Глубинные автономные манометры

Так как условия, при которых проводятся измерения параметров в скважинах, существенно отличаются от условий работы измери­тельных приборов общепромышленного назначения, приборы для глубинных измерений следует рассматривать как отдельную группу средств измерительной техники.

Наиболее существенными являются следующие особенности ра­боты глубинных приборов.

1. Измерения проводятся на значительном удалении от места наблюдения за показаниями приборов: глубина спуска прибора в скважину достигает 7000 м.

2. Прибор (снаряд) эксплуатируется в измеряемой, среде и под­вергается действию окружающего давления, температуры и корро­зионных жидкостей. В связи с увеличением глубин бурения, а также с необходимостью контроля различных процессов по интенсифика­ции добычи нефти и газа, давление окружающей среды может дости­гать 1000—1500 кг×с/см², а температура до 300—400° С.

3. Прибор спускается на проволоке или кабеле в затрубное пространство или в трубы диаметром 37—63 мм.

4. При спуске прибора в скважину через трубы на него действует выталкивающая сила тем большая, чем выше скорость встречного потока жидкости или газа и меньше проходное сечение между вну­тренней стенкой трубы и корпусом прибора. В отдельных случаях спуск глубинного прибора в действующие скважины представляет сложную техническую задачу.

5. Во время спуска и подъема прибор подвергается ударам, а во время работы, например, в скважине, оборудованной установ­ками погружных электронасосов, и действию вибрационных на­грузок.

6. Время пребывания прибора в месте измерения в зависимости от вида проводимых исследований и способа эксплуатации скважин составляет от нескольких часов до нескольких месяцев.

7. Среда, в которой находится прибор, как правило, представ­ляет собою многофазную жидкость, содержащую нефть, газ, воду и механические включения (песок, шлам и т. д.) с различными физико-химическими свойствами (плотность, вязкость, наличие солей и т. д.).

В соответствии с указанными выше особыми условиями работы к конструкции глубинных приборов предъявляется ряд требований. Вследствие воздействия на них встречного потока жидкости или газа и необходимости спуска в геометрически ограниченное про­странство наружный диаметр корпуса приборов в основном не дол­жен превышать 32—36 мм, а при спуске через 37-мм трубы или в затрубное пространство — 20—25 мм. Длина его также ограни­чена: обычно не превышает 2000 мм, так как увеличение ее сверх этого предела значительно осложняет операции, связанные с под­готовкой прибора к спуску в фонтанные скважины.

Кроме того, должна быть обеспечена полная герметичность вну­тренней полости прибора от внешнего давления. Особые требования предъявляются также к устройствам, расположенным в глубинном приборе и эксплуатируемым в условиях повышенной температуры, ударов и вибраций.

По способу получения измерительной информации глубинные приборы делятся на:

а) автономные, результаты измерения которых можно получить только после извлечения их из скважины;

б) дистанционные, обеспечивающие передачу сигнала измерительной информации по кабелю.

Класс точности приборов обозначается числом, совпадающим со значением допускаемой погрешности.

Например: Манометр имеет класс точности 0,5 это значит, что его допускаемая погрешность равна 0,5% от предела измерения. Т.е. если манометр имеет предел измерения 30 МПа, то погрешность прибора не должна превышать ± 0,15 МПа.

Для регистрации изменения давления и температуры в процессе исследования скважин глубинные манометры и термометры снабжаются специальными часовыми приводами. Краткая техническая характеристика часовых приводов, применяемых в автономных приборах, приведены в табл. 10.1.

Таблица 10.1

Основные характеристики часовых приводов

Показатель	МПЧ-0,125	МПЧ-0,25	МПЧ-0,5	МПЧ-1	МПЧ-2
Продолжительность хода от одной заводки, ч
Продолжительность одного оборота вала, ч (мин)	0,125(7,5)	0,25(15)	0,5(30)	1(60)	2(120)
Момент на валу, Н×см	2,0	2,0	2,0	2,5	2,5
Диапазон рабочей темпера-туры, °С	От –10 до + 160°С
Габариты, мм	Æ22 232
	Рис. 10.1 Часовой привод	Часовые приводы состоят из пружинного двигателя, редук­тора и регулятора хода (рис. 10.1). Двигатель имеет заводные спиральные пружины 2, соз­дающие крутящий момент на выходном валу 1. Этот момент расходуется на перемещение диаграммного бланка и на поддержание коле­баний регулятора хода с целью обеспечения равномерности вращения выходного вала. Мо­мент от двигателя к регулятору хода переда­ется через понижающий редуктор с храпови­ком 3. Для преобразования вращательного движения выходного вала редуктора в коле­бания баланса 5 служат анкерная вилка 7 и колесо хода 4. Период колебаний баланса (время одного колебания) регулируется спи­ральной пружиной—волоском 6. Частота вра­щения выходного вала часового привода зави­сит от передаточного отношения редуктора и периода колебаний баланса, а точность хода (постоянство скорости)—от стабильности пе­риода колебаний. Механизм часовых приво­дов помещен в корпус 8 (металлическую трубу с отверстиями для осмотра и проверки взаимодействия деталей), на который надева­ется защитный кожух 9, предохраняющий механизм от загрязнения. Разработаны также механизмы часовых приводов с продолжительностью хода от одной заводки 64, 128 и 256 ч. Их краткое обозначение обозначение соответственно: МПЧ4; МПЧ8 и МПЧ16. Длина часовых приводов составляет 830 мм при диаметре корпуса 22 мм.

Выпускаемые промышленностью автономные (самопишущие) скважинные манометры и дифманометры, широко используемые для исследования добывающих и нагнетательных скважин, а также для испытаний с помощью трубных испытателей, по принципу действия подразделяются на:

а) геликсные;

б) пружинно-поршневые;

в) компенсационные.

10.1 Геликсные манометры:

Выпускаемые промышленностью автономные (самопишу­щие) скважинные манометры широко используют для иссле­дования добывающих и нагнетательных скважин, а также для испытаний с помощью трубных испытателей пластов.

Манометр типа МГН-2 с многовитковой трубчатой пру­жиной, принципиальная схема которого приведена на рис. 10.2, а, предназначен для измерения давления в добывающих скважинах.

Рис. 10.2 Схема глубинного геликсного манометра типа МГН-2 (МГИ-1М)

Рис. 10.3. Геликсный манометр типа МГТ-1

Давление в скважине через отверстие в корпусе 9 передается жидкости заполняющей внутреннюю полость разделительного и манометрической трубчатой пружине (геликсу) 8. Под действием измеряемого давления свободный конец геликса поворачивает ось 7, на которой жестко кре­пится пластинчатая пружина с пишущим пером 6. Перо чертит на бланке, вставленном в каретку 5, линию, длина которой пропорциональна измеренному давлению.

Для получения непрерывной записи давления каретка сое­диняется с гайкой 2, которая перемещается поступательно по направляющей 3 при вращении ходового винта 4. Равномер­ное вращение винта осуществляется с помощью часового при­вода 1.

Манометр МГИ-1М предназначен для работы в трубных испытателях пластов. Регистрация изменения давления начи­нается только после того, как испытательный инструмент спущен на заданную глубину. Для включения часового привода применяется гидровключатель (рис. 10.2, б), состоящий из сильфона 1, уплотненного поршня 2 и подпружиненного штока 4 с нанесенными на нем делениями. Изменение начального на­тяга пружины 3 производится с помощью гайки 5.

Перед спуском приборов в скважину баланс 10 часового привода 11 тормозится пластинчатой пружиной 9, закреплен­ной на подпружиненной втулке 8, которая, в свою очередь, удерживается защелкой 7. После спуска прибора на заданную глубину усилие предварительного натяга пружины 3 и усилие, действующее на уплотненный поршень 2, в результате воздей­ствия давления в скважине уравновешиваются. Во время даль­нейшего спуска прибора поршень начинает перемещаться и тол­катель 6 утапливает защелку 7. При этом втулка 8 перемеща­ется вверх и пружина 9 освобождает баланс часового привода. Использование регулируемых гидровключателей обеспечивает регистрацию изменения давления по всей длине бланка в боль­шом масштабе времени за счет выключения часового привода в период сборки испытателя пластов и спуска его на забой. Для получения полной картины изменения давления в про­цессе испытания пластов применяют манометр МГИ-3, ходо­вой винт которого имеет два шага: мелкий вначале и более крупный на основной длине. Поэтому при спуске прибора из­менение давления записывается на небольшом участке бланка, а кривые притока и восстановления давления регистрируются в большом масштабе по времени на основном участке диаг­раммного бланка.

Глубинный геликсный манометр МГТ-1 (рис.10.3) предназначен для контроля давления на забое скважин, в ко­торые закачивается горячая вода или нагнетается влажный пар при температуре до 350 °С.

Измеряемое давление передается в полость геликсной пру­жины 2 через сетчатый фильтр 1. Регистрация показаний осуществляется пером 3 на бланке, вставленном в барабан 4, который соединен с рейкой 5. Положение барабана относи­тельно пера фиксируется защелкой 6 и подпружиненной собач­кой 9. При резком торможении или рывке прибора за проволоку грузы 8 перемещаются по инерции вниз и отводят со­бачку, освобождая рейку 5, которая вместе с барабаном под действием собственного веса перемещается также вниз на один шаг.

Дальнейшему перемещению рейки препятствует собачка 9, под действием пружины 7 возвращающаяся в исходное поло­жение. При этом на бланке регистрируется давление, измерен­ное в момент рывка прибора. Всего в течение работы прибора можно зафиксировать 10—15 значений давления в произвольно выбранные моменты времени. Регистрирующее устройство по­лучило название инерционного отметчика времени. Характери­стика геликсных манометров приведена в табл. 10.2

Таблица 10.2

Основные характеристики геликсных манометров

На базе глубинных геликсных манометров типа МГН-2 и МГИ-1М разработан ряд унифицированных скважинных манометров типа МСУ с пределами измерения давления, рав­ными 100—200 МПа, работоспособными при температуре до 250—400 °С. Характери­стика унифицированных геликсных манометров приведена в табл. 10.3.

Таблица 10.3

Основные характеристики унифицированных геликсных манометров

Манометры в антикоррозионном исполнении МСУ-К приме­няют для измерения давления в агрессивных средах, содержа­щих до 25 % сероводорода и углекислого газа. Длина записи давления у всех типов манометров составляет 50±5 мм, длина записи времени—120 мм.