Средства измерения уровня и расхода в скважине.
Как правило, объемы жидкости или газа в стволе скважины измеряют глубинными расходомерами и
дебитомерами. Измерения проводятся только в действующих скважинах. Расходомерами измеряют
расходы
воды, дебитомерами - притоки нефти, газа
и их смеси с водой (флюид)
По принципу
измерения у данных приборов нет особых различий. Отличие может быть только в диаметре корпуса
глубинного прибора (далее используется понятие «расходомер»).
Специфические условия, при которых работают глубинные приборы это: большая глубина спуска;
высокие температуры и давления; небольшой диаметр скважины; коррозионная активность; удары,
тряски, вибрации и т. д. Несмотря на это, для получения высокой точности результатов измерения к
чувствительным элементам глубинных приборов выдвигают жесткие требования. К ним относятся:
большой диапазон измерений, высокая чувствительность, малая инерционность, работоспособность при
больших температурах и давлениях, стабильность во времени, коррозионная стойкость, устойчивость к
вибрациям и ударам .Классификацию расходомеров следует начать с принципа действия их основного элемента - датчика.
Наиболее распространенные скважинные расходомеры относятся к одному из двух типов: механическим
(турбинным) или термокондуктивным (термоэлектрическим) .На сегодняшний день расходомеры
с датчиком турбинного типа более развиты и всё больше находят свое применение в нефтяной и газовой
промышленности. То есть альтернативы глубинным механическим расходомерам - как недорогому,
достаточно универсальному и хорошо изученному средству измерения объема жидкости и газа в стволе
эксплуатационной скважины на сегодняшний день не существует.
Расходомеры могут быть с местной регистрацией и дистанционные. В приборах с местной
регистрацией измеряемая величина регистрируется устройством, помещенным в самом скважинном
снаряде. В дистанционных приборах информация передается на поверхность по кабелю и там регис-
трируется обычными регистраторами станций
В состав глубинного механического расходомера могут входить следующие основные элементы:
датчик, который воспринимает движение жидкости и вырабатывает электрический сигнал, величина
которого функционально связана со скоростью потока; пакер, который перекрывает пространство между
расходомером и стенками скважины для направления всего потока жидкости через канал, в котором
расположен датчик; механизм управления
пакером, который служит для
дистанционного раскрытия и закрытия
пакера после спуска прибора на заданную
глубину .
Расходомеры различаются также
способом пакеровки. Расходомеры с
абсолютной пакеровкой обеспечивают
проход всего потока через измерительный
канал. Расходомеры с пакерами
зонтичного типа лишь частично
перекрывают пространство между стенкой
скважины и расходомером.
Существуют также более простые
расходомеры без пакеров (беспакерные).
Их применение целесообразно при
измерении больших расходов жидкости, а
также при стационарной установке
прибора в скважине, когда доля жидкости,
проходящего через датчик, остается при-
мерно постоянной .
У каждого вышеуказанного типа расходомера есть свои преимущества и недостатки. Пакерные
расходомеры выделяются своей высокой точностью, но из-за наличия пакера они имеют весьма сложную
конструкцию, а так же не имеют возможности измерять параметры в непрерывном режиме. Беспакерные
расходомеры просты по конструкции, не создают перепада давления в скважине и способны измерять
параметры в непрерывном режиме, но имеют низкую чувствительность и обладают плохими
метрологическими характеристиками.
На основании вышесказанного можно сделать вывод, что идея создания высокочувствительного
беспакерного расходомера, имеющего стабильные метрологические характеристики при жестких
скважинных условиях и позволяющего проводить замеры в непрерывном режиме, является весьма
актуальной задачей для современного геофизического приборостроения. Решение данной задачи
значительно повысит качество исследований действующих скважин при контроле за разработкой
нефтяных месторождений.
На рисунке 1 представлена конструкция высокочувствительного беспакерного расходомера,
чувствительным элементом которого является вращающаяся турбинка.
Расходомер содержит корпус 1 из немагнитного материала с опорами 2 и 3 под обойму 4
выполненную так же из немагнитного материала; электродвигатель 5, который с помощью полумуфт 6, 7
магнитной муфты имеет кинематическую связь с обоймой 4 и через каротажный кабель имеет
электрическую связь со вторичным прибором; турбину 8 с постоянным магнитом 9, имеющим
магнитную связь с герконами 10А и 10Б, для преобразования числа оборотов турбины в электрический
сигнал, посылаемый через провода 11 и каротажный кабель на вторичный прибор; опоры 12, 13,
выполненные в обойме 4, для установки турбины 8; верхнюю 15 и нижнюю 14 направляющие решетки с
винтообразными лопастями, установленными жестко в обойме 4. Угловое смещение (несимметричное
расположение) герконов 10А и 10Б друг относительно друга позволяет определить направление
вращения турбины. А для определения частоты вращения обоймы 4, а следовательно, скорости
дополнительно созданного локального потока жидкости в области турбины, скважинный прибор снабжен
герконным датчиком 10В, срабатывающим от магнитной муфты (полумуфты) 7.
Таким образом, для определения расхода жидкости в стволе эксплуатационной скважины
используется следующая информация: число оборотов и направление вращения турбинного датчика
расхода 8 (последовательность электрических импульсов, сформированных с помощью герконов 10А и
10Б); число оборотов (электрические импульсы, сформированные герконом 10В) и направление
вращения обоймы 4 (по полярности подаваемого для питания электродвигателя, находящегося в
скважинном приборе, напряжения).
Отличительной чертой данной конструкции является наличие обоймы 4, вращающейся на своих
опорах 2 и 3 с помощью электродвигателя 5, с направляющими решетками 14 и 15, имеющими форму
винтообразных лопастей.
Данное техническое решение обеспечивает, наряду со снижением трения в опорах 12, 13 (замена силы
трения покоя на силу трения движения) турбинного датчика 8, локальное движение жидкости вверх в
измерительном канале А глубинного прибора за счет направляющих решеток 14 и 15. Поток жидкости
попадает в измерительный канал А через окна В, а уходит из него через окна Б, выполненные в обойме 4
и корпусе 1. Таким образом, рабочий диапазон расходомера сдвигается в сторону высоких частот
вращения турбинки, где более высокая и стабильная чувствительность турбинного датчика.