ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
При разработке нефтяных и газовых месторождений геофизическими методами используют для решения следующих задач:
1. контроля за изменением положения ВНК и ГВК в скважинах;
2. выделения работающих пластов в перфорированной (или необсаженной) части скважине и определения дебита отдельных пластов (здесь основные методы: дебитометрия и термометрия);
3. изучения изменений состава и плотности жидкости по стволу скважины с целью выделения интервалов поступления нефти, газа и воды в скважину;
4. исследования режимов работы эксплуатационных скважин путём определения положения и изменения во времени разделов нефть-вода и газ-вода в стволе работающей скважины;
5. контроля за процессами интенсификации пластов (гидравлического разрыва пластов, солянокислотной обработки и т.п.);
6. изучения технического состояния скважин (коррозия труб, состояние цементного кольца и т.п.).
Условия проведения исследований в перфорированных скважинах
Измерения в перфорированных скважинах в связи с тем, что в них установлены насосно-компрессорные трубы (НКТ), выполняются приборами малого диаметра, а именно 36 и 42 мм.
Действующие скважины с повышенным давлением на устье исследуются с помощью лубрикатора, обеспечивающего спуск и подъем прибора без разгерметизации устья. Лубрикаторы устанавливаются на передвижной вышке. Обычно давление на устье избыточно и поэтому приборы снабжаются грузами.
Потокометрия (дебитометрия, расходометрия)
Дебитометрия - расходометрия является одним из основных методов изучения эксплуатационных характеристик пласта. Измерение скорости потока (или расхода) жидкости по стволу скважины.
Задачи, решаемые этим методом: определение дебита нефти по пластам и пропласткам в добывающих скважинах или расхода воды в нагнетательных; определение мест притока и поглощения жидкости в скважинах; изучение гидродинамических характеристик пластов-коллекторов.
Приборы, применяемые в этом методе, называются скважинными расходомерами (дебитомерами). Наибольшее распространение имеют инжекционные, термокондуктивные и тахометрические расходомеры.
Инжекционные расходомеры (рис. 1) состоят из корпуса с центрирующими фонарями, внутри которого располагается инжектор метки потока и 2 детектора меток.
Рисунок 1
Инжектор впрыскивает в поток метку, т.е. порцию жидкости, отличающуюся от промывочной жидкости по какому-либо физическомусвойству (радиоактивности, температуре, прозрачности или электропроводности). Эта метка переносится потоком и улавливается сначала первым, а затем вторым детектором.
Засекают время продвижения метки от 1 до 2 детектора и, зная расстояние между ними, рассчитывают скорость потока, а зная диаметр скважины и диаметр самого прибора - расход потока. Относительная погрешность измерений — 2-5%.
Тахометрические (механические) расходомеры состоят из первичного преобразователя — датчика скорости потока в виде турбинки или крыльчатки, соосной с потоком, и вторичного преобразователя, вырабатывающего электрический сигнал, пропорциональный числу оборотов крыльчатки за единицу времени.
Тахометрические преобразователи могут быть разные: омические, индуктивные, магнитоуправляемые, оптические. Соответственно преобразователю различаются и их управляющие элементы. Например, если преобразователь магнитоуправляемый (т.е. магнитный контакт, или феррозонд), то управляющий элемент - постоянный магнит; если индуктивный (катушка индуктивности на незамкнутом сердечнике), то управляющий элемент - пластина из ферромагнитного материала, замыкающая сердечник, и т.п.
Механические расходомеры бывают беспакерные и пакерными.
Движущийся поток жидкости в беспакерном расходомере(рис. 2) проходит через измерительный канал, в котором помещена четырехлопастная турбинка. Вращение турбинки передается оси, на конце которого укреплен постоянный магнит. Под действием магнитного поля прерывается электрическая цепь с помощью магнитного прерывателя тока (магнитоуправляемый контакт), с частотой равной, частоте вращения турбинки. Положение измерительного окна строго по оси скважины обеспечивается центрирующим фонарем.
Рис.2 Беспакерный расходомер: 1 – головка прибора; 2 – магнит; 3 – магнитоуправляемый контакт; 4 – струенаправляющий фонарь; 5 – турбинка; 6 – подпятник турбинки; 7 – пружина; 8 – толкатель; 9 – рычаг центрирующего фонаря.
В пакерном механическом расходомере (рис. 3) весь поток жидкости через центрирующий фонарь направляется в подпакерное пространство. Пакер представляет собой пружины, на которые надет матерчатый чехол. Раскрытие и закрытие пакера осуществляется вращением электромотора через редуктор.
Попадающий под пакер поток жидкости направляется либо полностью через входные окна в измерительный канал, либо частично, если в пакере имеются парциальные отверстия. Вращающаяся под действием потока турбинка с помощью укрепленого на ее оси магнита прерывает электрическую цепь магнитоуправляемого контакта с частотой, пропорциональной частоте вращения турбинки.
Рис. 3. Пакерный расходомер: 1 – электромотор; Рисунок 4.
2 – редуктор; 3 – магнитоуправляемый контакт;
4 – магнит; 5 – выходное окно; 6 – турбинка;
7 – парциальное отверстие в пакере; 8 – входное окно;
9 – пружина пакера; 10 – чехол пакера; 11 – центрирующий фонарь
Принцип действия прерывателя следующий (рис. 4). При вращении магнита 7, укрепленного на турбинке, магнитная стрелка 12 совершает колебательные движения вокруг оси 16, замыкая и размыкая электрическую цепь через подвижный контакт 15. Таким образом, в цепи, подключенной к кабелю 1, возникают электрические импульсы, число которых, очевидно, совпадает с числом оборотов турбинки. Амплитуда колебаний стрелки ограничивается контактом 15 и упором 13. Магнит 14 увеличивает время стояния стрелки на контакте.
В итоге расходометрических исследований получают график изменения притока или поглощения жидкости с глубиной, который называют профилем притока или поглощения
Результаты расходометрических измерений представляют в виде интегрального и дифференциального профилей. Интегральный профиль – это график изменения суммарного расхода или притока, жидкости. Дифференциальный профиль представляет собой график поинтервального расхода жидкости по глубине скважины.
Интервалы притока характеризуются на профиле резкими изменениями показаний расходомера.
От числа оборотов крыльчатки переходят к расходу потока Q. Для редактирования расходограмм путем их пересчета из условных единиц (Гц, имп/мин) в физические величины - единицы скорости (м/с) используют или результаты градуировки на специально оборудованном стенде, имитирующее поток в работающей скважине, или проводят запись на разных скоростях при движении снаряда вниз и вверх по стволу скважины. В результате обоих мероприятий получаем аппаратурный коэффициент и находим скорость потока. Далее при учете реальных диаметров сечения потока переходим к дебиту.
Рисунок 5 - Профили притока скважины, построенные с помощью дебитомера ДГД-4;
1-интервал перфорации, 2-интервалы притока: 1 – при Q=116 т/сут, 11 – при Q=119 т/сут.
Термокондуктивные расходомеры (термоанемометры) представляют собой термочувствительный элемент R,, помещаемый в исследуемый поток и нагретый до температуры, превышающей температуру потока. Схема измерений с термоанемометром приведена на рис. 6. При первоначальной температуре (в неподвижной жидкости) измерительный мост сбалансирован, и прибор, включенный в его диагональ, дает нулевые показания.
Набегающий поток жидкости охлаждает чувствительный элемент тем интенсивнее, чем выше скорость потока. Баланс моста нарушается, и регистрирующий прибор начинает давать показания.
Приборы этого типа обладают хорошей чувствительностью, однако результаты измерений с ними трудно поддаются количественной интерпретации. К тому же, на результаты сильно влияет изменение теплофизических свойств среды, например, примесь газа, изменение состава, плотности среды и т.п.
Рис. 6 Электрическая схема измерений с термокондуктивным расходомером-дебитомером
Рисунок 7. Пример выделения работающих интервалов в обсаженной скважине по кривой термодебитомера (термоанемометра).
1 – работающие участки пласта; 2 – неработающие участки пласта; 3- профиль притока флюида; 4 – вода; 5 – нефть.