Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Измерение малых расходов жидкости в стволе скважины при контроле за разработкой нефтяных месторождений

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Измерение малых расходов жидкости в стволе скважины при контроле за разработкой нефтяных месторождений"

На правах рукописи

Киямов Ленар Тагирович

ИЗМЕРЕНИЕ МАЛЫХ РАСХОДОВ ЖИДКОСТИ В СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ ПРИ КОНТРОЛЕ ЗА РАЗРАБОТКОЙ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность:

25.00.17 - «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1

Альметьевск - 2009

003464417

Работа выполнена в Альметьевском государственном нефтяном институте (АГНИ)

Защита диссертации состоится 2 апреля 2009 г. в 14— на заседани диссертационного совета Д222.018.01 в Татарском научно-исследовательском проектном институте нефти (ТатНИПИнефть) ОАО «Татнефть» по адресу:

423236, Республика Татарстан, г. Бугульма, ул. Джалиля, д.32.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Татарского научно исследовательского и проектного института нефти.

Автореферат разослан «27» февраля 2009г.

11аучный руководитель Доктор технических наук, профессор

Габдуллин Тимерхат Габдуллович

Официальные оппоненты: Доктор технических наук

Иктисанов Валерий Асхатович

Кандидат технических наук Служаев Владимир Николаевич

Ведущая организация Научно-техническое управление

ООО «ТНГ-групп»

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Для принятия оптимальных технологических решений при совместной разработке ескольких пластов и горизонтов, позволяющих добиться запланированных проектом зработки коэффициентов нефтеизвлечения, принципиально важно знать распределе-ие интенсивности притока (приемистости) жидкости по стволу скважины с макси-ально возможной детализацией эксплуатационного профиля. Кроме того, даже когда "ъект разработки представляет собой один пласт, вследствие изменчивости фильтра-ионно-емкостных свойств коллектора по вертикали, имеет место неравномерный офиль притока добывающей скважины или профиль приемистости нагнетательной.

На поздней стадии разработки задача получения дифференциальных расходных рактеристик усложняется тем, что состояние цементного камня значительного числа арых скважин неудовлетворительно (имеются заколонные каналы) и создание до-лнительного перепада давления в скважине пакером скважинного расходомера спо-бно существенно исказить истинную картину профиля притока. Это обстоятельство раничивает или делает невозможным применение пакерных расходомеров в обозна-нных выше условиях. Кроме того, пакерные расходомеры имеют и ряд других не-статков: сложность конструкции, точечный режим измерения, частые осложнения и извлечении прибора из скважины и др. Скважинные беспакерные расходомеры с логабаритной турбинкой обладают низкой чувствительностью и не дают количест-нной оценки профиля притока в средне- и низкодебитных скважинах. Скважинные сходомеры с турбинкой большого диаметра позволяют надежно регистрировать орости потока от 30^0 м/ч, однако необходимо иметь в виду, что с ростом размеров пастей растет инерционность турбинки - это приводит к получению более «размыто» профиля притока (приемистости) скважины, а при неблагоприятных условиях следования (малое приращение скорости потока на коротком участке перфориро-нного интервала при высокой скорости протяжки прибора), может привести к дина-ческим погрешностям, значительно превышающим значения основной погрешности мерения.

В этой связи актуальной является задача развития теоретической базы проблемы вышения качества дифференциальных расходных характеристик эксплуатационной важины при контроле за разработкой нефтяных месторождений.

Цель работы заключается в разработке и обосновании рекомендаций п измерению малых расходов жидкости в стволе эксплуатационной скважины пр! контроле за разработкой нефтяных месторождений.

Основные задачи исследований:

1. Анализ соответствия основных технических характеристик серийно выпускае мых промышленностью скважинных расходомеров современным требованиям к прибо рам, применяемым при контроле за разработкой нефтяных месторождений.

2. Разработка теоретических аспектов беспакерного высокочувствительного мало габаритного скважинного расходомера с турбинным преобразователем расхода.

3. Теоретические и экспериментальные исследования динамических характеристи скважинных расходомеров, оснащенных турбинным преобразователем расхода.

4. Разработка методики экспериментального определения динамических характ ристик скважинных расходомеров с турбинным преобразователем расхода.

5. Разработка рекомендаций по минимизации динамической погрешности измер ния скважинных расходомеров с турбинным преобразователем при построении профил притока (приемистости) эксплуатационной скважины методом непрерывной протяжк прибора.

Методы решения поставленных задач

Поставленные задачи решались путем теоретических и экспериментальных иссл дований, обобщением и анализом известной научно-технической и патентной инфо мации, с использованием основных положений теории автоматического управлени метрологии, методов математической статистики.

Научная новизна:

1. Предложена уточненная классификация методов построения профиля прито (приемистости) эксплуатационной скважины.

2. Научно обоснована принципиальная схема скважинного расходомера с гидр динамической системой создания дополнительного движущего момента на турбинн преобразователе расхода. Аналитически установлена зависимость частоты вращеш турбинного преобразователя от конструктивных параметров измерительного трак частоты вращения обоймы, динамической вязкости жидкости, скорости перемещен! глубинного прибора и скорости потока в стволе скважины.

3. Разработана методика экспериментального определения динамических характе-истик скважинных расходомеров с турбинным преобразователем расхода.

4. Экспериментально установлен степенной характер корреляции коэффициента нерционности от скорости потока для скважинных расходомеров с турбинным преоб-азователем расхода.

Основные защищаемые положения:

1. Принципиальная схема, а также математическая модель скважинного расходо-1ера с гидродинамической системой, обеспечивающей создание дополнительного двн-ущего момента на турбинном преобразователе расхода.

2. Методика определения динамических характеристик скважинных расходомеров турбинным преобразователем расхода, а также результаты опытных исследований

яда скважинных расходомеров.

3. Методика определения оптимальных скоростей протяжки скважинных расходо-еров с турбинным преобразователем вдоль интервалов перфорации, при построении рофиля притока (приемистости) скважины для повышения достоверности определения "сплуатационных характеристик объектов разработки.

Практическая и теоретическая ценность:

1. Выполнен анализ методов построения профиля притока (приемистости) экс-луатационной скважины, а также определены технические характеристики современ-ых скважинных турбинных расходомеров.

2. Разработаны теоретические аспекты скважинного расходомера с гидродинами-еской системой создания дополнительного движущего момента на турбинном преоб-азователе расхода, которые могут быть использованы при физическом моделировании

важинных расходомеров данного типа. Теоретически и экспериментально обоснована зможность создания беспакерного малогабаритного скважинного расходомера с ниж-им пределом измерения не выше 3 м3/сут. Подана заявка на изобретение (приоритет .05.2008, № 2008120161).

3. Разработана методика определения динамических характеристик скважинных сходомеров с датчиком турбинного типа, которая может быть применена при проек-фовании скважинных расходомеров. Методика внедрена в учебный процесс Альметь-ского государственного нефтяного института.

4. Разработана методика определения оптимальных скоростей перемещения сква жинных турбинных расходомеров с учетом динамических и статических свойств при бора, позволяющая минимизировать общую погрешность измерения расхода в ствол скважины при построении профиля притока (приемистости).

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались:

- на Всероссийской научно-практической конференции «Большая нефть XXI ве ка» //17-20 октября 2006. - Альметьевск, АГНИ, 2006;

- на Научной сессии ученых по итогам 2007г // 13 - 14 марта 2007. - Альметъ евск, АГНИ, 2007;

- на научных семинарах кафедры «Автоматизация и информационные техноло гии» Альметьевского государственного нефтяного института 2005 - 2008 гг;

- на Научной сессии ученых по итогам 2008г //5-6 марта 2009. - Альметьевс АГНИ, 2009.

Публикации

Основные положения диссертационной работы отражены в 8-и публикациях, том числе в 2-х статьях из списка научных журналов, рекомендованных ВАК РФ, п дана заявка на изобретение.

Объем п структура работы

Диссертационная работа состоит из 4 глав, основных выводов, библиографическ го списка (111 наименований), содержит 138 страницы машинописного теста, в т.ч. 5 рисунка, 2 таблицы и 2 приложения.

Научное руководство при выполнении диссертационной работы осуществлял 3 служенный изобретатель Российской Федерации, доктор технических наук, професс Габдуллин Тимерхат Габдуллович, которому автор выражает искреннюю благода ность. Автор признателен за ценные замечания и консультации кандидату техническ наук, доценту Томусу Юрию Борисовичу, сотрудникам Научно-технического упра ления ТНГ-групп за помощь в обработке результатов исследований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформул рована цель исследований, охарактеризованы основные задачи исследований, показаг научная новизна, практическая и теоретическая ценность полученных результате представлены положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведены задачи, решаемые средствами глубинной расходомет-ии, дается краткий обзор существующих технических средств и методов, применяе-ых при построении профиля притока (приемистости) в эксплуатационных скважинах, ■ елан аналитический обзор скважинных турбинных расходомеров.

Большой вклад в развитие теоретической базы, а также совершенствование мето-в и технических средств, применяемых для исследования скважин в нашей стране 1если: H.H. Непримеров, А.И. Марков, А.Г. Шарагин, И.Д. Умрихин, С.Н. Базиев, JI. Абрукин, Н.Т. Улыбашев, В.А. Сушилин, И.П. Новиков, М.М. Иванов, И.А. Фах-ев, В.А. Блажевич, А.И. Петров, В.Б. Черный, И.Г. Жувагин, С.Г. Комаров, Н.С. 1ясников, Г.Д. Мнухин, Т.Г. Габдуллин, Е.П. Лукьянов, Г.А. Белышев, А.Ф. Блинов, .Н. Дияшев, В.А. Иктисанов, А.Г. Корженевский, А.И. Ипатов, Р.Г. Шагиев, В.К. топленников, Х.К. Самигуллин и др.

Необходимым условием рациональной разработки нефтяных месторождений остижение запланированных коэффициентов нефтеизвлечения в экономически оп-вданные сроки) является обладание следующей информацией о скважине и пластах, влеченных в разработку: работающие интервалы и их доля от общей толщины пла-а; поглощающие интервалы и их количественная характеристика в нагнетательных важинах; распределение интенсивности притока или поглощения вдоль вскрытого рфорацией интервала; выработанность запасов из каждого пропластка, а также сте-нь компенсации закачкой отобранной нефти; необходимость воздействия на приза-йную зону для интенсификации притока или приемистости, а также результаты та-IX воздействий; фильтрационные параметры отдельных пластов или горизонтов; личие перетоков между перфорированными пластами после остановки скважины, а кже ряд других параметров.

Для ведения научно обоснованного процесса разработки многопластовых залежей обходимо обладать информацией о фильтрационных параметрах каждого пласта, собенностью поинтервального определения фильтрационных параметров многопла-ового объекта методом КВД является необходимость глубинных измерений расхода высокой точностью. Согласно исследованиям Блинова А.Ф. - Дияшева Р.Н. после тановки скважины в ее стволе возникают межпластовые перетоки, обусловленные зличными пластовыми давлениями совместно разрабатываемых пластов и горизон-в. Наличие перетоков в стволе остановленной скважины является отличительной ртои исследования совместно разрабатываемых пластов.

Интерпретация результатов исследования обычно заключается в определении п КВД суммарной гидропроводности и скин-эффекта по той или иной методике дл однопластового объекта. Гидропроводность каждого пласта определяется по формуле:

Под дебитом Q¡ подразумевается не дебит отдельного пласта перед закрытие! скважины QHh а разность данной величины и притока после стабилизации забойног давления в остановленной скважине

& (

При поглощении жидкости пластом значение О.,,, берется отрицательным.

Главным препятствием для широкого применения данной методики является о сутствие надежных данных поинтервального распределения дебита, эксплуатируемы горизонтов от общей продукции скважины, а тем более данных по перетокам пос остановки скважины. Основной причиной является низкая чувствительность распр страненных глубинных расходомеров.

Другим негативным проявлением низкой чувствительности, применяемых скв жинных расходомеров, является ошибка в определении работающих толщин пласт которая сказывается при расчетах фильтрационных параметров объектов разработк Например, при расчете фильтрационных параметров пласта по данным исследован методом КВД в программе Еспп V.4.10.02 при разных значениях эффективной мощн сти пласта получаются следующие данные: при мощности - 4м: скин-фактор -0.48 проницаемость - 1340мД; при мощности - бм: скин-фактор -0.28, проницаемость 892мД. Необходимо отметить, что данная ошибка может также быть следствием зн чителыюй инерционности расходомеров с раскрывающимися турбинками - когда силу своих динамических свойств данный тип расходомера, при значительных скор стях протяжки, не успевает отрабатывать малые расходы жидкости в стволе скважин Проведенный обзор методов построения профиля притока (приемистости) дейс пующей скважины показал, что, несмотря на разнообразие подходов решения данн задачи (см. рис.1), наиболее полно комплексу технико-экономических требован удовлетворяют только глубинные механические расходомеры с вращающейся турби кой, - что и определило их широкое распространение на нефтяных промыслах как России, так и зарубежом.

Гяубшшые измерения I

Гсохимв1

ПРСДУКНН

снш анализа проо ка %'стье скважнны

¡Спектрофотачетршеский анализ проо | продукции на устье скважины

Механические глубинные расходомеры

Пакерны-?

Бесгакгрные

Расхсломер постоянного перепал г,

Поплавкове-прулаганый расходомер

Расходомер с заторможенной

_ Г'.Ч ■-^¡■НТ. Л И

Расходомер с вращающейся туроинкой

I ер.мометргге

Термокоилукишныи

| Акустическая

|__

I

Прочие методы

На основе глуошшых датчтзав температуры

I I Стационарная термометрия

| ш основе опто8опокс'нноп>

I_нёйдя_

Опенка профиля притока по данным Еилеокаротажа

Рнс.1. Методы построения профиля притока (приемистости) действующей скважины

Анализ глубинных скважинных расходомеров с датчиком турбинного типа с точ ки зрения структуры потокометрического устройства позволил определить ряд прин ципнальных недостатков пакерных расходомеров (перепад давления на приборе, вы зывающий дополнительную заколонную циркуляцию жидкости в условиях нецелост ного цементного камня; точечный режим измерения, увеличивающий время и трудоза траты; сложность конструкции, снижающая общую надежность прибора и т.д.). Уста новлено, что не все глубинные расходомеры, выпускаемые отечественными произво дителями, удовлетворяют требованиям, определенным в действующем руководяще документе.

Вторая глава посвящена определению путей улучшения метрологических хара теристик скважинных беспакерных малогабаритных расходомеров. Исходя из анализ уравнения движения турбинного преобразователя, определены пути улучшения ме рологических характеристик беспакерных турбинных расходомеров в области малы расходов:

- компенсация момента сопротивления в подшипниковых опорах за счет прин дительного и равномерного вращения турбинного преобразователя;

- увеличение движущего момента за счет приближения вертушки к перфорац онным отверстиям;

- установка перед измерительным узлом (и/или по всей его длине) неподвижно струенаправляющего аппарата;

- применение электрической схемы, способной вырабатывать несколько импул сов за один оборот турбинки.

На гидравлическом стенде метрологического центра Научно-технического упра ления «ТНГ-групп» были проведены эксперименты по определению чувствительное турбинного преобразователя расхода, входящего в состав комплексного прибора ГД 5, при различных режимах его работы. Задачей эксперимента было определение пор га реагирования турбинного расходомера в состоянии покоя и минимального значен расхода, вызывающего отклик на выходе при стабильном вращении турбинного пр образователя (т.е. чувствительность преобразователя). Причем, чувствительность о ределялась на нескольких режимах стабильного вращения турбинки. В результа проведения опытов были получены следующие данные:

- порог реагирования турбинного преобразователя в состоянии покоя - 3,6 м3/ч;

- чувствительность, проверенная на различных режимах (таблица 1), - не хуже ,1 м3/ч;

- чувствительность турбинного преобразователя прибора ГДИ-5 в 36 раз меньше орога реагирования.

Таблица 1. Результаты опытов

Эталонный расход, м3/ч Расход, измеренный глубинным расходомером, в относительных величинах

Знак риращения расхода Начальный расход Изменение расхода Мин. значение расхода из выборки Макс, значение расхода из выборки Средненее значение расхода

5,0 2,4874. 3,3481 2,9178

- 5 4,9 2,4473 2,9735 2,7104

4,8 2,3273 2,7572 2,5423

7,0 3,8646 4,9234 4,3940

+ 7 7,1 4,0974 4,8500 '4,4737

7,2 4,2148 5,0140 4,6144

9,0 5,5377 6,5613 6,0495

+ 9 9,1 5,6263 6,6547 6,1405

9,2 5,8490 6,6826 6,2658

Отмечается, что широко применяемый метод повышения скорости потока в изме-ительном канале беспакерных расходомеров - метод непрерывной протяжки, имеет яд принципиальных недостатков: непостоянство скорости протяжки (возможные ывки) приводит к увеличению дополнительной погрешности измерения; необходи-ость градуировки расходомера в каждой скважине; условия для появления динамиче-их погрешностей измерения, вследствие более быстрого прохождения исследуемых нтервалов и др.

Рассмотрена запатентованная схема беспакерного малогабаритного расходомера с атчиком турбинного типа и гидродинамической системой создания дополнительного вижущего момента на турбинном преобразователе расхода с помощью электродвига-ля с редуктором (рис. 2). Расходомер содержит корпус 1 из немагнитного материала опорами 2, 3 под обойму 4, выполненную также из немагнитного материала; элек-одвигатель с редуктором 5, который с помощью полумуфт 6, 7 магнитной муфты меет кинематическую связь с обоймой 4 и через каротажный кабель имеет электриче-ую связь со вторичным прибором; турбинку 8 с постоянным магнитом 9, имеющим агнитную связь с герконами 10А и 10Б (магнитоуправляемые контакты), для преоб-зования числа оборотов турбинки в электрический сигнал, посылаемый через прово-

да 11 и каротажный кабель на вторичный прибор; опоры 12, 13, выполненные в обой ме 4, для установки турбинки 8; верхняя 15 и нижняя 14 направляющие решетки винтообразными лопастями, установленные жестко в обойме 4.

А-А

I

Рис. 2. Скважинный расходомер I - корпус, 2,3,12,13 - опоры, 4 - обойма, 5 - электродвигатель с редуктором, 6,7 -магшпные полумуфты, 8 - турбипка, 9 - постоянный магнит, 1ОЛ, 1 ОБ - герконы, 11 -провод, 14,15- струенаправлягощие решетки.

Угловое смещение (несимметричное расположение) герконов 10А и 10Б друг тносительно друга позволяет определить направление вращения турбинки. А для пределения частоты вращения обоймы 4, а, следовательно, скорости дополнительно озданного локального потока жидкости в области турбинки, скважинный прибор набжен герконным датчиком 10В, срабатывающим от магнитной муфты 7.

Данное техническое решение обеспечивает снижение нижнего предела диапазо-а измерения расходомера путем создания дополнительной скорости жидкости через урбинку за счет вращения направляющих решеток, установленных в обойме выше и иже турбинки и имеющих винтообразные лопасти. Таким образом, решетки играют оль осевых насосов. Применение описанной выше конструкции, помимо снижения орога реагирования турбинки (путем замены силы трения покоя на трение движения, начение которого значительно меньше), позволяет получить равномерное распреде-ение скоростей в области измерительного тракта расходомера и создает первичную урбулизацию потока. Чем больше первичная турбулизация потока, тем меньше кри-ическое число Рейнольдса, тем самым расширяется автомодельная область работы асходомера, в которой изменение свойств измеряемой жидкости незначительно влия-т на погрешность измерения.

Основным недостатком описанного выше скважинного расходомера является ожность конструкции системы привода турбинного преобразователя, а также неста-ильиость работы электродвигателя привода обоймы в условиях высоких и перемен-ых температур. Поэтому была проработана упрощенная модель расходомера (рис. 3), снованная на тех же принципах, и сохраняющая основные преимущества описанного ыше расходомера.

Главное отличие разработанной модели расходомера от прототипа заключается в истеме привода обоймы, внутри которой установлена малогабаритная измерительная рбинка: если в прототипе для вращения обоймы используется энергия микроэлек-одвигателя, то в предложенном варианте расходомера та же задача решается посред-вом кинетической энергии потока, передаваемой обойме через турбинный преобра-ватель с увеличенным, по сравнению с измерительной турбинкой, диаметром. Таким бразом, существенно упрощается конструкция расходомера, сокращаются стоимость о изготовления и увеличивается ресурс работы прибора с вращающейся обоймой ри работе в скважинах с низким дебитом в неблагоприятных условиях исследования.

Рис. 3. Скважинный расходомер 1 - корпус, 2 - турбинка, 3,11- преобразователь числа оборотов турбинки, 4,5 - опоры, 6 -обойма, 7,8 - струенаправляющие решетки, 9 - вторая турбинка, 10 - центратор, 12 -лопасти второй турбинки, 13,14-подшипники, 15 - окна для выхода жидкости.

Определенная аналитически статическая характеристика разрабатываемого расходомера выражается следующей зависимостью:

„ _(«.).v-Sa/i-((a2\ + (a,\-Hr„r-Sim), ) (",).„ •(",).„ --------------- г\ ( \ Viir + rcKiiJ- ( 2\ ■ (3)

Здесь:

Ускв — скорость потока в скважине (регистрируемый параметр), м/с, Ущ, - скорость движения прибора (берется со знаком «+» при движении расходомера навстречу потоку), м/с", ¿»ста _ площадь сечения обсадной колонны скважины, ,if; S,„-, ~ площадь сечения измерительного канала (обоймы) , м'\ НСцГ - ход винтовых поверхностей, образующих лопасти струенаправляющей решетки, м.

Коэффициенты определяются по следующим формулам (индексы «м» и «б» относятся соответственно к малому и большому турбинному преобразователю):

р-С-Р' p-Cf ■/,,/„___к^.р

2-S,,-H3 2-Я -iS",,, -sin2р 2-я"

(4)

МАт |

•п-S 2-7Г'

+ (6)

где р - плотность жидкости, кг/м1', С - коэффициент, учитывающий параметры турбинки и равный приблизительно 0,5; О- среднеквадратичный диаметр турбин-ки; - площадь сечения измерительного канала (обоймы); С) - коэффициент трения; /л - длина лопасти, м\ J^¡- момент вязкого трения, кг-м1; /7,, - ход винтовых поверхностей, образующих лопасти турбинки, л/; //., = "г'"<■'"• тжвипалепт-

II,. Паи-

ный ход винтовых поверхностей, м; /?,, - угол подъема винтовых поверхностей лопастей ротора, град', к„ - коэффициент пропорциональности; ц -- динамический коэффициент вязкости, Пас\ Ист - радиус ступицы турбинки, м\ 6 - зазор между ступицей и струевыпрямителем, м; кг, — коэффициент пропорциональности. Нетрудно заметить, что коэффициент преобразования, предлагаемого расходомера больше, чем у глубинного расходомера классической конструкции, оснащенного

таким же турбинным преобразователем, - что дает преимущество при измерении малых расходов жидкости.

Анализ основных источников дополнительной погрешности предлагаемого расходомера показал, что благодаря оригинальной конструкции снижается влияние таких факторов как: вариация вязкости жидкости; изменение диаметра обсадной колонны; вихревое движение жидкости в зоне истечения из перфорационных отверстий; различие фазовых скоростей составляющих потока и средней скорости; неравномерное движение скважинного прибора; изменение гидравлического сопротивления измерительного канала. Кроме того, снижается вероятность появления динамических ошибок измерения.

В третьей главе исследуются динамические свойства скважинных расходомеров с турбинным преобразователем расхода.

Динамическая погрешность измерения, возникающая при протяжке расходомера вдоль продуктивных интервалов, определяется как инерционными свойствами первичного преобразователя (турбинки), так и дискретным способом преобразования скорости вращения турбинки в электрический сигнал. Частотная модуляция сигнала, поступающего с первичного преобразователя, не влияет на характер искажений, а лишь сужает границы применения расходомера и проявляется при работе на малых расходах. В случае же, когда глубинный расходомер работает в линейной части статической характеристики, динамическое качество турбинных преобразователей расхода определяется в основном характеристикой ротора первичного преобразователя (турбинки).

В общем случае, динамическая погрешность измерительного преобразователя с передаточной характеристикой апериодического звена первого порядка (к которым относится турбинный преобразователь расхода) зависит от коэффициента при производной в уравнении движения датчика, а также скорости изменения контролируемой величины. Эта погрешность имеет систематическую и случайные составляющие. Коррекция случайных сбоев производится при оценке качества первичных данных с применением методов математической статистики. Минимизация систематической составляющей динамической погрешности может осуществляться аппаратными, технологическими и алгоритмическими методами.

'Закон движения ротора преобразователя описывается дифференциальным уравнением первого порядка:

а(

где Г — коэффициент инерционности, с; к - статический коэффициент преобразования, м'3.

Основываясь на результатах расчета массо-центровочных характеристик измерительных узлов глубинных расходомеров: РГД-4, прибора АКАТ-КСА-36 (базовый модуль расхода), раскрывающегося расходомера РРГ, выполненных в системе трехмерного твердотельного моделирования КОМПАС-ЗБ У8, были вычислены значения коэффициента инерционности турбинных преобразователей расхода указанных приборов в зависимости от скорости потока. На рис.4 представлен скриншот программы для раскрывающегося расходомера РРГ.

Вычисления проводились по двум, наиболее цитируемым п литературе, формулам:

формуле, предложенной Дж. Греем:

4-У,.

Г =

]+Т]-

Я.

(8)

где - момент инерции турбинки, кг-лГ; - площадь одной лопасти ротора, м'\ I\ - коэффициент обтекания лопастей, равный примерно 0,9; /?<„, - наружный радиус ротора и радиус ступицы ротора соответственно, м; г - число лопастей; р - плотность потока, кг/м3; V — скорость жидкости в установившемся режиме вращения турбинки. м/с; I, - длина лопастей, м; Д,, - угол подъема винтовых поверхностей, грек). - формуле, предложенной Н.Я. Вовченко:

Т =

р<2

(

(9)

где площадь живого сечения потока в зоне ротора, м2\ р, р' - плотности измеряемой среды и материала ротора соответственно, кг/м3',,/ж - момент инерции жидкости, заполняющей межлопастное пространство, кгм~.

Файл Редактор

ооркэ Площадь Объем Масса Центр касс

Э = 0.0120527082 м2

V = 0.0000095576 мЗ М - 0.0189551592 кг Хс = -0.0174724460 и Ус = 0.0238389952 м 2С = 0.0250611114 Ы

центральной системе координат: моменты инерции

0.0000030239 КГ*м2 0.0000060134 КР*М2 0.0000060135 кг*м2 0.0000000005 кг*м2 -0.0000000008 кг*н2 О.0000000000 кг*м2

главной центральной системе координат:

моменты инерции Лх = 0.0000060135 кг*м2

СЗТ" = О. 0000030239 > •

Направление главных осей инерции: Ось 1 и ось 2 ортогональны оси 3

Ось 2 X = 1.0000000000

У = 0.0000000000

г = о.оооооооооо

Лх = 0.0000257011 кг* Лу = 0.0000237052 кг* ¿г = 0.0000225724 кг* Ох у = 0.0000078958 кг-Охг = 0.0000082993 кг" Оуг = -0.0000113 2 44 кг

В глобальной системе координат: Осевые моменты инерции

ентробезкные моменты инерции

< : >

Рис. 4. Модель и масс о-центровочные х ар акт фис тики измерительного узла р аск рывающ ег о ся р асх од о м ер а РРГ

На рис. 5 представлены аналитические зависимости коэффициента инерционности от скорости потока для раскрывающегося расходомера РРГ.

v

Скорость потока, м/с

----По Вовченко

-По Грею

Рис. 5. Зависимость коэффициента инерционности от скорости потока для рассылающегося расхоломсра РРГ

Кроме того, указывается на неравенство коэффициента инерционности ртгона и торможения турбинных преобразователей при одинаковых абсолютных значениях расхода.

В четвертой главе определены задачи экспериментальных исследований глубинных расходомеров в динамике, разработана методика снятия динамических характеристик глубинных расходомеров, приведены результаты экспериментов, разработан алгоритм определения оптимальной скорости движения беспакерного расходомера по стволу скважины при построении профиля притока (приемистости).

Проведенный автором анализ научно-технической литературы, периодических изданий, патентной документации позволил выделить несколько принципиально отличающихся способов экспериментального исследования динамики аксиальных турбинных преобразователей расхода.

Априори было известно, что коэффициент инерционности турбинных преобразователей расхода, применяемых в конструкциях глубинных расходомеров, имеет поря-

док.десятых и сотых долей секунды. Т.е. при определенных условиях переходной процесс может заканчиваться менее чем за один оборот ротора. В тоже время, большинство глубинных расходомеров снабжены электронной схемой, вырабатывающей один импульс за один оборот ротора - это обстоятельство не позволяет в полной мере реализовать необходимые эксперименты по известным технологиям снятия динамических характеристик.

Суть примененного нами способа экспериментального определения динамических свойств глубинного расходомера заключалась в имитации скачкообразного воздействия на турбинный преобразователь расхода и фиксацию на фотокамеру динамики разгона турбинки, находящейся в прозрачной поликарбонатной трубе. Имитация скачкообразного воздействия достигалась путем освобождения турбинного преобразователя, предварительно заторможенного в потоке жидкости. Способом торможения вертушки был выбран механический контакт с тормозящей иглой. На оси турбинного преобразователя наносилась яркой краской винтообразная линия с определенным углом подъема. Выходной сигнал расходомеров в виде последовательности импульсов не использовался, поэтому штепсельные разъемы, предназначенные для подключения расходо-мерных модулей к блоку электроники, герметично изолировались от жидкости специальным колпаком. Напротив вертушки на штативе устанавливался цифровой фотоаппарат Canon Powershot А550 в режиме видеосъемки с частотой кадров 60 кадров/секунду и разрешением 320x240 точек. Причем фотоаппарат устанавливался таким образом, что винтовая линия, нанесенная на ось турбинки, полностью попадала в кадр. Процесс раскручивания фиксировался на фотокамеру. Учитывая зависимость коэффициента инерционности турбинки от расхода, исследования проводились на нескольких стабильных расходах.

Анализ видеоматериала осуществлялся в видео редакторе по следующему алгоритму:

1. После загрузки видео файла в программу визуально определялся момент освобождения турбинки с точностью примерно ±0,5 с;

2. Файл помещался на полосу раскадровки и момент освобождения турбинки уточнялся бегунком с точностью ±0,03 с;

3. Продолжительность анализируемого участка видео файла, исходя из априорной информации о переходных процессах исследуемых турбинок, а также с учетом визуальных данных, было решено взять 1,1 с;

4. Из определенного на шаге 3 временного интервала делалось 12 кадров с частотой следования 1 кадр за 0,1 секунды;

5. Каждый из полученных кадров обрабатывался в графическом редакторе следующим образом:

а) строго по оси турбинного преобразователя наносилась вертикальная линия;

б) определялось расстояние отточки пересечения вертикальной липни, нарисованной в графическом редакторе с винтовой линией, паиссснпой на оси в натуре, до верхнего конца оси турбинного преобразователя;

в) по известному углу подъема винтовой линии вычислялся угол поворота турбинки на каждой точке исследуемого интервала;

6. Для каждой скорости потока, на которой исследовался турбинный преобразователь, составлялась таблица:

Время, с

Угол поворота за Д1=0,1 с, град

7. По данным, полученным по вышеописанному алгоритму и занесенным в табли-

цу, определялась длительность переходного процесса из условия выполнения неравенства:

'2 ^ (10) где ф - угол поворота турбинки, отнесенный к соответствующему временному интервалу, град;

в - требуемая точность вычисления, град.

В первой точке, в которой выполнялось неравенство, переходной процесс считался завершившимся; коэффициент инерционности вычислялся как Т~1,ш/4,6.

По описанному выше алгоритму коэффициент инерционности вычислялся для каждого исследуемого расходомера на семи скоростях потока, после чего строилась эмпирическая зависимость г""""'= Г'"Ш" (V).

Опыты ставились на базе проливного стенда, установленного в лаборатории кафедры «Автоматизации и информационных технологий» Альметьевского государственного нефтяного института. На рис. 6 приведена гидравлическая схема той части проливной установки, которая использовалась в ходе экспериментов.

I

| ! ' ! Р , 1 , ' ! \> г. 1:1 Й ! : ! *' ! ' 1

■ ■; - ? 1 ; 4 \ и \ 1

ь V , Ч ) ; 1

РФ !! ■!'.:.!

1 Р ; ! ; V ! (■' 1

Г , 1 1 1 ¡1 ! . 1 ' , ' • ! .

............:.....г

•'■•"•"••"Г-"'"1:-?)-

Условия нахождения оптимальной, с точки зрения рения, скорости движения скважинного расходомера можно сформулировать так:

минимума погрешности изме-с датчиком турбинного типа

- во-первых, скорость протяжки должна быть такова, что скорость потока жидкости через измерительный канал была достаточна для работы турбипки в автомодельной области (значение этого расхода соответствует началу линейной части статической характеристики расходомера, т.е. нижний предел измерения);

- во-вторых, скорость протяжки должны быть такой, что значение динамической погрешности, возникающей при измерении расхода в режиме протяжки, находилось бы в заданных пределах.

Таким образом, система неравенств, определяющая оптимальную скорость протяжки турбинного расходомера, имеет вид:

[V >У ,

пр — 1Ш.Ж'

здесь У„р - скорость протяжки расходомера, м/с; К„ж~ нижний предел измерения расходомера, м/с;

¿0,У<),К,/,) - относительная динамическая погрешность, которая рассчитывается решением дифференциального уравнения (5) на основе экспериментальных данных о динамических свойствах скважинного расходомера.

1. Аналитический обзор глубинных скважинных расходомеров показал, что не все глубинные расходомеры, выпускаемые отечественными производителями, удовлетворяют современным требованиям к геофизическим приборам, применяемым при контроле за разработкой нефтяных месторождений.

2. Определены пути улучшения метрологических характеристик беспакерпых глубинных расходомеров в области малых расходов, а также приведены варианты их технической реализации.

3. Разработаны теоретические аспекты высокочувствительного малогабаритного скважинного расходомера с гидродинамической системой, обеспечивающей создание дополнительного движущего момента на турбинном преобразователе расхода. Аналитически установлена зависимость выходного сигнала предлагаемого расходомера от

(И)

о

Основные выводы

конструктивных параметров измерительного тракта, частоты вращения обоймы и от расхода жидкости в стволе скважины.

4. Исследована динамическая составляющая дополнительной погрешности измерения беспакерных расходомеров, работающих в режиме протяжки: определены источники динамических ошибок; проведен обзор методов минимизации динамической погрешности турбинных преобразователей расхода. Основываясь на результатах расчета массо-цснтровочных характеристик измерительных узлов ряда глубинных расходомеров, выполненных в системе трехмерного твердотельного моделирования КОМПАС-ЗО У8, определены значения коэффициентов инерционности турбинных преобразователей расхода исследованных приборов.

5. На основе разработанной методики определения динамических характеристик скважинных расходомеров, оснащенных турбинным преобразователем, экспериментально исследованы динамические свойства ряда серийных скважинных расходомеров. Методика внедрена п учебный процесс Альметьевского государственного нефтяного института, а также рекомендована ведущему предприятию к применению для определения динамических характеристик используемых скважинных расходомеров.

6. Разработана методика определения оптимальных скоростей протяжки скважинных расходомеров с турбинным преобразователем при построении профиля притока (приемистости) эксплуатационной скважины с использованием эмпирических зависимостей коэффициента инерционности скважинного турбинного расходомера от скорости потока. Рекомендовано нормировать скорости протяжки скважинных расходомеров при построении профиля притока (приемистости) эксплуатационной скважины.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Княмов, Л. Т., Шафикова, Г. М. К вопросу построения профиля притока добывающей скважины беспакерными расходомерами [Текст] / Л. Т. Киямов, Г. М. Шафикова // ПТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности». -2008.-№7.-С. 9-17.

2. Киямов, Л. Т., Габдуллин, Т. Г. К вопросу измерения расхода жидкости в стволе обсаженной эксплуатационной скважины [Текст] / Л. Т. Киямов, Т. Г. Габдуллин // Нефтяное хозяйство. - 2009. - №2. - С. 40-41.

3. Габдуллин, Т. Г., Киямов, Л. Т. К вопросу измерения расхода жидкости в стволе эксплуатационной скважины глубинными механическими расходомерами [Текст] / Т. Г. Габдуллин, Л. Т. Киямов // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. -2008. -№3.- С. 193-202.

4. Киямов, Л. Т. К вопросу влияния инерционных характеристик глубинных расходомеров турбинного типа на точность измерения расхода при построении профиля притока (приемистости) в эксплуатационных скважинах [Текст] / Л. Т. Киямов // Маг-лы Всероссийской научно-практической конференции «Большая нефть XXI века», 1720 октября. - Альметьевск : Типография Альметьевского гос. нефт. ин-та, 2006. - С. 342-346.

5. Киямов, Л. Т. Состояние вопроса измерения расхода жидкости в стволе действующей скважины с целью контроля за разработкой нефтяного мес торождения [Текст] / Л. Т. Киямов, Г. М. Шафикова, Ш. Т. Габдуллин // Мат-лы научи, сессии ученых по итогам 2006г., 13-14 марта. - Альметьевск : Типография Альметьевского гос. нефт. пита, 2007. - С. 154-160.

6. Киямов, Л. Т. Вопросы точности измерения дебита (расхода) в стволе скважины [Текст] / Л. Т. Киямов, Г. М. Шафикова, Ш. Т. Габдуллин // Mar-лы научн. сессии ученых по итогам 2006г, 13-14 марта. - Альметьевск : Типография Альметьевского гос. нефт. ин-та, 2007.-С. 151-154.

7. Киямов, Л. Т. О вариантах решения проблемы измерения дебита нефтяных скважин [Текст] / Л. Т. Киямов, Г. М. Шафикова, Ш. Т. Габдуллин // Мат-лы научи, сессии ученых по итогам 2006г, 13-14 марта. - Альметьевск : Типография Альметьевского гос. нефт. ин-та, 2007. - С. 170-178.

8. Заявка 2008120161 Российская Федерация МПК7 Е21В 47/10, G01F 1/12. Сква-жинный расходомер [Текст] / Габдуллин Т. Г., Киямов Л. Т. и др. ; заявитель ОАО «Татнефть» ; заявл. 20.05.2008.

Отпечатано в секторе оперативной полиграфии института «ТатНИПИнефть» ОАО «Татнефть» тел.: (85594) 78-656,78-565 Подписано в печать 25.02.2009 г. Заказ №25020901 Тираж 100 экз.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Киямов, Ленар Тагирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОФИЛЯ ПРИТОКА (ПРИЕМИСТОСТИ) В СТВОЛЕ ОБСАЖЕННОЙ СКВАЖИНЫ.

1.1. О функциональной роли построения профиля притока (приемистости) при контроле за разработкой нефтяных месторождений.

1.2. Развитие технических средств и методов, применяемых при построении профиля притока (приемистости) эксплуатационных скважин.

1.3. Аналитический обзор глубинных механических расходомеров.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ПУТИ СОЗДАНИЯ БЕСПАКЕРНЫХ СКВАЖИННЫХ РАСХОДОМЕРОВ.

2.1. Уменьшение нижнего предела измерений беспакерных расходомеров с датчиком турбинного типа.

2.2. Разработка теоретических основ глубинного беспакерного высокочувствительного расходомера малого диаметра.

2.2.1. Обоснование и выбор принципиальной схемы высокочувствительного глубинного скважинного расходомера.

2.2.2. Исследование расходомера с винтовой аксиальной турбинкой и вращающимися струенаправляющими решетками.

2.2.3. Вариант технической реализации предлагаемой схемы измерения.

2.2.4. Статическая характеристика разрабатываемого расходомера.

2.2.5. Анализ источников дополнительной погрешности предлагаемого расходомера.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СКВАЖИННЫХ РАСХОДОМЕРОВ ТУРБИННОГО ТИПА.

3.1. Элементы теории динамики турбинных преобразователей расхода.

3.2. Источники динамических погрешностей глубинных расходомеров.

3.3. Методы минимизации динамической погрешности глубинных турбинных расходомеров.

3.4. Аналитический расчет динамических характеристик глубинных расходомеров турбинного типа.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. СТЕНДОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ СКВАЖИННЫХ РАСХОДОМЕРОВ ТУРБИННОГО ТИПА.

4.1. Анализ методов экспериментального исследования динамических характеристик турбинных расходомеров.

4.2. Описание способа исследования скважинных расходомеров в динамике.

4.3. Результаты экспериментов.

4.4. Методика определения оптимальных скоростей перемещения скважинного расходомера вдоль интервалов перфорации.

Выводы по главе 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Измерение малых расходов жидкости в стволе скважины при контроле за разработкой нефтяных месторождений"

Актуальность работы

Для принятия оптимальных технологических решений при совместной разработке нескольких пластов и горизонтов, позволяющих добиться запланированных проектом разработки коэффициентов нефтеизвлечения, принципиально важно знать распределение интенсивности притока (приемистости) жидкости по стволу скважины с максимально возможной детализацией эксплуатационного профиля. Кроме того, даже когда объект разработки представляет собой один пласт, вследствие изменчивости фильтрационно-емкостных свойств коллектора по вертикали, имеет место неравномерный профиль притока добывающей скважины или профиль приемистости нагнетательной.

На поздней стадии разработки данная задача усложняется тем, что состояние цементного камня значительного числа старых скважин неудовлетворительно (имеются заколонные каналы) и создание дополнительного перепада давления в скважине пакером скважинного расходомера способно существенно исказить истинную картину профиля притока. Это обстоятельство ограничивает или делает невозможным применение пакерных расходомеров в обозначенных выше условиях. Кроме того, пакерные расходомеры имеют и ряд других недостатков: сложность конструкции, точечный режим измерения, частые осложнения при извлечении прибора из скважины и др. Скважинные беспакерные расходомеры с малогабаритной турбинкой обладают низкой чувствительностью и не дают количественной оценки профиля притока в средне- и низкоде-битных скважинах. Скважинные расходомеры с турбинкой большого диаметра позволяют надежно регистрировать скорости потока от 30-40 м/ч, однако необходимо иметь в виду, что с ростом размеров лопастей растет инерционность турбинки - это приводит к получению более «размытого» профиля притока (приемистости) скважины, а при неблагоприятных условиях исследования (малое приращение скорости потока на коротком участке перфорированного интервала при высокой скорости протяжки прибора), может привести к динамическим погрешностям, значительно превышающим значения основной погрешности измерения.

В этой связи актуальной является задача развития теоретической базы проблемы повышения качества дифференциальных расходных характеристик эксплуатационной скважины при контроле за разработкой нефтяных месторождений.

Цель работы заключается в разработке и обосновании рекомендаций по измерению малых расходов жидкости в стволе эксплуатационной скважины при контроле за разработкой нефтяных месторождений.

Основные задачи исследований: .

1. Анализ соответствия основных технических характеристик серийно выпускаемых промышленностью скважинных расходомеров современным требованиям к приборам, применяемым при контроле за разработкой нефтяных месторождений.

2. Разработка теоретических аспектов беспакерного высокочувствительного малогабаритного скважинного расходомера с турбинным преобразователем расхода.

3. Теоретические и экспериментальные исследования динамических характеристик скважинных расходомеров, оснащенных турбинным преобразователем расхода.

4. Разработка методики экспериментального определения динамических характеристик скважинных расходомеров с турбинным преобразователем расхода.

5. Разработка методики определения оптимальных скоростей перемещения скважинных расходомеров с турбинным преобразователем при построении профиля притока (приемистости) эксплуатационной скважины методом непрерывной протяжки прибора.

Методы решения поставленных задач

Поставленные задачи решались путем теоретических и экспериментальных исследований, обобщением и анализом известной научно-технической и патентной информации, с использованием основных положений теории автоматического управления, метрологии, методов математической статистики.

Научная новизна:

1. Предложена уточненная классификация методов построения профиля притока (приемистости) эксплуатационной скважины.

2. Научно обоснована принципиальная схема скважинного расходомера с гидродинамической системой создания дополнительного движущего момента на турбинном преобразователе расхода. Аналитически установлена зависимость частоты вращения турбинного преобразователя от конструктивных параметров измерительного тракта, частоты вращения обоймы, динамической вязкости жидкости, скорости перемещения глубинного прибора и скорости потока в стволе скважины.

3. Разработана методика экспериментального определения динамических характеристик скважинных расходомеров с турбинным преобразователем расхода.

4. Экспериментально установлен степенной характер корреляции коэффициента инерционности от скорости потока для скважинных расходомеров с турбинным преобразователем расхода.

Основные защищаемые положения:

1. Принципиальная схема, а также математическая модель скважинного расходомера с гидродинамической системой, обеспечивающей создание дополнительного движущего момента на турбинном преобразователе расхода.

2. Методика определения динамических характеристик скважинных расходомеров с турбинным преобразователем расхода, а также результаты опытных исследований ряда скважинных расходомеров.

3. Методика определения оптимальных скоростей протяжки скважинных расходомеров с турбинным преобразователем вдоль интервалов перфорации, при построении профиля притока (приемистости) скважины для повышения достоверности определения эксплуатационных характеристик объектов разработки.

Практическая и теоретическая ценность:

1. Выполнен анализ методов построения профиля притока (приемистости) эксплуатационной скважины, а также определены технические характеристики современных скважинных турбинных расходомеров.

2. Разработаны теоретические аспекты скважинного расходомера с гидродинамической системой создания дополнительного движущего момента на турбинном преобразователе расхода, которые могут быть использованы при физическом моделировании скважинных расходомеров данного типа. Теоретически и экспериментально обоснована возможность создания беспакерного малогабаритного скважинного расходомера с нижним пределом измерения не выше 3 м /сут. Подана заявка на изобретение (приоритет 20.05.2008, № 2008120161).

3. Разработана методика определения динамических характеристик скважинных расходомеров с датчиком турбинного типа, которая может быть применена при проектировании скважинных расходомеров. Методика внедрена в учебный процесс Альметьевского государственного нефтяного института.

4. Разработана методика определения оптимальных скоростей перемещения скважинных турбинных расходомеров с учетом динамических и статических свойств прибора, позволяющая минимизировать общую погрешность измерения расхода в стволе эксплуатационной скважины при построении профиля притока (приемистости).

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались:

- на Всероссийской научно-практической конференции «Большая нефть XXI века» // 17-20 октября 2006. - Альметьевск, АГНИ, 2006;

- на Научной сессии ученых по итогам 2007г // 13 — 14 марта 2007. — Альметьевск, АГНИ, 2007;'

- на научных семинарах кафедры «Автоматизация и информационные технологии» Альметьевского государственного нефтяного института 2005 - 2008 гг.;

- на Научной сессии ученых по итогам 2008г //5 — 6 марта 2009. — Альметьевск, АГНИ, 2009.

Публикации

Основные положения диссертационной работы отражены в 8-и публикациях, в том числе в 2-х статьях из списка научных журналов, рекомендованных ВАК РФ, подана заявка на изобретение.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из 4 глав, основных выводов, библиографического списка (111 наименований), содержит 138 страницы машинописного теста, в т.ч. 54 рисунка, 2 таблицы и 2 приложения.

Заключение Диссертация по теме "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений", Киямов, Ленар Тагирович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Аналитический обзор глубинных скважинных расходомеров показал, что не все глубинные расходомеры, выпускаемые отечественными производителями, удовлетворяют современным требованиям к геофизическим приборам, применяемым при контроле за разработкой нефтяных месторождений.

2. Определены пути улучшения метрологических характеристик беспакерных глубинных расходомеров в области малых расходов, а также приведены варианты их технической реализации.

3. Разработаны теоретические аспекты высокочувствительного малогабаритного скважинного расходомера с гидродинамической системой, обеспечивающей создание дополнительного движущего момента на турбинном преобразователе расхода. Аналитически установлена зависимость выходного сигнала предлагаемого расходомера от конструктивных параметров измерительного тракта, частоты вращения обоймы и от расхода жидкости в стволе скважины.

4. Исследована динамическая составляющая дополнительной погрешности измерения беспакерных расходомеров, работающих в режиме протяжки: определены источники динамических ошибок; проведен обзор методов минимизации динамической погрешности турбинных преобразователей расхода. Основываясь на результатах расчета массо-центровочных характеристик измерительных узлов ряда глубинных расходомеров, выполненных в системе трехмерного твердотельного моделирования KOMIIAC-3D V8, определены значения коэффициентов инерционности турбинных преобразователей расхода исследованных приборов.

5. На основе разработанной методики определения динамических характеристик скважинных расходомеров, оснащенных турбинным преобразователем, экспериментально исследованы динамические свойства ряда серийных скважинных расходомеров. Методика внедрена в учебный процесс Альметьевского государственного нефтяного института, а также рекомендована ведущему предприятию к применению для определения динамических характеристик используемых скважинных расходомеров.

6. Разработана методика определения оптимальных скоростей протяжки скважинных расходомеров с турбинным преобразователем при построении профиля притока (приемистости) эксплуатационной скважины с использованием эмпирических зависимостей коэффициента инерционности скважинного турбинного расходомера от скорости потока. Рекомендовано нормировать скорости протяжки скважинных расходомеров при построении профиля притока (приемистости) эксплуатационной скважины.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Киямов, Ленар Тагирович, Альметьевск

1. Абдулин, Ф. С. Повышение производительности скважин Текст. / Ф. С. Абдулин. М. : Недра, 1975. - 264 с.

2. Абрукин, A. J1. Потокометрия скважин Текст. / А. Л. Абрукин. М. : Недра, 1978.-253 с.

3. Базив, В. Ф. О проектировании совместной разработки многопластовых объектов Текст. / В. Ф. Базив // Нефтяное хозяйство. 2002. — №3. — С. 46-47.

4. Базив, В. Ф. Объединять или не объединять пласты в один объект разработки Текст. / В. Ф. Базив // Нефтяное хозяйство. 2005. - №4. - С. 104-106.

5. Бар-Слива, В. И. Методы компенсации влияния изменения вязкости на показания турбинных расходомеров Текст. / В. И. Бар-Слива // Приборы и системы управления. 1975. - №4. - С. 20-22.

6. Белышев, Г. А., Ахметов А. С. Многофункциональные программно-управляемые скважинные приборы для контроля за разработкой нефтегазовых месторождений Текст. / Г. А. Белышев, А. С. Ахметов // Каротажник. — 2003. — №111-112.-С. 103-110.

7. Бикбулатов, Б. М. Экспериментальная оценка характеристик объемных расходомеров, используемых для исследования высокодебитных скважин Текст. / Б. М. Бикбулатов, Б. 3. Бровин, Т. Г. Габдуллин // Нефтепромысловая геофизика : сб. ст. Уфа, 1976. - Вып.6.

8. Блажевич, В. А. Исследование притока и поглощения жидкости по мощности пласта Текст. / В. А. Блажевич, И. А. Фахреев, А. А. Глазков. - М. : Недра, 1969.- 135 с.

9. Блинов, А. Ф. Исследования совместно эксплуатируемых пластов Текст. / А. Ф. Блинов, Р. Н. Дияшев. -М. : Недра, 1971. 175 с.

10. Бобровников, Г. Н., Камышев, JI. А. Статические характеристики турбинного расходомера жидкости Текст. / Г. Н. Бобровников, J1. А. Камышев // Известия вузов. 1970. -№ Ю. - С. 69-74.

11. Бошняк, Jl. J1. Измерение малых расходов жидкостей Текст. / JI. JT. Бошняк, JI. Н. Бызов. JI. : Машгиз, 1961. - 82 с.

12. Бошняк, JI. JI. Тахометрические расходомеры Текст. / JI. J1. Бошняк, J1. Н. Бызов. JI. : Машиностроение, 1968. — 202 с.

13. Бошняк, JI. Л., Бызов, Л. Н. и др. Градуирование турбинно-тахометрических расходомеров Текст. / Л. Л. Бошняк, Л. Н. Бызов // Измерительная техника. 1962. - № 7. — С. 45^49.

14. Бошняк, Л. Л., Бызов, Л. И. Оценка динамических свойств преобразователей турбинно-тахометрических расходомеров Текст. / Л. Л. Бошняк, Л. Н. Бызов // Приборы и системы управления. 1967. - №5, С. 15-16.

15. Бошняк, Л. Л., Бызов, Л. И. Экспериментальное определение постоянной времени крыльчато-тахометрических преобразователей расходов Текст. / Л. Л. Бошняк, Л. Н. Бызов // Измерительная техника. 1962. - №2. - С. 58-60.

16. Браун, Дж., Рогачев, Д. Распределенные системы контроля температуры на базе современных волоконно-оптических датчиков Текст. / Дж. Браун, Д. Рогачев // Геология, Геофизика. 2005. - №1. - С. 5-11.

17. Бузинов, С. Н. Гидродинамические методы исследования скважин и пластов Текст. / С. Н. Бузинов, И. Д. Умрихин. -М. : Недра, 1993. 416 с.

18. Вовченко, Н. Я. Динамические характеристики скоростного расходомера топлива с вертушкой Текст. / TI. Я. Вовченко // Труды МАИ. Авиационное приборостроение и автоматика : сб. ст. М. : ОборонГИЗ, 1959. - Вып. 109. - С. 43-57.

19. Габдуллин, Т. Г. Исследование и разработка комплекса глубинных дистанционных приборов для контроля за состоянием эксплуатации нефтяных месторождений Текст. : автореф. дис. . канд. техн. наук : 246 / Т. Г. Габдуллин; КПТИ. Куйбышев, 1969. - 20 с.

20. Габдуллин, Т. Г. Оперативное исследование скважин Текст. / Т. Г. Габдуллин. М. : Недра, 1981. - 213 с.

21. Габдуллин, Т. Г. Техника и технология оперативных исследований скважин Текст. / Т. Г. Габдуллин. — Казань : Плутон, 2005. 336 с.

22. Ганцев, А. О. Автономные информационно-измерительные системы для исследования скважин Текст. : автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.11-16 / А. О. Ганцев; Уфим. гос. авиационный техн. ун-т. Уфа, 2001. - 16 с.

23. Гладковский, Ю. Н. Турбинные тахометрические расходомеры Текст. / Ю. Н. Гладковский // Методы и приборы для измерения расходов жидкости, газа и пара / П. П. Кремлевский. М., 1967. - С. 121-129.

24. Глубинная видеосъемка Видеозапись. / Фильм компании «Halliburton». 1994г.

25. ГОСТ 8.009-84. Нормирование и использование метрологических характеристик средств измерения Текст. Взамен ГОСТ 8.009-72 ; введ. 198607-01. - М. : Изд-во стандартов, 1988. - 39 с.

26. Грановский, В. А. Динамические измерения. Основы метрологического обеспечения Текст. / В. А. Грановский. JI. : Энергоатомиздат, 1984. — 224 с.

27. Дахнов, В. Н. Электрические и магнитные методы исследования скважин Текст./В. Н. Дахпов. — М. : Недра, 1981.-344 с.

28. Дистелберген, X. Динамические характеристики турбинного расходомера Текст. / X. Дистелберген // Экспресс-информация. Приборы и элементы автоматики. 1966. - №37. - реф. 174.

29. Дияшев, Р. Н. Влияние шага измерения на определение работающей мощности пластов по данным исследования пакерными глубинными дебитоме-рами и расходомерами Текст. / Р. Н. Дияшев // Нефтяное хозяйство. — 1971. — №6. С. 43-46.

30. Дияшев, Р. Н. Механизмы негативных последствий совместной разработки нефтяных пластов Текст. / Р. Н. Дияшев. — Казань: Изд-во Казанск. унта, 2004. 192с.

31. Дияшев, Р. Н. Совместная разработка нефтяных пластов Текст. / Р. Н. Дияшев. -М. : Недра, 1984. -208с.

32. Жувагин, И. Г. Скважинный термокондуктивный дебитомер СТД Текст. / И. Г. Жувагин, С. Г. Комаров, В. Б. Черный. М. : Недра, 1973. - 80 с.

33. Заявка 2008120161 Российская Федерация МПК7 Е21В 47/10, G01F 1/12. Скважинный расходомер Текст. / Габдуллин Т. Г., Киямов JI. Т. и др. ; заявитель ОАО «Татнефть» ; заявл. 20.05.2008.

34. Ибатуллин, Р. Г.Определение парциальных дебитов пластов многообъектных скважин способом спектрофотометрии добываемых нефтей Текст. / Р. Г. Ибатуллин, И. Ф. Глумов, С. Г. Уваров и др. // Труды ин-та ТатНИПИнефть. Бугульма. - 2000. - Вып. 4. - С. 15-22.

35. Иктисанов В. А. Определение фильтрационных параметров пластов и реологических свойств дисперсных систем при разработке нефтяных месторождений Текст. / В. А. Иктисанов. М. : ОАО «ВНИИОЭНГ», 2001.-212 с.

36. Иосифов, В. П. Исследование математических моделей измерительных преобразователей датчиков механических величин Текст. / В. П. Иосифов // НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности». -2006,-№2.-С. 15-19.

37. Ипатов, А. И. Геофизический и гидродинамический контроль разработки месторождений углеводородов Текст. / А. И. Ипатов, М. И. Кременецкий. — Ижевск : РСД, 2005. 780 с.

38. Карлов, Р. Г., Карлов, К. Р. Волоконно-оптические технологии телеметрии для геофизических исследований скважин Текст. / Р. Г. Карлов, К. Р. Карлов // Каротажник. 2005. - №129. - С. 53-64.

39. Карпова, Н. Е. Коррекция динамических погрешностей гидрологических информационно-измерительных систем Текст. : дис. . канд. техн. наук : 05.11.16 / Карпова Надежда Евгеньевна. Самара, 2001. — 159 с. - Библиогр. : с. 150-159.

40. Киямов, J1. Т., Шафикова, Г. М. К вопросу построения профиля притока добывающей скважины беспакерными расходомерами Текст. / JL Т. Киямов, Г. М. Шафикова // НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности». -2008. -№7. С. 9-17.

41. Киямов, JT. Т., Габдуллин, Т. Г. К вопросу измерения расхода жидкости в стволе обсаженной эксплуатационной скважины Текст. / Л.Т. Киямов, Т. Г. Габдуллин // Нефтяное хозяйство. 2009. - №2. - С. 40-41.

42. Кузнецов, Б. Ф., Пинхусович, P. JI. Минимизация динамической погрешности измерительных преобразователей Текст. / Б. Ф. Кузнецов, P. JI. Пинхусович // Измерительная техника. — 2004. — №10. — С. 12—14.

43. Лукьянов, Э. Е. Использование интеллектуальных систем для оснащения эксплуатационных нефтегазовых скважин Текст. / Э. Е. Лукьянов // НТВ «Каротажник». 2001. - Вып.80. - 23 с.

44. Метелев, В. П. Применение метода акустической шумометрии при контроле за разработкой в ООО «Красноярскнефтегеофизика» Текст. / В. Г1. Ме-телев // Каротажник. 2001. - №72. - С. 134-147.

45. Модуль сканирующей интегральной расходометрии (РИП) Электронный ресурс. / Официальный сайт ОАО Hi 111 "ВНИИГИС". Электрон, дан. -Октябрьский, 2007 - Режим доступа: http://vniigis.bashnet.ru/pdf/kino/l.pdf, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус.

46. Мясников, Н. С. Методы объемного и массового контроля производительности на забое и поверхности нефтяных скважин Текст. : автореф. дис. . канд. техн. наук : 246 / Н. С. Мясников; ВНИИКАНЕФТЕГАЗ. Казань, 1969. -20 с.

47. Мясников, Н. С. Расходомеры с прямолопастной измерительной турбиной для измерения вязких жидкостей Текст. / Н. С. Мясников // Теоретические и экспериментальные вопросы рациональной разработки нефтяных месторождений / КГУ. Казань, 1969. - С. 264-269.

48. Непримеров, Н. Н. Особенности внутриконтурной выработки нефтяных пластов Текст. / Н. Н. Непримеров, А. Г. Шарагин. Казань : изд. КГУ, 1961. — 206 с.

49. Пат. 2082111 Российская Федерация, 6 G 01 F 25/00. Стенд для динамической градуировки расходомеров жидкости Текст. / Лобов Б. И. ; заявитель и патентообладатель Лобов Б. И. № 5048521/28 ; заявл. 18.06.92 ; опубл. 20.06.97, Бюл. № ?. - 3 с. : ил.

50. Петров, А. И. Вопросы точности измерений при гидродинамических исследованиях скважин Текст. : автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.05.06 / А. И. Петров; ВНИИнефть. М., 1972. - 19 с.

51. Петров, А. И. Глубинные приборы для исследования скважин Текст. / А. И. Петров. -М. : Недра, 1980. 224 с.73 .Петров, А. И. Методы и техника измерений при промысловых исследованиях скважин Текст. / А. И. Петров. — М. : Недра, 1972. — 272 с.

52. Петров, А. И. Техника и приборы для измерения расхода жидкости в нефтяных скважинах Текст. / А. И. Петров, В. Н. Васильевский. М. : Недра, 1967.- 188 с.

53. Петров, В. В. Основы динамической точности автоматических информационных устройств и систем Текст. : Учебное пособие / В. В. Петров, А. С. Усков. -М. : Машиностроение, 1976. -216 с.

54. Пронкин, Н. С. Основы метрологии динамических измерений Текст. : Учеб. пособие для вузов / Н. С. Пронкин. — М. : Логос, 2003. — 256 с.

55. Расчет и конструирование расходомеров Текст. / под ред. П. П. Кремлевского. — М. : Машиностроение, 1978. 224 с.

56. Результаты внедрения скважинных турбинных малогабаритных расходомеров Электронный ресурс. / Модуль скважинного расходомера ТОР. — Электрон, дан. 2007 - Режим доступа: http:// http://geotech.by.nj/index.html, свободный. — Загл. с экрана. - Яз. рус.

57. Рекламные проспекты отечественных и зарубежных производителей глубинных расходомеров Текст.

58. Самигуллин, X. К. Анализ эффективности беспакерных турбинных расходомеров при исследовании нефтегазовых скважин Текст. / X. К. Самигуллин // Каротажник. 2001. - №129. - С. 311-316.

59. Самигуллин, X. К. Разработка методики исследований и интерпретации данных потокометрии при освоении и испытании низкопродуктивных пластов Текст. : автореф. дис. . канд. техн. наук : 04.00.12 / X. К. Самигуллин; Баш-НИПИнефть. Уфа, 1990. - 17 с.

60. Самигуллин, X. К., Утопленников, В. К., Назмутдинова, Э. М. Методические особенности потокометрических исследований в скважинах с вязкой нефтью Текст. / X. К. Самигуллин, В. К. Утопленников, Э. М. Назмутдинова // Каротажник. 2001. - №129. - С. 301-310.

61. Скважинный расходомерный модуль ГРАНАТ-РМ. Техническое описание и инструкция по эксплуатации Текст. / ВНИИнефтепромгеофизика. — Уфа, 1996.

62. Степанов, Г. Ю. Гидродинамика решеток турбомашин Текст. / Г. Ю. Степанов. М. : Физматгиз, 1962. - 512 с.

63. Счетчик жидкости VA2305M. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. АО «ASWEGA», г. Таллин.

64. Тихонов, А. Н. Методы решения некорректных задач Текст. / А. Н. Тихонов, В. Я. Арсенин. М. : Наука, 1979. - 286 с.

65. Томпсон, Р. Усовершенствованная расчетная модель турбинного расходомера Текст. / Р. Томпсон, Дж. Грей // Экспресс-информация. Контрольно-измерительная техника. 1970. - № 36. — С. 10-29.

66. Усовершенствование методики исследований гидрогеологических скважин комплексом расходомеров Текст. : отчет о НИР / ВНИИГИС ; рук. Черный В. Б.; исполн. : Попов В. М. Октябрьский, 1983. - 188 с. -Инв. № VIII В 71-3/623-81.

67. Фахреев, И. А. Исследование характеристик глубинных механических расходомеров турбинного типа Текст. / И. А. Фахреев // НТС «Машины и нефтяное оборудование». 1964. - №9. - С. 24-28.

68. Фахреев, И. А. Разработка методов и глубинной аппаратуры для исследования профилей притока и поглощения скважин Текст. : автореф. дис. . канд. техн. наук : 246 / И. А. Фахреев; УФНИИ. Уфа, 1968. - 21 с.

69. Хансуваров, К. И. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара Текст. / К. И. Хансуваров, В. Г. Цейтлин. М. : Издательство стандартов, 1990. — 287 с.

70. Черный, В. Б. Исследование скважинного термокондуктивного дебито-мера (СТД) и применение его для решения нефтепромысловых задач Текст. : автореф. дис. . канд. техн. наук : 131 / В. Б. Черный; ВНИИнефть. М., 1969. -17 с.

71. Шагиев, Р. Г. Гидродинамические исследования скважин Текст. / Р. Г. Шагиев. М. : Наука, 1998. - 301 с.

72. Шестаков, A. JI. Анализ динамической погрешности и выбор параметров измерительного преобразования Текст. / A. JI. Шестаков // Измерительная техника. 1992. - №6. - 3 с.

73. Ющенко, О. А. Адаптивная коррекция динамических характеристик термоконвективных расходомеров Текст. : дис. . канд. техн. наук : 05.11.13 / Ющенко Ольга Алексеевна. СПб., 1999. - 222 с. - Библиогр. : с. 177—183.

74. А.с. 1089421 СССР, G 01 F 25/00. Генератор импульсов расхода / В. Н. Конков, В. А. Решетников (СССР). № 3465291/18-10 ; заявл. 05.07.82 ; опубл. 30.04.84, Бюл. № 16. - 2 с. : ил.

75. А.с. 1329331 СССР, 4 G 01 F 15/18. Расходомер скважинный Текст. / Т. Г. Габдуллин, О. М. Липатов, Г. А. Белышев, Ш. Т. Габдуллин (СССР). № 3933096/24-10 ; заявл. 17.07.85 ; опубл. 1986г., Бюл. № 17. -5 с. : ил.

76. Allam, S. Investigation of damping and radiation using full plane wave decomposition in ducts text. / S. Allam, M. Abom // Journal of Sound and Vibration. -2006.-№292, p. 519-534.

77. Atkinson, K. A software tool to calculate the over-registration error of a turbine meter in pulsating flow text. / K. Atkinson // Flow Measurement and Instrumentation. 1992. - №3(3), p. 167-172.

78. Dynamics of turbine flow meters / by Petra Wilhelmina Stoltenkamp. — Eindhoven : Technische Universiteit Eindhoven, 2007. — Proefschrift.

79. Grey, J. Transient Response of the Turbine Flowmeter text. / J. Grey // "Jet Propulsion". 1956. - v. 26. -№ 2, p. 98-100.

80. Higson, D. N. The transient performance of a turbine flowmeter in water text. / D. N. Higson // "I. Scient Instrum". 1964. - v. 41. - №5, p. 317-320.

81. Jepson, P. Transient response of a helical flowmeter text. / P. Jepson // "I. Mech. Engng. Sci.". 1964. - v. 6. - № 4, p. 337-342.

82. Lee, B. The dynamic response of turbine flowmeters in liquid lows text. / B. Lee, R. Cheesewright, C. Clark // Flow Measurement and Instrumentation. — 2004.-№15, p. 239-248.

83. Oppenheim, A. K. Pulsating flow measurement text. / A. K. Oppenheim // «Trans. ASME». 1955. - V. 77. - N 2.

84. Thompson, R. E. Turbine flowmeter performance model text. / R. E. Thompson, J. Grey // "Paper. Amer. Soc. Mech. Eng.". 1969. - WA/FM-2, p. 11.

85. Thompson, R. Turbine flowmeter performance model text. / R. Thompson, J. Grey // Journal of Basic Engineering, Transactions of the ASME. — 1970. — №92(4), p. 712-723.