Способ градуировки парциальных скважинных расходомеров

 

1. СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ПАРЦИАЛЬНЫХ СКВАЖИННЫХ РАСХОДОМЕРОВ рутем подачи заданных расходов жидкости в сменный измерительный трубопровод с размещенным в нем скважинным прибором, измерения частоты вращения крыльчатки последнего, установления с учетом Зон режимов течения зависимости расхода жидкости от частоты вращения крыльчатки для каждого из диаметров измерительного трубопровода и нахождения зависимости коэффициента чувствительности скважинного прибора от диаметра измерительного трубопровода, о т л и ч а ющ и и с я тем,-что, с целью повышения точности и расширения диапазона использования градуировочной характеристики , устанавливают для каждой из зон. режимов течения зависимость § коэффициента скольжения потока отно (Л сительно лопастей крыльчатки от диаметра измерительного трубопровода.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(512 E 21 В 43 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Г фГ 1 3 Ф lpga@ lj g (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИР 33,::,. l3

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЬИЬ.34 ) Т3."й А .ЬиаВ (Awnp

ЬЫ. аи

«Ì

Упит/

В2В

ВЛ (21) 3378722/22-03 (22) 07.01.82 (4б) 07.07.84. Бюл. Р 25 (72) E,Л.Барсук,.A.Ì.Äåðóí и В.T.Èàðê îâ (71) Туркменский научно-исследова- тельский геолого-разведочный институт (53) 621. 241 (088.-8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 983260, кл. Е 21 В 47/00, 1980, 2. Калашников В.Н. Исследование работы скважинных тахиметрических расходомеров. Сб, Совершенствование техники и технологии бурения скважин

11 на твердые полезные ископаемые, вып . 2. Свердловск, 1979, с. 28-35. (54) (57) 1. СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ IIAPЦИАЛЬНЫХ СКВАЖИННЫХ РАСХОДОМЕРОВ путем подачи заданных расходов жидкосÄÄSUÄÄ 1101544 А ти в сменный измерительный трубопровод с размещенным в нем скважинным прибором, измерения частоты вращения крыльчатки последнего, установления с учетом зон режимов течения зависимости расхода жидкости от частоты вращения крыльчатки для каждого из диаметров измерительного трубопровода и нахождения зависимости коэффициента чувствительности скважинного прибора от диаметра измери- тельного трубопровода, о т л и ч а юшийся тем,-что, с целью повышения точности и расширения диапазона использования градуировочной характеристики, устанавливают для каждой из зон. режимов течения зависимость

Я коэфФициента скольжения потока относительно лопастей крыльчатки от диа- метра измерительного трубопровода.

С:

1101544

2. Способ по и, 1, о т л и ч а юшийся тем, что подачу жидкости в измерительный трубопровод максимальИзобретение относится к области измерения расходов жидких и газообраз ных сред парциальными расходомерами, а именно к градуировке скважинных расходомеров и предназначено для S обеспечения измерений расходов (скоростей) в скважинах, преимущественно гидрогеологических, при непостоян" ном их диаметре.

Известен способ исследования про- 10 дуктнвных интервалов пласта е исполь эованием скважинных расходомеров fl).

Известен также способ, градуиров-. ки парциальных скважинных расходомеров путем подачи заданных расходов жидкости в сменный измерительный трубопровод с размещенным в нем скважинным прибором, измерения частоты вращения крыльчатки последнего, . установления с учетом зои режимов теЧения зависимости расхода жидкости от,частоты вращения крыльчатки

)(ля каждого из диаметров измеритель- ного трубопровода и нахождения зависимости коэффициента чувствительности скважннного прибора от диаметра измерительного трубопровода (2 ).

Иедостатками способа являются— дополнительная погрешность градуировочной характеристики, возникающая в силу допущения равенства коэффици- ЗО ентов скольжения жидкости относительно лопастей крыльчатки по всему диапазону измерений расходов и диаметров потоков жидкости, а также ограниченность градуировочной характерис-35 тики по расходам и диаметрам потоков жидкости значениями, достигнутыми при градуировочных замерах.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона исполь- 4О зования градуировочной характеристики расходомера.

Поставленная цель достигается тем, что при способе градуировки,парциальных скважинных расходомеров путем 4S подачи заданных расходов жидкости в сменный измерительный трубопровод с размещенным в нем скважинным прибором, измерения частоты вращения крыль чатки последнего, установления с учетом зон режимов течения зависимости расхода жидкости от частоты вращения крыльчатки для каждого из диаметров измерительного трубопровода и нахождения зависимости коэффициента чувствительности скважинного ного диаметра осуществляют перемещением скважинного прибора в неподвижной жидкости.

2 йрибора от диаметра измерительного трубопровода, устанавливают для каждой из зон режимов течения зависимость коэффициента скольжения потока относительно лопастей крыльчатки от диаметра измерительного трубопровода.

При этом подачу жидкости в измерительный трубопровод максимального диаметра осуществляют перемещением скважинного прибора в неподвижной жидкости.

На фиг. 1 приведена зависимость чувствительности расходомеров серии

РЭТС-2(П0-36, ПС-56, ПС-70) от логарифма числа Рейнольдса; на фиг. 2 зависимость частоты вращения крыльчатки от скорости потока; на фиг. 3 зависимости коэффициентов чувствительности b„, скольжения b u порога чувствительности b от величины кольцевого промежутка г для зоны 1 расходомера ПС-70; на фиг. 4 зависимости коэффициентов чувствительности Ь„ и скольжения b от величины кольцевого промежутка г для зоны II расходомера ПС-70; иа фиг.5 то ае, для эоны III расходомера

ПС 70.

Грацуировку проводят в следующей последовательности.

Устанавливают скважинный прибор расходомера в разрыве измерительного трубопровода с внутренним диаметром, равным диаметру корпуса, и подают в него жидкость с постоянными расходами, обеопечивающими выполнение замеров в пределах диапазона работы крыльчатки. Затем выполняют серию замеров чисел оборотов крыльчатки и и времени t заполнения измерительной емкости, рассчитывают частоту вращения крыльчатки делением числа ее оборотов на время заполнения измерительной емкости и среднюю скорость Ч течения жидкости в измерительном трубопроводе делением объема Ч измернтельной емкости на время t ее заполнения и поперечное сечение измерительного трубопровода Б„ . Замеры в каждой серии выполняют при постоянной скорости течения жидкости, а значения частот вращения крыльчатки усредняют.

Преобразуют полученный ряд монотонно увеличивающихся значений ш и Ч в значения их приращений (вычитанием

1101544 в зонах II и

V = b„w + bo

w=Ь+bU+bV ..2 1 а

35 из каждого последующего предыдущего)

hm и дЧ и находят значения чувствительности расходомера как отношения приращений частоты вращения к скорости потока. Затем строят график зависимости чувствительности расходомера от логарифма числа Рейнольдса.

По построенному графику выделяют зоны с различным характером зависимости чувствительности расходомера от логарифма числа Rc . .х — с режимом)0 течения, характерным для ламинарного пограничного слоя и ламинарного периодического вихревого движения в следе (ламинарная зона); II — с режимом, отвечающим постепенному переходу от 15 ламинарного к турбулентному пограничному слою (переходная зона)уIII с турбулентным режимом течения в условиях турбулентного пограничного слоя (турбулентная зона), 20

Аппроксимируют скорости потоков и усредненные частоты вращения полиномами

Ч=b>+b w + г

В зоне 1 аппроксиьыруют усредненные частоты вращения и скорости потоков полиномом и определяют значение проскальзывания крыльчатки относительно жидкости в условиях стремления скорости потока к нулю. Численно эта величина равна коэффициенту b . Для каждо- 40

z. го из расходомеров значение b> является константой, характеризующей скольжение крыльчатки относительно потока, не зависящей в зоне I от диаметра потока жидкости в условиях парциальных замеров.

Измеряют числа оборотов крыльчатки и время заполнения известных по объему емкостей в каждом иэ сменных измерительных трубопроводов, начиная с трубопровода максимального диаметра. Замеры выполняют в диапазоне скоростей течения жидкости от порога чувствительности до соответствующих

111-й турбулентной зоне течения, Обеспечивая равенство количеств иэ- I 55 мерений в каждой из выделенных зон.

Аппроксимируют в пределах этих зон, для каждого иэ диаметров измерительного трубопровода, результаты измерений и устанавливают зависимости 60 скорости потоков жидкости от.частоты вращения крыльчатки. Аппроксимацию результатов, измерений в зоне 1 выполняют с дополнительным условиемобязательной. принадлежности константй расходомера b аппроксимирующей г зависимости. Для каждой из зон режимов течени я н аходят э ави симость к озффициента чувствительности скважинного прибора от диаметра измеритель- н or о . трубопровода, Устанавливают по результатам зональной аппроксимации в измерительных трубопроводах разных диаметров зависимость коэффициента скольжения потока относительно лопастей крыльчатки от диаметра измерительного трубопровода и определяют зависимости коэффициейтов чувствительности и скольжения от диаметра измерительного трубопровода с учетом замеров, выполненных при максимальном диаметре измерительного трубопровода, который принимают не меньшим диаметра зоны влияния расходомера на поток в нормальном по отношению к продольной оси скважинного прибора сечении.

Замеры в измерительном трубопроводе максимального диаметра производят путем перемещения скважинного прибора в неподвижной воде.

Указанные требования к максимальному диаметру измерительного трубопровода обеспечивают получение граничных зависимостей течения жидкости от частоты вращения крыльчатки в пределах зон режимов течения, характеризующихся постепенством коэффициентов ,при дальнейшем увеличении диаметра потока. При их учете в замерах на максимальном трубопроводе отсутствует влияние стенок трубопровода на показания расходомера. Это обусловлено тем, что расходомер, KIRK любое твердое тело, в потоке жидкости является:местным сопротивлением. Область влияния. местного сопротивления на поток в трубопроводе не превышает

20-50 диаметров последнего. Учитывая изотропность свойства жидкости, а также обтекаемую форму скважинного прибора и наличие осевого канала в нем, диаметр зоны влияния расходомера принимают по нижней границе величины области влияния местного сопротивления на поток, т.е. не большим

20 диаметров корпуса скважинного прибора. Соответственно, диаметр максимального измерительного трубопровода принимают не меньшим этой же величины. В качестве последнего могут быть использованы также скважины большого диаметра, колодцы, бассейны или иные емкости и водоемы с диаметром более 20 диаметров корпуса скважинного прибора и глубиной более

3,5 длин скважинного прибора.

Замеры перемещением в воде скважинного прибора выполняют с помощью лебедки с плавно регулируемой постоянной скбростью спуска-подъема, 1101544 средств измерения и регистрации времени, сигналов числа оборотов крыль» чатки и длины перемещения скважинного прибора.

Для определения размера зоны влияния расходомера на поток используют следующи е прн емы .

По первому иэ ннх строят график зависимости частоты вращения крыльчатки от скорости потока для измерительного трубопровода максимального диаметра. На этот график при градуировании последовательно н аносят результаты измерений в сменных увеличивающихся трубопроводах. При совпадении результатов измерений в 15 очередном трубопроводе с максимальным измерения прекращают.

Второй прием используют, когда при последовательном сравнении значений частоты вращения в сменных 20 трубопроводах со значениями для трубопровода максимального диаметра имеет место не полное совпадение их. В этом случае размер зоны влияния градуируемого расходомера на поток определяют как среднее между размерами ,последнего измерительного трубопрово/да и зоны влияния расходомера, принятого для сопоставления и имеющего однотипное конструктивное исполнение.

Причем сопоставление зон влияния расходомеров с разными по диаметру корпусами скважинных приборов выполняют по величине кольцевого промежутка r образованного стенками трубопровода и корпуса расходомера и on-3 ределяемого как половина разности их диаметров.

По третьему — размер зоны влияния определяют решением системы двух уравнений зависимостей коэффициента чув- 40 ствительности от диаметра трубопровода нелинейной, определяемой измерениями B последовательно увелнчива» ющихся по диаметру трубопроводах, и . линейной — no замерам в максимальном 45 трубопроводе, с условием параллельности зависимости оси аргумента.

С использованием найденной величи ны зоны влияния определяют окончательные зависимости коэффициентов чувствительности и скольжения от ди-, аметра трубопровода, Эти зависимости нелинейны в пределах зоны влияния и линейны в промежутке от d e до где и  — диаметр эоны влияния расходомера на поток.

Рассмотрим пример градуировки парциальных скважинных расходомеров серии РЭТО-2 (ПС-70) . Скважинный прибор первоначально .помещают в разрыв измерительного трубопровода диаметром 70 мм и герметиэируют.

При подаче тока воды в трубопровод замеряют время заполнения измерительной емкости нВ известного объ-65 ема Ч и время вращения t и число оборотов п крыльчатки.

Измерения выполняют сериями с

3-5-кратной поворотностью при посто-, янных, с равным или кратным шагом увеличения, расходах воды. Замеры в сериях усредняют, что уменьшает по- "решность измерений, а использование равных или кратных приращений расходов позволяет получать равномерные по информативности графические зависимости.

На основании измеренных значений рассчитываются с учетом величины нормального сечения трубопровода S„ средняя скорость

Ч течения воды в измерительном трубопроводе по известной формуле

Ч= ке ит и частота вращения крыльчатки w no формуле

Вычитанием предыдущих значений иэ последующих получают массив конечных приращений скоростей потоков и частот вращения крыльчатки. Таким образом, исключается аддитивная погрешность измерений.

На основе полученных данных стро- ится график зависимости чувствительности расходомера от логарифма числа Рейнольдса (фиг. 1). Использование логарифмической зависимости облегчает построение графика а использование в качестве аргумента числа Rc позволяет применять результаты для йотоков других диаметров.

Анализ кривОй на фиг. 1 позволяет выделить на,ней три эоны, соответствующие различным режимам течения: эона I - преимущественно горизонтального хода кривой, соответствующая наименьшим значениям логарифма

Rñ (ламинарная зона)1 зона II - характеризующаяся резкими изменеииями значений чувствительности (переходная зона),; зона III — практически горизонтального хода кривой, соответствующая максимальным значениям логариф- : ма R (турбулентная зона).

Для зоны I методом наименьших квадратов выполняют аппроксимацию значений градуировочных замеров и определяют величину константы скольжения Ь, равную для расходомера ПС-70

0,0043 (1/c) .

Затем выполняют единичные парцналь. ные замеры в измерительных трубопроводах: сначала максимального, а потом в увеличивающихся по диаметру тру.

1101544 8

/ зон II u III и второй степени для зоны I„приведенные в табл. 1. С использованием замеров, выполненных в измерительном трубопроводе максимального диаметра, отнесенных к диаметру

5 эоны влияния расходомера (96 мм), строят по зонам режимов течения зависимости коэффициента чувствитель ности, а для эоны 1 и порога чувст вительности, от размера кольцевого

f0 промежутка (фиг. 3-5), Методом наименьших квадратов, с использованием расчетных значений коэффициентов чувствительности; а для зоны Т и поя- рога чувствительности зонально, для

15 каждого из диаметров измерительного трубопровода, определяют расчетные значения коэффициентов скольжения.

Аппроксимацией последних определяют зависимость коэффициентов скольжения от величины кольцевого промежутка (фиг. 3-5). На этом работы по градуиб) . ровке расходомера завершают. бопроводах 80, 99, 116, 1 32, 20 3 и

254 мм. В качестве трубопровода мак симального диаметра используют пожарный бассейн диаметром 6 м и глубиной 3 м. Замеры в бассейне выполняют спуском расходомера в неподвиж ной воде с постоянными скоростями, Точка спуска находится в 1,5 м от борта бассейна, что соответствует

)максимальному диаметру измерительно го трубопровода 3,0 м. При этом дос тигается выполнение условия 20643 м (где d - диаметр корпуса скважинного прибора, равный 70 мм), при котором обеспечивается отсутствие вли ния стенок трубопровода на расходомер.

Диаметр зоны влияния расходомера на поток определяют вторым из указанных приемов. Измерения выполняют расходомерами ПС-56 и ПС-70 в сменных трубопроводах до диаметра 254 мм включительно. Из графиков (фиг.2 а, видно, что на расходомер ПС-56 стенки трубопровода 254 мм не влияют, а на расходомер ПС-70 это влияние еще имеет место, т.е. эона влияния расходомера на поток больше, чем величина кольцевого промежутка r.

Расчет зоны влияния ведут следующим образом.

При диаметре трубопровода 254 мм величина кольцевого промежутка составляет для расходомера ПС-56(25456): 2 = 99 мм; для расходомера ПС-70 (254-70): 2 = 92 мм. Тогда величина зоны влияния расходомера ПС-70 на по-Ç5 ток определяется как среднее (99 +. . 92): 2 "- 96 мм

Для каждого измерительного трубопровода по зонам методом наименьших квадратов находят аппроксимирующие 40 выражения V = f (wl — линейные для

Таким образом, зональные графические зависимости коэффициентов чувствительности и,скольжения, а для зоны

Г и порога чувствительности, от размера кольцевого промежутка позволяют получить уравнение связи частоты вращения крыльчатки и средней скорости потока для любого диаметра потока, практически встречающихся в скважинах скоростей течения воды. Использование этих уравнений позволяет повысить точность расходометрических исследований. Как видно из табл, 2, среднеквадратическая относительная погрешность рассчитанных значений расхода с использованием градуирования по предлагаемому способу в 1,5-5 раэ ниже, чем при градуировании по из,вестному способу.

1101544 л

lv ррч

СО О О 3 l О 0Ъ, СП СЧ О

В aO I О Оа О О

Ф ъ с ъ ъ ъ ъ с м ъ аА ГЧ O л

ЦЪ сО

Ю 4Ч ъ с

Г1Ъ 14

Ch 3

4, Ю

Ъ М о о 01

Ю о ои

g I!Ice I

44 з

ОО

lA

Г1Ъ л

° 31

Г1Ъ

° 4 з з 3 з

an

lA

М с

ГЧ

Г1Ъ

М о

44

) ххо о о СО й

3 1

I Э

ГЧ Г1Ъ о о

Щ CO сО 43\ л 01

СЧ 4ГЪ

Г1ъ сО

Г1Ъ I

СО ОЪ Г"Ъ

0О 3

ГЧ -.4 04

ОО lA

Л 31

СЧ Г Ъ

О 43 ф 3

3 04! Х1

03! Э

I Я I М х ! 3 Ф

l — — 4 Ф

1 l4I !

141 Ж

1 О

3 И ! I3.

3t

Э L ! Ф

44Ъ

Yl 3

О 3 о

CO (Ч л е э

ОЪ Ch CO о

43Ъ 3

ГЧ о о о о о о

ОО ГЧ

Й

i

1 с34 сп о ОО ОО an 00 H A о а л ГЧ СЧ л сЧ w ГЧ л л

Ы

М х

Ф

О1

Ф и

Ф х о

0Ъ н н н н Н и м м н н

w u н м н н н н

Н Н W H Н W .W I-I Н H 4-4 М

1 о а э1 ф ъ

5 хх

Ch

Ch о

ОО

° -4

I6!

1 и

О !!

Еч

1

l ! нх х ь н

ЦЙ М

Фни

ДО!О о ах

Ф хо хек

Э М ) х

Р4Ы g

30 О Д

О 03

ФО

Ф Р4

8 х й! ИЛ1

1 1

1 О

Ic3 н ф! 0 g

I Ф Х

Р Э

I ЯЬ

1 О Х

I P I5

v4

3 сО

ГЧ

ГЧ о ф Г )

ГЧ л

° э о

lA ъ CO

+ 0 чЪ

Г1Ъ ГЧ о о о

И

) ) lA 31

О

0О

134

Г Ъ

44Ъ

% о

Н

) л о о

Ch Ol

1Ь

Ch Ю

+ + сО

° 4 ОО сО О

Ф л4 ГЧ

CV I

II II

) ) 41Ъ 14 о

° .4 433 ъ ъ

° .4

1-4 1-4

+ +

СО Ch Ф Г1Ъ

О ГЪ

Ь о о

II !1

) ))

N з

lA Р

1 з

° 431 СЧ в о с л ь л

+ л

CO +

Q Л4 сО о о о

il 0

) 1-Ч 31

CO 00 44Ъ

ОО Г Ъ ь Г1Ъ

СЧ 4 О

° -4 + СЧ

+ 3 +

Г1Ъ Л ОО

ГЧ и ОО

44Ъ О о о 1 о

И 4! I I

) ) ) 4О «01

00 Ф с с

c3 Л

4 +

+ 3

° -4 lA

ГЧ сф сО о о

) 1101544

О\ О

«Ч «Ч с с

Я) «ч о

О\ РЪ с с

an, «Ч

«О с

Г Ъ

О\ с ь

l

1

«Ч

«Ч

«Ч с

С Ъ н ! с (мЪ с н

РЪ з 3 з з

«о о о

1 Ц о

1 01 с с

CO ф н у-«

+ +

Я) °

all е( о с (нч

Il II

) ) Я о х

K а

Ц ион

ХХ0 ои ахи

Мах

1:ЮО с 9 о

1 9

1 Х

1 и

I о

О

Ц е

Ц и х

Ъ«

I0 Ф ох н

g x.

9 I

«с Ф О\

«Ч « Ъ

«О

«с

° Ф

«Ч

«Ч о «ч

« ОЪ аО

1 I0 о

1 а

I.!

63

О х

И а а

3 .gg их

РЪ

O «Ч О сО О В

ОЪ . ОЪ С ) у 4

CO аО «Ч

««Ъ ф

««Ъ «О

ОЪ Ю

0Ъ «О

CO «ЪЪ о

Cs о

I 3

I x о

I e им

9 х

Э х о

Ц

О х

Q m со о

co In н!

lC х

Э

О

Э и

Э х о и н н н н н н н н

Н k H H H н н н н

РЪ

C)

«Ч

Ц

Э . н х х о о

Ц, а

I !

I

I

1

1

1

1 о

О И а с

Э «О (I

Э 01

Я х I

Х «0 1

1 ,Х 9 1 С!

0! Q 1 ° - а I 6 ч 1

«с

CO

«Ч с с О

fh

«О

ОЪ СО о о с с I1 О, ) ОЪ

РЪ

«с с

«О

N ! с

«О с

CO

П

) «О «О о «О Ф Ch.с

«Ч

«Ч е1

+ +

РЪ

О\ ОЪ о л с о о

И ц

) 1О ОЪ

0О !с с

Ф Ю н N

+ +

an aO

° Ф РЪ о с с о о

0 II

) ) an ««ъ

Ln \О с

«Ч н з з

ОЪ РЪ

«» о

«Ч

° «с Ф «О г- о н РЪ Ф сО

an 3 г сО О

«Ч

I

I

1

1

1

I

14

1101544

Среднеквадратичная относительная погрешность рассчетных значений расхода, % по известному по предлагаеспособу мому способу

4,87

1, 24

1,34

2,45

1,29

7,05

116

4,24

° 13б

7,27

203

3,4б

2 41

254

ы(/С) 0.H

045

Cr(clif) М(1/С

0.50 р(сн/с) 10, У

Диаметр потока

ЯЮ юг. 2

Таблица 2

1,78

l,45

1101544

1101544 .05

Составитель В, Булыгин

Редактор И,Николайчук Техред O.Håöå ° Корректор A.Ôåðåíö

»»

Заказ 4735/19 Тираж 565 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r, Ужгород, ул. Проектная, 4