Способ и устройство для определения расхода текучей среды

Номер патента: 15788

Опубликовано: 30.12.2011

Авторы: Кутлик Рой Лестер, Кроули Чарльз Милтон, Мока Стив М.

Есть еще 4 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ определения расхода текучей среды, содержащий следующие этапы:

измерение равновесного значения температуры исследуемого места, по которому проходит текучая среда;

изменение температуры исследуемого места до второго значения температуры;

регистрация изменения во времени температуры исследуемого места при ее возврате к равновесному значению;

определение расхода текучей среды по характеру указанного изменения температуры.

2. Способ по п.1, в котором используется температурный датчик, установленный в исследуемом месте для измерения и регистрации изменения температуры.

3. Способ по п.1, в котором исследуемое место находится в стволе скважины, проходящем один или несколько подземных геологических пластов.

4. Способ по п.3, в котором исследуемое место находится в трубопроводе, размещенном в стволе скважины.

5. Способ по п.3, в котором текучая среда содержит по меньшей мере одно из следующего: нефть, газ, воду и их комбинации.

6. Способ по п.4, в котором трубопровод размещен на участке ствола скважины, являющегося, по существу, горизонтальным.

7. Способ по п.2, в котором температурный датчик содержит оптоволоконный кабель.

8. Способ по п.2, в котором изменение температуры исследуемого места выполняется с использованием поглотителя тепла.

9. Способ по п.2, в котором изменение температуры исследуемого места выполняется с использованием поглотителя холода.

10. Способ по п.8, в котором изменение температуры исследуемого места выполняется с использованием поглотителя тепла, по существу, в сборке с температурным датчиком.

11. Способ по п.9, в котором изменение температуры исследуемого места выполняется с использованием поглотителя холода, установленного, по существу, в сборке с температурным датчиком.

12. Способ по п.1, в котором при определении расхода текучей среды осуществляют корреляцию данных регистрации изменения во времени температуры исследуемого места с расходом текучей среды, проходящей через исследуемое место.

13. Способ по п.12, в котором время, необходимое для прохождения температурой исследуемого места половины пути между вторым значением температуры и равновесным значением температуры, определяет полупериод релаксационного перехода температуры, который можно коррелировать с расходом текучей среды, проходящей через исследуемое место.

14. Способ по п.13, в котором корреляция между полупериодом релаксационного перехода температуры и расходом текучей среды в исследуемом месте является, по существу, линейной.

15. Устройство для определения расхода углеводородных текучих сред, проходящих на участке ствола скважины, проходящей через исследуемый геологический пласт, содержащее средство изменения температуры участка ствола скважины, устанавливаемое в стволе скважины в исследуемом месте для изменения температуры исследуемого места, и температурный датчик, устанавливаемый в исследуемом месте или вблизи него.

16. Устройство по п.15, в котором средство изменения температуры является управляемым с наземной площадки для изменения температуры исследуемого места до значения температуры, отличной от равновесного значения температуры в исследуемом месте.

17. Устройство по п.15, в котором средство изменения температуры является поглотителем тепла.

18. Устройство по п.15, в котором средство изменения температуры является поглотителем холода.

19. Устройство по п.17, в котором средство изменения температуры содержит трубопровод для перемещения охлаждающего агента.

20. Устройство по п.18, в котором средство изменения температуры содержит трубопровод для перемещения теплоносителя.

21. Устройство по п.15, в котором средство изменения температуры и температурный датчик объединены в едином блоке.

22. Устройство по п.15, в котором средство изменения температуры и температурный датчик установлены раздельно в стволе скважины.

Текст

Смотреть все

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ Дата публикации и выдачи патента СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Изобретение относится к способу определения расхода текучей среды, содержащему следующие этапы: измерение равновесного значения температуры исследуемого места, по которому проходит текучая среда; изменение температуры исследуемого места до второго значения температуры; регистрация изменения во времени температуры исследуемого места при ее возврате к равновесному значению; определение расхода текучей среды по характеру указанного изменения температуры. Устройство для определения расхода углеводородных текучих сред, проходящих на участке ствола скважины, проходящей через исследуемый геологический пласт, содержит средство изменения температуры участка ствола скважины, устанавливаемое в стволе скважины в исследуемом месте для изменения температуры исследуемого места, и температурный датчик,устанавливаемый в исследуемом месте или вблизи него. Кроули Чарльз Милтон, Мока Стив М., Кутлик Рой Лестер (US) Медведев В.Н. (RU) 015788 Область техники изобретения Настоящее изобретение относится к способу и устройству для определения расхода текучей среды,проходящей через один или несколько участков ствола добывающей скважины. Изобретение имеет практическое применение в горизонтальных стволах скважин и в стволах скважин с множеством зон добычи. Предпосылки создания изобретения Определение расхода, в частности определение массового расхода, является важной функцией в эффективном управлении добычей углеводородов из продуктивных подземных пластов (также известны как коллекторы). Определение расхода в режиме реального времени или в режиме, близком к реальному времени, является особенно ценным в диагностике и разрешении проблем добычи. Общий массовый расход через обычные стволы эксплуатационных скважин можно легко определять на оборудовании устья скважины с использованием известных способов. Более детальное определение потока на различных забойных участках ствола скважины является более сложным и требует выполнения измерений в самом стволе скважины. Существующие способы определения расхода текучей среды на забое скважины, в особенности во множестве зон добычи и в участках горизонтального ствола скважины не являются пока полностью удовлетворительными. Патент США 5610331, выданный Western Atlas, описывает способ определения режима потока текучих сред в трубопроводе. Способ создает карту температур трубопровода посредством использования множества датчиков распределенной температуры и средства для определения положения каждого из датчиков в сечении трубопровода. Режим потока определяется сравнением карты температур с картой,созданной по лабораторным экспериментам в контуре потока. Система по данному патенту ограничена своим требованием профиля распределенной температуры, включающего в себя индикацию значений множества температур вдоль по стволу скважины. Патент США 6618677, выданный Sensor Highway, описывает систему оптоволоконных датчиков для определения массового расхода добываемой текучей среды в трубопроводе, размещенном в стволе скважины. Согласно описанию изобретения текучая среда, добываемая через трубопровод ствола скважины (эксплуатационную насосно-компрессорную трубу), в общем имеет сравнительно высокую температуру. Подземный пласт (пласты), через которые продолжается ствол скважины, в общем имеет более низкую температуру, чем коллектор, из которого происходит добываемая текучая среда. Когда добываемая текучая среда проходит вверх через трубопровод ствола скважины мимо охладителя, окружающего подземного пласта (пластов), текучая среда считается охлаждающейся. Система оптоволоконных датчиков применяется для мониторинга этого охлаждения на отрезке длины трубопровода и образования профиля распределения температуры. Образованный профиль распределенной температуры сравнивают с ранее определенной калибровкой температуры-расхода для определения удельного массового расхода текучих сред в трубопроводе ствола скважины. Данная система также ограничена необходимостью получения измерений в множестве мест вдоль по длине отрезка трубопровода ствола скважины. Патент США 6769805, выданный Sensor Highway, описывает способ использования нагревающего кабеля, оборудованного оптоволоконными датчиками распределенной температуры для определения расхода текучей среды в стволе скважины. Кабель нагревается до температуры, превышающей температуру ствола скважины, в которой он установлен, и затем обесточивается для охлаждения потоком добываемой текучей среды через ствол скважины. Оптоволоконный датчик распределенной температуры применяется для создания профиля распределенной температуры вдоль нагревающего кабеля. Данный патент предлагает корреляцию созданного профиля с расходом текучей среды, с объяснением достижения этого. Патент США 8920395, также выданный Sensor Highway, аналогичен патенту 6769805, за исключением того, что применяет поглотитель тепла (вместо временного, активного нагревания) для наведения охлаждения оптоволоконного датчика распределенной температуры. Поэтому все системы вышеуказанных патентов являются ограниченными корреляцией расхода на основе профилей распределенной температуры. Патент США 6766854, выданный Schlumberger, описывает систему для получения данных скважинных исследований подземного пласта, пройденного каналом ствола скважины, отличающуюся использованием сенсорной пробки, размещенной в боковой стенке ствола скважины, и отдельных скважинных инструментов для установки пробки и осуществления с ней связи. Данная система ограничена стационарным характером сенсорной пробки и сложностью установки и осуществления с ней связи, возможно на стенке обсадной колонны. Патент США 6817257, выданный Sensor Dynamics, описывает устройство и способ дистанционного измерения параметров, включающие в себя оптоволоконный кабельный датчик и кабельное устанавливающее устройство для установки оптоволоконного кабеля в специально выполненный трубопровод. Устанавливающее устройство включает в себя средство для продвижения текучей среды вдоль по трубопроводу для развертывания оптоволоконного кабельного датчика и сборку уплотнения между оптоволоконным кабелем и трубопроводом. Данный патент упоминает, что его "датчик" может являться датчиком расхода, "основанном на объединении данных от нескольких датчиков и применении алгорит-1 015788 ма для расчета потока", но не объясняет, как это можно получить. Вышеупомянутые решения по определению расхода, таким образом, отличаются системами, требующими разработки профиля распределения температуры на отрезке длины ствола скважины, и системами, требующими стационарной установки и потенциально сложной связи с внутрискважинными датчиками. Поэтому существует необходимость решения по определению расхода с возможностью адаптации для использования во множестве мест внутри скважины, не ограниченного необходимостью отрезка длины для распределенного детектирования. Дополнительно существует необходимость решения для определения расхода текучей среды, которое способствует простой установке, временной или стационарной, но не обремененной необходимостью стационарной установки. Адаптивность установки в решении по определению расхода должна помочь практическому применению в стволах скважин с множеством зон добычи а также в горизонтальных секциях ствола скважины, включающих в себя горизонтальные стволы так называемых многоствольных скважин. Горизонтальные секции канала ствола скважины обычно сообщаются текучей средой с вертикальной секцией ствола скважины, продолжающейся к поверхности. Для примера, значительный интерес для инженера по бурению (в случае бурения ствола скважины) или для инженера по добыче/эксплуатации промысла (в случае добычи в стволе скважины) представляет вопрос, имеет ли участок горизонтальной секции ствола скважины вблизи вертикальной секции гораздо более высокий объемный расход, примерно одинаковый расход или гораздо более низкий расход, чем участок горизонтальной секции ствола скважины, удаленный от вертикальной секции ствола скважины. Определения Некоторые термины определены повсеместно в данном описании при первом использовании, в то время как некоторые другие термины описания определены ниже."Поглотитель холода" означает среду или изделие, способные к передаче тепла другому изделию, с которым он находится в тепловом контакте (либо физический "контакт", либо посредством излучения)."Трубопровод" означает естественный или искусственный канал, через который что-либо перемещается, в частности текучая среда."Равновесное значение температуры" означает сбалансированное температурное условие, основанное на настоящих условиях работы, остающееся постоянным при отсутствии внешних воздействий в течение периода времени мониторинга, представляющего интерес."Поглотитель тепла" означает среду или изделие, способные к абсорбции тепла от другого изделия,с которым он находится в тепловом контакте, или физическом контакте, или контакте посредством излучения. Сущность изобретения Согласно изобретению создан способ определения расхода текучей среды, содержащий следующие этапы: измерение равновесного значения температуры исследуемого места, по которому проходит текучая среда; изменение температуры исследуемого места до второго значения температуры; регистрация изменения во времени температуры исследуемого места при ее возврате к равновесному значению; определение расхода текучей среды по характеру указанного изменения температуры. При осуществлении способа может быть использован температурный датчик, установленный в исследуемом месте, для измерения и регистрации изменения температуры. Исследуемое место может находиться в стволе скважины, проходящем один или несколько подземных геологических пластов, или в трубопроводе, размещенном в стволе скважины. Текучая среда может содержать по меньшей мере одно из следующего: нефть, газ, воду и их комбинации. Трубопровод может быть размещен на участке ствола скважины, являющегося, по существу, горизонтальным. Температурный датчик может содержать оптоволоконный кабель. Изменение температуры исследуемого места может выполняться с использованием поглотителя тепла или с использованием поглотителя холода, с использованием поглотителя тепла, по существу, в сборке с температурным датчиком или с использованием поглотителя холода, установленного, по существу, в сборке с температурным датчиком. При определении расхода текучей среды можно осуществлять корреляцию данных регистрации изменения во времени температуры исследуемого места с расходом текучей среды, проходящей через исследуемое место. Время, необходимое для прохождения температурой исследуемого места половины пути между вторым значением температуры и равновесным значением температуры, задает полупериод релаксационного перехода температуры, который можно коррелировать с расходом текучей среды, проходящей через исследуемое место. Корреляция между полупериодом релаксационного перехода температуры и расходом текучей среды в исследуемом месте может быть, по существу, линейной.-2 015788 Согласно изобретению создано также устройство для определения расхода углеводородных текучих сред, проходящих на участке ствола скважины, проходящей через исследуемый геологический пласт, содержащее средство изменения температуры участка ствола скважины, устанавливаемое в стволе скважины в исследуемом месте для изменения температуры исследуемого места, и температурный датчик, устанавливаемый в исследуемом месте или вблизи него. Средство изменения температуры исследуемого места может быть управляемым с наземной площадки для изменения температуры исследуемого места до температуры, отличной от равновесного значения температуры в исследуемом месте. Средство для изменения температуры исследуемого места может быть поглотителем тепла или поглотителем холода или содержать трубопровод для перемещения охлаждающего агента или трубопровод для перемещения теплоносителя. Средство изменения температуры исследуемого места и температурный датчик могут быть объединены в едином блоке или установлены раздельно в стволе скважины. Краткое описание чертежей Для лучшего понимания вышеперечисленных признаков и преимуществ настоящего изобретения ниже приведено конкретное описание изобретения со ссылками на его варианты осуществления, показанные на прилагаемых чертежах. Вместе с тем, следует заметить, что прилагаемые чертежи показывают только типичные варианты осуществления данного изобретения и поэтому не должны считаться ограничивающими его объем, поскольку изобретение может допускать другие равно эффективные варианты осуществления. На фиг. 1 схематически показан в разрезе ствол скважины с горизонтальной секцией, проходящей через продуктивный пласт, с эксплуатационной колонной насосно-компрессорной трубы в нем, использующей средство изменения температуры и температурный датчик согласно настоящему изобретению. На фиг. 2 схематически показан в разрезе ствол скважины с вертикальной секцией, проходящей через продуктивный пласт, с эксплуатационной колонной насосно-компрессорной трубы в нем, использующий средство изменения температуры и температурный датчик согласно настоящему изобретению. На фиг. 3 подробно представлен один вариант осуществления средства изменения температуры и температурного датчика согласно настоящему изобретению. На фиг. 4 А, 4 В подробно представлен в сечении и в изометрии дополнительный вариант осуществления средства изменения температуры и температурного датчика согласно настоящему изобретению. На фиг. 5 А, 5 В подробно представлен в сечении и в изометрии еще один дополнительный вариант осуществления средства изменения температуры и температурного датчика согласно настоящему изобретению. На фиг. 6 показан график соотношения за полупериод релаксационного перехода температуры и расхода текучей среды согласно настоящему изобретению. Подробное описание изобретения На фиг. 1 схематически показан в сечении один вариант осуществления настоящего изобретения для определения удельного массового расхода текучей среды, добываемой из подземного пласта F и проходящей вверх через эксплуатационную колонну TS насосно-компрессорной трубы, расположенную в стволе W скважины и заканчивающейся на оборудовании WH устья скважины. Ствол W скважины отличается, по существу, вертикальной секцией Wv и по меньшей мере одной, по существу, горизонтальной секцией WH, проходящей через продуктивный пласт F, при этом, горизонтальная секция WH изолирована от вертикальной секции Wv компоновкой Р пакера. Как изображено на фиг. 1, устройство согласно настоящему изобретению содержит средство изменения температуры, установленное в одном или нескольких исследуемых местах L1, L2, в горизонтальной секции WH ствола W скважины. Средство изменения температуры включает в себя один или несколько температурных поглотителей 110, которые несет колонна TS насосно-компрессорной трубы, для обеспечения их установки на места L1, L2 или рядом с ними. Температурный поглотитель (поглотители) (описан более подробно со ссылками на фиг. 3) может содержать различные способы применения поглотителя тепла или поглотителя холода (т.е. адаптивного теплообменника), для наведения температурного изменения на соответствующих местах L1, L2. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, средство изменения температуры является регулируемым с наземной системы 111, создающей и регулирующей перекачку охлаждающего агента и теплоносителя к температурным поглотителям 110, для изменения температуры на соответствующих местах L1, L2, представляющих интерес до температуры, отличающейся от температуры равновесия на местах, представляющих интерес. Средство изменения температуры, показанное на фиг. 1, дополнительно содержит трубопровод 114, через который охлаждающий агент или теплоноситель от наземной системы 111 перекачивается на температурные поглотители 110. Такой перекачивающий трубопровод 114 может включать в себя две параллельные ветви в форме U-образной трубы, начинающейся и заканчивающейся на наземной системе 111. Соответственно, наземная система 111 имеет возможность перекачки, по необходимости, либо охлаждающего агента, либо теплоносителя (например, газа или другой текучей среды или даже подачи электрического тока в случае нагревания) через трубопровод 114 перекачки на температурные поглотители 110, обусловливая на некоторое время изме-3 015788 нение локальных температур на соответствующих местах L1, L2, после чего температурное изменение прекращается, как дополнительно описано ниже. Устройство, изображенное на фиг. 1, дополнительно содержит один или несколько температурных датчиков 112, устанавливаемых на местах L1, L2 или рядом с ними. Температурные датчики 112 соединены для связи с наземным электронным оборудованием 118 управления и регистрации каналом 116 связи. Канал 116 связи может принимать различные формы, включающие в себя каналы проводной и беспроводной связи, с последним, включающим в себя одно или несколько из следующего: спутниковая связь,радиосвязь, связь через основной центральный маршрутизатор, модемная связь, соединение через сеть или интернет, временное соединение и/или соединение с удаленным местом, таким как офисы оператора. Канал 116 связи может задействовать передачу данных в режиме реального времени или в режиме передачи данных, близком к реальному времени, или может задействовать передачу данных через промежуток времени, как требуется, чтобы позволить пользователю осуществлять мониторинг условий в стволе скважины и выполнять необходимые мероприятия по восстановлению на основании данных диагностики. Температурные датчики 112 могут составлять некоторое число датчиков различных типов, известных рядовым специалистам уровня техники, такие как термометры сопротивления или датчики на основе термопар, а также оптоволоконные датчики. В варианте с оптоволоконными датчиками канал 116 связи представляет собой колонну из оптоволоконного кабеля, и наземное электронное оборудование 118 представляет собой оптикоэлектронный блок, включающий в себя источник света, детектор света и соответствующий компьютерный процессор/регистратор, известный специалистам в данной области техники. В отличие от известных способов применения оптоволоконных кабелей, упомянутых выше, основанных на регистрации распределенной температуры, датчики согласно настоящему изобретению адаптированы для определения локализованных температур в местах L1, L2. Как известно специалистам в данной области техники, в решении с оптоволоконными датчиками оптоволоконные кабели могут прокладываться между наземным электронным оборудованием 118 и датчиком 112 через выделенный трубопровод, который может прикрепляться к колонне TS насосно-компрессорной трубы фиксаторами или чем-либо подобным, и составляющий часть канала 116 связи. Такой трубопровод для прокладки может включать в себя две параллельные ветви и иметь форму U-образной трубы, начинающейся и заканчивающейся на наземном электронном оборудовании 118. Соответственно, наземное электронное оборудование 118 является работоспособным для передачи световых импульсов через оптоволоконный кабель в канале 116 связи, на оптоволоконные датчики 112, обусловливая возвращение обратно рассеянных световых сигналов от датчиков 112, содержащих информацию, представляющую температуры обоих из соответствующих датчиков 112. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, температурные поглотители 110 и температурные датчики 112 показаны встроенными в единый блок. Специалистам в данной области техники ясно, что температурный датчик или датчики могут устанавливаться отдельно от температурного поглотителя или поглотителей в стволе скважины. На фиг. 2 схематически представлено сечение другого варианта осуществления настоящего изобретения для определения удельного массового расхода текучей среды, добываемой через эксплуатационную колонну TS насосно-компрессорной трубы, установленной в стволе W скважины и заканчивающейся на оборудовании WH устья скважины. Ствол W скважины является, по существу, вертикальным и проходит пару зон добычи пластов F1, F2, изолированных друг от друга компоновкой Р пакера. Как изображено на фиг. 2, устройство согласно настоящему изобретению содержит средство для изменения температуры в одном или нескольких исследуемых местах L3, L4 в соответствующих пластахF1, F2, пройденных вертикальным стволом W скважины. Средство изменения температуры включает в себя один или несколько температурных поглотителей 210, которые несет колонна TS насоснокомпрессорной трубы для их установки в местах L3, L4 или рядом с ними. Как и температурный поглотитель (поглотители) 110, описанные выше температурные поглотители 210 могут иметь различные способы применения, как поглотители тепла или поглотители холода (т.е. адаптивный теплообменник), для наведения изменения температуры в соответствующих местах L3, L4. В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, средством изменения температуры является управляемая с поверхности система 211, создающая и управляющая перекачкой охлаждающего агента или теплоносителя на температурные поглотители 210 для изменения температуры в соответствующих местах L3, L4, представляющих интерес до температуры, отличной от равновесной температуры в местах,представляющих интерес. Средство изменения температуры, показанное на фиг. 2, дополнительно имеет трубопровод 214, по которому охлаждающий агент или теплоноситель из системы 211 перекачивается на температурные поглотители 210. Такой напорный трубопровод 214 перекачивания может включать в себя две параллельные ветви в форме U-образной трубы, начинающиеся и заканчивающиеся на наземной системе 211. Соответственно, наземная система 211 является пригодной к эксплуатации для перекачки, в случае необходимости, как охлаждающего агента, так и теплоносителя (например, газа или другой текучей среды или даже подачи электрического тока в случае нагревания) по напорному трубопроводу 214 перекачивания на температурные поглотители 210, обусловливая отклонение локальных температур в соответствующих местах L3, L4, представляющих интерес на некоторый период времени, после которого-4 015788 отклонение температуры убирается (как описано дополнительно ниже). Устройство, изображенное на фиг. 2, дополнительно содержит один или несколько температурных датчиков 212, устанавливаемых в исследуемых местах L3, L4 или рядом с ними. Температурные датчики 212 соединены для связи с наземным электронным оборудованием 218 управления и регистрации каналом 216 связи. Как и для канала 116 связи, описанного выше, канал связи 216 может иметь различные формы, включающие в себя канал проводной и беспроводной связи. Температурные датчики 212 могут представлять собой несколько датчиков различных типов, такие как термометры сопротивления или датчики на основе термопар, а также оптоволоконные датчики. В варианте с оптоволоконными датчиками канал 216 связи представляет собой колонну из оптоволоконных кабелей, и наземное электронное оборудование 218 представляет собой оптикоэлектронный блок, включающий в себя источник света, детектор света и соответствующий компьютерный процессор/регистратор, известный специалистам в данной области техники. В отличие от известных способов применения оптоволоконного кабеля, упомянутых выше, основывавшихся на регистрации распределенной температуры, датчики согласно настоящему изобретению адаптированы для определения локализованных температур в местах L3, L4. Также, как известно специалистам в данной области техники, в решении с оптоволоконными датчиками оптоволоконные кабели могут прокладываться между наземным электронным оборудованием 218 и датчиком 212 через выделенный трубопровод, который может прикрепляться к колонне TS насосно-компрессорной трубы фиксаторами или чем-либо подобным и составляющий часть канала 216 связи. Такой трубопровод для прокладки может включать в себя две параллельные ветви и иметь форму U-образной трубы, начинающейся и заканчивающейся на наземном электронном оборудовании 218. Соответственно, наземное электронное оборудование 218 является работоспособным для передачи световых импульсов через оптоволоконный кабель в канале 216 связи на оптоволоконные датчики 212, обусловливая возвращение обратно рассеянных световых сигналов от датчиков 212, содержащих информацию, представляющую температуры обоих из соответствующих датчиков 212. В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, температурные поглотители 210 и температурные датчики 212 показаны встроенными в единый блок. Рядовым специалистам в данной области техники,вместе с тем, должно быть понятно, что температурный датчик или датчики могут устанавливаться отдельно от температурного поглотителя или поглотителей в стволе скважины. На фиг. 3 подробно представлен участок колонны TS" насосно-компрессорной трубы, аналогичной колоннам TS и TS' насосно-компрессорной трубы, показанным на фиг. 1 и 2 соответственно, оборудованный по одному варианту осуществления средством изменения температуры и температурным датчиком согласно настоящему изобретению. Более конкретно, одно или несколько звеньев колонны TS" насосно-компрессорной трубы оборудованы в целом имеющим форму U-образной трубы трубопроводом 314 перекачки, включающим в себя участок, намотанный вокруг отрезка уменьшенного диаметра звена насосно-компрессорной трубы (предпочтительно на стволовом участке звена). Трубопровод 314 включает ветвь 314 а уменьшенного диаметра для доставки подходящего охлаждающего газа, такого как азот или двуокись углерода, на забой скважины вдоль по колонне TS" насосно-компрессорной трубы, ветвь 314b увеличенного диаметра для возврата перекачиваемого охлаждающего газа назад на поверхность и переходную зону 314 с, в которой проходит увеличение от меньшего диаметра ветви 314 а до большего диаметра ветви 314b для приведения в действие на месте охлаждения перекачиваемого газа. Таким образом, в варианте осуществления, показанном на фиг. 3, температурный поглотитель 310, получающийся из витков большего диаметра ветви 314b трубопровода, образует поглотитель тепла для осуществления падения температуры в исследуемом месте L5, тем самым наведения режима неустановившейся температуры согласное настоящему изобретению. Специалистам в данной области техники ясно, что газовый поток можно легко реверсировать для перехода из ветви 314b большего диаметра трубопровода в ветвь 314 а меньшего диаметра трубопровода, тем самым образуя поглотитель холода, для осуществления подъема температуры в месте L5. Как показано на фиг. 3, звено колонны TS" насосно-компрессорной трубы дополнительно оборудовано в целом имеющим форму U-образной трубы трубопроводом для прокладки оптоволоконного кабеля между наземным электронным оборудованием (аналогичным электронному оборудованию 118 и 218,описанному выше со ссылками на фиг. 1 и 2) и местом L5, представляющем интерес, при этом трубопроводом прокладки, составляющим вместе с оптоволоконными кабелями часть канала 316 связи, включающую в себя спиральный участок, обмотанный вокруг отрезка уменьшенного диаметра звена насоснокомпрессорной трубы. Оптоволоконные кабели могут оснащаться оптоволоконным температурным датчиком (не показан), развертываемым в канале 316 связи в месте L5, представляющем интерес, или рядом с ним с целью, описанной ниже. Температурный датчик может представлять собой обычный датчик или специальный прибор с необходимыми измерительными характеристиками, что должно быть ясно специалистам в данной области техники. Температурный датчик может использоваться с необходимым средством сбора данных и обработки сигнала, также известным специалистам в данной области техники. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, так же как и в некоторых других, описанных в данном документе, трубопровод 316 измерения температуры и трубопровод 314 изменения температуры намотаны вместе, чтобы находиться в полном контакте друг с другом в месте L5 определения расхода.-5 015788 Это способствует эффективному использованию охлаждающего агента или теплоносителя, перекачиваемого через трубопровод изменения температуры для воздействия на измеряемую температуру неустановившегося режима через трубопровод измерения температуры и температурный датчик, транспортируемый им. На фиг. 4 А, 4 В подробно показаны дополнительные варианты осуществления средства изменения температуры и температурного датчика согласно настоящему изобретению. В отличие от вариантов осуществления, показанных на фиг. 1-3, адаптированных для использования с колонной насоснокомпрессорной трубы, обычно имеющей открытый конец, вариант осуществления, показанный на данных фигурах, адаптирован для использованиях с трубчатым хвостовиком 420, имеющим закрытый конический башмак или наконечник 422. При таком оснащении хвостовик 420 адаптирован для размещения в стволе W" скважины (показан как необсаженный ствол, но может быть обсаженным и/или оснащенным хвостовиком крепления скважины) с погружением в струю потока текучей среды. Другими словами, текучая среда в стволе W" скважины должна проходить вокруг участка 422 наконечника и участка 420 хвостовика, вместо прохода через трубчатые звенья, наращиваемые на хвостовик 420. Хвостовик 420 оснащен одним вариантом средства изменения температуры и температурным датчиком согласно настоящему изобретению. Более конкретно, одно или несколько звеньев хвостовика 420 оснащены в целом имеющим форму U-образной трубы трубопроводом 414 перекачивания, включающим в себя спиральный участок, намотанный на ведущий, участок хвостовика 420 уменьшенного диаметра. Трубопровод 414 (его параллельные ветви показаны частично оттянутыми от хвостовика на фиг. 4 В для ясности) может отличаться изменениями диаметра, аналогичными трубопроводу 314, показанному на фиг. 3, но другие известные решения по воздействию охлаждением или нагреванием на место L6, представляющее интерес, могут также применяться для наведения неустановившегося температурного режима согласно настоящему изобретению. Показанный участок хвостовика 420 дополнительно оснащен в целом имеющим форму U-образной трубы трубопроводом (параллельные ветви которого показаны как позиция 416 и частично оттянутыми от хвостовика на фиг. 4 В для ясности) для прокладки оптоволоконных кабелей или другого известного средства измерения температуры в нем между наземным электронным оборудованием (аналогичным электронному оборудованию 118 и 218, описанному выше со ссылками на фиг. 1 и 2) и местом L6 c трубопроводом прокладки, образующим вместе с оптоволоконным кабелем часть канала 416 связи. Оптоволоконные кабели оборудованы оптоволоконным температурным датчиком, развернутым в канале 416 связи на месте L6, представляющем интерес, или рядом с ним с целью, описанной ниже. На фиг. 5 А, 5 В показаны детальные сечение и изометрия еще одного дополнительного варианта осуществления средства изменения температуры и температурного датчика согласно настоящему изобретению. Этот вариант осуществления очень похож на вариант, показанный на фиг. 4 А, 4 В. Так, одно или несколько звеньев хвостовика 520 оборудованы в целом имеющим форму U-образной трубы трубопроводом 514 перекачки, включающим в себя спиральный участок, намотанный вокруг ведущего участка хвостовика 520 с выполненными в нем канавками. Трубопровод 514 (его параллельные ветви показаны частично оттянутыми от хвостовика на фиг. 5 В для ясности) может отличаться изменениями диаметра, аналогичными трубопроводу 314, показанному на фиг. 3, но другие известные решения для действия охлаждения или нагревания на исследуемом месте L7 могут также применяться для наведения неустановившегося температурного режима согласно настоящему изобретению. Показанный участок хвостовика 520 дополнительно оборудован в целом имеющим формуU-образной трубы трубопроводом (параллельные ветви 516 которого показаны частично оттянутыми от хвостовика на фиг. 5 В для ясности) для прокладки в нем оптоволоконных кабелей или другого известного средства измерения температуры между наземным электронным оборудованием (аналогичным электронному оборудованию 118 и 218, описанному выше со ссылками на фиг. 1 и 2) и исследуемым местомL7, с трубопроводом прокладки, образующим вместе с оптоволоконным кабелем часть канала 516 связи. Оптоволоконные кабели оборудованы оптоволоконным температурным датчиком, развернутым в канале 516 связи на исследуемом месте L5 или рядом с ним с целью, описанной ниже. Настоящим изобретением создан через различные варианты осуществления, описанные и предложенные в данном документе, способ определения расхода текучей среды, проходящей в проходе. Как упомянуто выше, настоящее изобретение имеет конкретное практическое применение, в котором проход потока текучей среды образуется стволом скважины, проходящим через один или несколько подземных геологических слоев. Текучая среда в таком проходе может содержать по меньшей мере одно из следующего: нефть, газ, вода или их комбинации. Проход может дополнительно ограничиваться трубопроводом, расположенным в стволе скважины, например трубопроводом, расположенным на участке ствола скважины, являющимся, по существу, горизонтальным. Способ определения расхода текучей среды содержит этап измерения равновесного значения температуры исследуемого места, по которому проходит текучая среда, или вблизи него. Это можно выполнять на основе решений с оптоволоконными устройствами, описанными выше, но другие решения, известные рядовым специалистам в данной области техники, могут также практически эффективно применяться. Так, например, решения, включающие в себя использование термометров сопротивления или-6 015788 других устройств с термопарами, могут применяться для измерения равновесной температуры. Способ согласно изобретению дополнительно включает в себя установление неустановившегося температурного режима посредством изменения локальной температуры в месте определения расхода. Соответственно, изменяют температуру данного места до второго значения температуры, отличного от равновесного значения температуры, и затем обеспечивают возврат температура данного места к равновесному значению температуры. Осуществляется регистрация температуры во времени исследуемого места оптоволоконным датчиком или другим применяемым средством при изменении температуры между вторым значением и равновесным значением температуры. Как упомянуто выше, этап изменения температуры может осуществляться с использованием температурного поглотителя, такого как поглотитель тепла, например охлажденная текучая среда, или поглотителя холода, например нагретая текучая среда или электрический нагреватель. Температурный поглотитель может быть как постоянно установленным, например, на эксплуатационной насоснокомпрессорной трубе, так и спущенным на временном носителе, например хвостовике, и может, по существу, находиться в сборке с температурным датчиком, поэтому специалистам в данной области техники должно быть ясно, что нет необходимости изменять температуру текучей среды, проходящей через проход, для практического применения способа изобретения, даже если локальная температура в исследуемом месте в неустановившемся режиме. Данные регистрации изменения температуры затем используются для определения расхода текучей среды, проходящей в исследуемом месте, например, посредством соотнесения данных указанной регистрации с расходом текучей среды в данном месте. Один аспект настоящего изобретения относится к открытию, что время, требуемое для изменения температуры в исследуемом месте, половины пути между вторым значением температуры и равновесным значением температуры задает полупериод релаксационного перехода температуры, который можно коррелировать с расходом текучей среды. В конкретных вариантах осуществления способа изобретения интерпретирующие модели, такие как вычислительные модели гидродинамики, применяются для коррелирования данных регистрации изменения температуры с расходом текучей среды в исследуемом месте. На фиг. 6 представлен график линейной корреляции между полупериодом релаксационного перехода температуры и расходом текучей среды на исследуемом месте в стволе скважины согласно настоящему изобретению. На графике представлены данные регистрации изменения температуры в течении 15 с между измененным значением температуры и равновесным значением температуры. Данные регистрации изменения температуры для линейной регрессии (R2) составляют 0,9825, указывая, что 98,25% изменения соответствующего расхода текучей среды учитываются натуральным логарифмом за полупериод релаксационного перехода температуры (т.е. данным регистрации скорости изменения температуры и его времени). В случае прохождения в стволе скважины потока добываемой пластовой текучей среды на температуру текучей среды влияют температура подземного пласта или зоны, из которой текучая среда извлекается, температура подземного пласта или зоны (зон), через которые проходит текучая среда до встречи с температурным датчиком изобретения, и время, необходимое текучей среде для достижения температурного датчика после входа в канал ствола скважины. При использовании полупериода релаксационного перехода температуры для определения расхода текучей среды многие локальные воздействия прохода ствола скважины, включающие в себя вид и размер ствола скважины, место определения расхода в стволе скважины, характеристики конкретной добываемой текучей среды, которые могут, среди прочего,усложнить определение расхода, минимизируются или устраняются. Дополнительные преимущества такой корреляции относятся к ее независимости от того, как долго применяется температурное изменение (например, охлаждающая текучая среда), до какой величины применяется отклонение (например,объем охлаждающей текучей среды) и даже эффективности изменения (например, тепловые свойства охлаждающей текучей среды). Опытные данные указывают, что удельный массовый расход может точно выводиться только из вида корреляции релаксационного перехода температуры, показанного на фиг. 6. Дополнительная информация может выводиться, если профиль релаксационного перехода температуры анализируют с использованием более детального, неэмпирического подхода к динамике релаксационного перехода температуры. Например, способ изобретения может быть дополнительно пригодным для определения композиции двухфазных и трехфазных добываемых текучих сред, включающих в себя отношения нефть/вода и нефть/вода/газ. Должно быть дополнительно ясно, что способ изобретения пригоден для разработки профиля добычи для горизонтального ствола скважины, показывающего удельный объем добычи нефти по длине отрезка канала горизонтального ствола скважины. Способ изобретения также аналогично применим для определения удельного массового расхода добываемой нефти из одного или нескольких конкретных пластов или зон добычи, пройденных одним стволом скважины, из вышеизложенного описания должно быть понятно, что различные модификации и изменения могут выполняться в предпочтительных и альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения без отхода от его реальной сущности.-7 015788 Данное описание предназначено только для иллюстративных целей и не должно восприниматься в смысле ограничения. Объем данного изобретения следует определять только формулировками нижеследующей формулы изобретения. Термин "содержащий" в формуле изобретения должен означать "включающий в себя, по меньшей мере", так что перечисленный в пункте формулы изобретения перечень элементов является открытым рядом или группой. Аналогично, термины "имеющий в составе", "состоящий" и "включающий в себя", все, должны означать открытый ряд или группу элементов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ определения расхода текучей среды, содержащий следующие этапы: измерение равновесного значения температуры исследуемого места, по которому проходит текучая среда; изменение температуры исследуемого места до второго значения температуры; регистрация изменения во времени температуры исследуемого места при ее возврате к равновесному значению; определение расхода текучей среды по характеру указанного изменения температуры. 2. Способ по п.1, в котором используется температурный датчик, установленный в исследуемом месте для измерения и регистрации изменения температуры. 3. Способ по п.1, в котором исследуемое место находится в стволе скважины, проходящем один или несколько подземных геологических пластов. 4. Способ по п.3, в котором исследуемое место находится в трубопроводе, размещенном в стволе скважины. 5. Способ по п.3, в котором текучая среда содержит по меньшей мере одно из следующего: нефть,газ, воду и их комбинации. 6. Способ по п.4, в котором трубопровод размещен на участке ствола скважины, являющегося, по существу, горизонтальным. 7. Способ по п.2, в котором температурный датчик содержит оптоволоконный кабель. 8. Способ по п.2, в котором изменение температуры исследуемого места выполняется с использованием поглотителя тепла. 9. Способ по п.2, в котором изменение температуры исследуемого места выполняется с использованием поглотителя холода. 10. Способ по п.8, в котором изменение температуры исследуемого места выполняется с использованием поглотителя тепла, по существу, в сборке с температурным датчиком. 11. Способ по п.9, в котором изменение температуры исследуемого места выполняется с использованием поглотителя холода, установленного, по существу, в сборке с температурным датчиком. 12. Способ по п.1, в котором при определении расхода текучей среды осуществляют корреляцию данных регистрации изменения во времени температуры исследуемого места с расходом текучей среды,проходящей через исследуемое место. 13. Способ по п.12, в котором время, необходимое для прохождения температурой исследуемого места половины пути между вторым значением температуры и равновесным значением температуры,определяет полупериод релаксационного перехода температуры, который можно коррелировать с расходом текучей среды, проходящей через исследуемое место. 14. Способ по п.13, в котором корреляция между полупериодом релаксационного перехода температуры и расходом текучей среды в исследуемом месте является, по существу, линейной. 15. Устройство для определения расхода углеводородных текучих сред, проходящих на участке ствола скважины, проходящей через исследуемый геологический пласт, содержащее средство изменения температуры участка ствола скважины, устанавливаемое в стволе скважины в исследуемом месте для изменения температуры исследуемого места, и температурный датчик, устанавливаемый в исследуемом месте или вблизи него. 16. Устройство по п.15, в котором средство изменения температуры является управляемым с наземной площадки для изменения температуры исследуемого места до значения температуры, отличной от равновесного значения температуры в исследуемом месте. 17. Устройство по п.15, в котором средство изменения температуры является поглотителем тепла. 18. Устройство по п.15, в котором средство изменения температуры является поглотителем холода. 19. Устройство по п.17, в котором средство изменения температуры содержит трубопровод для перемещения охлаждающего агента. 20. Устройство по п.18, в котором средство изменения температуры содержит трубопровод для перемещения теплоносителя. 21. Устройство по п.15, в котором средство изменения температуры и температурный датчик объединены в едином блоке. 22. Устройство по п.15, в котором средство изменения температуры и температурный датчик установлены раздельно в стволе скважины.

МПК / Метки

МПК: E21B 47/10, E21B 47/06

Метки: определения, текучей, способ, устройство, расхода, среды

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/12-15788-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-opredeleniya-rashoda-tekuchejj-sredy.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и устройство для определения расхода текучей среды</a>

Похожие патенты