Глубинное устройство для определения состава газожидкостного потока

 

Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям скважин. Цель - повышение точности определения за счет обеспечения однородности газожидкостного потока. Устройство содержит полый корпус 1 с центраторами 12 и каналами 2 и 3 входа и выхода газожидкостного потока. Между каналами 2 и 3 размещены датчик 4 состава газожидкостной смеси и турбинка 10 с возможностью свободного вращения. Под каналами 2 размещена дополнительная турбинка 8. Каждая из турбинок 8 и 10 выполнена с лопатками 9 и 11 с противоположными и разными углами атаки. Лопатки 9 и 11 выполнены с противоположными направлениями закрутки относительно турбинок 8 и 10. Длина лопаток 9 и 11 равна 0,75 диаметра корпуса 1, а расстояние между ними равно 1,3 диаметра корпуса. Турбинки 8 и 10 выполнены однолопастными. У стенки скважины образуется серия горизонтальных пульсаций, эффект которых усиливается благодаря винтообразной закрутке лопаток 9,11. Пульсации разрушают образованный на этих стенках кольцевой слой жидкости. Одновременно сами же пульсации препятствуют эффекту затягивания жидкости в центр потока. Благодаря несимметричности противоположных вихрей, создаваемых турбинками 8,10, наклон к вертикальной плоскости и направление образуемых вследствие этого эффекта вторичных вихрей способствуют дроблению и равномерному перемешиванию частиц жидкой фазы в газовом потоке в зоне входа потока в каналы 2. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 E 21 В 47/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ фие. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 43 03996/2 3- 03 (22) 22,06.87 (46) 30.09.89. Бюл. Н 36 (71) Московский институт нефти и газа им.И.М.Губкина (72) А.И.Ипатов, Н.В,Тихомиров и Н,Н.Кривко (53) 622.241 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 466320, кл. E 21 B 47/10, 1971..

„„SUÄÄ 153 И77 А1

2 (54) ГЛУБИННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПО"

ТОКА (57) Изобретение относится к промыслово-геофизическим исследованиям скважин.

Цель - повышение точности определения за счет обеспечения однородности газожидкостного потока. Устройство одержит полый корпус 1 с центратора I 511377

3 ми 12 и каналами 2 и 3 входа и выхода газожидкостного потока. Между каналами 2 и 3 размещены датчик 4 состава газожидкостной смеси и турбинка

10 с возможностью свободного вращения. Под каналами 2 размещена дополнительная турбинка 8, Каждая из турбинок 8 и 10 выполнена с лопатками 9 и

l1 с противоположными и разными угла- 10 ми атаки. Лопатки 9 и 11 выполнены с противоположными направлениями закрутки относительно турбинок 8 и 10, Длина лопаток 9 и 11 равна 0,75 диаметра корпуса 1, а расстояние между ними равно 1,3 диаметра корпуса, Турбинки

8 и 10 выполнены однолопастными. У стенки скважины образуется серия горизонтальных пульсаций, эффект которых усиливается благодаря винтообразной закрутке лопаток 9, 11. Пульсации разрушают образованный на этих стен ках кольцевой слой жидкости, Одновременно сами же пульсации препятствуют эффекту затягивания жидкости в центр потока. Благодаря несимметричности противоположных вихрей, создаваемых турбинками 8, 10, наклон к вертикальной плоскости и направление образуе-. мых вследствие этого эффекта вторичных вихрей способствуют дроблению и равномерному перемешиванию частиц жидкой фазы в газовом потоке в зоне входа потока в каналы 2. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике для промыслово-геофизических иссле- 2 дований и может быть использовано для определения состава (влагосодержания) газожидкостного потока в стволе действующей скважины.

Целью изобретения является повыше- 30 ние точности определения состава га;зожидкостного потока путем обеспечения однородности газожидкостного потока.

На фиг. 1 дана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема работы устройства; на фиг. 3 — полученные экспериментально зависимости выбора углов атаки верхней и нижней турбинок, углов, под ко"40 торыми выполнены лопатки относительно плоскости турбинок, и углов направлений закрутки лопаток относительно турбинок, Устройство содержит полый корпус 45

1 с каналами 2 входа газожидкостного потока и каналами 3 его выхода, между которыми размещен датчик 4 состава газожидкостной смеси, схему преобразователей 5 регистрируемых параметров в сигналы, пригодные для передачи по каналам кабельной связи 6, подшипники 7, установленную под каналами входа газожидкостной смеси дополнительную (нижнюю) турбинку 8 с лопаткой 9 и верхнюю турбинку 10 с лопаткой 11, установленную между каналами входа и выхода газожидкостной смеси, и центраторы 12. Турбинки 8 и 10 свободно вращаются в подшипниках 7. Нижняя турбинка 8 выполнена с углом атаки у,- 15 - 30, а верхняя турбинка 10 — с углом атаки с = 45 — 60, что обеспечивает различие в угловой скорости нижней и верхней турбинок, Благодаря этому горизонтальная проекция пересечения лопаток 9 и 11 будет двигаться по окружности. По отношению к плоскости турбинок лопатки выполнены под углом в сторону направления их вращения

p = 15 - 30, что вместе с направлениями закрутки концов лопаток на угол с = 30 - 45 позволяет усиливать направленность эффекта образования избыточного давления в, сторону стенки скважины. Указанные на фиг. 1 расстояния и диаметры отверстий входа газожидкостной смеси в канал датчика выбраны как наиболее оптимальные при моделировании процесса работы устройства с учетом реально возможных скважинных условий. Размеры даны в величинах диаметра устройства, диаметр прибора с центраторами

12(0+1,5D) должен обеспечивать прохождение прибора по насосно-компрессорным трубам в исследуемой скважине, а диаметр прибора с турбинками

8 и 10(Р+1,3Р) - воэможность вращения турбинок при характерной для данных обсадных труб шероховатости, Размер каналов 2(1,30) и расстояние между лопатками выбираются в соответствии с размерами, принятыми в уст1511377

А,- 2.„.,15 - 45 — 30О- 45

30 — 60

Р с 30

15 45

30 45

Q 15 30 (p, — относительный параметр, харак" теризующий отношение зарегистрированной в изверительной камере диэлькометра доли жидкости к истинной доле. жидкой Фазы в трубе; Р— относительный параметр скорости потока, 40 равный отношению скорости потока газожидкостной смеси к скорости чистого газа при тех же условиях.

При выборе параметров предлагаемого устройства, в частности при вы- 45 боре турбинок 8 и 10 (фиг. 1) однолопастными, одним из основных критериев является критерий наивысшей эффективности в условиях измерений, т.е. критерий значительности эффекта образования у стенки скважины горизонтальных пульсаций среды, В случае выбора турбинок однолопастными энергия вращения турбинок максимально преобразуется в горизонтальную

55 составляющую импульса сжатия газожидкостной среды между лопатками

9 и 11 противонаправленно движущихся турбинок 8 и 10. Увеличение числа ройствах для определения влагосодержания аналогичного диаметра (например, в скважинном диэлькометре ДС-1).

Длина турбинок (1,75D) сопоставима с размерами входного отверстия и определяется размерами подшипников 7.

Расстояние между турбинкой и входными отверстиями (длина лопаток 0,750) выбирается из расчета, чтобы площадь 10 лопаток 9 и 11 была сопоставима с площадью сечения между ними в момент пересечения горизонтальных проекций этих лопаток. Выбор углов атаки

1 и у верхней и нижней турбинок 5 т основывается на необходимости создания различных угловых скоростей турбинок и производится эмпирическим путем, как и выбор углов р закрутки лопаток 9 и 11 в сторону направле- 20 ния их вращения и выбор углов (направления закрутки концов лопаток 9 и 11 с целью усиления направленности эффекта образования избыточного давления в сторону стенки скважины. 25

На фиг. 3 приведены полученные экспериментальные данные с условными обозначениями: лопаток ведет к перераспределению суммарной энергии вращения турбинок на все количество лопаток, а значит, и к снижению мощности отдельных горизонтальных пульсаций на стенке скважины.

Устройство работает следующим образом.

Устройство опускают на кабеле в действующую газовую скважину, работающую с признаками обводнения. 3апись измеряемых параметров производится в режиме непрерывной регистрации на стационарных режимах отбора газа. Под действием восходящего потока газожидкостной смеси турбинки 8 и

10 начинают вращаться в противоположные стороны. При этом, так как углы атаки турбинок 8 и 10 различные, горизонтальная проекция линии пересечения лопаток 9 и 11 будет двигаться по окружности. Скорость вращения турбинок 8 и 10 определяется скоростью движения потока и пропорциональна величине этой скорости, При реальных технологических дебитах газа

Ч = 300 - 1000 тыс. мз газа в сутки и, при весовых далях жидкой фазы 1

103 частота вращения турбинок не должна быть менее 50 об/с. В местах пересечения горизонтальных проекций лопаток 9 и 11 создается избыточное давление, а при расхождении лопаток происходит разрежение среды ° Поэтому в области между турбинками 8 и 10 с определенной частотой возникает попеременная смена избыточного давления и разрежения.

Таким образом, у стенки скважины в указанной зоне образуется серия горизонтальных пульсаций (фиг. 2), эффект которых усиливается благодаря винтообразной закрутке лопаток 9 и

11. Пульсации создают неустойчивость вихрей в зоне стенки трубы и, следовательно, разрушают образованный на этих стенках кольцевой слой жидкости.

Одновременно сами же пульсации препятствуют эффекту затягивания жидкости в центр потока. Благодаря несимметричности противонаправленных вихрей, создаваемых турбинками 8 и 1О, наклон к вертикальной плоскости и направление образуемых вследствие этого эффекта вторичных вихрей способствуют дроблению и равномерному перемешиванию частиц жидкой фазы в газовом потоке в зоне входа потока в каналы

15«377

2 датчика 4 состава газожидкостной меси, Таким образом, слагаемые

° ° лены величины (ач/Bt + чх ro$ v) удут поочередно менять свои знаки

Аа обратные. Выбор параметров устрой5 ства (расстояний между лопатками 9 и 11, углов атаки турбинок 8 и 10 и лопаток 9 и 11) обеспечивает миниальный коэффициент пакеровки, наиысшую эффективность при условиях ,змерений, которые наиболее характерны для технологических режимов pa(oTbl эксплуатационных газовых скважин, максимально возможную угловую

1 корость движения горизонтальной про-. кции линии пересечения лопаток 9 и

1, в результате чего повышается точость за счет создания однородной труктуры газожидкостного потока. формула и з о б р е т ения

1, Глубинное устройство для определения состава газожидкостного пото- 2 ка, включающее полый корпус с центраторами и каналами входа и выхода гафожидкостного потока, между которыми размещены датчик состава газожидкост ой среды и турбинка с возможностью свободного вращения, о т л и ч * ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения путем обеспечения однородности газожидкостного потока, оно снабжено размещенной под каналами входа газожидкостного потока дополнительной турбинкой, при этом каждая из турбинок.выполнена с лопаткой и противоположными и разными углами атаки, а лопатки выполнены с противоположными направлениями закрутки относительно турбинок, 2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что длина лопаток равна 0,75 диаметра корпуса, а расстояние между ними равно 1,3 диаметра корпуса.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ .е е с я тем, что турбинки выполнены однолопастными.

4. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что нижняя турбинка выполнена с углом атаки 15-30 а верхняя — с углом атаки 45 — 60

5. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что лопатки выполнены под углом 15 - 30 к плоскости турбинок, а направления закрутки лопаток относительно турбинок выполнены под углом 30 - 45, .1511377

0,7

0,6

0,9

Составитель Г.Маслова

Техред М.Дидык Корректор С.Шекмар

Редактор А.Лежнина

Заказ 5873/33 Тираж 514 Подписное

ВНИИПО Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Гагарина, 101