RU2361080C1 - Facility for measuring yield of oil producing wells - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: disclosed invention refers to development and operation of oil deposits, particularly to facilities designed for measurement of yield of oil producing wells. A source of electro-magnetic oscillations is a tachometer generator of alternate current, frequency of which is proportional to yield of the well. An informative signal from the tachometer generator assembled directly in the well near a producing pump is transmitted to surface to a measuring apparatus through a circuit containing inductivity and capacity successively connected to the tachometer generator. The measuring apparatus is parallel connected to the capacity.

EFFECT: upgraded accuracy of measurement of yield of producing wells.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области разработки и эксплуатации нефтяных месторождений, в частности к устройствам, предназначенным для измерения дебита нефтедобывающих скважин.The invention relates to the field of development and operation of oil fields, in particular to devices designed to measure the production rate of oil wells.

Дебит жидкости является одним из основных параметров, характеризующих продукцию нефтедобывающих скважин. Для измерения дебита скважин используются автоматизированные групповые замерные установки (АГЗУ) типа «Спутник А» и «Спутник Б» [1, с.314-323]. Принцип действия АГЗУ заключается в следующем: с помощью многоходового переключателя скважин каждая из скважин, подключенная к АГЗУ, поочередно по заданной программе подключается к измерительному блоку, в котором происходит отделение газа от жидкости и накопление жидкости до определенного объема, которая затем с постоянной скоростью пропускается через турбинный счетчик объемного расхода.The flow rate is one of the main parameters characterizing the production of oil wells. To measure the flow rate of wells, automated group metering units (AGZU) of the “Sputnik A” and “Sputnik B” types are used [1, p. 314-323]. The principle of operation of the gas condensate storage unit is as follows: using a multi-way switch of wells, each of the wells connected to the gas storage unit is alternately connected to a measuring unit according to a predetermined program, in which gas is separated from the liquid and liquid is accumulated to a certain volume, which is then passed through at a constant speed through turbine volumetric flow meter.

К недостаткам устройства для измерения дебита с помощью АГЗУ следует отнести:The disadvantages of the device for measuring flow rate using AGZU should include:

- измерение дебита скважин производится периодически не чаще одного раза в сутки, что не позволяет обеспечить оперативный контроль и регулирование процессом разработки месторождения;- measurement of the flow rate of wells is carried out periodically no more than once a day, which does not allow for operational monitoring and regulation of the field development process;

- измерение дебита добываемой продукции на начальном этапе разработки месторождения не производится, т.к. АГЗУ устанавливают в процессе обустройства месторождения.- measurement of the production rate at the initial stage of field development is not performed, because AGZU installed in the process of developing the field.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, одновременно являющимся базовым является глубинная станция для измерения параметров добывающих нефтяных и газовых скважин [2]. В [2] предлагается производить измерение дебита непосредственно в скважине вблизи расположения добывающего насоса. Предполагается, что в этой области потока давление превышает давление насыщения, и среда представляет собой поток водонефтяной смеси с растворенным в нефти газом. Измерение дебита осуществляют с помощью тахометрического генератора переменного тока.The closest in technical essence to the claimed device, which is also the base is a deep station for measuring the parameters of producing oil and gas wells [2]. In [2], it is proposed to measure the flow rate directly in the well near the location of the production pump. It is assumed that in this region of the flow the pressure exceeds the saturation pressure, and the medium is a flow of a water-oil mixture with a gas dissolved in oil. The flow rate measurement is carried out using a tachometric alternating current generator.

Основным недостатком известного устройства [2] является малая мощность тахометрического генератора переменного тока, т.к. постоянные магниты возбуждают слабое магнитное поле. Большое сопротивление соединительных проводов приводит к ослаблению информационного электрического сигнала, вырабатываемого тахометрическим генератором переменного тока. Это приводит к сложности выделения информационного сигнала, поступающего от тахометрического генератора.The main disadvantage of the known device [2] is the low power of the tachometric alternator, because permanent magnets excite a weak magnetic field. The high resistance of the connecting wires leads to a weakening of the information electric signal generated by the tachometric alternator. This makes it difficult to isolate the information signal from the tachometer generator.

Целью изобретения является повышение точности измерения дебита нефтедобывающих скважин.The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the flow rate of oil wells.

Указанная цель достигается тем, что информационный сигнал, вырабатываемый тахометрическим генератором, передается измерительному прибору по цепи, содержащей последовательно соединенные с ним индуктивность и емкость. Электромагнитные колебания в этой цепи создает тахометрический генератор переменного тока, включенный последовательно с индуктивностью и емкостью. Использование явления резонанса в этой цепи позволяет усилить электромагнитные колебания частоты, генерируемой тахометрическим генератором.This goal is achieved by the fact that the information signal generated by the tachometric generator is transmitted to the measuring device via a circuit containing inductance and capacitance connected in series with it. The electromagnetic oscillations in this circuit are created by a tachometric alternating current generator connected in series with the inductance and capacitance. The use of the resonance phenomenon in this circuit makes it possible to amplify the electromagnetic oscillations of the frequency generated by the tachometric generator.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что измерение дебита нефтедобывающих скважин осуществляется с помощью тахометрического генератора, система передачи сигнала которого содержит последовательно соединенные с ним индуктивность и емкость. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна». Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение. Это позволило сделать вывод о соответствии технического решения критерию «существенные отличия».Comparative analysis with the prototype shows that the measurement of oil production wells is carried out using a tachometric generator, the signal transmission system of which contains inductance and capacitance connected in series with it. Thus, the claimed device meets the criterion of "novelty." Comparison of the claimed solutions with other technical solutions in the art did not allow them to identify signs that distinguish the claimed solution. This allowed us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

Техническая сущность изобретения поясняется принципиальной схемой устройства, приведенной на чертеже.The technical essence of the invention is illustrated by the circuit diagram of the device shown in the drawing.

Устройство для измерения дебита нефтедобывающих скважин содержит тахометрический генератор переменного тока ТГ, соединенный проводами, имеющими активное сопротивление R, с катушкой индуктивности L и переменной емкостью С.A device for measuring the flow rate of oil wells contains a tachometric alternating current generator TG connected by wires having an active resistance R, with an inductor L and a variable capacitance C.

Измерение дебита скважины с помощью описанного устройства осуществляется следующим образом. Тахометрический генератор ТГ, расположенный в скважине вблизи добывающего насоса, генерирует информационный сигнал переменного тока, частота которого пропорциональна дебиту скважины. По соединительным проводам, имеющим активное сопротивление R, информационный сигнал передается на поверхность. Кабель с соединительными проводами может размещаться внутри колонны НКТ, как это реализуют при бурении скважин с помощью электробуров [3, с.78]. Кабель внутри колонны НКТ состоит из секций, длина которых равна длине НКТ, что позволяет без проблем осуществлять спуско-подъемные операции. В качестве соединительных проводов можно также использовать, например, колонну НКТ и один из проводов, питающих центробежный насос. На поверхности в цепь тахометрического генератора включены катушка индуктивности L и переменная емкость С. Тахометрический генератор ТГ, активное сопротивление подводящих проводов R, индуктивность L и емкость С образуют последовательно соединенную цепь. Информационный сигнал от емкости С передается к измерительному прибору ИП.Measurement of the flow rate of the well using the described device is as follows. A TG tachometer generator located in the well near the production pump generates an AC information signal whose frequency is proportional to the well flow rate. Through connecting wires having an active resistance R, an information signal is transmitted to the surface. A cable with connecting wires can be placed inside the tubing string, as is realized when drilling wells using electric drills [3, p. 78]. The cable inside the tubing string consists of sections whose length is equal to the length of the tubing, which allows you to carry out tripping without problems. For example, a tubing string and one of the wires supplying a centrifugal pump can also be used as connecting wires. On the surface, an inductor L and a variable capacitance C are included in the circuit of the tachometric generator. The TG tachometric generator, the active resistance of the lead wires R, the inductance L and the capacitance C form a series-connected circuit. The information signal from the capacitance C is transmitted to the measuring instrument IP.

Электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора емкостью С, катушки с индуктивностью L и электрического сопротивления R, называется колебательным контуром [4, с.483]. Вынужденные электромагнитные колебания в этой цепи можно осуществить, если включить последовательно с элементами цепи источник переменного напряжения, изменяющегося по закону гармонических колебаний [4, с.485-490]:An electric circuit consisting of a series-connected capacitor with capacitance C, a coil with inductance L and electrical resistance R is called an oscillatory circuit [4, p. 483]. Forced electromagnetic oscillations in this circuit can be realized if a source of alternating voltage, which varies according to the law of harmonic oscillations [4, p. 485-490], is connected in series with the circuit elements:

,

,

где U_a - амплитудное значение напряжения, ω - частота вынуждающих колебаний, t - время. Дифференциальное уравнение вынужденных электромагнитных колебаний в такой цепи имеет вид:where U _a is the amplitude value of the voltage, ω is the frequency of the forcing oscillations, t is time. The differential equation of forced electromagnetic oscillations in such a circuit has the form:

,

,

где q - заряд, протекающий по цепи, β=R/(2L) - коэффициент затухания.where q is the charge flowing along the circuit, β = R / (2L) is the attenuation coefficient.

Частное решение этого дифференциального уравнения для заряда q имеет вид:A particular solution to this differential equation for charge q has the form:

.

.

Продифференцировав последнее уравнение по времени, найдем силу тока в контуре:Differentiating the last equation with respect to time, we find the current strength in the circuit:

,

,

где q_a - амплитудное значение заряда, α - сдвиг фаз между силой тока и приложенным напряжением,where q _a is the amplitude value of the charge, α is the phase shift between the current strength and the applied voltage,

-

-

амплитудное значение силы тока в контуре. Следовательно, величина силы тока в колебательном контуре зависит от амплитуды вынуждающего напряжения U_a, параметров контура R, С, L и частоты ω. Амплитуда силы тока достигает максимального значенияthe amplitude value of the current in the circuit. Therefore, the magnitude of the current in the oscillatory circuit depends on the amplitude of the driving voltage U _a , the parameters of the circuit R, C, L and frequency ω. The amplitude of the current reaches its maximum value

при

, т.е. при частоте

.

at

, i.e. at frequency

.

Явление резонанса наблюдается в том случае, когда собственная частота колебательного контура ω₀ совпадает с частотой вынуждающих колебаний ω.The resonance phenomenon is observed in the case when the natural frequency of the oscillatory circuit ω ₀ coincides with the frequency of the driving oscillations ω.

Точность выделения вынуждающей частоты (определяется добротностью колебательного контура [4, с.490]:The accuracy of the selection of the driving frequency (determined by the quality factor of the oscillatory circuit [4, p. 490]:

,

,

где

- волновое сопротивление колебательного контура. Возможность изменения волнового сопротивления R_в, а следовательно, добротности колебательного контура, позволяет с большой точностью определять частоту вынуждающих колебаний. При резонансе амплитудное значение напряжения на конденсаторе U_ac больше амплитуды входного вынуждающего напряжения U_a:Where

- wave resistance of the oscillatory circuit. The possibility of changing the wave impedance R _in , and therefore, the quality factor of the oscillatory circuit, allows you to accurately determine the frequency of the driving oscillations. At resonance, the amplitude value of the voltage across the capacitor U _{ac is} greater than the amplitude of the input driving voltage U _a :

,

,

т.е. U_ac=U_a·D.those. U _ac = U _a · D.

Добротность колебательных контуров достигает значений, равных нескольким десяткам и даже сотням.The quality factor of oscillatory circuits reaches values equal to several tens or even hundreds.

Устройство, включающее последовательно соединенные тахометрический генератор переменного тока, индуктивность и емкость, представляет собой колебательный контур. Источником вынуждающих электромагнитных колебаний служит тахометрический генератор, который генерирует информационный сигнал, частота которого пропорциональна дебиту скважины. Для определения частоты, генерируемой тахометрическим генератором, используется явление резонанса, которое достигается изменением емкости или индуктивности колебательного контура. При резонансе амплитуда напряжения на конденсаторе превышает амплитуду напряжения информационного сигнала, генерируемого тахометрическим генератором. Точность определения частоты информационного сигнала зависит от величины усиления сигнала и от остроты резонансной кривой, т.е. от добротности колебательного контура.A device comprising a series-connected tachometric alternating current generator, inductance and capacitance is an oscillatory circuit. A source of compulsory electromagnetic oscillations is a tachometric generator that generates an information signal whose frequency is proportional to the flow rate of the well. To determine the frequency generated by the tachometric generator, the resonance phenomenon is used, which is achieved by changing the capacitance or inductance of the oscillatory circuit. At resonance, the voltage amplitude across the capacitor exceeds the voltage amplitude of the information signal generated by the tachometric generator. The accuracy of determining the frequency of the information signal depends on the magnitude of the signal gain and on the severity of the resonance curve, i.e. from the quality factor of the oscillatory circuit.

Источники информации, принятые во вниманиеSources of information taken into account

1. Исакович Р.Я., Логинов В.И., Попадько В.Е. Автоматизация производственных процессов нефтяной и газовой промышленности. Учебник для вузов. - М.: Недра, 1983. - 424 с.1. Isakovich R.Ya., Loginov V.I., Popadko V.E. Automation of production processes in the oil and gas industry. Textbook for high schools. - M .: Nedra, 1983.- 424 p.

2. Патент RU №2246003. 10.02.05. Бюл. №4. Белов В.Г., Иванов В.А., Соловьев В.Я. Глубинная станция для измерения параметров добывающих нефтяных и газовых скважин.2. Patent RU No. 2246003. 02/10/05. Bull. Number 4. Belov V.G., Ivanov V.A., Soloviev V.Ya. Depth station for measuring the parameters of producing oil and gas wells.

3. Середа Н.Г., Муравьев В.М. Основы нефтяного и газового дела. Учебник для вузов. - М.: Недра, 1980. - 287 с.3. Sereda N.G., Muravyov V.M. Basics of oil and gas business. Textbook for high schools. - M .: Nedra, 1980 .-- 287 p.

4. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: Наука, 1977. - 942 с.4. Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Handbook of Physics. - M .: Nauka, 1977 .-- 942 p.

Claims (1)

Устройство для измерения дебита нефтедобывающих скважин, содержащее тахометрический генератор переменного тока, установленный в скважине на расстоянии одной насосно-компрессорной трубы от добывающего насоса, отличающееся тем, что информационный сигнал от тахометрического генератора переменного тока передается на поверхность, где в цепь тахометрического генератора последовательно включены катушка индуктивности L и переменная емкость С, а измерительный прибор подключается параллельно к емкости С. A device for measuring the flow rate of oil producing wells, comprising a tachometric alternating current generator installed in the well at a distance of one tubing from the producing pump, characterized in that the information signal from the tachometric alternating current generator is transmitted to the surface, where a coil is sequentially connected to the tachometric generator circuit inductance L and variable capacitance C, and the measuring device is connected in parallel to capacitance C.