Устройство для определения малых расходов жидкости в скважине

/10 51)5 Е 21 ВЕННОЙ КОМИТЕТЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМСССР ГОСУДАРСПО ИЗОБПРИ ГКН к г А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 03юл. В 33 мерипользои. Цель - я расхода ий, Д,А . Н.Мака еншмпдт 88.8) с вид ет Е 2 В Вернов, В и. Налоль во содер ыходными ированк 7На атель 8,ст /1 19(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАЛЫХРАСХОДОВ НЩКОСП 4 В СКВА%1 НЕ(57) Изобретение относится к тельной технике и может быть вано в нефтяной промышленнос повышение точности определен жидкости в скважине. Устройс жит корпус 1 с входными 2 и в 3 окнами и сквозными теплоиз ными измерительными каналами входе канала 6 размещен нагре1590547 а вдоль канала расположены индикаторы 9 и 1 О температуры жидкости, На корпусе 1 установлены пакер и механизм поочередного перекрытия каналов 6 и 7, выполненный в виде диска с ассиметричЭ ными относительно оси и равномерно . расположенными по длине окружности отверстиями. Механизм поочередного перекрытия каналов обеспечивает уменьше-,о ние погрешности измерения расхода жидИзобретение относится к измерениямрасходов жидких сред и может найтиприменение в нефтяной промьппленностипри измерениях малых расходов и дебитов в нефтяных скважинах, напримердля выделения интервалов негерметичности обсадной колонны в скважине.Целью изобретения является повышение точности измерения расхода жидкости в скважине эа счет формированияв измерительном канале, тепловой метки с крутым передним Фронтом.На Фиг, 1 представлено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 -заслонка механизма перекрытия каналов,устройства, вид сверху,Устройство содержит корпус 1, вверхней части которого выполнены входные окна 2., а в нижней части - выходные окна 3 для скважинной жидкости 4,35Внутри корпуса 1 размещено теплоизолирующее тело 5, изготовленное из материала с низкой тенлопроводностью,в котором выполнены два идентичныхсквозных канала 6 и 7 - измерительнойи дополнительный, состоящие из восходящих участков Ь и нисходящихучастков Ъ. Входы сквозных каналовсоединены с входной камерой а, выходы - с камерой с. На входе измерительного канала 6, в месте . соединенияучастков Ь и Ъ, установлен нагреватель 8, а ниже его, на участке Ь,установлены индикаторы 9 и 10 температуры жидкости. Ниже индикаторов тем- .пературы дополнительный и измерительный каналы пересечены заслонкой 11 механизма поочередного перекрытия каналов выполненной в виде диска (фиг.2)У55с асимметричными относительно оси иравномерно расположенными по длине окружности отверстиями. Ось заслонки 11соединена с приводом 12, позволяющим кости в скважине эа счет создания визмерительном канале локализованнойтепловой метки с большим температурным градиентом на передней границеметки, Т.к. разогрев жидкости происходит в канале 6 в отсутствии потокажидкости, требуемую температуру можнополучить с помощью нагревателей малой мощности, увеличивая время разогрена. 1 з.п. Ф-лы, 2 ил. 1устанавливать 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-ельные манжеты 13, предотвращающие вытекание жидкости из перекрытого канала.Устройство снабжено управляемым пакером 14 (механизм управления не показан), размещенным на корпусе 1 между входными 2 и выходными 3 окнами и имеющим эластичный дефзрмируемый 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 колонны в скважине устройство опускают на геофизическом кабеле на необходимую глубину, включают привод пакера 14 и перекрывают 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 из" гиб образованный участками Ь, и Ь.,г 2 нагретая жидкость накапливается в верхней части измерительного канала 6, 5 159054что исключает конвективный переностепла вверх и обеспечивает отсутствиеперемешивания жидкости с нижележащимислоями. Ввиду малой теплопроводностискважиннои яаюдкости,граница между нагч5р.той и холодной жидкостью резкая.11 о истечении времени, необходимогодля нагрева жидкости до требуемой температуры, нагреватель 8 отключают отисточника тока, механизмом привода12 заслонку 11 устанавливают в положение, соответствующее открытому измерительному каналу 6 и закрытому дополнительному каналу 7. Время установкизаслонки 11 из одного положения в другое выбирается исходя из того, чтобыстолб жидкости, находящийся в измерительном канале 6, успел набрать скорость, равную скорости потока до дос Отижения тепловой метки индикатора 9температуры, установленного вдоль измерительного канала противоположнонагревателю. Это обеспечивается также идентичностью измерительного б и 25дополнительного 7 каналов, и тем, чтов момент установки заслоцки 11 изодного положения в другое плошадь поперечного сечения потока жидкости через заслонку 11 остается постоянной.Регистрируя кривую изменения температуры индикаторов 9 и 10 вс времени,определяют время прохождения тепловойметки между двумя индикаторами. Знаядиаметр измерительного канала и расстояние между индикаторами, опрепеляют расход жидкости в скважине. При необходимости, для определения мест негерметичности, расход может быть вызван с устья .скважины нагнетанием мсдкости в скваяжссу под давлением. Послепроведения измерений в данной точкеприводят пакер 14 в исходное положение, перемещают устройство в следующую точку, в которой необходимо изме ,рить расход, и все операции повторяют. 7 6редним фронтом, позволяющая определить 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 нагрева" телем, включенным на определенное время (известное устройство) и в сЛучае, когда тепловая метка создаетця в неподвижной жидкости в измерительном канале (предлагаемое устройство). Размыв Аронта определяется инерционностью нагревателя, диАЬузионными процессами и др. Причем, если размыв фронта за счет диАФузионных процессов являетсяпринципиально неустранимым, то влияние инерционности нагревателя может быть устраненоРассматривают случай размыва фронта тепловой метки в известном устройстве, обусловленный инерционностью нагревания в пренебрежении размыва фронта от диААузионных процессов во время движения метки, 11 одобное, приближение справедливо, если влияние диААузионных процессов мало в сравнеспси с влиянием инерционности нагревателя, Справедливость такого допущения подтверждается в результате данного анализа. Мощность нагревателя И может бьсть выражена в виде Ы(С)=И (1 ло -е "), правильно описывающем реальные переходные тепловые процессы в нагреваемом потоке щсдкости, где Хсс - номинальная мощность нагревателя, Вт 7 - постоянная времени нагревателя (инерционность), с; С - текущее время, с. Изменение температуры жидкости в тепловой метке, вызываемое нагревателем, описывается выражениемпричем Т где С В устройстве разогрев жидкости происходит при перекрытом измерительном и открытом дополнительном каналах. Температура жидкости вблизи нагревателя, в зависимости от времени работы нагревателя, может достигать любого требуемого значения, определяемого техническими характеристиками индикаторов температуры. При переключении потока жидкости с дополнительного на змерительньсй канал в последнем сфор 1 мирована тепловая метка с крутым петеплоемкость нагреваемой жидкости, Дж/кг ОС;:плотность яркости, кг/м ; площадь поперечного сечениял проточного канала, м.; скорость течения жидкости в канале, м/с.159054 Поскольку в рассматриваемом приближении считается, что все точки тепловой метки двигаются с одинаковой скоростью, равной скорости движения жидкости Ч, погрешность определения времени прихода какой-либо точки теплового импульса на индикатор температуры определяется крутизной изменения температуры во времени, иинимальная погрешность соответствует максимальной крутизне функции Т :. 1-Чй 2 х Т(С)=Т + ---- егГе Т р-Тжинтеграл ошибок; 6 , 35х = --- температуро 1 йпроводностьжидкостим/с;- теплопровод 40ность жидкости,Вт/мС.Для точки тепловой метки, движущейся со скоростью потока, погрешностц 5определения времени ее регистрацииВС2 Наре 7 хеТ,-Т 1 Ч1Сравнивая погрешность определения 50времени регистрации (а следовательно,и погрешности определения расхода жид"кости) в случае размытой по фронтутепловой метки в известном устройствеи сформиРованной тепловой метки в 55предлагаемом устройстве, получают ЯВС 2 бТйрв Ч. - ш 1 е.фТ - Т 115 где ЛТ - разрешающая способность инпардикатора температуры;Т - начальная температура жидХкости1 - расстояние от нагревателя 20до индикатора температуры.Рассматривают размыв фронта тепловой метки, происходящей за счет диффузионных процессов. Фронт формируемого теплового импульса имеет вид "ступеньки", размыв фронта которой хорошо опи.сывается известным решением: 7 в 2 Ч ЖЧ Чэ Ж еь ./3ВШШВЕр -1 йс Считая р5 с, Ч = 0,01 м/с, 10,05 м, н 1,МЗ 10 " м /с (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 повышении точности измерения 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 жидкост., обеспечивает предлагаемому устройству ряд технических преимуществ, обеспечивающих 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 негерметичностн.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 "размазывания" тепловой метки,особенно ее переднего фронта, необходимы нагреватели большой мощности, включаемые на короткое время.формула из обретения1Устройство для определения малых расходов жидкости в скважине, содержащее корпус с входными и выходными окнами и сквозным теплоизолированным измерительным каналом с размещен; ными в нем нагревателем и индикатора" ми температуры жидкости, установлен10 юг,2 Составитель Г. МасловаТехред М.Дидык Корректор Т. Палий Редактор Н. Бобкова Заказ 261 Ь Тирах 490 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 9 59054 ными противополоано нагревателю, и установленный на корпусе пакер, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения, оно снабжено выполненным в корпусе дополнительным сквозным каналом и установленным в корпусе механизмом поочередного перекрытия измерительного и дополнительного сквозных каналов,7 1 Опричем нагреватель установлен на входе измерительного канала, а .индикато" ры температуры кидкости вдоль него.2. Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что механизм поочередного перекрытия каналов выполнен в виде установленной с возмож-, ностью поворота вокруг. своей оси дисковой заслонки с приводом.