Дебитометрия, расходомеры

Введение
С целью получения данных о притоке жидкости в скважину, а в нагнетательных скважинах – для оценки количества жидкости, поступающей в пласт (приемистость пласта), применяют расходомеры или дебитомеры. Расходомерами измеряют расходы воды, нагнетаемой в скважину, дебитомерами – притоки нефти, газа и их смеси с водой, поступающей из пласта в скважину.
К основным решаемым задачам относятся:
- выделение интервалов притока или приемистости в действующих эксплуатационных или нагнетательных скважинах;
- выявление перетоков между перфорированными пластами по стволу скважины после ее остановки;
- получение профиля притока или приемистости пласта по его отдельным интервалам.
Расходомеры отличаются от дебитомеров диаметром корпуса глубинного прибора: у расходомеров он больше, чем у дебитомеров. Это объясняется тем, что расходомеры предназначены для измерения больших объемов жидкости в нагнетательных скважинах – от 2000 до 5000м3/сут.  Результаты дебитометрии дают возможность уточнить фильтрационные свойства пластов, выявить случаи несовершенства вскрытия коллекторов и снижения их проницаемости, контролировать продвижение подошвенных и законтурных вод. Измерения расходомерами и дебитомерами проводятся только в действующих скважинах. Зная диаметр колонны и скорость потока, можно пересчитать эти данные в величину притока (дебита) или расхода жидкости при закачке ее в пласт.
1.Дебитометрия и расходометрияОбъемы жидкости или газа, циркулирующие в стволе скважины, фиксируются глубинными расходомерами и дебитомерами. Расходомерами измеряют расходы воды, нагнетаемой в скважину, дебитомерами — притоки нефти, газа и их смеси с водой. Дебитомеры и расходомеры делятся на механические и термокондуктивные, по способу регистрации — автономные (регистрация сигналов осуществляется внутри прибора) и дистанционные (сигналы для регистрации передаются по линии связи на поверхность), по условиям измерений — на пакерные и беспакерные.Механические дебитомеры (расходомеры) В механических дистанционных дебитомерах и расходомерах обычно используются преобразователи скорости потока жидкости. Чувствительным элементом служит турбинка вращающаяся набегающим потоком того или иного флюида. Скорость вращения турбинки преобразуется в электрические сигналы с помощью магнитного прерывателя тока. На роторе турбинки укреплен кольцевой магнит, взаимодействующий с магнитной стрелкой. Вторая колеблется вокруг оси. Один оборот кольцевого магнита вызывает одно полное колебание стрелки между упором и неподвижным контактом, в результате чего замыкается и размыкается токовая цепь. Для увеличения времени, в течение которого электрическая цепь замкнута, служит дополнительный магнит. При замыкании цепи в линию связи поступает электрический импульс тока. Скорость вращения турбинки пропорциональна величине измеряемого дебита жидкости или газа.
Следовательно, чем выше дебит, тем больше импульсов в единицу времени поступит в измерительный канал. Контактный магнитный прерыватель тока обеспечивает стабильную работу прибора при скорости вращения турбинки до 3000 об/мин. Частота импульсов, поступающих по линии связи на поверхность, преобразуется блоком частотомера в пропорциональную ей величину напряжения, которая фиксируется регистрирующим прибором. Пакер служит для перекрытия сечения скважины и для направления потока жидкости через измерительную камеру, в которую помещена турбинка. При использовании пакера невозможен непрерывный режим записи. Регистрацию данных производят либо в непрерывном («на протяжке»), либо в поточечном (замеры «по точкам») режимах. Для увеличения чувствительности расходомера в последнее время широко применяются модули с раскрывающимися вертушками.
Методика проведения исследований скважин механическими дебитомерами и расходомерами заключается в следующем. Прибор опускается в скважину до кровли верхнего перфорированного пласта и при открытом пакере или центраторе производятся периодические отсчеты и запись показаний. При этом регистрируются показания калибратора, нулевые линии и показания суммарного дебита. Затем при закрытом пакере прибор опускается на забой. При подъеме прибора с прикрытым пакером со скоростью 60-80 м/ч записывается непрерывная диаграмма до воронки насосно-компрессорной трубы (НКТ). По данным полученной непрерывной дебитограммы намечают положения точечных измерений дебита. На участках кривой с резкими изменениями дебита, расстояния между точками наблюдения выбирают через 0.4 м, на участках с малыми изменениями дебита — через 1-2 м. Измерения на точках выполняют с полностью открытым пакером в течение 1 мин. При перемещении прибора на другую точку пакер прикрывают.Механические дебитомеры и расходомеры позволяют:
1)определять общий дебит или расход жидкости по пластам;
2)получать профиль притока и приемистости жидкости по мощности перфорированного пласта в эксплуатационных и нагнетательных скважинах;
3)осуществлять контроль за техническим состоянием скважин;
4)определять перетоки между перфорированными пластами после остановки скважины.
Преимущество механических дебитомеров — их малая чувствительность к составу протекающего флюида. Недостатком механических расходомеров является их низкая пороговая чувствительность, поэтому часто подошва работающего интервала отбивается выше нижней границы перфорированного участка, а малые притоки или поглощения жидкости могут оказаться незафиксированными. Невозможно проводить исследования механическими дебитометрами в случае, если флюид «загрязнен» какими-либо механическими примесями.
В связи с этим интерпретация механических профилеграмм должна осуществляться в комплексе с терморасходограммами и кривыми высокочувствительной термометрии. А так же непригодность для изучения потоков загрязненных жидкостей.
Термокондуктивные дебитомеры (расходомеры) Термокондуктивные расходомеры работают по принципу термоанемометра. Т.е. их работа основана на определении количества тепла, отдаваемого непрерывно нагреваемым телом, которое помещено в поток жидкости или газа. По количеству отдаваемого тепла судят о линейной скорости потока, которая связана с объемным расходом жидкости. В поток скважинной жидкости помещается спираль, нагреваемая постоянным стабилизированным током до температуры, превышающей температуру окружающей ее среды. Эта же спираль-термосопротивление является датчиком дебитомера и расходомера. Набегающий поток жидкости или газа охлаждает спираль и тем самым изменяет ее активное сопротивление. Температура датчика колеблется в зависимости от скорости движения охлаждающей жидкости. Фиксируя изменение сопротивления термодатчика, получают кривую термокондуктивной дебитометрии (расходометрии). Величина теплоотдачи термосопротивления зависит также от тепловых характеристик среды, силы тока, диаметров скважины и колонны. В скважине с постоянным диаметром и однородной средой на теплоотдачу термосопротивления влияет только средняя линейная скорость потока, что позволяет измерить его скорость и построить профиль притока или поглощения флюида.
2. Гидродинамическая расходометрияИзмерения расходомерами используют для решения следующих задач: выделения интервалов притока или приемистости в действующих скважинах. Выявления перетока между перфорированными пластами по стволу скважины после ее остановки. Распределения общего (суммарного) дебита или расхода по отдельным пластам, разделенным неперфорированными интервалами. Получения профиля притока или приемистости пласта по его отдельным интервалам.
Каждый комплект расходомера должен быть снабжен градуировочный характеристикой, представляющей собой зависимость показаний прибора от объемного расхода жидкости (м3/сут). Градуировка расходомера производится на воде, на специальном гидродинамическом стенде. Одновременно определяется коэффициент пакеровки прибора и его стабильность. Стабильность характеристик прибора и их соответствие градуировочному графику контролируется в промысловых условиях по результатам сопоставления суммарных дебитов (расходов) скважин, определенным по данным расходомера и в замерном устройстве на поверхности. Расхождение между ними не должно быть более 20 %. При этом дебит (расход скважины), измеренный на поверхности, должен быть приведен к забойным условиям и погрешность его определения не должна превышать 10 %. Если расхождения в суммарных дебитах превышают 20 %, необходима повторная градуировка расходомера на гидродинамическом стенде.
Программа работ для установления распределения суммарного дебита по пластам предусматривает точечные измерения и запись непрерывной кривой. В начале проводятся точечные измерения в перемычках между исследованными пластами, а также выше и ниже интервалов перфорации. Число точек в каждом интервале исследований должно быть не менее 5, расстояние между ними 0.2-2 м. Расхождения между измерениями в одной точке в перфорированном участке не должны превышать 5 %.
Для определения отдающих (принимающих) интервалов перфорированного пласта записывается непрерывная диаграмма в интервалах перфорации и в 10-20 м участках ствола, прилегающих к ним. В скважинах, дающих чистую нефть или только воду, результаты измерения дебитом являются достаточными для установления места притока жидкости в скважину и характера насыщения соответствующих интервалов в случае, когда нет затрубной циркуляции, прорыва нагнетаемых вод и целостность колонны установлена (рис. 1).

Рисунок 1 – Промысловая и промыслово – геофизическая характеристика коллекторов пласта АВ1 на примере скажины №179 Западно - Полуденного месторождения
В скважинах, дающих нефть с водой, исследования расходомерами не решают задачу по разделению на нефте- и водоотдающие интервалы, для этих целей должен применяться более расширенный комплекс геофизических методов. Эффективность использования расходометрии при исследовании скважин зависят от ее технического состояния в интервале перфорации. Расходограммы, полученные в скважинах, где продуктивный интервал был вскрыт перфораторами ПК-103, легко интерпретируются в интервалах перфорации - по ним можно построить профили отдачи или приемистости по всему отдающему или принимающему интервалу при условии целостности цементного камня за колонной.
3. Термокондуктивная расходометрияТермокондуктивные расходомеры работают по принципу термоанемометра. В поток скважинной жидкости помещается спираль, нагреваемая постоянным стабилизированным током до температуры, превышающей температуру окружающей среды. Эта же спираль-термосопротивление является датчиком расходомера. Набегающий поток жидкости или газа охлаждает спираль и тем самым изменяет ее ,активное сопротивление. Температура датчика колеблется в зависимости от скорости движения охлаждающей жидкости. Фиксируя изменение сопротивления термодатчика, получают кривую термокондуктивной расходометрии. Величина теплоотдачи термосопротивления зависит также от тепловых характеристик среды, силы тока, диаметров скважины и колонны. В скважине с постоянным диаметром и однородной средой на теплоотдачу термосопротивления влияет только средняя линейная скорость потока, что позволяет измерить его скорость и построить профиль притока или поглощения флюида.
Наибольшее распространение в практике работ получили скважинные термоэлектрические дебитомеры-расходомеры типа СТД-2 и СТД-4
Прибор СТД-2 используется для исследования фонтанирующих и нагнетательных скважин, СТД-4 – скважин, эксплуатирующихся при помощи штанговых насосов. В приборах типа СТД изменение активного сопротив-ления датчика RД измеряется по мостовой схеме. Приборы типа СТД могут работать также в режиме термометра для измерения абсолютной температуры. В этом случае в электрическую схему прибора включается сопротивление, которое создает на чувствительном скважинном плече моста.
Термокондуктивные расходомеры обладают более высокой, чем механические, чувствительностью, не вносят гидродинамических сопротивлений в поток жидкости. Имеют высокую проходимость в скважинах благодаря отсутствию пакера, не подвержены влиянию загрязняющих механических примесей и надежны в работе. Однако показания термокондуктивных расходомеров существенно зависят от состава смеси, протекающей по стволу скважины, поэтому практически терморасходограммы могут быть использованы для количественной интерпретации только при потоках однофазного флюида.
Рисунок 2 - Электрическая схема скважинная схема скважинного дебитомера – расходомерв типа СТД
К достоинствам термокондуктивных дебитомеров относятся:
- Сравнительно высокая чувствительность в диапазоне низких и средних дебитов позволяет фиксировать малые радиальные притоки в однокомпонентной среде.
- Отсутствие пакерующих устройств и движущихся механических элементов (турбинок), что обеспечивает надёжность эксплуатации термо-кондуктивных дебитомеров.
При контроле за разработкой нефтяных месторождений термокон-дуктивный дебитомер служит в основном лишь в качестве индикатора притока.
Данные термокондуктивной дебитометрии используются для реше-ния следующих задач:
- выделение интервалов притока или приёмистости, а также выяв-ления мест негерметичности обсадной колонны при исследовании действующих скважин;
- выявление перетоков между перфорированными пластами при исследовании остановленных скважин.
Исследования для выделения интервалов притока или приёмистости в перфорированных пластах эксплуатационных и нагнетательных скважин проводятся в интервалах изучаемых пластов и прилегающих к ним перемычках. Записываются основная и контрольная диаграммы. Запись их осуществляется при подъёме прибора со скоростью 100-120м/ч.
Интервалы притока и поглощения флюидов на кривой терморасходометрии выделяются снижением показаний  от подошвы к кровле интервала работающего пласта (рис. 3).
На этой диаграмме отмечены характерные участки:
1.участок ниже интервалов притока с величиной приращения температуры, характерной для неподвижной жидкости (для воды – ΔТов или нефти – ΔТон);
2.учаски притока, характеризующиеся резким уменьшением приращения температуры;
Рисунок 3 - Пример выделения работающих интервалов в обсаженной скважине по кривой дебитомера типа СТД1-работающие участки пласта, 2-неработающие участки пласта, 3-профиль притока флюида, 4-вода, 5-нефть
Рисунок 4 - Примеры дебитограмм, зарегистрированных механическим (а) и термокондуктивным (б) дебитомерами. Дебитограммы: 1-интегральная, 2-дифференциальная
Если среда, заполняющая ствол скважины, многокомпонентная (нефть и вода), по данным резистивиметрии устанавливается водонефтяной раздел. На термодебитограмме ему обычно соответствует скачок температуры (положительное приращение температуры). На рисунке
приведены диаграммы термокондуктивного дебитомера в интервалах притока четырёх основных типов, характеризующихся следующими значениями ΔТ:
- ΔТ1 – под интервалом притока;
- ΔТ2 – в подошве;
- ΔТ3 – в кровле;
- ΔТ4 – над интервалом притока
Термокондуктивные расходомеры комплексируют с другими мето-дами оценки «притока – состава»рис 5.
. Для выявления перетоков между перфорированными пластами по стволу скважины измерения выполняют в остановленной скважине в роцесссе и после восстановления давления. Записывается основная и контрольная дебитограмма.фи
Рисунок 5 - Пример комплексирования методов «приток-состава»
Дебитограммы:1-интегральная и дифференциальная, 11-влагомера, 1V-гамма-плотномера, V-резистивиметра, V1-кислородного нейтронно-активационного метода (КНАМ); интервалы, отдающие:1-нефть, 2-нефть с водой, 3-воду.Заключения
Основные помехи при дебитометрии следующие:
1) неполнота пакеровки из-за нарушения пакера или неплотного прилегания его к трубе;
2) изменение внутреннего диаметра обсадных труб, обусловливающее погрешность в определении дебита при исследованиях с беспакерными приборами или с приборами с неполной пакеровкой;
3) нарушение герметичности цементного кольца, приводящее к тому, что часть жидкости (газа) движется по заколонному пространству; влияние этого фактора особенно велико при замерах пакерными приборами;
4) образование столба жидкости в забое, частично или полностью перекрывающего интервалы поступления нефти или газа; влияние этого фактора особенно существенно для беспакерных дебитомеров.Наконец, скорость потока меняется в зависимости от положения прибора относительно стенки скважины. Эта зависимость особенно сильна для приборов малого диаметра, поэтому они должны снабжаться центрирующими фонарями.
Основные положительные качества: неподверженность системы влиянию механических примесей, высокая чувствительность, низкая погрешность исследования в однородных жидкостях. При исследовании многофазного потока термокондуктивный дебитомер может оценить поток только качественно ("есть приток", "нет притока"). Особенностью термокондуктивных дебитомеров, существенно сужающей область их применения, является большая зависимость показаний прибора от теплофизических свойств исследуемых жидкостей.
Профили расхода, полученные при расходометрии, целесообразно дополнять результатами обработки других методов, дающих информацию о заколонных и межколонных перетоках. Комплексный подход позволяет в ряде случаев обнаружить обводнение продуктивных пластов и образование техногенных залежей газа.
Список литературы
1). Справочник геофизика. Том второй Геофизические методы исследования скважин. Под редакцией С.Г. Комарова. - Гостоптехиздат, М.-1961. – 288 с.;
2). Справочник геофизика. Геофизические методы исследования скважин. Под редакцией В.М. Запорожца. - Недра, М.-1983. – 504 с.;
3). Геофизические исследования скважин. В.М. Добрынин, Б.Ю. Вендельштейн, Р.А. Резванов, А.Н. Африкян. - Нефть и газ, М.-2004. – 315 с.;
4). Глубинные приборы для исследования скважин. А.И. Петров. - Недра, М.-1980. – 288 с.;
5). Справочник. Аппаратура и оборудование для геофизических исследований нефтяных и газовых скважин. А.А. Молчанов, В.В. Лаптев, В.Н. Моисеев, Р.С. Челокьян - Недра, М.-1987. – 195 с.;
6). Скважинный термокондуктивный дебитомер СТД. И. Г. Жувагин, С. Г. Комаров, В. Б. Черный. - Недра, М.-1973. – 255 с.