Термоанемометры

Термоанемометрами называются приборы, основанные на зависимости между количеством тепла, теряемым непрерывно нагреваемым или же предварительно нагретым телом, и скоростью потока газа или жидкости, в котором это тело находится.

В более узком смысле термоанемометрами называются лишь приборы непрерывного действия с непрерывно нагреваемым телом. Термоанемометры с предварительным нагревом, являющиеся приборами периодического действия, обычно называются кататермометрами.

Термоанемометры предназначены, прежде всего, для измерения местной скорости там, где установлено нагреваемое тело – термоэлемент. Они различаются по назначению, устройству первичного преобразователя, способу измерения температуры нагреваемого тела и характеру измерительной схемы.

В геофизике наиболее широкое распространение нашли датчики термоиндикатора притока (СТИ) с косвенным подогревом. Конструкция датчика включает электрический нагреватель (термостабильный резистор) и датчик температуры, смонтированные в едином корпусе. Подогрев датчика производится постоянным током, что обеспечивает перегрев всего датчика на 20-40 ^оС, относительно температуры окружающей среды. В качестве датчика температуры используется терморезистор или диод, аналогичный датчику канала температуры комплексного прибора.

Величина перегрева данной конструкции датчика зависит от мощности тепловыделения на нагревателе Р=I²*R, эффективной поверхности теплообмена датчика и коэффициента теплообмена  на границе датчик – среда: Т = Р/ (S*)

Поскольку мощность теповыделения и эффективная площадь теплообмена остаются практически неизменными, то перегрев напрямую зависит от коэффициента теплообмена , который, в свою очередь, зависит от теплофизических свойств окружающей среды и скорости и направления омывающего потока.

Рис. 3.27. Принципиальная конструкция датчика СТИ косвенного подогрева. 1- корпус прибора, 2 – электрический нагреватель, питаемый постоянным током, 3 – корпус датчика, D= 5-8 мм, L= 50-70 мм, материал – латунь или нерж. сталь, 4 – датчик температуры, диод или терморезистор.

Особенности измерения расхода в скважинных условиях датчиками СТИ

Основные задачи измерений расхода в скважинных условиях – уточнение положения, толщины и неоднородности коллекторов, эффективности вскрытия пластов, установление коэффициентов продуктивности пропластков. Для решения этих задач в разрезе эксплуатационной скважины необходимо выделить интервалы, из которых происходит приток жидкости в скважину, и оценить его дебит для каждого пласта.

Сравнительный анализ механических и термокондуктивных дебитомеров и опыта их использования в вертикальных скважинах позволил сформулировать оптимальные условия их использования.

Термоэлектрические датчики скорости потока, не имея механических подвижных элементов, свободны от ограничений механических дебитомеров и в определенных условиях (исследования в однородных жидкостях, в скважинах с малыми дебитами или с заведомо известным нарушением герметичности цементного стакана в исследуемом интервале, в необсаженных скважинах и скважинах, отдающих жидкость с механическими примесями) используются как самостоятельные приборы. Иногда результаты исследования оцениваются количественно, например, в однородных жидкостях. Кроме того, датчики СТИ могут быть использованы и при исследованиях в неоднородных жидкостях. В этом случае они применяются как индикаторы притока и результаты замеров должны оцениваться только как качественные, поскольку величина перегрева, являющаяся информативным параметром, существенно зависит от теплофизических свойств исследуемой жидкости.

Типовые диаграммы, регистрируемые в скважинах датчиками расхода в скважинах

Оценка качества результатов исследований.

Качество метрологического обеспечения средств измерения

На первое место по значимости при оценке качества геофизической информации следует поставить качество метрологического обеспечения средств измерения. При этом комплекс мер по градуировке и поверке скважинных измерителей должен обеспечивать безусловное получение и передачу регистратору истинных значений измеряемого параметра. Это значит, что в цепочке "датчик-преобразователь-линия связи-регистратор" уровень помех и искажений не должен превышать заранее заданного предела, оговоренного в инструкции к измерителю. Соблюдение этого условия контролируется в процессе плановой метрологической поверки средств измерения. При использовании ПЭВМ для регистрации материалов ГИС протокол поверки и основную аппроксимирующую функцию прибора, полученную при градуировке, необходимо закладывать в базу данных регистратора и использовать для приведения измеряемого параметра к физическим величинам непосредственно в процессе регистрации.

Соблюдение этого условия исключает, либо уменьшает вероятность использования заведомо негодной аппаратуры и сводит к минимуму погрешность расчета параметра по градуировочной кривой, что затрудненно при ручной обработке.

Однако метрологическая поверка скважинной аппаратуры с каналом связи не исключает возникновения дополнительной погрешности за счет низкого качества электропитания и несоблюдения технологии измерений. Эти факторы и аналогичные им рассмотрены ниже.

Качество технологии проведения исследования

Под качеством технологии проведения исследований следует понимать следующий комплекс параметров:

- качество режима питания электроаппаратуры;

- соблюдение температурно-влажностного режима наземной аппаратуры;

- соблюдение скорости и направления движения скважинного прибора;

- качество подготовки скважины и устьевой обвязки;

- качество работы наземного вспомогательного оборудования;

- соблюдение порядка проведения замеров и временных интервалов в технологической цепочке исследования;

- прочие предписания по проведению исследований, прямо и косвенно влияющие на качество регистрируемой информации.

Этот блок требований по качеству исследований наиболее обширен и остается слабо контролируемым на существующем уровне развития скважинной геофизики. Если отдельные моменты и могут быть автоматически зафиксированы на диаграммах ГИС, то такие параметры как время выдержки скважины, дебит излива или закачки на устье и прочие остаются на совести оператора и оцениваются скорее субъективно, а не по результатам инструментальных измерений. Это связано как с отсутствием разветвленной системы датчиков, так и с несовершенством регистрирующих программ, не обеспечивающих измерение и хранение сопроводительной информации. Между тем, нарушение отдельных пунктов из приведенного выше перечня способно сделать всю зарегистрированную на скважине информацию негодной для интерпретации.

В известных программах регистрации результаты отдельного замера по стволу или интервалу организуются в виде отдельных посылок или файлов с указанием времени начала или конца записи, а информация о режиме регистрации и режимах скважины фиксируется оператором в журнале в произвольной форме. Между тем, введение сквозной регистрации в масштабе реального времени с фиксацией на временной шкале отдельных операций по заранее определенной форме могло бы существенно повысить качество получаемой информации. При этом появляется возможность оперативной и автоматизированной оценки качества сопутствующей информации.

Комплекс критериев оценки качества результатов исследований скважин

На основе вышеизложенного правомерно разбиение процедуры оценки качества геофизической информации на несколько этапов. На первом этапе целесообразно рассматривать оценку качества работы скважинного прибора совместно с линией связи и системой регистрации по отдельным методам.

При этом, независимо от регистрируемого параметра, следует проводить оценку уровня шумов, стабильности работы преобразователя, его чувствительность, соответствие масштабов и шкал метрологическим стандартам. Таким образом, проводится контроль соответствия реальных рабочих характеристик прибора метрологически нормируемым значениям. Одновременно целесообразно проводить контроль таких технологических параметров, как скорость и направление движения скважинного прибора, предписываемых для данного вида исследований.

Следующий этап, неразрывно связанный с первым, оценка полноты заполнения сопроводительной карты по материалам исследований. Для этого каждый вид исследований (решаемая задача), должен быть снабжен тщательно проработанной карточкой-шаблоном, подлежащим заполнению в процессе исследования.

Третий и наиболее сложный этап - оценка достаточности зарегистрированной информации для решения поставленной задачи. Эта процедура реализуема только в процессе интерпретации и, видимо, пока не может быть автоматизирована.

Таким образом, на современном уровне развития информационного обеспечения ГИС с использованием ПЭВМ реализуемы только первый и частично второй этап оценки качества геофизической информации, объединяемые общим определением - первичная оценка качества.

Ниже приводятся основные критерии первичной оценки качества цифровой информации по отдельным методам, разработанные для автоматизированной обработки.

• Локация муфтовых соединений

1. Отсутствие дрейфа показаний по глубине (стабильная средняя линия).

2. Отношение сигнал/шум не менее 3/1;

3. Муфтовые соединения, регистрируемые на спуске, повторяются на подъеме с учетом вытяжки кабеля.

4. Пропуск муфтовых соединений не превышает 30% для отдельного замера.

5. На диаграмме отмечается момент остановки (отрыв от забоя) прибора изменением уровня шумов.

• Плотнометрия (ГГП)

1. Уровень флуктуации показаний плотномера в интервале с однородной жидкостью не превышает 0,02 г/см³ .

2. Основной и повторный замер совпадают по характерным глубинам и абсолютным значениям с точностью до погрешности прибора.

3. Абсолютные значения плотности не выходят за пределы 0 и 1,2 г/см³.

• Термометрия

1. Уровень собственных шумов не превышает паспортных значений.

2. Скорость регистрации не превышает предельно допустимой для данного вида исследований.

3. Расхождение показаний в невозмущенной зоне на повторных замерах не превышает утроенного значения уровня собственных шумов.

• Барометрия непрерывная по стволу

1. Уровень собственных шумов не превышает паспортных значений.

2. Остановка прибора на забое отмечается нулевым градиентом.

3. Градиент давления по глубине лежит в интервале от 0 до 0,012 МПа/м.

• Расходометрия непрерывная механическая

1. Основная и повторная диаграмма совпадают по форме и характерным глубинам.

2. Скорость движения прибора по стволу постоянна в интервале исследований (V< 5%) и не превышает допустимой.

3. Уровень флуктуации в интервале стабильного потока не превышает 10% от среднего значения.

4. Интервал исследований перекрывает характерные глубины.

• Расходометрия поточечная механическая

1. Показания расходомера на различных глубинах в интервале стабильного потока отличаются не более чем на 10%.

2. Показания расходомера на основной диаграмме и в контрольных точках отличаются не более чем на 10%.

3. Показания расходомера в застойной зоне равны нулю.

4. Кривая расхода, построенная по точкам, и непрерывная кривая совпадают по форме и характерным глубинам.