способ измерения переменного давления при исследовании нефтегазоконденсато- и водоносных пластов

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ НЕФТЕ-, ГАЗОКОНДЕНСАТО- И ВОДОНОСНЫХ ПЛАСТОВ, включающий заполнение скважины жидкостью, погружение в жидкость чувствительного элемента прибора, преобразующего изменение давления в изменение параметра элемента реактивной электрической нагрузки, и определение переменного давления по полученным значениям, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, определяют косинус угла наклона оси скважины к вертикали в точке расположения чувствительного элемента, плотность и диэлектрическую проницаемость жидкости, создают условия, при которых уровень жидкости находится не выше, чем на расстоянии от устья, равном габаритной длине прибора, в качестве чувствительного элемента используют специально отградуированный элемент реактивной нагрузки с распределенным вдоль оси скважины параметром, зависящим от диэлекрической проницаемости среды, чувствительный элемент погружают в жидкость на глубину, определяемую из условия

hP_~/g,

где P_~ - верхний предел диапазона амплитуды переменного давления, МПа;

- плотность жидкости, кг/м²;

g - ускорение свободного падения, м/с²,

регистрируют изменение интегрального значения параметра реактивной нагрузки, связанное с изменением уровня жидкости, и по значениям параметра, косинуса угла наклона оси скважины к вертикали и значению плотности жидкости с помощью градуировочной номограммы определяют значение переменного давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к разработке и эксплуатации месторождений жидких полезных ископаемых, а также гидрогеологии, гидрологии и геофизики, и может быть использовано при изучении динамики пластовых давлений, уровня грунтовых вод и при наблюдении приливно-отливных явлений.

Известен способ измерения переменного давления, основанный на использовании скважины в качестве зонда, заполнении скважины жидкостью, погружении в жидкость чувствительного элемента прибора, преобразующего изменение давления в перемещение поплавка.

В этом способе, однако затруднена дистанционная регистрация показаний, поскольку необходим прецизионный датчик перемещений. В случае же местной регистрации показаний невозможен экспресс-анализ результатов измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, основанный на использовании скважины в качестве зонда, погружении в жидкость (или заполнении жидкостью) чувствительного элемента прибора, преобразующего изменение давления в изменение параметра реактивной электрической нагрузки [2] . При включении элемента реактивной нагрузки в частотно-задающую цепь генератора электрического сигнала достигается возможность дистанционной регистрации показаний через специальный канал связи.

В качестве элемента реактивной нагрузки используется катушка индуктивности, сердечник которой механически связан с чувствительным элементом манометра (трубка Бурдона, сильфон).

Точность измерения переменного давления таким способом может быть оценена следующим образом. Стабильность LC-генератора, как правило, бывает не лучше, чем 10^-4, т. е. 0,01% . Следовательно, нецелесообразно выбирать верхнее предельное значение частоты сигнала выше, чем 10⁴ Гц, что дает точность измерения переменного давления Р х 10^-4, где Р - предельное значение постоянного давления, на которое рассчитан чувствительный элемент. Таким образом, при Р= 10 МПа = 10⁷ Па точность измерения переменного давления будет равна 10⁷ х 10^-4 = 10³ Па. При атмосферном давлении точность будет иметь порядок 10⁵ Па х 10^-4 = 10 Па. Т. е. указанным способом переменное давление может быть измерено не лучше, чем точность до 10 Па.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем использование скважины в качестве зонда, заполнение скважины жидкостью, погружение в жидкость чувствительного элемента прибора, преобразующего изменение давления в изменение параметра реактивной электрической нагрузки, дополнительно определяют угол наклона скважины к вертикали, плотность и диэлектрическую проницаемость жидкости, создают условия, при которых уровень жидкости находится не выше, чем на расстоянии от устья (головки лубрикатора), равном габаритной длине прибора, в качестве чувствительного элемента прибора используют специально отградуированный элемент реактивной электрической нагрузки с распределением вдоль оси скважины параметром, зависящим от диэлектрической проницаемости жидкости, чувствительный элемент погружают в жидкость на глубину, определяемую из условия:

hP/ g, где P - предельное значение амплитуды переменного давления;

- плотность жидкости;

g - ускорение свободного падения, регистрируют изменение интегрального значения параметра реактивной нагрузки, связанное с изменением уровня жидкости, и по значениям параметра, косинуса угла наклона оси скважины к вертикали, и значению плотности и диэлектрической проницаемости жидкости с помощью градуировочной номограммы определяют значение переменного давления.

Использование цилиндрического конденсатора для определения местоположения границы раздела двух сред широко известно. Однако при этом конденсатор используется как элемент реактивной электрической нагрузки с сосредоточенным параметром, т. е. рабочими положениями чувствительного элемента являются либо полная погруженность в среду 1, либо полная погруженность в среду 2. Каждому из этих случаев соответствуют некоторые значения емкости конденсатора как сосредоточенного параметра. Предлагаемое же техническое решение основано на использовании элемента реактивной нагрузки с распределенным параметром, интегральное значение которого зависит от степени погруженности чувствительного элемента в жидкость.

Таким образом, отличительные признаки заявленного технического решения существенно отличаются от аналогичных признаков известных технических решений.

На чертеже приведен примерный вид номограммы, по которой определяется заполнение жидкостью датчика.

Физическая сущность изобретения состоит в следующем.

Как известно, такой параметр реактивной нагрузки как электрическая емкость является аддитивной величиной, т. е. в случае распределенного параметра его значение определяется как интеграл по направлению распределения с учетом диэлектрической проницаемости среды в виде весовой функции.

При неизменности геометрической формы элемента реактивной нагрузки (например, цилиндрического коаксиального конденсатора) интегральное значение параметра (емкости) зависит как от диэлектрической проницаемости среды, так и от степени заполнения соответствующей средой пространства между обкладками конденсатора. При постоянном значении диэлектрической проницаемости среды (срез с границей раздела) степень заполнения пространства средой является единственной величиной, определяющей интегральной значение емкости.

Таким образом, путем измерения интервального значения распределенного параметра элемента реактивной нагрузки (например - емкости цилиндрического коаксиального конденсатора) при неподвижном чувствительном элементе можно определять изменение местоположения границы раздела двух сред (т. е. перемещение уровня жидкости). Для того, чтобы изменение уровня перевести в изменение давления необходимо знание плотности среды, угла наклона скважины к вертикали, и некоего способа приведения в однозначное соответствие значения параметра реактивной нагрузки степени заполнения чувствительного элемента соответствующей средой.

Градуировочная процедура может быть проделана по одному из трех вариантов.

Вариант 1 - в условиях природного объекта при неподвижной границе раздела сред (уровне жидкости) с помощью датчика перемещений производится контролируемое перемещение чувствительного элемента относительно границы раздела сред и параллельная регистрация значений параметра реактивной нагрузки.

Вариант 2 - то же в лабораторных условиях при использовании среды (жидкости) с тем же значением диэлектрической проницаемости, что и среда в условиях природного объекта.

Вариант 3 - то же с использованием набора сред с различными значениями диэлектрической проницаемости, встречающимися в природных объектах. В этом случае результатами градуировки пользуются как монограммой, входной величиной для которой является диэлектрическая проницаемость среды (жидкости) в природном объекте, а выходным - коэффициент (или формула) перевода интегрального значения параметра реактивной нагрузки в степень заполнения чувствительного элемента средой.

Наиболее просто весь комплекс градуировочных (по варианту 3) и измерительных процедур осуществим при использовании цилиндрического коаксиального конденсатора с емкостью, распределенной вдоль оси цилиндра. В этом случае может быть получена номограмма в виде семейства прямолинейных отрезков в системе координат: интегральное значение емкости конденсатора - степень заполнения рабочего пространства конденсатора средой при его вертикальном расположении (т. е. уровень жидкости, отсчитанный от определенной отметки). Каждый отрезок из семейства соответствует определенному значению диэлектрической проницаемости среды.

Для удобства измерения емкости конденсатора последний может быть включен в частотно-задающую цепь RC-генератора электрического сигнала с использованием частоты сигнала в качестве непосредственно измеряемой величины. При этом прямолинейность градуировочных отрезков не нарушается, и значения частоты могут быть переведены в значения высоты уровня жидкости путем умножения на пересчетный коэффициент. При использовании LC-генератора прямолинейность отрезков нарушается, и пересчет несколько усложняется.

Основным фактором, определяющим точность измерения переменного давления предлагаемым способом, является точность определения изменения интегрального значения емкости конденсатора. Эта точность, в свою очередь зависит от стабильности генератора, частота которого является непосредственно измеряемой величиной. Как было сказано выше, она имеет порядок 10^-4, и следовательно, частоту нет смысла поднимать выше чем 10⁴(при измерении ее с точностью до 1 Гц). Чувствительность при преобразовании изменения уровня в изменение частоты будет (для RC-генератора):

где f₁ - частота в среде 1;

₁, ₂ - диэлектрические проницаемости сред 1 и 2;

h - длина чувствительного элемента.

При ₁/₂ (газ и нефть), f₁ = 10⁴, h = 20 см чувствительность будет иметь порядок 5х10³/2х10^-1 = 2,5 х 10⁺⁴ Гц и, значит, изменение уровня в 0,4х10^-4 м будет приводить к изменению частоты в 1 Гц. В пересчете на давление это будет 0,4х10^-4 м х 0,8х10³ кг/м³ х 9,8 м/с²0,3 Па. Этим числом и будет определяться точность измерения переменного давления. Как видно, она почти на порядок лучше, чем в случае прототипа.

Способ осуществляется следующим образом. После выбора скважины-зонда ее заполняют жидкостью соответствующей плотности так, чтобы вес жидкостного столба плюс давление над уровнем жидкости уравновешивал давление во вскрытом пласте горных пород, причем уровень жидкости находился не выше, чем на расстоянии от устья, (головки лубрикатора) равном габаритной длине прибора. Если скважина уже сама по себе находится в таком состоянии, то никаких дополнительных действий с объектом не производится. После этого прибор спускается в скважину на глубину, при которой чувствительный элемент делится уровнем жидкости пополам или так, чтобы уровень находился на расстоянии от нижнего среза (или верхнего среза) чувствительного элемента не больше, чем

hP/ g, где Р - предельное значение амплитуды переменного давления;

- плотность жидкости;

g - ускорение свободного падения.

После этого производится регистрация показаний.

Как видно из вышеизложенного, предлагаемое изобретение позволяет повысить точность измерения переменного давления и таким образом достичь положительного эффекта. (56) Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Добыча нефти. Под ред. Гиматудинова Ш. К. - М. : Недра, 1983, - 455 с.

Молокович Ю. М. и др. Релаксационная фильтрация. - Казань: изд-во КГУ, 1980, 136 с.