Скважинные расходомеры и дебитомеры: назначение, устройство, применяемые типы

Скважинный дебитомер или расходомер состоит из: датчика, воспринимающего движение флюида и вы­рабатывающего электрический сигнал, величина которого функци­онально связана со скоростью потока; пакера, перекрывающего про­странство между дебитомером и колонной труб (стенками скважи­ны) для направления всего потока флюида через канал, в котором расположен датчик; механизма управления пакером, служащего для дистанционного раскрытия и закрытия пакера после спуска прибора на заданную глубину.

Дебитомеры и расходомеры могут быть с местной регистрацией и дистанционные. С местной регистрацией: измеренная ве­личина регистрируется устройством, помещенным в самом скважинном снаряде. Их пакеры обычно раскрываются однократно с помо­щью спускового механизма, также размещенного в скважинном сна­ряде. В дистанционных приборах: измеряемая в виде электрического сигнала величина передается на поверхность по кабелю и там регис­трируется обычными регистраторами станций.

Наиболее распространены - с ди­станционной передачей показаний. Преимущества перед при­борами с местной регистрацией параметров: воз­можность непосредственного наблюдения за результатами ис­следования, позволяют осуществлять многократное раскрытие и закрытие пакера, а следовательно, проводить за один спуск иссле­дования на различных глубинах и в разных интервалах. Преимущество дебитомеров с местной регистрацией – простота конструкций; они не требуют специального оборудования (каротаж­ных станций). Измерения с ними обычно выполняет персонал про­мыслов.

Дебитомеры различаются также способом пакеровки: с абсолютной пакеровкой - обеспечивают проход всего потока че­рез измерительный канал, с пакерами зонтичного типа - лишь частично перекрывают пространство между стенкой скважи­ны и дебитомером. Для лучшего перекрытия зазора между дебитомером и стенками обсадной колонны материал абсолютного пакера должен быть эла­стичным. Его обычно делают из маслостойкой резины или специ­альной эластичной ткани. Он имеет форму цилиндрической трубки с продольными гофрами, концы которой плотно крепятся к корпу­су прибора. При движении прибора по скважине пакер складыва­ется так, что его диаметр не превышает диаметра остальной части скважинного прибора. Для раскрытия пакера внутрь его насосом закачивают буровой раствор; пакер раздувается и, приобретая овальную форму, прижимается к колонне. В некоторых дебитомерах пакер управляется электромеханическим приводом. Пакер рас­крывается за счет сгибания нескольких пар пластин, к которым прикреплена ткань пакера.

Зонтичные пакеры не полностью перекрывают зазор между при­бором и колонной. Их преимущество – более простая система рас­крытия. Зонтичные пакеры раскрываются с помощью специального микродвигателя, питаемого током по кабелю. В дебитомерах с мест­ной регистрацией пакеры раскрываются с помощью спускового ме­ханизма и реле времени.

Существуют также более простые дебитомеры без пакеров. Их применение целесообразно при измерении больших расходов жид­кости или газа, а также при стационарной установке прибора в скважине, когда доля флюида, проходящего через датчик, остается при­мерно постоянной. Введение пакеров в конструкцию дебитомеров вызывает значительное усложнение их конструкции, но в то же вре­мя повышается точность определения дебитов.

По принципу действия основного элемента – датчика наиболее распространенные скважинные дебитомеры и расходомеры относят­ся к одному из двух типов: турбинным (вертушечным) или термо­электрическим.

Термоэлектрический скважинный дебитомер СТД работает по принципу термоанемометра. На рис. 2 показана упрощенная элек­трическая схема дебитомера. Со­противление датчика дебитомера RД 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.

Конструктивно прибор СТД по­хож на скважинный электротер­мометр. 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.

В скважинах, эксплуатируемых фонтанным или компрессорным способом, а также в наблюдательных скважинах приборы опускают через специальное устройство – лубрикатор, позволя­ющее проводить работы без остановки скважины при буферном дав­лении на устье.

Исследование дебитомерами, опускаемыми через насосно-компрессорные трубы (НКТ), возможно лишь в части разреза, располо­женной ниже НКТ. В скважинах, эксплуатируемых глубинными на­сосами, дебитомеры можно спускать в межтрубье. Спуск приборов через лубрикатор, особенно при высоком буферном давле­нии, относится к числу опасных работ и должен проводиться соглас­но специальным инструкциям для каждого типа лубрикатора.

Исследования могут проводиться при непрерывном движении прибора в скважине либо «по точкам», т. е. на отдельных глубинах при неподвижном приборе. Последний способ наиболее типичен для пакерных дебитомеров с абсолютным пакером. При обработке ре­зультатов, используя данные эталонировки прибора, от импульсов в минуту переходят к абсолютным величинам – дебиту в кубичес­ких метрах в сутки. При отсутствии градуировочного графика де­бит выражают в относительных величинах – долях от полного де­бита выше интервала перфорации или фильтра. Рассчитанные та­ким образом величины откладывают по абсциссе диаграммной бумаги против соответствующих отметок глубины. Обычно из-за не­устойчивости потока, различных помех и погрешностей измерений точки на графике имеют некоторый разброс, поэтому через них проводят усредняющую кривую. Крупные погрешности, связанные с засорением турбинки и т. п., исключают путем повторных иссле­дований.

Полученная кривая, показывающая количество (долю) жидкости, проходящей через сечение скважины на различных глубинах, на­зывается интегральной дебитограммой - 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. Непрерывную регистрацию диаграмм изменения дебита с глубиной осуществляют беспакерными дебитомерами или дебитомерами с не­полной пакеровкой. Замеры можно проводить как при подъеме, так и при спуске прибора в скважину. При обработке дебитограмм необхо­дима вводить поправку на скорость движения прибора, так как из­меряемая прибором скорость есть скорость относительного движения жидкости (газа) и прибора и отличается от истинной скорости потока на скорость движения прибора. Если прибор движется навстречу по­току, чувствительность турбинных дебитомеров возрастает. Скорость движения: должна быть выше стартовой скорости вертушки (той ско­рости потока, ниже которой он не в состоянии стронуть вертушку).

Основные помехи при дебитометрии: 1) неполнота пакеровки из-за нарушения пакера или неплотного прилегания его к трубе; 2) изменение внутреннего диаметра обсадных труб, обуслов­ливающее погрешность в определении дебита при исследованиях с беспакерными приборами или с приборами с неполной пакеровкой; 3) нарушение герметичности цементного кольца, приводящее к тому, что часть жидкости (газа) движется по заколонному пространству; влияние этого фактора особенно велико при замерах пакерными при­борами; 4) образование столба жидкости в забое, частично или полностью перекрывающего интервалы поступления нефти или газа; влияние этого фактора особенно существенно для беспакерных дебитомеров. Скорость потока меняется в зависимости от поло­жения прибора относительно стенки скважины. Эта зависимость осо­бенно сильна для приборов малого диаметра, поэтому они должны снабжаться центрирующими фонарями.

Профили расхода, полученные при расходометрии, целесообраз­но дополнять результатами обработки других методов, дающих ин­формацию о заколонных и межколонных перетоках. Комплексный подход позволяет в ряде случаев обнаружить обводнение продук­тивных пластов и образование техногенных залежей газа. Данные по профилю притока могут быть использованы для оценки работа­ющей толщины пласта. Работающей считается та часть эффектив­ной толщины пласта, в пределах которой происходит движение флюидов при разработке месторождения. Отношение суммарной работающей толщины к суммарной эффективной мощности назы­вается коэффициентом охвата. Этот коэффициент используется для обоснования мероприятий по регулированию процесса вытеснения. Для сравнения работы пластов в разных скважинах или в разное время применяется коэффициент действующей толщины, равный отношению работающей толщины к эффективной толщине перфо­рированного интервала. При герметичном затрубном пространстве и надежном гидродинамическом разобщении пластов этот коэффи­циент определяется изменением проницаемости в пределах коллек­тора.