Средства измерения температуры в скважине.
Термометр глубинный deep-seated (subsurface) thermometer
Измерительное средство для определения температуры нефти, газа, воды и т. п. на забое и по стволу бурящихся и эксплуатационных скважин. Применяются при исследовании пластов и скважин и для контроля температуры при разработке нефтяных и газовых месторождений. Глубинные термометры бывают с местной регистрацией или с передачей сигнала на поверхность.
Глубинные термометры можно разделить на две группы: с местной регистрацией и дистанционные.
Глубинный термометр вследствие своей инерционности сглаживает истинную картину, происходящую в пласте. Дебитомер, напротив, дает большой разброс показаний в районе работающего интервала. Поток газа, проходя через турбинку и канал в корпусе дебитомера, соединяется с основным потоком. При прохождении газоотдающего интервала струи газа из перфорационных отверстий или щелей фильтра, попадая в выводные отверстия, прикрывают их.
Глубинные термометры Сириус разработаны на базе геликсных манометров МГН-2. Барабан имеет центральную трубку, по поверхности которой скользит втулка с пишущим пером
Глубинные термометры с местной регистрацией имеют отличительную особенность - измерительный и регистрирующий механизмы при замере находятся под воздействием температуры окружающей среды. Так как эти приборы обладают некоторой тепловой инерционностью, для получения более точных измерений термометры необходимо в течение определенного времени выдерживать при данной температуре среды в замеряемой точке.
Глубинные термометры, применяемые при комплексных исследованиях скважин, по типу конструкции относятся к манометрическим приборам.
Глубинные термометры, сконструированные и изготовленные различными организациями, при испытаниях показали схожие технические характеристики. По принципу действия их можно разделить на следующие.
Глубинные термометры предназначены для измерения температур в действующих и остановленных фонтанных, компрессорных, глубиннонасоспых и пьезометрических скважинах. Температура на забое и на различных глубинах скважины является параметром, который позволяет судить о ходе технологического процесса добычи нефти, о свойствах ее и состоянии скважины.
Глубинные термометры разделяются на максимальные и регистрирующие. Максимальный ртутно-стекляниый термометр является составной частью глубинного манометра; обычно их спускают одновременно. Помещается он в специальной камере в оправе и амортизируется пружиной и резиновыми кольцами. Максимальный термометр фиксирует максимальную температуру в скважине. Для определения глубин выпадания парафина и выделения свободного газа, температурных поправок при измерении давления по стволу скважины и температурного градиента необходимо иметь непрерывную запись на диаграмме изменения температуры по глубине скважины. Непрерывная запись изменений температуры по стволу скважины осуществляется глубинным самопишущим термометром, который спускают в скважину через сальник при помощи аппарата Яковлева или лебедки для глубинных измерений на проволоке диаметром 1 6 - - 2 мм.
Глубинные термометры можно разделить на две группы: с местной регистрацией и дистанционные. Существующие в Советском Союзе и за рубежом термометры с местной регистрацией по принципу действия делятся на: манометрические, поршневые, биметаллические, дилатометрические. Дистанционные глубинные термометры представляют собой электрические термометры сопротивления с металлическим или полупроводниковым резистором.
Глубинные термометры предназначены для измерения температуры в действующих и остановленных фонтанных, компрессорных, глубиннонасосных и пьезометрических скважинах.
Глубинные термометры типа С и р и у с) разработаны на базе геликсных манометров типа МГН-2. Барабан имеет центральную трубку, по поверхности которой скользит втулка 4 с пишущим пером.
Глубинные термометры зарубежных фирм по принципу действия и технологическим характеристикам аналогичны приборам отечественного производства. [12]
Глубинные термометры типа ТГГ имеют равномерную шкалу, так как изменение давления жидкости, заключенной в замкнутый объем, прямо пропорционально изменению ее температуры. Однако глубинные термометры подвергаются не только воздействию окружающей температуры, но и воздействию давления в скважине.
Глубинные термометры типа ТГГ имеют равномерную шкалу показаний температуры. С этой целью, для уменьшения тепловой инерции в них, объем термобаллона выполнен значительно большим, чем объем геликса. Термобаллон и геликс заполняются жидкостями, имеющими различные коэффициенты объемного расширения. Пределы измерения жидкостных термометров определяются объемом термобаллона.
Глубинные термометры конденсационного типа разработаны на базе ге-ликсных манометров типа МГН-2.
Глубинные термометры зарубежных фирм по принципу действия и техническим характеристикам аналогичны приборам отечественного производства
Существующие глубинные термометры с местной регистрацией по принципу действия можно разделить на термометры расширения - биметаллические и манометрические.
Регистрирующий глубинный термометр с перемещением диаграммного бланка во времени необходимо применять при измерении изменяющейся температуры по стволу скважины.
Существуют электрические глубинные термометры сопротивления, спускаемые в скважину на трехжильном и одножильном кабеле.
Существуют электрические глубинные термометры сопротивления, спускаемые в скважину на трех-жильном и одножильном кабеле.
Инерционность глубинного термометра типа ТГК зависит также от скорости перемещения пера. В конструкциях термометров такого типа скорость составляет 2 6 и 10 С / мин. Длина записи температуры глубинного термометра ТГК-2 составляет 200 мм, масштаб записи - 0 3 С / мм, размер бланка 90x280 мм. Скорость спуска термометра в скважину не должна превышать 2 м / с. В точке измерения по стволу прибор тер-мостатируется в течение 15 - 20 мин.
В глубинном термометре ТГБ-1М использован принцип замера с помощью пружины из биметаллической ленты высокой чувствительности.
Существуют также глубинные термометры, опускаемые на тросе, записывающие на диаграммной ленте изменения температуры во времени.
Диаграмма записи глубинного термометра неименованная и, чтобы определить по ней значение измеренной температуры, необходимо, измерив ординату записи, выполнить соответствующий расчет, пользуясь масштабом температуры и времени, которые приводятся в паспорте.
При создании глубинных термометров следует учитывать специфические условия, в которых эти приборы эксплуатируются: ограниченный наружный диаметр ( не превышающий 35 - 40 мм), высокое давление, значительные глубины. Вследствие того, что прибор должен работать в окружении измеряемой среды, регистрирующий механизм необходимо изолировать в герметичную камеру, чтобы он удовлетворительно работал при высокой температуре.
Устройство этих глубинных термометров сопротивления приводится в специальных курсах промысловой геофизики. Поскольку вследствие низкой точности существующие глубинные термометры сопротивления не представляют интереса в практике нефтедобычи, рассмотрение их в настоящей книге опускается.
На базе глубинных термометров ТГИ-1М и Сириус-1 разработан нормальный ряд термометров типа ТСУ, конструкция которых унифицирована с конструкцией аналогичных по назначению глубинных манометров типа МСУ. Для работы в средах, содержащих до 25 % сероводорода и углекислого газа, предназначены термометры типа ТСУ-К-1 и ТСУ-К-2 в антикоррозионном исполнении.
На базе глубинных термометров ТГИ-1М и Сириус-1 разработан нормальный ряд термометров типа ТСУ, конструкция которых унифицирована с конструкцией аналогичных по назначению глубинных манометров типа МСУ, Для работы в средах, содержащих до 25 % сероводорода к углекислого газа, предназначены термометры типа ТСУ-К-1 и ТСУ-К-2 в антикоррозионном исполнении.
Устройство этих глубинных термометров сопротивления приводится в специальных курсах промысловой геофизики. Поскольку вследствие низкой точности существующие глубинные термометры сопротивления не представляют интереса в практике нефтедобычи, рассмотрение их в настоящей книге опускается.
Глубинный биметаллический термометр ТГБ-1. Глубинный биметаллический термометр ТГБ-1.
Основная часть глубинных термометров различных Конструкций - термоэлементы, в качестве которых применяют жидкость, ртуть и биметаллы. Самопишущий термометр ТГБ-1 состоит из четырех основных узлов: термоэлемента, изготовляемого из термобиметаллической ленты по форме многовитковой пружины ( геликса) с пишущей иглой; каретки с ходовым винтом; часового механизма и подвески. С целью уменьшения тепловой инерции термоэлемент непосредственно омывается измеряемой средой. При повышении температуры окружающей среды термоэлемент раскручивается на некоторый угол пропорционально изменению температуры, проворачивая скрепленную с ним ось. Укрепленная на оси пищущая игла прочерчивает линию температуры на металлическом бланке ( фольге), вставленном в каретку.
Если полученные глубинным термометром значения температуры после откачки и без прокачки одинаковы, то в дальнейшем можно от прокачки при замерах температуры в наблюдательных скважинах отказаться.
Ниже приведена характеристика глубинных термометров, применяемых для измерения температур в скважинах при исследовании.
Схема глубинного манометрического компенсационного. Схема глубинного манометрического компенсационного.
Институтом ВНИИКАНефтегаз был разработан глубинный термометр компенсационного типа с си - ловой компенсацией Сириус-3, схема которого приведена на рис. 18.4. Применение принципа силовой компенсации обеспечило повышение точности и снижение тепловой инерции прибора.
Если же с помощью глубинного термометра измеряется переменная температура на данной глубине, то чем больше тепловая инерция прибора, тем больше будет погрешность измерения. Таким образом, тепловая инерция является одной из важнейших характеристик эксплуатационных качеств глубинного термометра.
По данным исследования скважин автономными глубинными термометрами определена зависимость интервала выделения газа от дебита скважины и дана качественная оценка работающих пластов.
В ряде случаев в глубинных термометрах в качестве чувствительных элементов используются полупроводниковые сопротивления.
Для исследования фонтанной скважины применены манометрический глубинный термометр ТГГ-1 и глубинный поршневой манометр МГП-3 с непрерывной записью изменения температуры г давления во времени.
Лубрикатор обеспечивает спуск в скважину глубинных термометров, мамометров и других приборов для производства замеров по стволу скважины без прекращения закачки пара в пласт. Спуск глубинного прибора осуществляется на стальной проволоке. Уплотнение места ввода проволоки осуществляется с помощью двойного сальника с асбестовой набивкой.
Особенность измерения температур в скважинах глубинными термометрами с местной регистрацией заключается - в том, что весь прибор, состоящий из измерительного и регистрирующего механизмов, находится под воздействием температуры окружающей среды. Погрешность, с которой определяется при этом абсолютное значение температуры на различных глубинах или в разные моменты времени, во многом зависит от тепловой инерции глубинного термометра.
Старогрозненского месторождения проведены исследования температуры глубинным термометром. Затем были проведены расчеты распределения температуры по глубине ( прямая 1) и проведено сопоставление фактических и расчетных значений температуры.
Тщательные измерения температуры пласта с записью глубинными термометрами после заканчивают скважины могут быть проведены при условии, что жидкость в стволе скважины находится в статическом состоянии и в термическом равновесии с окружающими породами. Чтобы удовлетворить этим требованиям, скважину следует закрыть приблизительно на 24 - 48 час, причем в трубах не должно быть утечек.
Температура газа в стволе скважины измеряется глубинными термометрами с местной или дистанционной регистрацией показаний. Эти термические исследования предусматривают: регистрацию геотермического градиента, установление распределения температурного поля в стволе скважины во время ее работы и остановки, выделение газоотдающих интервалов и оценку дебитов отдельных пропластков
Для обработки по этой формуле используются данные глубинного термометра, спускаемого одновременно с дифманометром, а также графики зависимости сжимаемости газа от давления и температуры. Эти графики приводятся в инструкциях по эксплуатации прибора и в руководствах по исследованию скважин.
Температура по стволу скважины может измеряться и другими глубинными термометрами с местной или дистанционной регистрацией показаний ( например, ТЭГ-36 и др.), а также отдельными приборами, входящими в комплексы согласно их техническим характеристикам.