X

температуропроводностьжидкости, MVc;

теплопровод 40 ность жидкости, ..

BT/M.C. .

Для точки тепловой метки, движущейся со скоростью потока, погрешностгАЗ определения времени ее регистрации переднего фронта, необходимы

Так как в предлагаемом устройст разогрев жидкости происходит в изм рительном канале в отсутствие поток жидкости, требуемую температуру мож получить с помощью нагревателей малой мощности, увеличивая время раз грева, в отличие от существующих ус ройств, где разогрев жидкости проис ходит в процессе ее движения в изм рительном канале и для уменьшения

размаэывания тепловой метки,особ

at

То-Тд

iv

Сравнивая погрешность определения 50 времени регистрации (а следовательно, и погрешности определения расхода жидкости) в случае размытой по фронту тепловой метки в известном устройстве h сформированной тепловой метки в55

предлагаемом устройстве, получают :

)

(.---;„ jjjcrHoe t - редлагве

0

5

0

2530

35

40

АЗ переднего фронта, необходимы

Считая t 5 с, V 0,01 м/с, 1 0,05 м, X 1,4310 MVc (для воды при 20 С) , получают соотношение погрешностей сравниваемых устройств, равное 222,5, что подтверждает правильность принятых при анализе допущений и позволяет сделать вывод о значительном повьш1ении точности измере- ния расходов жидкости в скважине предлагаемым устройством.

Введение в устройство для определения малых расходов жидкости в скважине дополнительного сквозного канала, идентичного измерительному каналу, и механизма поочередного перекрытия каналов, не изменяющих гидродинамическое сопротивление потоку жидкостч, nt обеспечивает предлагаемому устройству ряд технических преимуществ, обеспе- чиваю1цих уменьшение погрешности измерения расхода жидкости в скважине за счет создания в измерительном канале локализованной тепловой метки с большим температурным градиентом на .передней границе метки. Уменьшение погрешности измерения расходов жидкости позволяет определить места негерметичности обсадной колонны с малыми утечками на фоне больших расходов при наличии нескольких мест негерметичности.

Так как в предлагаемом устройстве разогрев жидкости происходит в измерительном канале в отсутствие потока жидкости, требуемую температуру можно получить с помощью нагревателей малой мощности, увеличивая время разогрева, в отличие от существующих устройств, где разогрев жидкости происходит в процессе ее движения в измерительном канале и для уменьшения переднего фронта, необходимы

размаэывания тепловой метки,особеннагреватели большой мощности, включаемые на короткое время.

изобретения

формула

1-59

0547

10

10

причем нагреватель установлен на входе измерительного канала, а индикаторы температуры щадкости вдоль него. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что механизм поочередного перекрытия каналов выпоя- нен в виде установленной с вознож-т костью поворота вокруг своей оси дисковой заслонки с приводома

Фиг.2