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:

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

· 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 таблице 5.3.

Таблица 5.3 − 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 температуры, °С	От –10 до +160 °С
Габариты, мм	∅22×232

Часовые приводы состоят из пружинного двигателя, редуктора и регулятора хода (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Часовой привод

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 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:

· геликсные;

· пружинно-поршневые;

· компенсационные.

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. 5.7, а, предназначен для измерения давления в добывающих скважинах.

Давление в скважине через отверстие в корпусе 9 передается жидкости, заполняющей внутреннюю полость манометрической трубчатой пружины (геликса) 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 (рисунок 5.7, 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.

Рис. 5.7. Схема глубинного геликсного манометра типа МГН-2 (МГИ-1М)

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. 5.8) 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 таблице 5.4.

Рис. 5.8. Геликсный манометр типа МГТ-1

Таблица 5.4 − Основные характеристики геликсных манометров

Показатель	МГН-2	МГИ-1М	МГИ-3	МГТ.1
Верхний предел измерения давления, МПа	10; 16; 25; 100	40; 60; 80	16; 25; 40; 60; 80; 100
Рабочая температура, °C
Класс точности	0,6; 1,0	0,6 – 1,0	0,25	2,0
Длина записи давления, мм
Длина записи времени, мм				–
Габариты, мм
длина	1700–1900	2000–2300
диаметр	32–36
Масса, кг			16,5	8,0

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 таблице 5.5.

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.