Основы термометрии скважин

метки: Скважина, Термометр, Температура, Измерение, Датчик, Терморезистор, Сопротивление, Рисунок

Развитие высоких технологий в области конструкционных материалов и микроэлектроники за последнее десятилетие привело к быстрому совершенствованию измерительной техники. Внедряются новые методы обработки и хранения информации, разрешение регистрирующей аппаратуры повысилось, по крайней мере, на порядок. Применение современных аналоговых и цифровых микросхем позволило за счет введения обратных связей существенно расширить динамический диапазон и линейность различных датчиков. терморезистор скважина геотермия флюид

Однако, прогресс в повышении точности измерительной аппаратуры не столь очевиден. Это связано с тем, что погрешности измерений обусловлены действием на датчики возмущающих факторов. Из многих факторов, дестабилизирующих работу чувствительной системы любого прецизионного датчика, влияние вариаций внешней температуры является наиболее значительным. Действительно, до настоящего времени не существует материала, у которого в широком диапазоне изменения внешней температуры физические параметры не имеют температурной зависимости. Проявление термозависимости элементов измерительной системы, а именно: упругости, линейного и объёмного расширения, электрических параметров электронных и магнитных компонентов и т.д. приводит к искажению показаний измерительных приборов. Например, у постоянных магнитов с высокой коэрцитивной силой, которые применяются в современных электромагнитных приборах и в системах электромагнитной обратной связи, температурный коэффициент остаточной магнитной индукции ( ) составляет величину примерно 4×10^* ГС для магнитов типа ЮНДК, Ю-3 ГС — для магнитов типа железо-кобальт-ниодим. У термостабилизированного магнита типа самарий-кобальт-годолиний этот коэффициент немногим менее 10″4 ГС Диапазон температурных коэффициентов материалов, применяемых в чувствительных системах, достаточно широкий: у резисторов -^-=10~3ч-10-7 ГС, коэффициенты RdT линейного и объёмного расширения соответственно —=10″ -ь5х 1(Г7 ГС и IdT dV =\0~3-^3х 10-6 ГС и т.д. VdT

Создание термостабильных условий необходимо для работы большинства измерительных систем. При этом существенно повышается достоверность получаемой информации, упрощается методика измерений.

Проблема особенно актуальна в гравиинерциальной аппаратуре. Это связано с регистрацией сигналов, относительные величины которых имеют рекордно малые значения. Так при изучении собственных колебаний и приливных деформаций Земли фиксируют значения отн.ед. В полевой высокоточной гравиметрии, гравиоградиентометрии, акселерометрии, требуются относительные измерения на уровне 1(Г8-г1(Г10 отн. ед. в условиях резких изменений внешней температуры (-30-^+40 °С))).

Измерение температуры

... отнести: высокую степень точности измерения температуры; возможность выпуска измерительных приборов к ним со ... измерения температур составляет от -100 до +600°С. Наибольшее распространение биметаллические термометры получили для работы при комнатной температуре - как для непосредственного ее измерения, ... термометры всех типов аналогичны. В зависимости от конструкции измерительной системы они ...

1. Описание терморезистора

Терморезистор — полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводникового материала от температуры ^[1] .

Для терморезистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, относительно невысокая долговременная стабильность характеристик.

Терморезистор изготавливают в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преимущественно методами порошковой металлургии. Их размеры могут варьироваться в пределах от 1-10 мкм до 1-2 см.

Основными параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния.

Терморезистор был изобретён Самюэлем Рубеном (Samuel Ruben) в 1930 году.

Различают терморезисторы с отрицательным (термисторы) и положительным (позисторы) ТКС. Их ещё называют NTC-термисторы(Negative temperature coefficient) и PTC-термисторы (Positive temperature coefficient) соответственно. У позисторов с ростом температуры растет и сопротивление, а у термисторов — наоборот: при увеличении температуры сопротивление падает.

Терморезисторы с отрицательным ТКС изготовляют из смеси поликристаллических оксидов переходных металлов (например, MnO, СoO?, NiO, CuO), легированных Ge и Si, полупроводников типа A ^III B^V , стеклообразных полупроводников и других материалов.

Различают терморезисторы низкотемпературные (рассчитанные на работу при температуpax ниже 170 К), среднетемпературные (170-510 К) и высокотемпературные (выше 570 К).

Кроме того, существуют терморезисторы, предназначенные для работы при 4,2 К и ниже и при 900-1300 К. Наиболее широко используются среднетемпературные терморезисторы с ТКС от ?2,4 до ?8,4 %/К и номинальным сопротивлением 1-10 ⁶ Ом.

Режим работы терморезисторов зависит от того, на каком участке статической вольт-амперной характеристики (ВАХ) выбрана рабочая точка. В свою очередь ВАХ зависит как от конструкции, размеров и основных параметров терморезистора, так и от температуры, теплопроводности окружающей среды, тепловой связи между терморезистором и средой. Терморезисторы с рабочей точкой на начальном (линейном) участке ВАХ используются для измерения и контроля температуры и компенсации температурных изменений параметров электрических цепей и электронных приборов. Терморезисторы с рабочей точкой на нисходящем участке ВАХ (с отрицательным сопротивлением) применяются в качестве пусковых реле, реле времени, измерителей мощности электромагнитного излучения на СВЧ, стабилизаторов температуры и напряжения. Режим работы терморезистора, при котором рабочая точка находится также на ниспадающем участке ВАХ (при этом используется зависимость сопротивления терморезистора от температуры и теплопроводности окружающей среды), характерен для терморезисторов, применяемых в системах теплового контроля и пожарной сигнализации, регулирования уровня жидких и сыпучих сред; действие таких терморезисторов основано на возникновении релейного эффекта в цепи с терморезистором при изменении температуры окружающей среды или условий теплообмена терморезистора со средой.

Исследование нагнетательных скважин на месторождении

... эффективность получения достоверной информации по этой категории скважин. В данной курсовой работе изложены задачи исследования нагнетательных скважин, методика проведения исследовательских работ, рекомендации по ... континентальный с коротким прохладным летом и продолжительной холодной зимой. Среднемноголетняя годовая температура воздуха составляет - 3 0 С. Наиболее холодным месяцем года является ...

Изготовляются также терморезисторы специальной конструкции — с косвенным подогревом. В таких терморезисторах имеется подогревная обмотка, изолированная от полупроводникового резистивного элемента (если при этом мощность, выделяющаяся в резистивном элементе, мала, то тепловой режим терморезистора определяется температурой подогревателя, то есть током в нём).

Таким образом, появляется возможность изменять состояние терморезистора, не меняя ток через него. Такой терморезистор используется в качестве переменного резистора, управляемого электрически на расстоянии.

Из терморезисторов с положительным температурным коэффициентом наибольший интерес представляют терморезисторы, изготовленные из твёрдых растворов на основе BaTiO ₃ . Такие терморезисторы обычно называют позисторами. Известны терморезисторы с небольшим положительным температурным коэффициентом (0,5-0,7 %/К), выполненные на основе кремния с электронной проводимостью; их сопротивление изменяется с температурой примерно по линейному закону. Такие терморезисторы используются, например, для температурной стабилизации электронных устройств на транзисторах.

1.1 Основы термометрии скважин

Температура явилась первым физическим параметром, измеряемым в скважинах. В 1931г. термометрия была включена в комплекс методов промысловой геофизики и стала применяться с целью изучения геологических разрезов и технического состояния скважин. Большим достоинством термометрии является возможность её применения как в необсаженных, так и в обсаженных скважинах.

Термометрия скважин включает метод естественного теплового поля (геотермию) и метод искусственного теплового поля. Применение этих методов основано на дифференциации горных пород по тепловым свойствам и на возникновении в скважинах местных тепловых полей, создаваемых различными физико-химическими и термодинамическими процессами.

Геотермические исследования производятся в скважинах с практически установившимся тепловым режимом. Измеряемым параметром является естественная температура пород, слагающих разрез скважины.

Естественное тепловое поле Земли распределяется в скважинах главным образом в зависимости от литологического, тектонического и гидрогеологических факторов. В соответствии с этим, по данным геотермии можно решать задачи связанные с литолого-стратиграфическим расчленением разрезов, изучением глубинной тектоники, тектоническим районированием и изучением гидрогеологических условий исследуемых районов.

Изучение местных тепловых аномалий в скважинах позволяет применять термометрию для выявления в разрезах полезных ископаемых: газ, термальные воды, каменная соль, каменный уголь и руды.

Анализ распространения искусственных тепловых полей в скважинах применяется для изучения геологических разрезов и технического состояния скважин. Эти исследования производятся в скважинах с неустановившимся тепловым режимом. Измеряемым параметром может быть как температура раствора заполняющего скважину, так и разность между температурой в скважине и её значением при отсутствии искусственных тепловых полей.

По данным метода искусственного теплового поля можно: выявлять коллекторы в разрезах скважин, определять притоки воды, нефти и газа в скважину, перетоки флюидов из одного горизонта в другой, зоны поглощения раствора, места нарушения герметичности обсадных колонн, местоположение и качество цементных стаканов в затрубном пространстве и прочее.

2. Аппаратура и оборудование

Комплекты электрических термометров, применяемых в промысловой геофизике состоят из скважинных приборов и наземных пультов управления. Электрические термометры применяются в комплексе со стандартной промыслово-геофизической аппаратурой и оборудованием.

В промысловой геофизике в настоящее время применяются, в основном, скважинные термометры сопротивлений, в которых в качестве термометрического параметра используется электрическое сопротивление проводников.

Промышленностью были выпущены скважинные электротермометры нескольких типов: ЭС-16,17; ЭТМИ-55, 57, 58; ЭТС-1, 2, 2У; ЭСО-2; СТТ-1; ЭТО-2, 3; ТЭГ-1, 2, 3; ЭАТО и другие.

Последние три типа термометров выполнены с применением электронных схем.

Техническая характеристика некоторых скважинных электротер-мометров, нашедших наибольшее применение в промысловой геофизике, приводится в таблице 2.1.

Конструктивно скважинный электротермометр обычно состоит (рисунок 2.1) из кабельного ввода 1 , корпуса 2 , в котором размещаются компенсационные плечи измерительного моста и электронная схема 3 , чувствительного элемента — датчика температуры 4 , изготовленного в виде бескаркасной, петлевой обмотки (жгутиков) из медной или платиновой проволочки диаметром 0,02 — 0,05 мм. Датчик температуры помещён в медную трубку 5 , диаметром 1,5-3мм, которая защищена от механических повреждений фонарём 6 , обеспечивающим свободную циркуляцию жидкости, заполняющей скважину. Медная трубка герметично соединена через ряд промежуточных деталей из материалов низкой теплопроводности с нижней пробкой корпуса скважинного прибора или непосредственно впаивается в неё. Электрическое соединение медного жгутика с электронной схемой производится с помощью штепсельного разъёма 7 . Для проверки термометра на утечку тока внутри корпуса иногда устанавливается контакт прерыватель между электрической схемой и корпусом прибора.

Таблица 2.1 — Техническая характеристика некоторых скважинных термометров

Тип термометра Характеристика	ЭТМИ	ЭТС-2У	ТЭГ-2	ЭАТО
Предел измеряемых температур, єС	до 100	-20 +120	до 200	±10є
Погрешность измерения, єС	±0,3	±0,1	2є	0,01
Постоянная термометра, град/Ом	4,5	5	—	—
Постоянная времени (тепловая инерция), сек	1-1,5	0,25-0,5	1,3-1,2	2-200
Сопротивление чувствительного плеча при 20єС, Ом	230	94	750	250
Количество чувствительных плеч	1	2	2	2
Число жил кабеля	3	3	1	1
Внешний диаметр, мм	60	42	73	48
Длина (без кабельного ввода), мм	870	565	1960	1750
Максимальное рабочее давление, атм	500	400	1000	500
Максимально допустимая температура, єС	100	120	200	120

В электротермометрах на трёхжильном кабеле ЭТС датчик температуры выполняется по мостовой схеме (рисунок 2.2).

Мост сопротивлений имеет четыре плеча: R ₁ и R ₂ — плечи чувствительные и R ₃ и R ₄ — плечи, не чувствительные к изменению температуры. Последние изготовляются из константана или манганина — металлов с очень низким температурным коэффициентом сопротивления и наматываются на электроизоляционную катушку. В симметричной схеме моста R ₁ = R ₂ и R ₃ = R ₄ . Сопротивление R чувствительных плечей моста изменяется с температурой линейно, в достаточно широком интервале температур по закону:

(2.1)

где R ₀ — сопротивление чувствительных плечей при некоторой температуре t ₀ ;

d — температурный коэффициент сопротивления материала, из которого изготовлены плечи, для меди d = 0,003 єС

t — измеряемая температура.

Рисунок 2.1 — Схема основных элементов конструкции электрических термометров

Рисунок 2.2 — Принципиальная схема электротермометра на трёхжильном кабеле

При температуре t ₀ равновесия моста R ₁ = R ₂ = R ₃ = R ₄ = R ₀ . Для измерения температуры t к диагонали моста АВ от источника Е

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/termometryi-v-skvajine/

подводится постоянный ток I , величина которого устанавливается сопротивлением R _д путём измерения разности потенциалов на эталонном сопротивлении R _Э . В измерительной диагонали моста MN возникает разность потенциалов

(2.2)

Из формулы (6.2) определяется величина измеряемой температуры

(2.3)

Величины С — коэффициент пропорциональности между изменением сопротивления датчика и изменением температуры и t ₀ — являются постоянными для данного термометра, определяются его эталонированием и заносятся в паспорт прибора.

В электротермометрах на одножильном кабеле ЭСО применяется либо мостовая схема с одним чувствительным плечом, опускаемым в скважину или электронные электротермометры с разделением питающего тока и измеряемого сигнала.

Термометры, выполненные по мостовой схеме с одним чувствительным плечом ЭТМИ, ЭСО, просты по конструкции, но обладают рядом существенных недостатков: нелинейны, результаты измерений зависят от изменения сопротивления измерительной цепи, как за счёт контактов, так и за счет влияния температуры.

В электронных термометрах используется несколько принципиальных схем передачи и измерения полезного сигнала:

• а) на постоянном токе (ЭТО, рисунок 2.3);
• б) на переменном токе с амплитудной модуляцией сигнала (ЭАТО, рисунок 2.4);
• в) на переменном токе с частотной модуляцией сигнала (ТЭГ, рисунок 2.5).

В схеме на рисунке 6.3 термометрический мост М питается переменным током от генератора Г, установленного на поверхности, по центральной жиле ЦЖК и броне ОК кабеля через трансформаторы Тр ₁ и Тр ₂ . Измеряемая разность потенциалов через трансформатор Тр ₃ подаётся на усилитель У и после выпрямления детектором Д передаётся к регистрирующему прибору РП по той же линии связи. Питание усилителя и детектора осуществляется также от генератора Г через силовой трансформатор Тр ₁ и выпрямитель В . Разделение постоянного и переменного токов на поверхности и в скважинном снаряде осуществляется соответственно фильтрами С ₁ — Др ₁ и С ₂ — Др ₂ . Недостатком данной схемы является то, что в результате наложения разности потенциалов собственной поляризации пород ДU _СП на полезный сигнал трудно добиться необходимой точности замера.

Рисунок 2.3 — Принципиальная схема электронного термометра на одножильном кабеле с передачей сигнала постоянным током (ЭТО)

Рисунок 2.4 — Принципиальная схема электронного термометра на одножильном кабеле с передачей сигнала переменным током по изменению амплитуды(АЭТО)

Рисунок 2.5- Принципиальная схема электронного термометра на одножильном кабеле с передачей сигнала переменным током по изменению периода (ТЭГ)

В схеме измерения полезного сигнала на переменном токе (см. рис. 2.4) термометрический мост М также питают переменным током через трансформатор Тр ₁ , но от генератора Г , установленного в скважинном снаряде. Измеряемая разность потенциалов подаётся через трансформатор Тр ₂ на усилитель У и далее на поверхность через ЦЖК . В наземной аппаратуре полезный сигнал проходит через фильтр Ф , выпрямляется детектором Д и записывается регистратором РП . Питание усилителя и генератора осуществляется с поверхности постоянным током от универсального источника питания УИП . Разделение постоянного и переменного токов осуществляется фильтром С ₁ — Др ₁ на поверхности и С ₂ — Др ₂ в скважинном снаряде.

Наиболее совершенным является электронный термометр типа ТЭГ принципиальная схема которого показана на рисунке 2.5. В этом термометре применена телеизмерительная система, в которой изменения измеряемой температуры преобразуются в изменение частоты переменного тока передаваемого по линии связи ЦЖК — ОК на поверхность. Такая телесистема характеризуется высокой помехоустойчивостью, поскольку частотный признак сигнала, определяющий измеряемую величину, не зависит от изменения коэффициента передачи линии связи, наличия помех и наводок.

Электронная часть глубинного прибора представляет собой RC — генератор. Температурочувствительные сопротивления R _t определяет частоту автоколебаний генератора, период Т которых находится в линейной зависимости от величины сопротивления R _t , а следовательно от температуры

Т = 2р

• С

На поверхности с помощью периодомера измеряется длительность периода колебаний генератора. Выходной сигнал, пропорциональный длительности периода Т , регистрируется пишущим устройством промыслово-геофизической станции. Глубинный прибор питается от источника постоянного тока напряжением 270 В через балластное сопротивление R служит анодной нагрузкой выходного каскада генератора скважинного прибора и с него снимается информационное напряжение, подаваемое на вход периодомера.

В схему глубинного прибора ТЭГ входит также переключающее реле Р и калибровочные сопротивления R ₁ и R ₂ . С их помощью можно по запросу с поверхности получить сигналы с частотами, соответствующими заданным значениям шкалы термометра, и откалибровать прибор перед началом замера. Управление переключающим реле производится изменением полярности тока, питающего глубинный прибор.

Наряду с обычными электротермометрами находят широкое применение дифференциальные термометры для измерения относительного изменения температур. К ним относятся градиент-термометры и аномалий-термометры, которые отличаются от обычных электротермометров лишь конструкцией термометрического моста.

У градиент-термометров все четыре плеча являются чувствительными к изменению температуры. Два плеча находятся в одной медной трубке ниже корпуса прибора, также как в обычных термометрах, а два других помещены в трубке над корпусом прибора. Такое включение в схему моста позволяет измерять разность потенциалов, пропорциональную разности температур между точками, в которых помещены датчики, которые обычно расположены на расстоянии 1,5 — 3,0 м друг от друга.

При исследовании скважин аномалий-термометром регистрируется кривая отклонения Д t температуры от её среднего значения, обусловленного средним температурным градиентом в данном участке скважины. При этом производится непрерывная автоматическая компенсация указанного среднего значения температуры.

Включение датчиков в схему моста аналогично обычному термометру. Отличие состоит в том, что инертные плечи обычного термометра, расположенные внутри корпуса прибора, заменяются на чувствительные, которые благодаря своему положению внутри корпуса имеют значительную тепловую инерцию по сравнению с чувствительными плечами, находящимися в медной трубке.

При движении по стволу скважины высокоинерционный датчик воспринимает усреднённую температуру скважины и с опозданием во времени, а тем самым и по глубине, по сравнению с малоинерционным датчиком. Таким образом, в процессе исследования на заданной глубине возникает перепад температур между двумя датчиками, величина которого зависит от распределения температуры по стволу скважины и скорости перемещения прибора. Измеряемая разность потенциалов в общей диагонали моста пропорциональна этому перепаду температур Д t .

При постоянной скорости движения прибора по стволу скважины измеряемая величина в основном зависит только от геологического разреза и технического состояния скважины. Разность температур между датчиками достигается только в предельных случаях 10є, что намного меньше общего диапазона изменения температур в скважине. Монотонное изменение температуры, пропорциональное среднему значению геотермического градиента, компенсируется, поэтому аномалий-термограмма более удобна для качественной интерпретации, значительно детальнее расчленяет геологический разрез в зависимости от тепловых свойств горных пород и более чётко фиксирует местные тепловые аномалии по стволу скважины.

3. Измерение притока флюида в скважине

Известно устройство скважинных расходомеров для измерения притока флюида в скважине (Петров А.И. Методы и техника измерений при промысловых исследованиях скважин, М. : Недра 1972).

Оно содержит датчик расхода в виде турбинки. Устройство спускают в скважину на каротажном кабеле и перемещают вдоль фильтровой части. При прохождении интервала, на котором наблюдает приток флюида, увеличивается скорость потока в стволе скважины, соответственно увеличивается скорость вращения турбинки датчика расхода. По изменению скорости вращения турбинки судят об интенсивности притока флюида из пласта в скважину. Достоинством турбинных датчиков расхода является устойчивая зависимость оборотов турбинки от расхода флюида. Недостатком турбинных расходомеров является подверженность засорению механическими примесями (песок, ржавчина, парафин и т.п.), приводящая к значительным погрешностям измерений.

Известно устройство термокондуктивного дебитомера для измерения притока флюида в скважине (Комаров С.Г., Жувагин И. Черный В.Б. Скважинный термокондуктивный дебитомер, М.: Недра 1973), которое принято за прототип. Термокондуктивный дебитомер содержит датчик температуры в виде стержня, разогреваемого выше температуры окружающей среды. Нагревателем стержня является чувствительный элемент датчика температуры, т.е. датчик температуры одновременно является нагревателем. При проведении измерений прибор спускают в скважину на каротажном кабеле и перемещают вдоль фильтровой части скважины. В момент прохождения дебитомера мимо интервала, на котором имеет место приток флюида, стержень охлаждается набегающим потоком. Снижение температуры стержня регистрируется датчиком температуры. Чем интенсивнее приток флюида, тем ниже температура, регистрируемая датчиком. Термокондуктивный дебитомер надежен, не имеет каких-либо подвижных частей, менее подвержен влиянию механических примесей по сравнению с турбинными расходомерами.

Недостатком является подверженность влиянию структуры потока (турбулентный или ламинарный), что в значительной степени объясняет неустойчивость связи между показаниями дебитомера и расходом флюида в стволе скважины и связанную с этим погрешность измерений.

Задачей изобретения является создание устройства для измерения притока флюида в скважине, исключающее влияние структуры потока.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения притока флюида в скважине, содержащем корпус в котором размещены датчики температуры и нагреватель, датчик температуры и нагреватель разнесены вдоль оси скважины на расстояние не менее внутреннего диаметра обсадной колонны. При этом нагреватель выполнен в виде катушки индуктивности.

Сопоставительный анализ существенных признаков предложенного устройства и прототипа показал, что предложенное устройство отличается от известного следующими признаками:

• датчик температуры и нагреватель разнесены вдоль продольной оси корпуса на расстояние не менее внутреннего диаметра обсадной колонны;
• нагреватель выполнен в виде катушки индуктивности, запитываемой переменным током, и обеспечивает бесконтактное нагревание обсадной колонны за счет вихревых токов.

Предложенное техническое решение обеспечивает бесконтактное нагревание обсадной колонны за счет вихревых токов. При этом показания датчика температуры зависят от температуры колонны, которая изменяется в зависимости от интенсивности притока флюида. Приток флюида в скважину происходит через перфорационные отверстия, диаметр которых достаточно мал по сравнению с диаметром обсадной колонны и структура потока через отверстия практически не меняется во всем диапазоне исследуемых притоков. При этом обеспечивается устойчивая связь между изменениями температуры колонны, которая измеряется датчиком температуры, и интенсивностью притока флюида. Разнесение датчика температуры и нагревателя на расстояние не менее внутреннего диаметра обсадной колонны позволяет исключить возможность разогрева непосредственно датчика температуры вихревыми токами. Таким образом, указанные отличительные признаки позволяют снизить погрешность измерений по сравнению с прототипом. Практическая реализация предложенного устройства не требует специального оборудования и материалов, проста в изготовлении.

На чертеже показано предложенное устройство.

Устройство содержит корпус 1 в виде цилиндра, в котором размещены датчик температуры 2 и нагреватель 3, отстоящие друг от друга вдоль оси корпуса 1 на расстояние не менее внутреннего диаметра обсадной колонны. Датчик температуры 2 выполнен в виде терморезистора и измеряет температуру в стволе скважины, которая зависит от температуры обсадной колонны. Нагреватель 3 выполнен в виде катушки индуктивности, запитываемой переменным током и обеспечивающей бесконтактное нагревание обсадной колонны за счет выхревых токов. Расстояние между датчиком температуры 2 и нагревателем 3 выбрано равным не менее внутреннего диаметра обсадной колонны в связи с тем, что на такое расстояние магнитное поле от катушки индуктивности нагревателя 3 не распространяется, т. к. магнитные силовые линии замыкаются на обсадной колонне и исключается разогрев датчика температуры 2 выхревыми токами.

Работает устройство следующим образом. На каротажном кабеле 4 устройство спускают в скважину до забоя. Включают ток питания. При этом катушка индуктивности нагревателя 3 запитывается переменным током. При прохождении переменного тока по обмотке катушки индуктивности нагревателя 3 вокруг последнего возникает переменное электромагнитное поле. При взаимодействии переменного электромагнитного поля с обсадной колонной в последней возникают вихревые токи, которые разогревают тело колонны на участках, приближенных к нагревателю 3. Устройство с включенным током питания поднимают с равномерной скоростью вдоль фильтра скважины. При этом ведут регистрацию термограммы с помощью датчика температуры 2. В связи с тем, что нагреватель 3 находится впереди датчика температуры 2, то сначала происходит разогревание участка колонны перед датчиком температуры 2, а затем, по мере передвижения нагревателя 3, происходит охлаждение этого участка за счет теплопередачи в окружающую среду. Если жидкость в стволе скважины неподвижна, т.е. нет ее притока в скважину, значение температуры, регистрируемое термограммой, будет зависеть только от теплопрводности вмещающих пород и жидкости, заполняющей скважину. Если наблюдается приток жидкости в скважину, то жидкость притекает через перфорационные отверстия, охлаждая обсадную колонну. При этом интервал притока по термограмме будет выделяться пониженным значением температуры. Выделяя на полученной термограмме участки с пониженным значением температуры и измеряя ее значение, тем самым определяют интервал притоков флюида и его интенсивность. При этом, в связи с тем, что приток флюида в скважину происходит через перфорационные отверстия, имеет место более устойчивая зависимость снижения температуры в скважине от интенсивности притока, т.к. обсадная колонна, имея значительно большие размеры по сравнению с размерами датчика термокондуктивного дебитомера, способствует лучшему осреднению воздействующего потока и исключению помех, связанных с изменением структуры потока.

Применение предложенного устройства позволит снизить погрешность при измерении притока флюида в скважинах, в том числе и в горизонтальных действующих скважинах, где в связи с низкими значениями удельного дебита определение интервалов притока флюида приборами, применяемыми для исследования вертикальных скважин, практически невозможно.

Вывод

В данной работе мы выявили в каких скважинныйх работах могут применятьс термодатчики: Выделение работающих (отдающих и принимающих) пластов; выявление заколонных перетоков снизу и сверху ; выявление внутриколонных перетоков между пластами; определение мест негерметичности обсадной колонны, НКТ и забоя скважины; определение нефте -газо- водопритоков; выявление обводненных пластов; определение динамического уровня жидкости и нефте — водораздела в межтрубном пространстве; контроль работы и местоположения глубинного насоса; определение местоположения мандрелей и низа НКТ; оценка расхода жидкости в скважине, оценка Рпл и Рнас ;определение Тзаб и Тпл ; контроль за перфорацией колонны, контроль за гидроразрывом пласта. Еще одна особенность, которую надо учитывать при термических исследованиях, связана с инерционностью термометра. В случае высоковязкой нефти, грязи на стенках скважины, наличии осадка в зумпфе инерционность прибора может меняться существенно, что, в свою очередь, сильно искажает температурную картину. С другой стороны инерционность определяет скорость регистрации. В любом случае она ограничена. При быстроменяющихся переходных процессах в скважине конечная скорость регистрации температуры так же может приводить к искажению регистрируемых термограмм.

Таким образом, существует многообразие факторов, влияющих на распределение температуры в скважине. Для достоверного решения задач важно знать эти факторы и особенности их проявления в конкретных ситуациях.

Основными эффектами, обуславливающими температурное поле в пласте и в скважине, являются: эффект Джоуля-Томсона, адиабатический, баротермический, смешивания и теплоты разгазирования. Решение практических задач базируется на анализе формы температурной кривой и величины температурной аномалии. Последняя (аномалия), в свою очередь, выделяется на основе сопоставления зарегистрированной термограммы с геотермической (базовой).

Характер изменения формы величины и знака температурной аномалии во времени определяется так же путем сопоставления термограмм, зарегистрированных в различные моменты времени ( или при различных режимах работы скважины).

Выбранный метод термометрии хорош тем, что для решения задач в скважинах эксплуатационного фонда проще, надежнее и достовернее метода на сегодняшний день не существует.