Термокондуктивная расходометрия. 
Дебитометрия и профили притока

Принцип работы термокондуктивных расходомеров основан на зависимости температуры подогреваемого термодатчика от скорости потока флюида. Термодатчиком служит резистор, нагреваемый током до температуры, превышающей температуру окружающей среды. Приращение температуры термодатчика, позволяющее судить о скорости потока, определяется либо по приращению сопротивления датчика (в приборах типа СТД либо по приращению частоты. Термокондуктивные расходомеры должны удовлетворять следующим требованиям: допустимая погрешность определения приращения температуры не должна превышать ±0,2 °С; тепловая инерционность датчика не должна быть более 10 с; верхний предел измерений дебита осевого потока не должен быть ниже 150 м³/сут; диаграммы должны повторяться с погрешностью не более удвоенной величины флуктуационной ошибки измерения.

Расходометры устройство и принцип действия

Чувствительным элементом термокондуктивных расходомеров (рисунке 2.1) является резистор-датчик, нагреваемый электрическим током до температуры, превышающей температуру среды. Резистор-датчик включен в мостовую схему, с помощью которой наблюдается изменение его сопротивления при постоянной величине нагревающего тока. По величине этого изменения можно судить о температуре датчика и скорости потока.

Термокондуктивный индикатор СТИ. Термокондуктивный индикатор СТИ предназначен для исследования нефтяных эксплуатационных и нагнетательных скважин через насосно-компрессорные трубы диаметром 50 мм и выше, а также через межтрубное пространство и рассчитан на работу в комплексе с каротажными станциями, оборудованными универсальными источниками питания УИП-К и каротажными регистраторами.

Принцип действия. Скважинный термокондуктивный индикатор притока СТИ работает по принципу термоанемометра: в нем установлен датчик (активное сопротивление), нагреваемый постоянным стабилизированным током до температуры большей температуры омывающей его среды. Набегающий поток жидкости или газа охлаждает датчик и тем самым изменяет его активное сопротивление. В скважине величина теплоотдачи датчика зависит от скорости потока, теплофизических характеристик среды, тока питания. В скважине постоянного диаметра в однородной среде теплоотдача датчика зависит только от скорости потока. Активное сопротивление в таком случае обратно пропорционально средней линейной скорости потока, что позволяет в благоприятных условиях измерять скорость потока и построить профиль притока или поглощения флюида. Для среды с неоднородным распределением теплофизических характеристик (в обводненных нефтяных скважинах или с «застойной» водой) определяются только качественные показатели притока пласта.

Активное сопротивление датчика определяется по мостовой схеме, в измерительную диагональ которой включен регистратор. Измерительный мост расположен в наземном пульте, к которому подключено стабилизированное, питание от источника УИП-1, УИП-2 или УИП-К. Скорость флюида, обтекающего датчик, регистрируется в виде диаграммы изменения выходного сигнала измерительного моста панели управления регистраторами серийных каротажных станций. Скважинный прибор состоит из блока преобразователя температуры и притока, предназначенного для преобразования изменения скорости и температуры радиального потока в изменения сопротивлений преобразователя притока; сменных центраторов, для центрирования скважинного прибора в эксплуатационной колонне при спуске его через насосно-компрессорные трубы. Технические характеристики термокондуктивных индикаторов притока различных типов приведены в таблице 1.

Таблица 1 — техническая характеристика термокондуктивных индикаторов притока типа СТИ.

Термоэлектрический скважинный дебитомер СТД. Техническая характеристика скважинного термокондуктивного дебитомера.

• 1) Назначение — исследование скорости потока жидкости по колонне по результатам измерения приращения температур. Прибор СТД-2 используется для фонтанирующих и нагнетательных скважин; СТД-4 — для скважин, эксплуатирующихся при помощи штанговых насосов.
• 2) Тип прибора — беспакерный.
• 3) Аппаратура рассчитана для измерений на одножильном бронированном кабеле и на работу с серийными каротажными станциями.
• 4) Параметры датчика:

сопротивление при 20 °C, Ом…1000±4.

наружный диаметр корпуса датчика, мм…8.

длина, мм…300.

рабочий ток, мА:

в режиме дебитомера…120 или 150.

в режиме термометра…10−12.

5) Запись дебитограмм как по точкам (около 5 мин на 1 точку),.

так и непрерывно со скоростью порядка 100 м/ч, что соответствует минимальной скорости современных подъемников.

• 6) Порог чувствительности (в начале шкалы) -около 4 м³/сут по воде, около 1−3 м³/сут по нефти.
• 7) Максимальное рабочее давление 360 кгс/см²
• 8) Максимальная рабочая температура +80°С
• 9) Габариты скважинного прибора, мм:

СТД-2: диаметр -36, длина -540.

СТД-4: диаметр -20, длина -430.

10) Вес скважинного прибора около 1 кг.

Термоэлектрический скважинный дебитомер СТД работает по принципу термоанемометра. На рисунке2.2 показана упрощенная электрическая схема дебитомера. Сопротивление датчика дебитомера R_д нагревается проходящим по нему током (120−150 мА) и его температура становится выше температуры среды в скважине. В местах притока жидкости (газа) датчик охлаждается, в результате чего изменяется его сопротивление. Это изменение сопротивления фиксируется мостовой схемой, в одно из плеч которой включен датчик. Измеряемый параметр в виде напряжения разбаланса моста регистрируется измерительным прибором или фоторегистратором каротажной станции.

Переход от приращений сопротивления к скорости движения жидкости (газа) осуществляют по эталонной кривой, получаемой в результате эталонирования прибора, т. е. измерения его показаний при различных скоростях потока в трубе того же диаметра, что и диаметр обсадной колонны.

Сопротивление датчика помещают в металлическую трубку диаметром 8 мм и длиной 300 мм; для уменьшения постоянной времени свободное пространство в трубке заливают металлическим сплавом с температурой плавления 80−130 °С.

Исследования дебитомерами, как правило, проводят в действующих скважинах. Лишь при необходимости установления межпластовых перетоков иногда исследуют остановленные скважины.

Исследования могут проводиться при непрерывном движении прибора в скважине либо «по точкам», т. е. на отдельных глубинах при неподвижном приборе. При обработке результатов, используя данные эталонировки прибора, от импульсов в минуту переходят к абсолютным величинам — дебиту в кубических метрах в сутки.

Полученная кривая, показывающая количество (долю) жидкости, проходящей через сечение скважины на различных глубинах, называется интегральной дебитограммой (Рис2.3, а, кривая 1). Она показывает суммарный дебит всех пластов, расположенных ниже данной глубины. В интервалах притока на такой дебитограмме наблюдается рост показаний, а в интервалах поглощения — их уменьшение. Приращение показаний в определенном интервале пропорционально количеству жидкости, отдаваемой (поглощаемой) этим интервалом. Так, на рисунок 2.3 притоки жидкости наблюдаются в четырех интервалах, отмеченных стрелками, причем наибольшая часть притока (7 м³/сут, или около 40%) связана с верхним интервалом (1529−1539 м). Далее по интегральной дебитограмме строят дифференциальную дебитограмму (рисунок 2.3, а, кривая 2), показывающую интенсивность притока (поглощения) на единицу мощности пласта. Для получения абсцисс этой кривой приращения показаний на интегральной кривой делят на мощность интервала, в котором наблюдается соответствующее приращение.

На рисунке 2.3, б изображена схематическая дебитограмма, полученная термодебитомером. При переходе через интервал, на котором в скважину поступает жидкость, следовательно, изменяется скорость движения потока, за счет изменения теплообмена изменяется сопротивление чувствительного элемента. По этому изменению и выделяют отдающий интервал. Вследствие более сильного влияния потока жидкости, перпендикулярного к оси прибора (радиального потока), по сравнению с потоком вдоль оси скважины в кровле отдающих жидкость интервалов (но не всегда) наблюдается минимум, выше которого отмечается некоторый рост показаний. Подошва интервала поступления жидкости в скважину отмечается по началу спада кривой (при движении прибора снизу вверх), а кровля — по минимуму или (при его отсутствии) по точке перегиба кривой. Количественное определение дебита проводят по разнице дТ между показаниями ДТ ниже интервала и выше интервала притока (после прохождения указанного выше переходного участка непосредственно после минимума). Переход от значений дТ к дебиту осущестляют по градуировочной кривой. Поскольку теплопроводность нефти, газа и воды различна, приращение сопротивления для трех сред при одной и той же скорости потока различна. Поэтому эталонировочная кривая должна быть получена для каждой из этих сред. Из-за различия теплопроводности сред термодебитомер показывает изменение показаний при переходе через раздел вода — нефть или вода — газ. Аналогично производят построение интегрального и дифференциального профилей по данным механической расходометрии. Интегральный профиль притока может быть описан формулой:

где h_к h_п — глубины залегания кровли и подошвы исследуемого работающего интервала, q_z — удельный расход. Если движение флюида происходит вниз по стволу, то получаемый профиль расхода будет являться уже профилем приемистости. Зависимость расхода флюида от глубины описывается выражением.

дифференцирование которого дает профили расхода отдельных интервалов. Для i-го объекта дифференциальный профиль может быть построен по удельным расходам дг:

где, расходы в верхней и нижней точках изучаемого интервала глубин (рисунок 2.4).