[go: up one dir, main page]

RU2599740C1 - Method of measuring flow rate of fluid in the well and a self-contained well thermal anemometer for its implementation - Google Patents

Method of measuring flow rate of fluid in the well and a self-contained well thermal anemometer for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2599740C1
RU2599740C1 RU2015125640/03A RU2015125640A RU2599740C1 RU 2599740 C1 RU2599740 C1 RU 2599740C1 RU 2015125640/03 A RU2015125640/03 A RU 2015125640/03A RU 2015125640 A RU2015125640 A RU 2015125640A RU 2599740 C1 RU2599740 C1 RU 2599740C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
fluid
well
hot
wire anemometer
Prior art date
Application number
RU2015125640/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Артур Михайлович Асланян
Дмитрий Александрович Давыдов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "МИКС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "МИКС" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "МИКС"
Priority to RU2015125640/03A priority Critical patent/RU2599740C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2599740C1 publication Critical patent/RU2599740C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/06Measuring temperature or pressure
    • E21B47/07Temperature
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/01Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by using swirlflowmeter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: invention relates to oil and gas industry and can be used for geophysical exploration in horizontal and inclined operating oil wells. Method of measuring flow rate of fluid in well means pulse heating of fluid flow, measurement of temperature of fluid with at least two temperature sensors, spaced apart along the well axis, and comparison of signals of two temperature sensors. Heating is initiated by means of independent borehole heat loss anemometer. Thermal anemometer has a power supply unit, sealed cylindrical housing, in upper part of which there is a sealed compartment containing a computer system. In lower part of anemometer along the body axis there is a through opening of oval section, which formes a cylindrical channel with located inside it two temperature sensors, that are in opposite walls of channel along the body axis. In the computer system when measuring temperature is recorded from the first sensor which measures initial temperature in the borehole fluid, and from the second sensor which measures temperature of heated by means of pulse-width modulation fluid in the channel of heat loss anemometer above the other temperature sensor. Fluid flow velocity in the well is found by determining the difference of measured temperatures from the first and second sensors, on the basis of which, taking into account the initial temperature of well fluid flow, is calculated by mathematical expression, considering coefficients calculated during calibration in operating temperature range.
EFFECT: high measurement accuracy.
14 cl, 2 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована при проведении геофизических исследований в горизонтальных и наклонно-направленных действующих нефтяных скважинах.The group of inventions relates to the oil and gas industry and can be used in geophysical surveys in horizontal and directional operating oil wells.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Из US 2011/0315375 А1 (опубл. 29.12.2011, МПК Е21В 47/00, MOSCATO TULLIO (FR) и др.) известно устройство для измерения скорости движения флюидов в скважине, содержащее гибкую трубу в которой расположена система измерения скорости движения флюидов в скважине, включающая нагреватель с датчиком температуры и датчики окружающей среды. По разности температур между нагреваемым датчиком температуры и датчиком окружающей среды определяют скорость движения флюидов в скважине.From US 2011/0315375 A1 (publ. 12/29/2011, IPC E21B 47/00, MOSCATO TULLIO (FR), etc.), a device is known for measuring fluid velocity in a well containing a flexible pipe in which there is a system for measuring fluid velocity in well, including a heater with a temperature sensor and environmental sensors. The temperature difference between the heated temperature sensor and the ambient sensor determines the speed of fluid movement in the well.

Способ измерения скорости движения флюидов в скважине включает следующие операции:A method for measuring fluid velocity in a well includes the following operations:

- размещение скважинной системы в скважине с множеством чувствительных элементов, при этом каждый из множества сенсорных элементов содержит, по меньшей мере, один нагреватель и, по меньшей мере, один датчик температуры;- placing the downhole system in a well with a plurality of sensing elements, wherein each of the plurality of sensing elements comprises at least one heater and at least one temperature sensor;

- измерение первичных параметров текучей среды жидкости в скважине с первой части из множества сенсорных элементов, работающих в качестве нагревателя и второй части из множества сенсорных элементов, работающих в качестве датчика температуры;- measurement of the primary parameters of the fluid fluid in the well from the first part of the plurality of sensor elements operating as a heater and the second part of the plurality of sensor elements operating as a temperature sensor;

- измерение вторичных параметров текучей среды жидкости в скважине со второй части из множества сенсорных элементов, работающих в качестве нагревателя и первой части из множества сенсорных элементов, работающих в качестве датчиков температуры;- measurement of the secondary parameters of the fluid fluid in the well from the second part of the plurality of sensor elements operating as a heater and the first part of the plurality of sensor elements operating as temperature sensors;

- вычисление скорости движения флюидов в скважине на основе, по меньшей мере, одного первичного и вторичного измерений параметров жидкости.- calculation of fluid velocity in the well based on at least one primary and secondary measurement of fluid parameters.

Наиболее близким аналогом предлагаемой группы изобретений является способ и устройство для измерения скорости потока жидкости, раскрытые в RU 2280159 С2 (опубл. 20.07.2006, МПК Е21В 47/10, ОАО НПП «ВНИИГИС» (RU) и др.). Устройство, раскрытое в наиболее близком аналоге, включает импульсный нагреватель потока жидкости, генератор токовых импульсов нагревателя, одну или несколько пар датчиков температуры, усилители, демультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, блок приема-передачи. При этом устройство дополнительно содержит блок автоматической регулировки периода импульсов тока нагревателя в соответствии со скоростью потока, пару датчиков температуры, установленных в одном направлении от нагревателя, где расстояние между датчиками не более чем в 2 раза отличается от расстояния между нагревателем и ближним к нему датчиком.The closest analogue of the proposed group of inventions is a method and apparatus for measuring the flow rate of a liquid disclosed in RU 2280159 C2 (publ. July 20, 2006, IPC Е21В 47/10, OJSC NPP VNIIGIS (RU), etc.). The device disclosed in the closest analogue includes a pulsed fluid flow heater, a generator of current pulses of a heater, one or more pairs of temperature sensors, amplifiers, a demultiplexer, an analog-to-digital converter, a microcontroller, and a transmit-receive unit. Moreover, the device further comprises a unit for automatically adjusting the period of the current pulses of the heater in accordance with the flow rate, a pair of temperature sensors installed in one direction from the heater, where the distance between the sensors is no more than 2 times different from the distance between the heater and the sensor closest to it.

Способ измерения скорости потока жидкости в скважине, раскрытый в наиболее близком аналоге, заключается в импульсном нагреве потока жидкости, измерении температуры жидкости датчиками температуры, разнесенными вдоль оси скважины, и сравнении сигналов двух датчиков температуры, где в процессе измерения производят запись температуры во время прохождения тепловой волны жидкости, сформированной после прохождения нагревателя, с помощью двух датчиков температуры, расположенных в одном направлении от нагревателя, а скорость потока жидкости находят путем корреляции сигналов первого и второго датчика, определения времени запаздывания тепловых волн на расстоянии от ближнего к дальнему датчику.The method for measuring the velocity of a fluid flow in a well, disclosed in the closest analogue, consists in pulse heating of a fluid flow, measuring the temperature of a fluid with temperature sensors spaced along the axis of the well, and comparing the signals of two temperature sensors, where the temperature is recorded during the measurement during thermal waves of liquid formed after the passage of the heater, using two temperature sensors located in the same direction from the heater, and the fluid flow rate found by correlating the signals of the first and second sensors, determining the delay time of thermal waves at a distance from the nearest to the far sensor.

Недостатками рассмотренных способов измерения скорости потока жидкости в скважине и устройств для их осуществления является погрешность измерения скорости потока жидкости при изменении исходной температуры потока скважинного флюида и нестабильность мощности подогрева по мере разряда источника питания, приводящие к уменьшению точности измерений.The disadvantages of the considered methods of measuring the fluid flow rate in the well and devices for their implementation are the error in measuring the fluid flow rate with a change in the initial temperature of the well fluid flow and the instability of the heating power as the power source is discharged, leading to a decrease in the measurement accuracy.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Задача предлагаемой группы изобретений состоит в разработке автономного скважинного термоанемометра новой конструкции, обеспечивающего точность измерения параметров в скважине.The objective of the proposed group of inventions is to develop an autonomous downhole hot-wire anemometer of a new design, which ensures the accuracy of measuring parameters in the well.

Техническим результатом группы изобретений является повышение точности измерений.The technical result of the group of inventions is to increase the accuracy of measurements.

Поставленная задача и требуемый технический результат достигаются за счет нового способа измерения скорости потока флюида в скважине, заключающегося в импульсном нагреве потока флюида, измерении температуры флюида, по меньшей мере, двумя датчиками температуры, разнесенными вдоль оси скважины, и сравнении сигналов, двух датчиков температуры, в котором нагрев осуществляют с использованием широтно-импульсной модуляции, при этом в процессе измерения производят запись температуры с первого датчика, измеряющего исходную температуру в потоке скважинного флюида, и со второго датчика, измеряющего температуру с нагретого при помощи широтно-импульсной модуляции флюида, а скорость движения потока флюида в скважине находят путем определения разности измеренных температур с первого и второго датчиков, на основе которой, с учетом исходной температуры потока скважинного флюида, производят расчет по формулеThe task and the required technical result are achieved through a new method for measuring the velocity of the fluid flow in the well, which consists in pulsed heating of the fluid flow, measuring the temperature of the fluid, at least two temperature sensors spaced along the axis of the well, and comparing signals, two temperature sensors, in which heating is carried out using pulse-width modulation, while in the process of measuring the temperature is recorded from the first sensor that measures the initial temperature in the sweat well of the borehole fluid, and from a second sensor measuring the temperature from the fluid heated by pulse-width modulation, and the velocity of the fluid flow in the well is determined by determining the difference in the measured temperatures from the first and second sensors, based on which, taking into account the initial temperature of the borehole flow fluid, calculated by the formula

V=V0+a*ΔT+b*Т+с*ΔT2+d*Т2+f*ΔT*Т,V = V 0 + a * ΔT + b * T + s * ΔT 2 + d * T 2 + f * ΔT * T,

где V0, а, b, с, d, f - коэффициенты, рассчитанные при проведении калибровки прибора в рабочем диапазоне температур;where V 0 , a, b, c, d, f are the coefficients calculated during calibration of the device in the operating temperature range;

Т - исходная температура потока скважинного флюида;T is the initial temperature of the flow of the well fluid;

ΔТ - разность температур нагретого и исходного потока скважинного флюида.ΔТ is the temperature difference between the heated and the initial flow of the well fluid.

Поставленная задача и требуемый технический результат достигаются также за счет нового автономного скважинного термоанемометра для измерения скорости потока флюида в скважине, содержащего блок питания, герметичный цилиндрический корпус, в верхней части которого расположен герметичный отсек, содержащий вычислительную систему, а в нижней его части по оси корпуса расположено сквозное окно овального сечения, образующее цилиндрический канал с расположенным внутри него двумя датчиками температуры, расположенными у противоположных стенок канала по оси корпуса, причем один из датчиков температуры содержит нагреватель, осуществляющий нагрев при помощи широтно-импульсной модуляции, и находится в канале термоанемометра выше другого датчика температуры.The task and the required technical result are also achieved through a new autonomous downhole hot-wire anemometer for measuring the fluid flow rate in the well containing a power unit, a sealed cylindrical body, in the upper part of which there is a sealed compartment containing a computing system, and in the lower part along the body axis there is a through window of an oval section forming a cylindrical channel with two temperature sensors located inside it, located at opposite walls to the channel along the axis of the housing, and one of the temperature sensors contains a heater that performs heating using pulse-width modulation, and is located in the channel of the hot-wire anemometer above another temperature sensor.

Датчики температуры помещены в защитные титановые кожухи.Temperature sensors are placed in protective titanium casings.

Герметичный отсек выполнен с возможностью размещения блоков микроконтроллера, модема для управления работой прибора, блок нагрева с использованием широтно-импульсной модуляции и флеш-памяти, смонтированных на одном шасси, причем блок микроконтроллера электрически связан с другими блоками.The sealed compartment is arranged to accommodate microcontroller blocks, a modem for controlling the operation of the device, a heating block using pulse-width modulation and flash memory mounted on one chassis, the microcontroller block being electrically connected to other blocks.

Первый датчик температуры электрически связан с блоком микроконтроллера.The first temperature sensor is electrically connected to the microcontroller unit.

Второй датчик температуры с нагревателем электрически связан с блоком микроконтроллера.The second temperature sensor with a heater is electrically connected to the microcontroller unit.

Нагреватель выполнен в виде нихромовой спирали, электрически связанной с блоком нагрева.The heater is made in the form of a nichrome spiral electrically connected to the heating unit.

Нижний конец корпуса снабжен первым переходным разъемом, соединенным через общую шину с вычислительной системой.The lower end of the housing is provided with a first adapter connector connected via a common bus to the computing system.

Верхний конец корпуса снабжен вторым переходным разъемом, соединенным через общую шину с вычислительной системой.The upper end of the housing is equipped with a second adapter connector connected via a common bus to the computing system.

В нижнем конце корпуса расположен первый обтекатель, выполненный с возможностью жесткого крепления к нижней части корпуса.At the lower end of the housing is the first fairing, made with the possibility of rigid attachment to the lower part of the housing.

В верхнем конце корпуса расположен блок питания с соединительным разъемом, выполненный с возможностью жесткого крепления его нижней частью к корпусу таким образом, что второй переходный разъем корпуса и соединительный разъем блока питания соединяются между собой.At the upper end of the housing is a power supply with a connector, made with the possibility of hard mounting its lower part to the housing so that the second adapter connector of the housing and the connector of the power supply are interconnected.

Блок питания содержит аккумулятор, электрически связанный с соединительным разъемом.The power supply unit contains a battery electrically connected to the connector.

В верхней части блока питания расположен второй обтекатель, выполненный с возможностью жесткого крепления к блоку питания.In the upper part of the power supply is a second fairing, made with the possibility of hard mounting to the power supply.

Первый и второй обтекатели имеют форму конуса, у вершины каждого из которых выполнено перпендикулярно оси корпуса сквозное отверстиеThe first and second fairings are conical in shape, at the apex of each of which a through hole is perpendicular to the axis of the body

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Группа изобретений будет более понятна из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:The group of inventions will be better understood from the description, which is not restrictive and is given with reference to the accompanying drawings, in which:

На Фиг. 1 изображен продольный разрез автономного скважинного термоанемометра.In FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an autonomous downhole hot-wire anemometer.

На Фиг. 2 изображен продольный разрез блока питания автономного скважинного термоанемометра.In FIG. 2 shows a longitudinal section through a power unit of an autonomous downhole hot-wire anemometer.

На Фиг. 3 изображена схема вычислительной системы автономного скважинного термоанемометра.In FIG. 3 shows a diagram of a computing system of an autonomous downhole hot-wire anemometer.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Автономный скважинный термоанемометр с блоком питания (9) содержит герметичный цилиндрический корпус (1), в верхней части которого расположен герметичный отсек (5), содержащий вычислительную систему, а в нижней его части по оси корпуса (1) расположено сквозное окно (2) овального сечения, образующее цилиндрический канал с расположенным внутри него двумя датчиками температуры (3, 4), расположенными у противоположных стенок канала по оси корпуса (1), причем один из датчиков температуры содержит нагреватель, осуществляющий нагрев при помощи широтно-импульсной модуляции, и находится в канале термоанемометра выше другого датчика температуры.An autonomous downhole hot-wire anemometer with a power supply unit (9) contains a sealed cylindrical body (1), in the upper part of which there is a sealed compartment (5) containing a computer system, and in its lower part along the body axis (1) there is a through window (2) oval cross-section, forming a cylindrical channel with two temperature sensors located inside it (3, 4), located at opposite walls of the channel along the axis of the housing (1), one of the temperature sensors containing a heater that performs heating using latitudinal -pulse modulation, and is located in the channel of the hot-wire anemometer above another temperature sensor.

Датчики температуры (3, 4) помещены в защитные титановые кожухи.Temperature sensors (3, 4) are placed in protective titanium casings.

Герметичный отсек (5) выполнен с возможностью размещения блоков микроконтроллера (14), модема (15) для управления работой прибора, нагрева (16) с использованием широтно-импульсной модуляции и флеш-памяти (13), смонтированных на одном основании (шасси), причем блок микроконтроллера (15) электрически связан с другими блоками.The sealed compartment (5) is arranged to accommodate microcontroller (14), modem (15) units for controlling the operation of the device, heating (16) using pulse-width modulation and flash memory (13) mounted on one base (chassis), moreover, the microcontroller block (15) is electrically connected to other blocks.

Первый датчик температуры окружающей среды (3) электрически связан с блоком микроконтроллера.The first ambient temperature sensor (3) is electrically connected to the microcontroller unit.

Второй нагреваемый датчик температуры (4) с нагревателем электрически связан с блоком микроконтроллера.The second heated temperature sensor (4) with a heater is electrically connected to the microcontroller unit.

Нагреватель выполнен в виде нихромовой спирали, электрически связанной с блоком нагрева.The heater is made in the form of a nichrome spiral electrically connected to the heating unit.

Нижний конец корпуса (1) снабжен первым переходным разъемом (6), соединенным через общую шину (17) с вычислительной системой.The lower end of the housing (1) is equipped with a first adapter connector (6) connected via a common bus (17) to the computing system.

Верхний конец корпуса (1) снабжен вторым переходным разъемом (7), соединенным через общую шину (17) с вычислительной системой.The upper end of the housing (1) is equipped with a second adapter connector (7) connected via a common bus (17) to the computing system.

В нижнем конце корпуса (1) расположен первый обтекатель (8), выполненный с возможностью жесткого крепления к нижней части корпуса (1). Первый обтекатель (11) способствует лучшему обтеканию прибора жидкостью в скважине.At the lower end of the housing (1) is the first fairing (8), made with the possibility of rigid attachment to the lower part of the housing (1). The first cowling (11) contributes to better fluid flow around the device in the well.

В верхнем конце корпуса (1) расположен блок питания (9) с соединительным разъемом (10), выполненный с возможностью жесткого крепления его нижней частью к корпусу (1), таким образом, что второй переходный разъем корпуса (7) и соединительный разъем (10) блока питания соединяются между собой.At the upper end of the housing (1), there is a power supply (9) with a connecting connector (10), made with the possibility of hard fastening its lower part to the housing (1), so that the second adapter connector of the housing (7) and the connecting connector (10) ) of the power supply are interconnected.

Блок питания содержит аккумулятор, электрически связанный с соединительным разъемом.The power supply unit contains a battery electrically connected to the connector.

В верхней части блока питания (9) расположен второй обтекатель (11), выполненный с возможностью жесткого крепления к блоку питания (9).In the upper part of the power supply (9) there is a second fairing (11), made with the possibility of hard mounting to the power supply (9).

Первый (8) и второй (11) обтекатели имеют форму конуса, у вершины каждого из которых выполнено перпендикулярно оси корпуса (1) сквозное отверстие (12).The first (8) and second (11) fairings are conical in shape, at the apex of each of which a through hole (12) is perpendicular to the axis of the housing (1).

Автономный скважинный термоанемометр работает следующим образом.Autonomous downhole hot-wire anemometer works as follows.

К верхней части корпуса (1) термоанемометра присоединяют блок питания (9) таким образом, что второй переходный разъем (7) корпуса и соединительный разъем (10) блока питания соединяются между собой, а к нижней части корпуса (1) термоанемометра присоединяют первый обтекатель (8) при помощи резьбового соединения. Затем к блоку питания (9) присоединяют второй обтекатель (11) при помощи резьбового соединения. После чего к сквозному отверстию (12) второго обтекателя (11) присоединяют канат и опускают в скважину, при этом питание вычислительной системы обеспечивается аккумулятором в блоке питания при помощи общей шины (17).A power supply unit (9) is connected to the upper part of the case (1) of the hot-wire anemometer so that the second adapter connector (7) of the case and the connecting connector (10) of the power supply are connected to each other, and the first fairing ( 8) using a threaded connection. Then, a second radome (11) is connected to the power supply unit (9) by means of a threaded connection. After that, a rope is connected to the through hole (12) of the second fairing (11) and lowered into the well, while the power of the computing system is provided by the battery in the power supply using a common bus (17).

После того как устройство помещено в скважину, через сквозное окно (2) термоанемометра проходит скважинная жидкость, в которой определяют скорость движения флюидов при помощи датчиков температуры (3, 4). Для измерения скорости движения флюидов в скважинной жидкости в модем (15) подают сигнал микроконтроллеру (14), который включает блок нагрева и нагреватель подогревает жидкость в скважине с использованием широтно-импульсной модуляции. Таким образом, в скважинной жидкости внутри сквозного окна (2) образуются две области с различной температурой скважинной жидкости. Первый датчик (3) температуры измеряет исходную температуру в потоке скважинной жидкости, а второй датчик (4) температуры измеряет температуру жидкости, нагретую от нагревателя. При отсутствии течения тепло от нагревателя за счет теплопроводности жидкости и гравитационной конвекции будет зарегистрировано обоими датчиками (3, 4) температуры, но поскольку второй датчик (4) температуры расположен ближе к нагревателю, температура, измеренная им, будет несколько выше, чем температура на первом датчике (3) температуры. При движении потока скорость распространения тепла возрастает за счет вынужденной конвекции. Чем больше скорость потока, тем выше тепловые потери и тем ниже температура, регистрируемая вторым датчиком (4) температуры. Данные с датчиков (3, 4) температуры передаются на аналого-цифровой преобразователь, где они оцифровываются, после чего записываются на флеш-память.After the device is placed in the borehole, the borehole fluid passes through the through-hole window (2) of the hot-wire anemometer, in which the fluid velocity is determined using temperature sensors (3, 4). To measure the fluid velocity in the borehole fluid, a signal is sent to the modem (15) to the microcontroller (14), which includes a heating unit and the heater heats the fluid in the borehole using pulse-width modulation. Thus, in the borehole fluid inside the through-hole (2), two regions are formed with different temperature of the borehole fluid. The first temperature sensor (3) measures the initial temperature in the well fluid stream, and the second temperature sensor (4) measures the temperature of the liquid heated by the heater. In the absence of flow, heat from the heater due to the thermal conductivity of the liquid and gravitational convection will be detected by both temperature sensors (3, 4), but since the second temperature sensor (4) is located closer to the heater, the temperature measured by it will be slightly higher than the temperature at the first temperature sensor (3). When the flow moves, the heat propagation rate increases due to forced convection. The higher the flow rate, the higher the heat loss and the lower the temperature recorded by the second temperature sensor (4). Data from temperature sensors (3, 4) is transferred to an analog-to-digital converter, where they are digitized, and then recorded on flash memory.

Для анализа записанных данных с датчиков температуры (3, 4) термоанемометр извлекают из скважины и отсоединяют блок питания (9) от корпуса (1) термоанемометра, либо первый обтекатель (8) от корпуса (1) термоанемометра. Затем ко второму переходному разъему (7), либо к первому переходному разъему (6) подключают шину AMI, связанную с персональным компьютером, в котором специальная программа рассчитывает скорость движения флюидов в скважине на основе разности измеренных температур с датчиков (3, 4) и показания датчика (3) исходной температуры в потоке скважинного флюида в соответствии с формулойTo analyze the recorded data from temperature sensors (3, 4), the hot-wire anemometer is removed from the well and the power supply unit (9) is disconnected from the hot-wire anemometer body (1), or the first fairing (8) from the hot-wire anemometer body (1). Then, an AMI bus connected to a personal computer is connected to the second adapter connector (7), or to the first adapter connector (6), in which a special program calculates the fluid velocity in the well based on the difference of the measured temperatures from the sensors (3, 4) and the readings the sensor (3) of the initial temperature in the flow of well fluid in accordance with the formula

V=V0+a*ΔT+b*Т+с*ΔT2+d*Т2+f*ΔT*Т,V = V 0 + a * ΔT + b * T + s * ΔT 2 + d * T 2 + f * ΔT * T,

где V0, a, b, с, d, f - коэффициенты, рассчитанные при проведении калибровки прибора в рабочем диапазоне температур;where V 0 , a, b, s, d, f are the coefficients calculated during calibration of the device in the operating temperature range;

Т - исходная температура потока скважинного флюида;T is the initial temperature of the flow of the well fluid;

ΔT - разность температур нагретого и исходного потока скважинного флюида.ΔT is the temperature difference between the heated and the initial flow of the well fluid.

Коэффициенты V0, а, b, с, d, f подобраны эмпирически при калибровке прибора, заключающейся в помещении прибора в специальный стенд и проведении серии измерений ΔTi (разность температур нагреваемого датчика температуры и датчика температуры окружающей среды при соответствующих скоростях и температурах потока воды) при различных температурах воды и при различных скоростях потока воды с последующим определением коэффициентов V0, а, b, с, d, f на основе системы линейных уравнений:Coefficients V 0 , a, b, c, d, f are selected empirically when calibrating the device, which consists in placing the device in a special stand and performing a series of measurements ΔT i (the temperature difference of the heated temperature sensor and the ambient temperature sensor at the corresponding speeds and temperatures of the water flow ) at different temperatures of water and at different speeds of water flow with the subsequent determination of the coefficients V 0 , a, b, c, d, f based on a system of linear equations:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где Vi - скорость потока воды при соответствующей температуре воды, Ti - температура потока воды, ΔTi - разность температур нагреваемого датчика температуры и датчика температуры окружающей среды при соответствующих скоростях и температурах потока воды, n - общее количество значений температуры потока воды, скорости потока воды и разности температур нагреваемого датчика температуры и датчика температуры окружающей среды воды полученных при калибровке прибора.where V i is the water flow rate at the corresponding water temperature, T i is the water flow temperature, ΔT i is the temperature difference of the heated temperature sensor and the ambient temperature sensor at the corresponding speeds and temperatures of the water flow, n is the total number of values of the water flow temperature, speed water flow and the temperature difference of the heated temperature sensor and the ambient temperature sensor of the water obtained during the calibration of the device.

Калибровку осуществляли следующим образом. Прибор помещали в специальный стенд с вертикальной трубой и циркулирующей по замкнутому кругу водой, в котором имеется возможность нагрева воды и регулировка скорости ее движения по замкнутому кругу. Измерения осуществляли при различных скоростях потока воды (0,2, 1, 3, 4, 6, 7, 9 м/мин) и подогревая воду до значений температур 30, 40, 50, 60°С. В результате было проведено 28 измерений значений ΔTi при каждой скорости потока воды и ее температуре в соответствии с таблицей:Calibration was carried out as follows. The device was placed in a special stand with a vertical pipe and water circulating in a closed circle, in which it is possible to heat water and adjust its speed in a closed circle. Measurements were carried out at various water flow rates (0.2, 1, 3, 4, 6, 7, 9 m / min) and heating water to temperatures of 30, 40, 50, 60 ° С. As a result, 28 measurements of ΔT i values were carried out at each water flow rate and its temperature in accordance with the table:

Figure 00000003
Figure 00000003

В таблице ΔТ1 - разность температур нагреваемого датчика температуры и датчика температуры окружающей среды при температуре потока воды 30°С и скоростью потока воды 0,2 м/мин; ΔТ2 - разность температур нагреваемого датчика температуры и датчика температуры окружающей среды при температуре потока воды 40°С и скоростью потока воды 0,2 м/мин; ΔТ3 - разность температур нагреваемого датчика температуры и датчика температуры окружающей среды при температуре потока воды 50°С и скоростью потока воды 0,2 м/мин и т.д.In the table ΔТ 1 is the temperature difference of the heated temperature sensor and the ambient temperature sensor at a water flow temperature of 30 ° C and a water flow rate of 0.2 m / min; ΔT 2 - the temperature difference of the heated temperature sensor and the ambient temperature sensor at a water flow temperature of 40 ° C and a water flow rate of 0.2 m / min; ΔТ 3 is the temperature difference of the heated temperature sensor and the ambient temperature sensor at a water flow temperature of 50 ° C and a water flow rate of 0.2 m / min, etc.

На основе полученных значений 28 измерений прибора определяют значения коэффициентов V0, а, b, с, d, f на основе системы линейных уравнений, раскрытой выше, в которой:Based on the obtained values of 28 measurements of the device, the values of the coefficients V 0 , а, b, с, d, f are determined based on the system of linear equations disclosed above, in which:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Кроме того, первые (7) и вторые (8) переходные разъемы предназначены для соединения с другими приборами, содержащие соответствующие датчики.In addition, the first (7) and second (8) adapter connectors are designed for connection with other devices containing the corresponding sensors.

Как показали эксперименты, по сравнению с наиболее близким аналогом, применение предлагаемых способа и автономного скважинного термоанемометра для измерения скорости потока флюида в скважине позволяет повысить точность измерения за счет того, что при вычислении скорости потока скважинного флюида учитывается исходная температура потока скважинного флюида, обеспечивающая исключение погрешности при изменении исходной температуры потока скважинного флюида, а также за счет применения нагрева с использованием широтно-импульсной модуляции, обеспечивающей стабилизацию мощности подогрева по мере разряда источника питания, в результате чего при снижении напряжения источника питания длительность импульса нагрева увеличивается.As experiments have shown, in comparison with the closest analogue, the application of the proposed method and an autonomous borehole hot-wire anemometer for measuring the flow rate of a fluid in a well improves the measurement accuracy due to the fact that when calculating the flow rate of a borehole fluid, the initial temperature of the flow of the borehole fluid is taken into account, which eliminates the error when the initial temperature of the well fluid flow changes, and also due to the use of heating using a pulse-width module This ensures stabilization of the heating power as the power source is discharged; as a result, when the voltage of the power source decreases, the duration of the heating pulse increases.

Хотя предлагаемая группа изобретений была подробно раскрыта выше со ссылками на конкретные варианты осуществления, которые представляются предпочтительными, необходимо помнить, что эти примеры осуществления изобретения приведены только в целях иллюстрации изобретения. Данное описание не должно рассматриваться как ограничивающее объем изобретения, поскольку в этапы описанных способов и устройств специалистами в области физики, нефтегазодобывающей промышленности и др. могут быть внесены изменения, направленные на то, чтобы адаптировать их к конкретным устройствам или ситуациям, и не выходящие за рамки прилагаемой формулы изобретения. Специалисту в данной области понятно, что в пределах сферы действия изобретения, которая определяется пунктами формулы изобретения, возможны различные варианты и модификации, включая эквивалентные решения.Although the proposed group of inventions has been disclosed in detail above with reference to specific embodiments that are preferred, it should be remembered that these embodiments are provided only to illustrate the invention. This description should not be construed as limiting the scope of the invention, since the steps of the described methods and devices by specialists in the field of physics, oil and gas industry, etc. may be amended to adapt them to specific devices or situations, and not beyond the attached claims. Specialist in this field it is clear that within the scope of the invention, which is defined by the claims, various options and modifications are possible, including equivalent solutions.

Claims (14)

1. Способ измерения скорости потока флюида в скважине, заключающийся в импульсном нагреве потока флюида, измерении температуры флюида по меньшей мере двумя датчиками температуры, разнесенными вдоль оси скважины, и сравнении сигналов двух датчиков температуры, где нагрев осуществляют с использованием широтно-импульсной модуляции, при этом в процессе измерения производят запись температуры с первого датчика, измеряющего исходную температуру в потоке скважинного флюида, и со второго датчика, измеряющего температуру с нагретого при помощи широтно-импульсной модуляции флюида, а скорость движения потока флюида в скважине находят путем определения разности измеренных температур с первого и второго датчиков, на основе которой, с учетом исходной температуры потока скважинного флюида, производят расчет по формуле
V=V0+a*ΔT+b*Т+с*ΔT2+d*Т2+f*ΔT*Т,
где V0, a, b, с, d, f - коэффициенты, рассчитанные при проведении калибровки прибора в рабочем диапазоне температур;
Т - исходная температура потока скважинного флюида;
ΔТ - разность температур нагретого и исходного потока скважинного флюида.
1. The method of measuring the velocity of the fluid flow in the well, which consists in pulsed heating of the fluid flow, measuring the fluid temperature by at least two temperature sensors spaced along the axis of the well, and comparing the signals of the two temperature sensors, where the heating is carried out using pulse-width modulation, during the measurement process, the temperature is recorded from the first sensor that measures the initial temperature in the well fluid stream, and from the second sensor that measures the temperature from the heated with pulse-width modulation of the fluid and the velocity of fluid flow in the well is found by determining the difference of the measured temperatures with first and second sensors, on the basis of which, taking into account the initial temperature of the well fluid flow, produce calculation formula
V = V 0 + a * ΔT + b * T + s * ΔT 2 + d * T 2 + f * ΔT * T,
where V 0 , a, b, s, d, f are the coefficients calculated during calibration of the device in the operating temperature range;
T is the initial temperature of the flow of the well fluid;
ΔТ is the temperature difference between the heated and the initial flow of the well fluid.
2. Автономный скважинный термоанемометр для осуществления способа по п. 1, содержащий блок питания, герметичный цилиндрический корпус, в верхней части которого расположен герметичный отсек, содержащий вычислительную систему, а в нижней его части по оси корпуса расположено сквозное окно овального сечения, образующее цилиндрический канал с расположенным внутри него двумя датчиками температуры, расположенными у противоположных стенок канала по оси корпуса, причем один из датчиков температуры содержит нагреватель, осуществляющий нагрев при помощи широтно-импульсной модуляции, и находится в канале термоанемометра выше другого датчика температуры.2. An autonomous downhole hot-wire anemometer for implementing the method according to claim 1, comprising a power supply unit, a sealed cylindrical body, in the upper part of which there is a sealed compartment containing a computing system, and in its lower part along the body axis there is a through window of an oval section forming a cylindrical channel with two temperature sensors located inside it, located at opposite walls of the channel along the axis of the casing, one of the temperature sensors comprising a heater that heats and aid of pulse-width modulation, and stored in the channel above the other anemometer sensor. 3. Термоанемометр по п. 2, характеризующийся тем, что датчики температуры помещены в защитные титановые кожухи.3. The hot-wire anemometer according to claim 2, characterized in that the temperature sensors are placed in protective titanium casings. 4. Термоанемометр по п. 2, характеризующийся тем, что герметичный отсек выполнен с возможностью размещения блоков микроконтроллера, модема для управления работой прибора, блок нагрева с использованием широтно-импульсной модуляции и флеш-памяти, смонтированных на одном шасси, причем блок микроконтроллера электрически связан с другими блоками.4. The hot-wire anemometer according to claim 2, characterized in that the sealed compartment is arranged to accommodate microcontroller units, a modem for controlling the operation of the device, a heating unit using pulse-width modulation and flash memory mounted on one chassis, the microcontroller unit being electrically connected with other blocks. 5. Термоанемометр по п. 4, характеризующийся тем, что первый датчик температуры электрически связан с блоком микроконтроллера.5. The hot-wire anemometer according to claim 4, characterized in that the first temperature sensor is electrically connected to the microcontroller unit. 6. Термоанемометр по п. 4, характеризующийся тем, что второй датчик температуры с нагревателем электрически связан с блоком микроконтроллера.6. The hot-wire anemometer according to claim 4, characterized in that the second temperature sensor with a heater is electrically connected to the microcontroller unit. 7. Термоанемометр по п. 6, характеризующийся тем, что нагреватель выполнен в виде нихромовой спирали, электрически связанной с блоком нагрева.7. The hot-wire anemometer according to claim 6, characterized in that the heater is made in the form of a nichrome spiral electrically connected to the heating unit. 8. Термоанемометр по п. 2, характеризующийся тем, что нижний конец корпуса снабжен первым переходным разъемом, соединенным через общую шину с вычислительной системой.8. The hot-wire anemometer according to claim 2, characterized in that the lower end of the housing is provided with a first adapter connector connected via a common bus to the computing system. 9. Термоанемометр по п. 1, характеризующийся тем, что верхний конец корпуса снабжен вторым переходным разъемом, соединенным через общую шину с вычислительной системой.9. The hot-wire anemometer according to claim 1, characterized in that the upper end of the housing is equipped with a second adapter connector connected via a common bus to the computing system. 10. Термоанемометр по п. 8, характеризующийся тем, что в нижнем конце корпуса расположен первый обтекатель, выполненный с возможностью жесткого крепления к нижней части корпуса.10. The hot-wire anemometer according to claim 8, characterized in that at the lower end of the housing there is a first fairing made with the possibility of rigid attachment to the lower part of the housing. 11. Термоанемометр по п. 9, характеризующийся тем, что в верхнем конце корпуса расположен блок питания с соединительным разъемом, выполненный с возможностью жесткого крепления его нижней частью к корпусу таким образом, что второй переходный разъем корпуса и соединительный разъем блока питания соединяются между собой.11. The hot-wire anemometer according to claim 9, characterized in that at the upper end of the housing there is a power supply unit with a connecting connector configured to rigidly fasten its lower part to the housing so that the second adapter connector of the housing and the connecting connector of the power supply are interconnected. 12. Термоанемометр по п. 11, характеризующийся тем, что блок питания содержит аккумулятор, электрически связанный с соединительным разъемом.12. The hot-wire anemometer according to claim 11, characterized in that the power supply unit contains a battery electrically connected to the connector. 13. Термоанемометр по п. 9, характеризующийся тем, что в верхней части блока питания расположен второй обтекатель, выполненный с возможностью жесткого крепления к блоку питания.13. The hot-wire anemometer according to claim 9, characterized in that in the upper part of the power supply there is a second fairing made with the possibility of rigid attachment to the power supply. 14. Термоанемометр по п. 10, 13, характеризующийся тем, что первый и второй обтекатели имеют форму конуса, у вершины каждого из которых выполнено перпендикулярно оси корпуса сквозное отверстие. 14. The hot-wire anemometer according to claim 10, 13, characterized in that the first and second fairings are conical in shape, at the apex of each of which a through hole is perpendicular to the axis of the housing.
RU2015125640/03A 2015-06-29 2015-06-29 Method of measuring flow rate of fluid in the well and a self-contained well thermal anemometer for its implementation RU2599740C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015125640/03A RU2599740C1 (en) 2015-06-29 2015-06-29 Method of measuring flow rate of fluid in the well and a self-contained well thermal anemometer for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015125640/03A RU2599740C1 (en) 2015-06-29 2015-06-29 Method of measuring flow rate of fluid in the well and a self-contained well thermal anemometer for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2599740C1 true RU2599740C1 (en) 2016-10-10

Family

ID=57127749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015125640/03A RU2599740C1 (en) 2015-06-29 2015-06-29 Method of measuring flow rate of fluid in the well and a self-contained well thermal anemometer for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2599740C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115434664A (en) * 2022-08-18 2022-12-06 中国石油天然气集团有限公司 A temperature-controlled control method based on surface displacement change and downhole sliding sleeve

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2280159C2 (en) * 2004-08-16 2006-07-20 Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (ОАО НПП "ВНИИГИС") Method and device for liquid flow rate measurement in well
RU2306416C1 (en) * 2006-06-09 2007-09-20 Schlumberger Technology B.V., Method and device to determine fluid flow parameters
US20110315375A1 (en) * 2010-06-28 2011-12-29 Tullio Moscato System and method for determining downhole fluid parameters
RU2498061C1 (en) * 2012-06-09 2013-11-10 Шлюмберже Текнолоджи Б.В. Downhole sensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2280159C2 (en) * 2004-08-16 2006-07-20 Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (ОАО НПП "ВНИИГИС") Method and device for liquid flow rate measurement in well
RU2306416C1 (en) * 2006-06-09 2007-09-20 Schlumberger Technology B.V., Method and device to determine fluid flow parameters
US20110315375A1 (en) * 2010-06-28 2011-12-29 Tullio Moscato System and method for determining downhole fluid parameters
RU2498061C1 (en) * 2012-06-09 2013-11-10 Шлюмберже Текнолоджи Б.В. Downhole sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115434664A (en) * 2022-08-18 2022-12-06 中国石油天然气集团有限公司 A temperature-controlled control method based on surface displacement change and downhole sliding sleeve

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10472957B2 (en) Entropy based multiphase flow detection
Sandham et al. Transitional shock-wave/boundary-layer interactions in hypersonic flow
US11808149B2 (en) Method and system for determining the flow rates of multiphase and/or multi-component fluid produced from an oil and gas well
US10465498B2 (en) Fast test application for shock sensing subassemblies using shock modeling software
BRPI1012307B1 (en) SYSTEM AND METHOD OF MONITORING THE CONDITION OF A WELL BACKGROUND SUBMERSIBLE PUMP ASSEMBLY
US11066925B2 (en) Method and apparatus for determining fluid flow characteristics
US8978481B2 (en) Simultaneous ultrasonic cross-correlation and transit time measurements for multiphase flow rate analysis
WO2015160925A1 (en) Fluid velocity flow meter for a wellbore
WO2015153549A1 (en) Distributed thermal flow metering
Barnea et al. Spatial distribution of void fraction in the liquid slug in the whole range of pipe Inclinations
Yue et al. Turbulent kinetic energy budgets in a model canopy: comparisons between LES and wind-tunnel experiments
RU2599740C1 (en) Method of measuring flow rate of fluid in the well and a self-contained well thermal anemometer for its implementation
US8661888B2 (en) Method of studying rock mass properties and apparatus for the implementation thereof
JP2008256386A (en) Heating-type ground water resistivity logging method, detector for heating-type ground water resistivity logging, and measuring instrument for heating-type ground water resistivity logging
CA2541800A1 (en) Measuring inflow performance with a neutron logging tool
RU2280159C2 (en) Method and device for liquid flow rate measurement in well
Wagner Amplification of streamwise vortices across a separated region at Mach 6
BR112019011938A2 (en) pipe characterization method and system
US10775211B2 (en) Real-time vessel monitoring system
CN202914072U (en) Device for metering gas-liquid two-phase flow at well head of producing well
RU136594U1 (en) DEVICE FOR MEASURING GEOACOUSTIC NOISE IN A WELL
BR112018004212B1 (en) SYSTEM AND METHOD TO OBTAIN AN EFFECTIVE VOLUMETRIC MODULE OF A PRESSURE MANAGED DRILLING SYSTEM
CN114458290B (en) An intermittent constant power downhole flow measurement device and method
CN112504544B (en) Device and method for measuring continuous pore pressure distribution and method for quantitatively evaluating tensile stress
Pavlov et al. Development of a mathematical model of the thermal field of an integral structure in the implementation of sensors for biomedical research