Глава 5. Глубинные приборы

5.1. Глубинные манометры

Для точного определения абсолютных значений давления

применяются глубинные манометры, которые могут

устанавливаться в любой точке скважины. Они опускаются в

скважину с помощью специальных лебедок на проволоке,

кабеле или же с колонной труб.

В зависимости от способа регистрации показаний, эти

приборы подразделяются:

1. Автономные (показания регистрируются в приборе).

2. Дистанционные (показания передаются на поверхность и

регистрируются вторичными приборами).

По принципу действия глубинные приборы для регистрации

давления подразделяются на следующие группы:

1. Пружинные, в которых упругим чувствительным

элементом, воспринимающим давление, служит геликсная

пружина. Это так называемые геликсные манометры.

2. Пружинно-поршневые, в которых элементом,

воспринимающим давление, служит уплотненный поршень,

соединенный с винтовой цилиндрической пружиной

растяжения. Различают пружинно-поршневые манометры с

вращающимися и не вращающимися поршнями.

3. Пневматические, в основе действия которых лежит

принцип уравновешивания измеряемого давления сжатого газа,

заполняющего измерительную камеру прибора. Это так

называемые глубинные дифференциальные манометры,

регистрирующие приращение давления от какого-то его

начального значения.

Технические данные геликсных глубинных манометров

Показатели МГГ – 63 / 250 МГН – 2

Пределы измерения 6,3 10,0 16,0 25,0

давления, МПа 16,0 40,0 60,0 80,0

25,0 100,0

Максимальная рабочая

температура, °С 100,0 160,0 – 250,0

Масса, кг. 8,0 10,0

Конструкция манометра

МГН-2 с автономной

регистрацией показаний

давления приведена на

рис.5.1.

Чувствительным

элементом в этом типе

манометров служит

многовитковая пустотелая

плоская пружина-геликс 1,

заполненная под вакуумом

изнутри легким маслом. Под

воздействием давления

внутри пружины каждый

виток в ней разворачивается

на некоторый угол вокруг

вертикальной оси. Последний

виток заглушен, и он

поворачивается на угол,

равный сумме углов всех

Рис. 5.1. Геликсный витков. На нём же закреплено

глубинный манометр царапающее перо 2, угол

МГН-2-

поворота которого

пропорционален давлению.

Нижний конец геликсной пружины сообщен с сильфоном 3,

заполненным маслом и выполняющим роль разделителя

жидкостей. Регистрация давления осуществляется с помощью

следующих элементов прибора: часовой механизм 4 приводит

во вращательное движение ходовой винт 5, который сообщает

регистрирующей каретке 6 равномерное поступательное

движение. В этой связи вертикальное перемещение каретки

пропорционально времени, истекшему с момента пуска

часового механизма на поверхности перед герметизацией

прибора. Внутри корпуса 7 сохраняется атмосферное давление.

В камере, в которой помещен сильфон, имеется отверстие для

сообщения с окружающей средой. В нижней части глубинного

прибора размещается максимальный термометр для

регистрации температуры на забое скважины и последующего

внесения температурных поправок в показания манометра. На

внутренней стороне каретки-стакана укладывается бланк, на

котором перо оставляет

след. Перо пишет дугу, пропорциональную давлению, при

непрерывно перемещающейся каретке. Запись ведется в

координатах "давление – время". Расшифровка записей

осуществляется на компараторе.

Технические данные глубинных пружинно-поршневых манометров

Показатели МГП – 3 М МПМ – 4 МГН – 1

Пределы 2,5 – 25,0 0,1 – 5,0 0,2 – 4,0

измерения 4,0 – 40,0 0,5 – 12,0 0,4 – 8,0

давления, 1,0 – 18,0 8,0 – 16,0

МПа 1,0 – 25,0 1,5 – 30,0

Максимальная

рабочая

температура, °С 130,0 60,0 100,0

Масса, кг 7,0 2,9 15,0

Конструкция прибора МГП – 3М

приведена на рис. 5.2. В манометре

данного типа чувствительным элементом

служит шток-поршень 1, растянутый

пружиной 2. Шток 1 проходит через

сальник 3, разделяющий две камеры. В

верхней камере А– атмосферное давление,

а в нижней камере В – давление внешней

среды. Разность давлений в камерах

действует на сечение поршня-штока 1,

который при своем перемещении

растягивает пружину.

В камере А находится перо 4,

вычерчивающее на бумажном бланке

вертикальную линию, равную по

величине перемещению штока и

пропорциональную давлению в камере В.

Бланк крепится в стакане-каретке 5,

Рис. 5.2.

Пружинно-

поршневой

манометр МГП

которая приводится во вращение часовым механизмом 6. Камера

В заполняется обычно маслом и отделена от скважинной

жидкости (газа) сильфоном.

Наибольшее распространение из глубинных приборов

пневматического типа получил глубинный дифманометр марки

ДГМ – 4М. Глубинные дифференциальные манометры

обеспечивают наиболее точное измерение давления в скважине,

начиная с заданной величины зависящей от давления зарядки

измерительной камеры в приборе. Конструкция дифманометра

ДГМ – 4М приведена на рис. 5.3.

Дифференциальный

манометр состоит из двух

секций – верхней и нижней,

разделенных между собой

поршнем с резиновой

манжетой.

В верхней секции

расположен часовой механизм

3, вращающий барабан 4 при

помощи водильпа, который

установлен таким образом, что

барабан вращается с некоторым

опозданием. Время

запаздывания составляет

порядка 1–2 часа (это время

необходимо для подготовки

прибора к измерениям, спуску в

скважину и термостатированию

в ней). Каретка с пишущим

пером 5 с помощью штанги 6

жестко соединена с поршнем 7,

на котором находится

разгруженная

самоуплотняющаяся манжета 9.

Для уменьшения трения, стенки

цилиндра 10 периодически

Рис. 5.3. Дифманометр ДГМ – 4М смазывают авиационным

маслом. В случае превышения

пределов измерения прибора (с целью предотвращения

возникновения значительных перепадов на поршень) в поршне 7

смонтирован клапан 8. Клапан 8 открывается в крайних верхнем

и нижнем положениях каретки 5, чем обеспечивает сообщение

обеих камер измерительного прибора. В верхнем положении он

открывается под действием перепада давлений, а в нижнем

упором о трубку 11. Сообщение между камерами необходимо и

при проведении работ по подъёму прибора (поршень в этом

случае находится в нижнем положении). В верхней и нижней

камерах смонтированы клапана 2 и 13 для заполнения прибора

сжатым воздухом. Клапан 13 снабжён двумя пружинами 12 и 14.

Пружина 14 (более сильная) открывает клапан при давлении в

скважине, меньшем на 0,04 – 0,05 МПа давления зарядки

прибора. После открытия клапана давление в нижней камере

становится равным давлению в скважине, и клапан,

отжимаемый нижней пружиной, остается открытым. Исходя из

вышесказанного, глубинный дифференциальный манометр

может регистрировать как нарастание, так и уменьшение

давления в скважине.

Глубинный дифференциальный манометр опускают в

скважину со скоростью не более 2 м/с, время термостатирования

на глубине замера 20 – 25 мин.

5.2. Глубинные манометрические термометры

Принципиальная схема геликсного глубинного термометра

имеет различие от геликсного манометра в том, что внутренняя

полость геликса сообщается с полостью термоприёмника.

Термоприёмник выполнен либо в виде цилиндра со стенкой

большой толщины (термобаллон), либо в виде трубки –

змеевика. Внутренние полости термоприёмника и геликсной

пружины могут быть заполнены жидкостью полностью

(термометр ТГГ), либо на две третьих объема легкокипящей

жидкостью (термометр типа "Сириус"). В таблице приведены

основные параметры глубинных термометров.

Показатели ТГГ “Сириус“

Пределы измерения 0 – 30 0 – 60; 20 – 100;

температуры, °С 0 – 40 40 – 140; 80 – 180;

0 – 60 120 – 220; 150 – 250.

Максимальное

рабочее давление, 30,6 До 100,0

МПа

Габариты

Длина, м 1,5 2

диаметр, мм 36 32

Глубинные термометры типа ТГГ имеют равномерную

шкалу показаний температуры. С этой целью для уменьшения

тепловой инерции в них объём термобаллона выполнен

значительно большим, чем объём геликса. Термобаллон и

геликс заполняются жидкостями, имеющими различные

коэффициенты объёмного расширения. Пределы измерения

жидкостных термометров опреде-

ляются объемом термобаллона.

Глубинные термометры

конденсационного типа разработаны на

базе геликсных манометров типа МГН-

2. Принципиальная схема данного

прибора приведена на рис. 5.4. Как

видно из рисунка, термоприёмник 1

сообщается с полостью геликса –

свободный конец которого соединен с

промежуточным валом 3, на котором

закреплена втулка 4. На боковой

поверхности втулки 4 установлено

пишущее перо 5. В барабан 6

вставляется диаграммный бланк, на

котором фиксируется температура.

Перемещение барабана 6 по пазам в

трубке 8 осуществляется с помощью

часового привода 10. Через редуктор 9

привод вращает ходовой винт 7. На

барабане 6 имеется центральная трубка,

по поверхности которой перемещается

втулка 4 с закрепленным на ней

пишущим пером 5. Глубинные

Рис. 5.4. Глубинный

термометр “Сириус”

приборы данного типа имеют неравномерную шкалу, что ведет

к различной чувствительности их в измеряемом диапазоне

температур. Пределы измерения этих приборов

устанавливаются путём подбора жидкостей заполнителей:

– в диапазоне температур 80 – 180 °С – хлористый этил;

– в диапазоне температур 150 – 250 °С – вода;

– в диапазоне температур 200 – 300 °С – толуол;

– в диапазоне температур 250 – 400 °С – анилин.

5.3. Устройства для измерения

расхода (дебита) природного газа

Для измерения расхода (дебита) природного газа в

промышленной практике используют расходомеры переменного

перепада давления. Принцип действия данных устройств

основывается на измерении перепада давления, создаваемого

вследствие протекания жидкого или газообразного вещества

через сужающее устройство, установленное в трубе (см. п.

3.1.3).

Получаемая разность давлений зависит от расхода и служит

мерой расхода. В основе этих устройств используются три

базовых элемента:

– сужающее устройство, устанавливаемое внутри

трубопровода, которое создаёт перепад давления, зависящий от

расхода потока;

– дифференциальный манометр, измеряющий перепад

давления, градуированный в единицах расхода;

– соединительные трубки, передающие перепад давления

от ссужающего устройства к дифференциальному манометру.

В качестве сужающих устройств в промышленной практике

применяют диафрагмы, сопла и сопла Вентури. Общий вид

сужающих устройств приведен на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Сужающие устройства:

а) камерная диафрагма; б) бескамерная диафрагма; в) сопло Вентури

Диафрагма имеет вид тонкого металлического диска с

круглым отверстием с острой кромкой со стороны входа потока,

а с другой стороны фаску, выполненную под утлом 30 – 45°.

Диафрагмы выпускаются в двух модификациях:

– камерная диафрагма, располагается между двумя

кольцевыми камерами, которые сообщаются с внутренней

полостью трубопровода щелью или группой равномерно

распределенных по окружности отверстий; такое расположение

камер обеспечивает равномерное распределение давления до и

после диафрагмы;

– бескамерная диафрагма, располагается между фланцами

трубопровода, замер перепада давления осуществляют через

отдельные цилиндрические отверстия.

Диафрагмы устанавливаются на трубопроводах диаметром

не менее 50 мм при условии, чтобы модуль сужающего

устройства был в диапазоне 0,05 < m < 0,70. Толщина диска

диафрагмы составляет 0,1D. На газопроводах с диаметром труб

в пределах от 125 до 250 мм устанавливаются диски диафрагм

толщиной 3 мм, а на газопроводах с диаметром трубы 250 мм –

толщиной 6 мм. Бескамерные диафрагмы устанавливаются на

газопроводах с рабочим давлением не более 2,5 МПа

(ограничение применения по давлению фланцев с гладкими

полями).

Для обеспечения минимальных потерь напора в газопроводе

в качестве сужающих устройств используют сопла и сопла

Вентури. Первые применяются на газопроводах с диаметром

трубы не менее 50 мм при условии, чтобы модуль ссужающего

устройства был в диапазоне 0,05 < m < 0,65. Сопло Вентури

используется при условии, что 0,05 < m < 0,60.

При измерении расходов газа при скоростях его истечения

равной или большей критической, используется устройство

называемое диафрагменным измерителем критического течения

(ДИКТ).

В основе принципа измерения расхода лежит

установленный факт, что с увеличением перепада давления ∆Р

рост расхода наблюдается только до тех пор, пока соотношение

ξ = Р2 / Р1 не

достигнет критического значения ξ кр, при котором с

дальнейшим уменьшением его, расход через отверстие

стандартной диафрагмы не изменяется.