RU2348804C2 - Borehole hydro-stream power meter - Google Patents
Borehole hydro-stream power meter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2348804C2 RU2348804C2 RU2007114702/03A RU2007114702A RU2348804C2 RU 2348804 C2 RU2348804 C2 RU 2348804C2 RU 2007114702/03 A RU2007114702/03 A RU 2007114702/03A RU 2007114702 A RU2007114702 A RU 2007114702A RU 2348804 C2 RU2348804 C2 RU 2348804C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- borehole
- downhole
- well
- flow
- hydro
- Prior art date
Links
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к бурению скважин, предназначено для определения гидравлической мощности водотока в ней и может быть использовано при решении вопросов проектирования и эксплуатации оборудования энергоисточников, устанавливаемого в скважинах, принципы работы которого предусматривают преобразование энергии скважинных водотоков в электрическую или тепловую энергию.The claimed invention relates to drilling, is intended to determine the hydraulic power of the watercourse in it and can be used to solve the design and operation of equipment of energy sources installed in the wells, the principles of which provide for the conversion of energy of borehole watercourses into electrical or thermal energy.
Известна скважинная гидроэлектростанция (Generation of electricity during the injection of a denste fluid into a subterranean formation. Патент US 4132269 А, кл. Е21 В 43/20, F03G 7/04, опубл. 02.01.1979 г. [1]), которая включает источник воды, соединенный с питательной емкостью, сообщающийся с ней водовод, нижний конец которого соединен с зоной стока, расположенной ниже точки сообщения водовода с питательной емкостью, установленную в нижней части водовода гидравлическую машину, например гидротурбину, кинематически соединенную с электрогенератором. В ней водовод образован горной выработкой - буровой скважиной, пробуренной до зоны стока, за источник воды приняты поверхностный водоем, в зоне которого пробурена скважина, или подземная водоносная зона или зоны, или поверхностный водоем с подземной зоной или зонами, водоводы снабжены устройствами регулирования расхода воды, например регуляторами-задвижками, а электрогенератор сообщен кабелем, установленным в буровой скважине, с дневной поверхностью у устья скважины.Known borehole hydroelectric power station (Generation of electricity during the injection of a denste fluid into a subterranean formation. Patent US 4132269 A, CL E21 B 43/20, F03G 7/04, published 02.01.1979 [1]), which includes a water source connected to the feed tank, a conduit in communication with it, the lower end of which is connected to a drainage zone located below the point of communication of the conduit with the feed tank, a hydraulic machine installed in the lower part of the conduit, for example, a hydraulic turbine kinematically connected to an electric generator. In it, the water conduit is formed by a mine working - a borehole drilled to the drainage zone, the surface water reservoir in the zone of which the well is drilled, or the underground aquifer zone or zones, or the surface water reservoir with an underground zone or zones, the water conduits are equipped with water flow control devices , for example, by control valves, and the electric generator is communicated with a cable installed in the borehole with a day surface at the wellhead.
В ней гидравлическая энергия скважинного водотока преобразуется скважинным гидроэнергоагрегатом в электрическую энергию, которая по кабелю передается на дневную поверхность, преобразуется до требуемого качества, распределяется и отпускается электропотребителям.In it, the hydraulic energy of the borehole water stream is converted by the borehole hydropower unit into electrical energy, which is transmitted by cable to the surface, is converted to the required quality, distributed and released to the consumers.
Известна тепловодоснабжающая скважина (Тепловодоснабжающая скважина. Патент РФ №2291255. М. кл. Е03В 3/00; F24Н 4/02. Авт. Елисеев А.Д. Опубл. 20.01.2007 г., бюл. №1, [2]), содержащая источник воды, соединенный с питательной емкостью, сообщающийся с ней водовод, нижний конец которого соединен с зоной стока, установленный в водоводе теплогенератор и тепловодопотребитель. В горной местности со склоном горы или с нижерасположенной штольней пробурена направленная или наклонная скважина, служащая водоводом, таким образом, что ее забоем пересечен склон горы, и он сопряжен с дневной поверхностью, либо кровля нижерасположенной штольни. При этом за источник воды приняты поверхностный водоем, в зоне которого пробурена скважина, или подземная водоносная зона или зоны, или поверхностный водоем с подземной зоной или зонами, за зону стока принято пересечение скважины со склоном горы - дневной поверхностью либо пересечение скважины с нижерасположенной штольней, в качестве теплогенератора принят вихревой теплогенератор, который установлен под динамический уровень и напор воды, достаточные для его работы, а тепловодопотребитель подключен в зоне стока скважины через ее обвязку.Known heat supply well (Heat supply well. RF patent No. 2291255. M. CL EV03/00; F24H 4/02. Auth. Eliseev AD Publ. 20.01.2007, bull. No. 1, [2]) containing a water source connected to a nutrient tank, a conduit in communication with it, a lower end of which is connected to a drainage zone, a heat generator and a heat consumer installed in the conduit. In a mountainous area with a mountain slope or with a lower adit, a directional or deviated well is drilled, which serves as a water conduit, so that its slope crosses the mountain slope and is associated with the day surface, or the roof of the adit below. In this case, the surface water reservoir in the zone of which the well is drilled, or the underground aquifer zone or zones, or the surface water reservoir with the underground zone or zones are taken as the source of water, the intersection of the well with the mountain slope — the day surface or the intersection of the well with the downhole adit, is taken as a heat generator, a vortex heat generator is adopted, which is installed at a dynamic level and a water pressure sufficient for its operation, and the heat consumer is connected in the well flow zone through its piping .
В ней гидравлическая энергия скважинного водотока преобразуется скважинным гидроэнергоагрегатом в тепловую энергию в горячей воде, которая по трубопроводу (проложенному в нижерасположенной штольне) передается на выходной коллектор, распределяется и отпускается теплопотребителям.In it, the hydraulic energy of the borehole water stream is converted by the borehole hydropower unit into thermal energy in hot water, which is transmitted through a pipeline (laid in the downstream adit) to the output collector, distributed and released to heat consumers.
Мощность потока воды (гидравлическая мощность) в канале, в том числе и скважинного водотока, определяется согласно следующему выражению (Карелин В.Я. и др. Гидроэнергетические станции. Под редакцией проф. В.Я.Карелина и Г.Н.Кривченко. М., Энергоиздат, 1987 г. [3]):The power of the water flow (hydraulic power) in the channel, including the borehole, is determined according to the following expression (Karelin V.Ya. et al. Hydropower stations. Edited by Prof. V.Ya. Karelin and G.N. Krivchenko. M ., Energy Publishing House, 1987 [3]):
Nг - гидравлическая мощность потока воды, Вт;N g - hydraulic power of the water flow, W;
Р - давление воды в канале, в месте установки гидроэнергоагрегата, Па;P is the water pressure in the channel at the installation site of the hydropower unit, Pa;
Q - расход воды в канале, в месте установки гидроэнергоагрегата, м3/с.Q - water flow in the channel, at the installation site of the hydroelectric power unit, m 3 / s.
Аналогично выражению (1) может быть определена и гидравлическая мощность потока воды в любой точке скважины.Similarly to expression (1), the hydraulic power of the water flow at any point in the well can be determined.
Обзором патентной и технической информации установлено, что приборов для измерения гидравлической мощности потоков воды в скважине (в различных ее точках по глубине) нет. Это не позволяет оперативно и эффективно решать вопросы, связанные с проектированием и эксплуатацией скважинных гидравлических источников энергии.A review of patent and technical information found that there are no instruments for measuring the hydraulic power of water flows in the well (at various points in depth). This does not allow to quickly and efficiently resolve issues related to the design and operation of downhole hydraulic energy sources.
Для исследования гидродинамических процессов в скважинах известно использование приборов для измерения отдельных параметров потоков воды (или нефти) в скважинах, в том числе, расхода - скважинный расходомер или дебитометр, давления - скважинный манометр (Петров А.И. Глубинные приборы для исследования скважин. М., Недра, 1988 г. [4]). В принципе их применение позволяет определить мощность гидравлического потока воды в скважине путем измерений расхода и давления в интересуемых точках скважины и последующих вычислений согласно выражению (1).For the study of hydrodynamic processes in wells, it is known to use instruments for measuring individual parameters of water (or oil) flows in wells, including flow rate - a borehole flow meter or flow meter, pressure - a borehole pressure gauge (Petrov A.I. Depth instruments for researching wells. M ., Nedra, 1988 [4]). In principle, their application allows you to determine the power of the hydraulic water flow in the well by measuring flow and pressure at points of interest in the well and subsequent calculations according to expression (1).
Для уменьшения ошибок измерения показателей, определяемых с использованием параметров, измеряемых приборами измерения отдельных параметров (из-за погрешностей привязки полученных результатов по глубине; из-за возможного изменения во времени гидродинамического режима потока и др.), получаемых при раздельном спуске-подъеме скважинного датчика, и для сокращения времени исследований известны агрегатированные, комплексные приборы. При одном спуске скважинного датчика такого прибора в скважину в каждой точке скважины измеряются одновременно несколько параметров ([4], стр.77-106), в том числе расход и давление воды - прибор «Поток-5» ([4], стр.80-82). В скважинном датчике прибора «Поток-5» преобразователь расхода выполнен в виде заторможенной турбинки, а преобразователь давления - в виде геликсной пружины. Электрические сигналы с преобразователей расхода воды и ее давления поступают по каротажному кабелю на дневную поверхность - на поверхностный измерительно-регистрирующий блок, в котором значения отдельных параметров (расхода и давления) непрерывно отображаются на шкале прибора и регистрируются. Измеряемые параметры (расход и давление) в приборе комплексного контроля за счет исключения ошибок глубинного несовпадения измерений (что характерно для раздельного измерения параметров) и за счет соблюдения одинакового гидродинамического режима (т.к. исключается разновременность измерений, что характерно при раздельном измерении и спуске датчика каждого из параметров) имеют большую точность (меньшую вероятность искажения результата измерения). Использование прибора комплексного контроля позволяет сократить затраты времени на выполнение измерений.To reduce the measurement errors of indicators determined using the parameters measured by measuring instruments of individual parameters (due to errors in the binding of the obtained results in depth; due to a possible change in time of the hydrodynamic flow regime, etc.) obtained by separate descent and ascent of the downhole sensor , and to reduce research time, aggregated, complex devices are known. With one descent of the downhole sensor of such an instrument into the well at each point in the well, several parameters are measured simultaneously ([4], pp. 77-106), including the flow rate and pressure of the water - the Potok-5 device ([4], p. 80-82). In the downhole sensor of the Potok-5 device, the flow transducer is made in the form of a braked turbine, and the pressure transducer is made in the form of a helix spring. Electrical signals from the transducers of water flow and its pressure are fed through a logging cable to the surface - to the surface measuring and recording unit, in which the values of individual parameters (flow and pressure) are continuously displayed on the scale of the device and recorded. Measured parameters (flow rate and pressure) in the complex control device by eliminating errors of deep mismatch of measurements (which is typical for separate measurement of parameters) and by observing the same hydrodynamic regime (since measurements are not synchronized, which is typical for separate measurement and descent of the sensor of each of the parameters) have greater accuracy (less likely to distort the measurement result). The use of a comprehensive monitoring device reduces the time required to perform measurements.
Прибор комплексного контроля «Поток-5» для измерения расхода воды в сечениях скважины с разными диаметрами (в кавернах) снабжен пакером зонтичного типа. Его использование в приборе позволяет весь поток воды, независимо от его диаметра, направлять в измерительный калиброванный канал скважинного прибора и этим исключить влияние диаметра скважины на результат измерения расхода. Однако использование пакера в скважинном приборе вносит искажение в гидродинамический режим потока воды в скважине - он увеличивает гидросопротивление на пути потока и может отразиться на положении уровня воды в скважине. Изменение гидродинамического режима водяного потока отражается и на величине мощности его потока, т.е. искажает ее реальное (фактическое) значение. С учетом изложенного для повышения точности измерения расхода в приборе комплексного контроля должен использоваться беспакерный скважинный расходомер.The Potok-5 integrated control device for measuring water flow in well sections with different diameters (in caverns) is equipped with an umbrella type packer. Its use in the device allows the entire flow of water, regardless of its diameter, to be directed into the calibrated measuring channel of the downhole tool and thereby eliminate the effect of the diameter of the well on the result of the flow measurement. However, the use of a packer in a downhole tool introduces distortion into the hydrodynamic regime of the water flow in the well - it increases the hydraulic resistance in the flow path and can affect the position of the water level in the well. The change in the hydrodynamic regime of the water flow is also reflected in the value of the power of its flow, i.e. distorts its real (actual) meaning. Based on the foregoing, to increase the accuracy of flow measurement in a comprehensive control device, a tubeless well flow meter should be used.
Известно использование беспакерных расходомеров (Гершанович И.М. Гидрогеологические исследования в скважинах методом расходометрии. М., Недра, 1981 г. [5]), применение которых практически не искажает гидродинамический режим скважинного потока в процессе измерений и этим не увеличивает соответствующую составляющую ошибки измерений расхода скважинной среды.It is known to use tubeless flow meters (Gershanovich IM Hydrogeological studies in wells by flow metering method. M., Nedra, 1981 [5]), the use of which practically does not distort the hydrodynamic mode of the borehole flow during measurements and this does not increase the corresponding component of the measurement error downhole flow rate.
Наиболее близким к предлагаемому измерителю мощности скважинного гидропотока является скважинный расходомер (Скважинный расходомер. Патент РФ №1657635. М. кл. Е21В 47/10. Авт. Елисеев А.Д., Пакулов В.Г. Опубл. 22.02.91 г., бюл. №6 [6]), принятый за прототип. Он включает скважинный датчик, соединенный с ним посредством скважинного кабеля наземный преобразовательно-показывающий блок, глубиномер, соединенный с блок-балансом, скважинный датчик содержит преобразователь расхода потока через скважинный датчик беспакерного типа, преобразователь давления, преобразователь диаметра скважины, соединенные со скважинным кабелем. При одном спуске-подъеме скважинного датчика прибор позволяет одновременно определить значения: диметра скважины; давления в точке измерения; расхода потока через скважинный датчик в различных по глубине точках скважины. Зная значение измеряемого расхода потока через скважинный датчик (определяется по частоте вращения крыльчатки Q=n/Ст, где n - частота вращения крыльчатки при измерении расхода, об/с; Ст - тарировочный коэффициент прибора, л/с·об) Q, диаметр скважины в точке измерения d и имея значение тарировчного коэффицента скважинного датчика Ст, определяют значение поправочного коэффициента Кd от диаметра скважины (Ивачев Л.М. Борьба с поглощениями промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин. М., Недра, 1982 г., стр.45-54 [7]). Значение измеряемого расхода воды через все сечение скважины в точке измерения определяется из следующего соотношения:Closest to the proposed power meter of a borehole hydraulic flow is a borehole flowmeter (Borehole flowmeter. RF Patent No. 1657635. M. CL E21V 47/10. Auth. Eliseev A.D., Pakulov V.G. Publ. 02.22.91, Bulletin No. 6 [6]), adopted as a prototype. It includes a downhole sensor, a ground transducer showing block connected to it via a downhole cable, a depth gauge connected to a block balance, the downhole sensor includes a flow rate transducer through a downhole type downhole sensor, a pressure transducer, a borehole diameter transducer connected to the downhole cable. With one descent, ascent of the downhole sensor, the device allows you to simultaneously determine the values of: the diameter of the well; pressure at the measuring point; flow rate through the downhole sensor at various depth points of the well. Knowing the value of the measured flow rate through the downhole sensor (determined by the rotational speed of the impeller Q = n / С t , where n is the rotational speed of the impeller when measuring flow, r / s; С t - calibration coefficient of the device, l / s · rev) Q, the diameter of the well at the measuring point d and having the value of the calibration coefficient of the downhole sensor C t determine the value of the correction coefficient K d from the diameter of the well (Ivachev L.M. Fighting the absorption of flushing fluid when drilling exploration wells. M., Nedra, 1982, p. 45-54 [7]). The value of the measured water flow through the entire cross section of the well at the measuring point is determined from the following ratio:
Недостаток прототипа заключается в следующем:The disadvantage of the prototype is as follows:
- при его использовании не имитируются условия присутствия в скважине скважинного гидроэнергопреобразователя (скважинного гидроагрегата или скважинного теплового вихревого генератора). При этом формируются дополнительные гидросопротивления, влияющие на гидродинамические условия существования потока воды в скважине, и, как следствие, отражаются на его (измеряемой) мощности, а этот неучет приводит к повышению ошибки ее измерений;- when using it, the conditions for the presence of a downhole hydropower converter (downhole hydraulic unit or downhole thermal vortex generator) in the well are not simulated. In this case, additional hydroresistances are formed that affect the hydrodynamic conditions for the existence of a water flow in the well, and, as a result, are reflected in its (measured) power, and this neglect leads to an increase in the error of its measurements;
- существующая процедура определения поправочного коэффициента от диаметра скважины Кd, предусматривающая графическую обработку полученных результатов измерений, сопряжена с возникновением дополнительной погрешности косвенного получения результата измерения мощности потока в скважине, величина которой субъективна и зависит от индивидуальных качеств и состояния наблюдателя. Она может составлять значительную величину.- the existing procedure for determining the correction coefficient from the well diameter K d , which provides for the graphic processing of the obtained measurement results, is associated with the appearance of an additional error of indirectly obtaining the result of measuring the flow rate in the well, the value of which is subjective and depends on the individual qualities and state of the observer. It can be a significant amount.
Техническим решением, на которое направлено заявляемое изобретение, является создание измерителя мощности скважинного гидропотока, обладающего большей точностью в сравнении с прототипом.The technical solution to which the claimed invention is directed is the creation of a borehole hydraulic flow power meter with greater accuracy in comparison with the prototype.
Техническое решение достигается тем, что в скважинном измерителе мощности, включающем скважинный датчик, соединенный с ним посредством скважинного кабеля, наземный преобразовательно-показывающий блок, глубиномер, соединенный с блок-балансом, скважинный датчик содержит преобразователь расхода потока через скважинный датчик Q беспакерного типа, преобразователь давления, преобразователь диаметра скважины, соединенные со скважинным кабелем, скважинный датчик снабжен имитатором гидросоротивления скважинного гидроэнергоагрегата либо соединенным со скважинным датчиком в нижней его части, либо установленным в скважине в месте последующей его эксплуатации, преобразовательно-показывающий блок определяет поправочный коэффициент от диаметра скважины Kd и в измеряемой точке реализует функцию согласно следующему выражению:The technical solution is achieved by the fact that in a downhole power meter including a downhole sensor connected to it via a downhole cable, a ground-based transducer-showing unit, a depth gauge connected to a balance-sheet, the downhole sensor contains a flow rate transducer through the downhole type Q sensor, a transducer pressure transducer, diameter of the borehole connected to the borehole cable, the borehole sensor is equipped with a simulator of hydraulic rotation of the borehole hydropower unit, or Integrated with the downhole sensor in its lower part, or installed in the well in the place of its subsequent operation, the conversion-indicating unit determines the correction factor from the well diameter K d and implements a function at the measured point according to the following expression:
Nг=Р·Q·Кd, гдеN g = P · Q · K d , where
Nг - измеряемая гидравлическая мощность потока в скважине, Вт;N g - measured hydraulic power flow in the well, W;
Р - давление воды в точке измерения, Па;P is the water pressure at the measurement point, Pa;
Q - расход потока через измерительный канал датчика в точке измерения, м3/с;Q is the flow rate through the measuring channel of the sensor at the measuring point, m 3 / s;
Kd - поправочный коэффициент от диаметра скважины.K d - correction factor from the diameter of the well.
На чертеже приведена схема измерителя мощности скважинного гидропотока в скважине гидроэнергетического назначения, где введены следующие обозначения: 1 - буровая скважина; 2 - первый водоносный интервал; 3 - второй водоносный интервал; 4 - трубопровод, соединяющий скважину с поверхностным источником воды; 5 - поглощающая зона; 6 - поток воды в скважине; 7 - динамический уровень воды в скважине Нд1; 8 - место установки в скважине гидроэнергоагрегата (ГЭА); 9 - имитатор ГЭА; 10 - скважинный прибор - измеритель мощности скважинного гидропотока; 11 - крыльчатка преобразователя расхода; 11.1 - вал крыльчатки; 11.2 - механоэлектрический преобразователь расхода; 12 - центрирующие пружины - датчик диаметра; 12.1 - механическое соединение датчика диаметра с сердечником преобразователя диаметра скважины; 12.2 - сердечник преобразователя диаметра скважины; 12.3 - механоэлектрический преобразователь диаметра скважины; 13.1 - датчик давления - геликоидальная трубка; 13.2 - сердечник преобразователя давления; 13.3 - преобразователь давления; 14 - гнездо подвески груза; 15 - скважинный кабель; 16 - обсадная колонна; 17 - задвижка; 18 - блок-баланс, совмещенный с глубиномером; 19 - наземный преобразовательно-показывающий блок; Нд1 - динамический уровень, Нд2 - уровень напора.The drawing shows a diagram of a power meter of a borehole hydroflow in a well of hydropower designation, where the following designations are introduced: 1 - borehole; 2 - the first aquifer; 3 - second aquifer; 4 - pipeline connecting the well with a surface water source; 5 - absorbing zone; 6 - water flow in the well; 7 - dynamic water level in the well N d1 ; 8 - installation site in the well of a hydroelectric power unit (GEA); 9 - simulator GEA; 10 - downhole tool - measuring power downhole flow; 11 - impeller of the flow transducer; 11.1 - impeller shaft; 11.2 - mechanoelectric flow transducer; 12 - centering springs - diameter sensor; 12.1 - mechanical connection of the diameter sensor with the core of the diameter transducer of the well; 12.2 - core diameter transducer of the well; 12.3 - mechanoelectric transducer of borehole diameter; 13.1 - pressure sensor - helicoidal tube; 13.2 - the core of the pressure transducer; 13.3 - pressure transducer; 14 - socket suspension of cargo; 15 - downhole cable; 16 - casing string; 17 - valve; 18 - block balance, combined with a depth gauge; 19 - ground conversion display unit; N d1 - dynamic level, N d2 - pressure level.
Пробурена скважина 1 гидроэнергетического назначения, диаметр бурения 190 мм. Скважина пробурена до зоны поглощения 5. В процессе бурения скважиной перебурены первый 2 и второй 3 водоносные интервалы. Скважинной расходометрией перебуренных водоносных интервалов определено положение их границ и дебиты. Их суммарный дебит составил Q1=0,01 м3/с. Для формирования требуемой (определена предварительной оценкой) гидравлической мощности потока в месте установки скважинного гидроэнергоагрегата к устью скважины водопроводом 4 (с задвижкой 17) подведена вода от поверхностного источника. Расход воды от поверхностного источника составляет Q1=0,01 м3/с.Таким образом, ориентировочно оценено, что расход (суммарный) воды гидроэнергетического потока в скважине составляет Q1=0,02 м3/с. Для обеспечения необходимых условий работы водоснабжающей скважины ее водоносные интервалы оборудованы обсадной колонной 16 и фильтрами, т.е. скважина освоена как водоснабжающая.A well 1 of hydropower designation was drilled, the drilling diameter was 190 mm. The well was drilled to the absorption zone 5. During the drilling process, the first 2 and second 3 water-bearing intervals were drilled. Downhole flow measurement of drilled aquifers determined the position of their boundaries and flow rates. Their total flow rate was Q 1 = 0.01 m 3 / s. To generate the required (determined by a preliminary estimate) hydraulic power of the flow at the installation site of the downhole hydropower unit, water was supplied from the surface source to the wellhead 4 (with valve 17). The flow rate of water from a surface source is Q 1 = 0.01 m 3 / s. Thus, it is tentatively estimated that the flow rate (total) of the water of the hydropower flow in the well is Q 1 = 0.02 m 3 / s. To ensure the necessary operating conditions for the water supply well, its aquifers are equipped with casing 16 and filters, i.e. the well was developed as a water supply.
Перед выполнением измерений мощности скважинного гидропотока в скважину в виде перфорированного отрезка трубы на забой скважины устанавливается имитатор 9 гидросопротивления, вносимого гидроэнергоагрегатом в гидродинамический режим в скважине при его работе (далее имитатор ГЭА), в точке последующей его эксплуатации. Имитатор ГЭА представляет собой отрезок профиля кольцевого сечения с определенным гидросопротивлением, создаваемым ГЭА при номинальной его мощности.Before performing measurements of the power of the borehole hydraulic flow into the well in the form of a perforated pipe section, a simulator of hydroresistance is introduced to the bottom of the well, which is introduced by the hydroelectric power unit into the hydrodynamic mode in the well during its operation (hereinafter GEA simulator), at the point of its subsequent operation. The GEA simulator is a segment of the annular section profile with a certain hydroresistance created by the GEA at its rated power.
Потоки воды из водопровода 4 и из водоносных интервалов 2 и 3 поступают в скважину и двигаются в зону ее стока - зону поглощения 5. При этом на глубине Нд1=320 м от устья скважины устанавливается динамический уровень, ниже которого в скважине сформирован сплошной поток - гидроэнергетический поток. Им создан напор потока Нд2=450 м.Water flows from water supply pipe 4 and from water-bearing intervals 2 and 3 enter the well and move to its drainage zone — absorption zone 5. At the same time, at a depth of N d1 = 320 m from the wellhead, a dynamic level is established below which a continuous flow is formed in the well - hydropower flow. He created the flow head N d2 = 450 m.
В скважину на скважинном (каротажном) кабеле 15, пропущенном через блок-баланс с глубиномером 18, спущен скважинный датчик измерителя мощности скважинного гидропотока 10, далее ИМСГ-П.Downhole (logging) cable 15, passed through the block balance with the depth gauge 18, the downhole sensor of the power meter of the borehole hydraulic flow 10, then IMSG-P, is lowered.
Заявляемый ИМСГ-П работает следующим образом.The inventive IMSG-P works as follows.
Измерение мощности скважинного гидропотока при установленном в скважине имитаторе скважинного гидропотока скважинного ГЭА.Measuring the power of a borehole hydroflow with a simulator of a borehole hydroflow of a downhole GEA installed in the borehole.
При установленном в скважине 1 имитаторе скважинного ГЭА 9 в месте последующей его эксплуатации и стабилизировавшемся динамическом уровне в скважине 7 определено его значение по давлению, измеряемому прибором ИМСГ-П перемещением скважинного датчика вниз-вверх по положению глубины границы «наличие-отсутствие давления». Он составил Нд1=320 м.With a simulator of downhole GEA 9 installed in well 1 in the place of its subsequent operation and stabilized dynamic level in well 7, its value is determined from the pressure measured by the IMSG-P device by moving the downhole sensor up and down along the position of the presence-absence pressure boundary depth. He was N d1 = 320 m.
Скважинный датчик 10 прибора ИМСГ-П опускается в точку установки имитатора ГЭА и выдерживается в таком положении при «работающей» скважине 10-15 мин (время, достаточное для стабилизации гидродинамического режима потока в скважине). К скважинному кабелю 15 подключают наземный преобразовательно-показывающий блок 19 и выполняют измерение мощности скважинного гидропотока.The downhole sensor 10 of the IMSG-P device lowers to the installation point of the GEA simulator and is maintained in this position with a "working" well for 10-15 minutes (time sufficient to stabilize the hydrodynamic flow regime in the well). To the downhole cable 15 connect the ground conversion-indicating unit 19 and measure the power of the downhole hydraulic flow.
Канал измерения давления. Давление воды потока, которое складывается из давления столба воды, расположенного выше скважинного датчика, и потерь давления при движении потока в скважине в зону поглощения, воспринимается геликоидальной трубкой 13.1, один конец которой жестко закреплен на корпусе скважинного датчика 10.Pressure measurement channel. The water pressure of the stream, which is the sum of the pressure of the water column located above the downhole sensor, and the pressure loss when the stream moves in the well into the absorption zone, is perceived by a helicoidal tube 13.1, one end of which is rigidly fixed to the body of the downhole sensor 10.
Под действием измеряемого давления геликоидальная трубка старается выпрямиться и раскрутиться, при этом в большей степени перемещению подвержен другой конец трубки, к которому прикреплен сердечник преобразователя давления 13.2. С перемещением этого конца трубки перемещается сердечник преобразователя давления 13.2, взаимодействующий с преобразователем давления 13.3, что вызывает изменение действующего на нем сигнала (напряжения). Сигнал, пропорциональный измеряемому давлению Ир по скважинному кабелю 15 передается на наземный преобразовательно-показывающий блок (далее НППБ) 19. Значение измеряемого давления отображается на цифровом индикаторе давления, оно составляет 4,41 МПа. Сигнал Ир, кроме того, в НППБ поступает на схему вычисления измеряемой мощности скважинного гидропотока.Under the influence of the measured pressure, the helicoidal tube tries to straighten and unwind, while the other end of the tube, to which the core of the pressure transducer 13.2 is attached, is more susceptible to movement. With the movement of this end of the tube, the core of the pressure transducer 13.2 moves, interacting with the pressure transducer 13.3, which causes a change in the signal (voltage) acting on it. A signal proportional to the measured pressure And p through the downhole cable 15 is transmitted to the ground conversion display unit (hereinafter NPPB) 19. The value of the measured pressure is displayed on a digital pressure indicator, it is 4.41 MPa. The signal And p , in addition, in NPPP goes to the circuit for calculating the measured power of the borehole hydraulic flow.
Канал измерения диаметра. В месте установки скважинного датчика 10 центрирующие пружины - датчик диаметра 12 принимают состояние, соответствующее диаметру скважины в точке измерения. С пружинами жестко соединен сердечник 12.1 преобразователя диаметра, который взаимодействует с мехоноэлектрическим преобразователем диаметра 12.3. Измеряемому диаметру скважины соответствует определенное положение сердечника 12.1 в механоэлектрическом преобразователе 12.3. На механоэлектрическом преобразователе диаметра 12.3 действует напряжение, пропорциональное измеряемому диаметру скважины Иd. Сигнал, соответствующий измеряемому диаметру Иd, по скважинному кабелю 15 передается на НППБ 19. Значение измеряемого диаметра отображается на цифровом индикаторе диаметра блока. Диаметр составляет 191 мм.Diameter measurement channel. At the installation site of the downhole sensor 10, the centering springs - diameter sensor 12 take a state corresponding to the diameter of the well at the measurement point. The springs are rigidly connected to the core 12.1 of the diameter transducer, which interacts with a mechoelectric transducer of diameter 12.3. The measured diameter of the well corresponds to a specific position of the core 12.1 in the mechanoelectric transducer 12.3. A voltage proportional to the measured diameter of the borehole And d acts on the mechanoelectric transducer of diameter 12.3. The signal corresponding to the measured diameter And d , through the downhole cable 15 is transmitted to NPPB 19. The value of the measured diameter is displayed on a digital indicator of the diameter of the block. The diameter is 191 mm.
Кроме того, в НППБ сигнал Иd поступает на схему вычисления измеряемой мощности скважинного гидропотока - на первый вход ее узла формирования поправки на диаметр скважины. (На другой вход узла формирования поправки на диаметр скважины переключателем вводится сигнал, пропорциональный диаметру скважинного датчика.)In addition, in NPPB, the signal And d enters the circuit for calculating the measured power of the borehole hydraulic flow - to the first input of its node for forming a correction for the diameter of the borehole. (A signal proportional to the diameter of the downhole sensor is inputted at the other input of the node for forming a correction for the diameter of the well).
Канал измерения расхода. Сплошной гидропоток, установившийся в скважине ниже динамического уровня 7, обладает гидравлической мощностью, которая гидроэнергоагрегатом, в потенциале, может быть преобразована в электрическую или в тепловую энергию. Наряду с давлением среды, важным фактором, определяющим гидравлическую мощность скважинного гидропотока, является его расход (см. формулу 1).Flow measurement channel. A continuous hydraulic flow established in a well below a dynamic level of 7 has hydraulic power, which hydropower unit, in potential, can be converted into electric or thermal energy. Along with the pressure of the medium, an important factor determining the hydraulic power of a borehole hydraulic flow is its flow rate (see formula 1).
Датчик 10 прибора ИМСГ-П воспринимает скорость и расход только доли потока, которая проходит через сечение скважинного датчика 10. Чувствительным элементом скважинного преобразователя расхода является крыльчатка 11, вал которой 11.1 создает признак скорости ее вращения. При вращении крыльчатки 11 вращающийся ее вал 11.1 взаимодействует с преобразователем расхода 11.2, на котором действует сигнал с напряжением ИQ, пропорциональный частоте вращения крыльчатки и измеряемому расходу через датчик Q.The sensor 10 of the IMSG-P device senses the speed and flow rate of only a fraction of the flow that passes through the cross-section of the downhole sensor 10. The impeller of the downhole flow sensor is an impeller 11, the shaft of which 11.1 creates a sign of its rotation speed. When the impeller 11 rotates, its rotating shaft 11.1 interacts with the flow transducer 11.2, on which a signal with voltage AND Q is proportional to the rotational speed of the impeller and the measured flow rate through the sensor Q.
Сигнал, пропорциональный расходу воды через датчик прибора ИQ, по скважинному кабелю 15 передается на НППБ 19. Значение измеряемого расхода чрез скважинный датчик Q отображается на цифровом индикаторе расхода через скважинный датчик. Измеряемый расход составляет Q=3,85·10-3 м/с.A signal proportional to the flow rate of the water through the sensor of the device And Q is transmitted through the downhole cable 15 to the NPPB 19. The value of the measured flow rate through the downhole sensor Q is displayed on the digital flow indicator through the downhole sensor. The measured flow rate is Q = 3.85 · 10 -3 m / s.
Кроме того, сигнал ИQ, пропорциональный расходу через скважинный датчик, поступает на схему вычисления мощности скважинного гидропотока.In addition, the signal And Q , proportional to the flow rate through the downhole sensor, enters the circuit for calculating the power of the downhole hydraulic flow.
На узел формирования поправки на диаметр скважины поступают два сигнала: один от преобразователя диаметра скважинного датчика Иd, другой вводится переключателем и его значение пропорционально диаметру скважинного датчика. Узлом автоматически вычисляется значение Kd (автоматически отрабатываются зависимости Kd от диаметра скважины для конкретного скважинного датчика - его диаметра, по аналогии зависимости на рис.6 [7], стр.50), и сигнал, пропорциональный ему, поступает на схему вычисления мощности скважинного гидропотока.Two signals are received at the node for correcting the diameter of the well: one from the transducer of the diameter of the downhole sensor And d , the other is entered by the switch and its value is proportional to the diameter of the downhole sensor. The node automatically calculates the value of K d (the dependences of K d on the borehole diameter for a particular borehole sensor — its diameter, according to the dependence in Fig. 6 [7], p. 50) are automatically processed, and a signal proportional to it is fed to the power calculation circuit downhole hydroflow.
Для рассматриваемого примера:For the example in question:
P1=4,41 МПа; Д1=191 мм; Q1=3,85·10-3 м3/с; Kd=5,2.P 1 = 4.41 MPa; D 1 = 191 mm; Q 1 = 3.85 · 10 -3 m 3 / s; K d = 5.2.
На цифровом индикаторе прибора ИМСГ-П отображено измеряемое значение указанной мощности скважинного гидропотока. Мощность равна Nг1=88,2 кВт.On the digital indicator of the device IMSG-P, the measured value of the indicated power of the borehole hydraulic flow is displayed. Power is equal to N g1 = 88.2 kW.
Измерение мощности скважинного гидропотока без имитатора скважинного гидроэнергоагрегата. Поднимают из скважины с использованием аварийного инструмента (метчика) имитатор скважинного ГЭА.Measuring the power of a borehole hydroflow without a simulator of a borehole hydropower unit. Raise from the well using an emergency tool (tap) simulator downhole GEA.
В скважину 1 на скважинном кабеле 15 спускают скважинный датчик 10 и устанавливают его в месте последующей (предполагаемой) эксплуатации ГЭА. Сохраняют установленные ранее (аналогичными предыдущему измерению, с имитатором ГЭА) расходы воды из трубопровода 4 и из водоносных интервалов 2 и 3.The downhole sensor 10 is lowered into the well 1 on the downhole cable 15 and installed in the place of the subsequent (supposed) operation of the GEA. Save the previously established (similar to the previous measurement, with a simulator GEA) water flow from pipeline 4 and from aquifers 2 and 3.
По истечении 10-15 минут в аналогичной предыдущему варианту последовательности выполнено измерение мощности скважинного гидропотока и характеризующих его параметров. Они составили:After 10-15 minutes, in the same sequence as the previous version, the power of the borehole hydraulic flow and the parameters characterizing it were measured. They amounted to:
Р2=4,35МПа; Д2=191 мм; 02=4,2·10-3 м3/с; Kd=5,2; Nг2=95,2 кВт.P 2 = 4.35MPa; D 2 = 191 mm; 02 = 4.2 · 10 -3 m 3 / s; K d = 5.2; N g2 = 95.2 kW.
Исходя из результатов выполненных измерений Nг1=88,2 кВт, a Nг2=95,2 кВт. Из сравнения следует, что Nг1, измеренное с имитатором гидросопротивления скважинного ГЭА, меньше результата измерения выполненного без него Nг2 при прочих равных условиях на 7,3%.Based on the results of the measurements N g1 = 88.2 kW, and N g2 = 95.2 kW. From the comparison it follows that N r1, measured downhole hydraulic resistance simulator HEV less measurement result performed without N z2 ceteris paribus 7.3%.
Заявляемый ИМСГ-П позволяет более точно определить мощность скважинного гидропотока, а использование результатов более точных измерений создает предпосылки (информационные) принимать более правильные решения на последующих стадиях проектирования и эксплуатации скважинных гидроэнергоисточников энергии.The inventive IMSG-P allows you to more accurately determine the power of the borehole hydraulic flow, and the use of the results of more accurate measurements creates the prerequisites (information) to make more correct decisions at the subsequent stages of the design and operation of borehole hydropower sources of energy.
Кроме того, исключение наблюдателя из процедуры определения поправочного коэффициента от диаметра скважины Kd, предусматривающей графическую обработку полученных результатов измерений, сопряженной с возникновением дополнительной погрешности косвенного получения результата измерения мощности водотока в скважине, величина которой субъективна и зависит от индивидуальных качеств и состояния наблюдателя, также позволяет уменьшить эту составляющую ошибки, которая может составлять значительную величину.In addition, the exclusion of the observer from the procedure for determining the correction coefficient from the borehole diameter K d , which provides for the graphic processing of the obtained measurement results, associated with the appearance of an additional error of indirectly obtaining the result of measuring the watercourse power in the borehole, the magnitude of which is subjective and depends on the individual qualities and state of the observer, also allows you to reduce this component of the error, which can be a significant amount.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Generation of electricity during the injection of a denste fluid into a subterranean formation. Патент US 4132269 А, Кл. Е21В 43/20, F03G 7/04, опубл. 02.01.1979 г.1. Generation of electricity during the injection of a denste fluid into a subterranean formation. US Pat. No. 4,132,269 A, Cl. ЕВВ 43/20, F03G 7/04, publ. 01/02/1979
2. Тепловодоснабжающая скважина. Патент РФ №2291255. М. кл. Е03В 3/00; F24H 4/02. Авт. Елисеев А.Д. Опубл. 20.01.2007 г., бюл. №1.2. Heat supply well. RF patent No. 2291255. M. cl. EV03 3/00; F24H 4/02. Auth. Eliseev A.D. Publ. 01/20/2007, bull. No. 1.
3. Карелин В.Я. и др. Гидроэнергетические станции. Под редакцией проф. В.Я.Карелина и Г.Н.Кривченко. М., Энергоиздат, 1987 г.3. Karelin V.Ya. and other hydropower stations. Edited by prof. V.Ya. Karelina and G.N. Krivchenko. M., Energy Publishing House, 1987
4. Петров А.И. Глубинные приборы для исследования скважин. М., Недра, 1988 г.4. Petrov A.I. Depth instruments for well research. M., Nedra, 1988
5. Гершанович И.М. Гидрогеологические исследования в скважинах методом расходометрии. М., Недра, 1981 г.5. Gershanovich I.M. Hydrogeological studies in wells by flow metering. M., Nedra, 1981
6. Скважинный расходомер. Патент РФ №1657635. М. кл. Е21В 47/10. Авт.Елисеев А.Д., Пакулов В.Г. Опубл. 22.02.91 г., бюл. №6 - прототип.6. Downhole flowmeter. RF patent No. 1657635. M. cl. ЕВВ 47/10. Aut.Eliseev A.D., Pakulov V.G. Publ. 02/22/91, bull. No. 6 is a prototype.
7. Ивачев Л.М. Борьба с поглощениями промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин. М., Недра, 1982 г.7. Ivachev L.M. The fight against the absorption of flushing fluid while drilling exploration wells. M., Nedra, 1982
Claims (1)
Nг - измеряемая гидравлическая мощность гидропотока в скважине, Вт;
Р - давление воды в точке измерения, Па;
Q - расход потока через измерительный канал датчика в точке измерения, м3/с;
Kd - поправочный коэффициент от диаметра скважины. A downhole hydraulic flow power meter including a downhole sensor, a ground-based transducer-block connected to it via a downhole cable, a depth gauge connected to a block balance, and a downhole sensor includes a flow rate transmitter through a downhole type Q sensor, a pressure transducer, a borehole diameter transducer connected with a downhole cable, characterized in that the downhole sensor is equipped with a simulator of hydraulic resistance of a downhole hydropower unit or a connection nym with a downhole sensor in its lower part, or set in the well in place subsequent operation, converting-indicating unit determines a correction factor of hole diameter K d and the measured point implements the function according to the following expression: N g = P · Q · K d where
N g - measured hydraulic power of the hydraulic flow in the well, W;
P is the water pressure at the measurement point, Pa;
Q is the flow rate through the measuring channel of the sensor at the measuring point, m 3 / s;
K d - correction factor from the diameter of the well.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007114702/03A RU2348804C2 (en) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Borehole hydro-stream power meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007114702/03A RU2348804C2 (en) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Borehole hydro-stream power meter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007114702A RU2007114702A (en) | 2008-10-27 |
| RU2348804C2 true RU2348804C2 (en) | 2009-03-10 |
Family
ID=40528864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007114702/03A RU2348804C2 (en) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Borehole hydro-stream power meter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2348804C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3580330A (en) * | 1968-01-03 | 1971-05-25 | Tech De Geothermie Soc | Geothermal system |
| US4132269A (en) * | 1978-01-16 | 1979-01-02 | Union Oil Company Of California | Generation of electricity during the injection of a dense fluid into a subterranean formation |
| SU1657635A2 (en) * | 1989-01-02 | 1991-06-23 | Иркутское Отделение Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Методики И Техники Разведки | Borehole flowmeter |
| RU2291255C2 (en) * | 2005-01-11 | 2007-01-10 | Александр Дмитриевич Елисеев | Heat and water supply well |
-
2007
- 2007-04-18 RU RU2007114702/03A patent/RU2348804C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3580330A (en) * | 1968-01-03 | 1971-05-25 | Tech De Geothermie Soc | Geothermal system |
| US4132269A (en) * | 1978-01-16 | 1979-01-02 | Union Oil Company Of California | Generation of electricity during the injection of a dense fluid into a subterranean formation |
| SU1657635A2 (en) * | 1989-01-02 | 1991-06-23 | Иркутское Отделение Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Методики И Техники Разведки | Borehole flowmeter |
| RU2291255C2 (en) * | 2005-01-11 | 2007-01-10 | Александр Дмитриевич Елисеев | Heat and water supply well |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| г. * |
| Петров А.И. Глубинные приборы для исследования скважин. - М.: Недра, 1980 г., с.28-31. Инструкция по применению каротажных методов при инженерных изысканиях для строительства, РСН 46-79. - М.: 1979, раздел 6, найдено в Интернете на сайте www.snip-info.ru/Rsn_46-79.htm. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007114702A (en) | 2008-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2264030C (en) | Improved annular flow monitoring apparatus | |
| US20200270984A1 (en) | Device and method for measuring flow velocity and flow direction and geological parameters of groundwater through cross holes of deep wells | |
| JP6320296B2 (en) | Method for measuring fluid in underground wells | |
| CN102071926B (en) | Method and device for measuring full-hole annular pressure and method and device for controlling same | |
| CN103902827B (en) | Flow unit division method of carbonate-rock horizontal wells | |
| EP2013447B1 (en) | Method for production metering of oil wells | |
| Samani et al. | Hydraulic characteristics of circular flume | |
| CN105041298A (en) | Device and method for wirelessly positioning depths of strings in real time during coiled tubing operation | |
| CN117113869A (en) | A dynamic prediction method for tunnel water inflow based on differences in physical parameters | |
| RU2348804C2 (en) | Borehole hydro-stream power meter | |
| CN101421489A (en) | Method for production metering of oil wells | |
| CN206016803U (en) | A kind of fiber ultrasonic flow and double gamma isotopic tracing flow combination logging tools | |
| CN114065362A (en) | Dynamic design method of drainage system based on tunnel prediction water inflow | |
| CN208347764U (en) | A kind of across the hole groundwater velocity and direction of deep-well and geologic parameter measurement device | |
| CN114965208B (en) | Method and device for in-situ measurement of permeability coefficient of riverbed aquifer | |
| CN216525808U (en) | Monitoring system for pore pressure and inclination of soil body around constructed bridge pile | |
| CN212722514U (en) | Water pressure test device | |
| CN2926503Y (en) | Single-layer packing sampling tester for oil well | |
| RU2751528C1 (en) | Method for determining liquid flow rate in well | |
| CN117309224A (en) | External water pressure reduction coefficient testing device and testing method | |
| CN102061911B (en) | Method for measuring wall thickness of underground casing | |
| CN107653832A (en) | Go out the ancient Flood evolution method for reconstructing of mountain pass alluvial-proluvial fan strata structure based on river | |
| CN1529185A (en) | Tracer logging tool | |
| CN204827416U (en) | A differential pressure flowmeter for under oil gas well | |
| Pöllänen et al. | Difference flow measurements in Greenland, drillhole DH-GAP04 in July 2011 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110419 |