Патент на изобретение №2256155

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ И ПАРОВОДЯНЫХ СМЕСЕЙ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ СКВАЖИН

(57) Реферат:

Изобретение относится к расходометрии. Заявлен способ измерения расхода воды и пароводяных смесей геотермальных скважин. Способ включает введение индикатора, отбор проб с потока и последующее определение концентрации индикатора. Для перевода пароводяной смеси в жидкое состояние и исключения воды отобранные пробы пропускают через холодильник. В качестве индикатора используют хлористый калий. Расход воды и пароводяных смесей геотермальных скважин определяют по формуле Q=(V_K+/(C₁-C₀))·24, где V_k+ – скорость подачи калия (кг/ч), C₁ – концентрация ионов калия в воде (кг/м³). С₀ – концентрация ионов калия в исходной воде (кг/м³). Технический результат: повышение точности и упрощение процесса определения расхода. 1 табл.

Изобретение относится к области измерения расхода жидкостей, в частности воды и пароводяных смесей в трубопроводах и каналах произвольной формы, и может быть использовано при определении дебитов геотермальных скважин.

Известен способ определения расхода воды, основанный на введении в нее индикатора-электролита и измерении ее электропроводности (Авторское свидетельство СССР №1180702, 1984 г.).

Известен также способ определения расхода воды, основанный на введении в поток таких веществ индикаторов, как бихромат натрия, хлорид натрия, родамин, хлорид лития, нитрит натрия, сульфат магния, сульфародамин и йодид натрия, с последующим определением в отобранных пробах концентрации индикатора (П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества. – Л.: Машиностроение, 1975, стр.597-612).

Эти индикаторы эффективны для пресных вод. Однако высокая температура, минерализация, солевой фон, агрессивность геотермальных вод и содержание в них растворенных газов не позволяют использовать описанные способы для определения дебитов геотермальных скважин и расхода геотермальных пароводяных смесей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ определения дебитов геотермальных скважин объемным методом, путем периодического пуска скважин через мерную емкость с холодной водой (калориметр) и последующего замера объема жидкости (Г.П. Новиков, Г.М. Гульянц, Ю.Н. Агеев, А.И. Варцева. Бурение скважин на термальные воды. – М.: Недра, 1986, с.176-178).

Этот способ не обеспечивает высокой точности получаемых результатов при определении дебитов геотермальных скважин, особенно, когда температура жидкости составляет более 100°С. Кроме того, способ требует проведения дополнительных работ по обвязке громоздких емкостей со скважинами, что усложняет процесс исследования скважин и замера дебитов.

Цель изобретения – повышение точности и упрощение процесса определения расхода воды и пароводяных смесей геотермальных скважин.

Поставленная цель достигается тем, что в исследуемый объект вводят индикатор – хлористый калий в виде его концентрированного раствора – с определенной скоростью из расчета, чтобы увеличение концентрации ионов калия в воде составило 0,005-0,050 кг/м³. Пробы отбирают на расстоянии 10-20 м от места введения хлористого калия. Для перевода пароводяной смеси в жидкое состояние и исключения потерь воды отбираемую пробу пропускают через холодильник. Пробу охлаждают до температуры ниже 40°С.

Верхний предел по увеличению содержания калия обусловлен тем, что при его повышении увеличивается расход индикатора и концентрация калия в сбросной воде. Уменьшение содержания калия менее 0,005 кг/м³ не обеспечивает точность замеров. Полное перемешивание введенного индикатора с жидкостью происходит на расстоянии 10 м от места введения индикатора.

Существенные отличия предлагаемого способа:

1) использование в качестве индикатора хлористого калия;

2) поддержание увеличения концентрации ионов калия в воде в пределах 0,005-0,050 кг/м.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1. Минерализованную термальную воду насосом подают в емкость (50 м³) в течение 1 часа. Температура воды – 75°С, содержание калия – 0,048 кг/м³. Концентрированный раствор хлористого калия (120 г/л К⁺) вводят дозирующим насосом в трубопровод со скоростью 0,2 кг К⁺ в час. Пробы отбирают на расстоянии 15 м от места введения индикатора через холодильник. В качестве холодильника используют водоохлаждаемый змеевик. Пробы отбирают через 10 мин и анализируют на содержание калия.

Пример 2. Термальную воду с температурой 90°С подают в емкость в течение 10 мин. Хлористый калий вводят со скоростью 0,1 кг К⁺ в час. Остальное аналогично примеру 1. Содержание калия в исходной воде – 0,028 кг/м³.

Пример 3. При работе геотермальной скважины на потребителя в трубопровод вводят хлористый калий со скоростью 2,5 кг/ч калия в течение 1 часа. Температура воды – 110°С, содержание К⁺ в исходной воде – 0,009 кг/м³. Пробы отбирают периодически через 5, 10, 15 мин.

Пример 4. Термальную воду с температурой 130°С из скважины подают в амбар через емкость. Хлористый калий вводят в трубопровод со скоростью 5 и 6 кг калия в час. Пробы отбирают через 10 мин аналогично условиям предыдущих опытов. Содержание калия в исходной воде – 0,035 кг/м³.

Расход жидкости в м³/сутки рассчитывают по формуле:

где V_k+ – скорость подачи калия, кг/ч;

C₁ – концентрация ионов калия в воде, кг/м³;

С₀ – концентрация ионов калия в исходной воде, кг/м³.

Для получения сравнительных результатов параллельно проводились замеры расхода геотермальной воды объемным методом. Результаты исследований по определению расхода термальной воды приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы, точность замера расхода воды снижается при уменьшении содержания ионов калия в воде менее 0,005 кг/м³ и увеличении концентрации калия более 0,05 кг/м³. Введенный индикатор полностью перемешивается с водой на расстоянии до 10 м от места введения его в трубопровод. В случае прохождения жидкости с заданным расходом длительность отбора проб практически не оказывает влияния на результат. При определении дебитов геотермальных скважин требуется некоторое время работы скважины в режиме замера для сглаживания пульсаций. Для получения достоверных результатов по дебитам геотермальных скважин достаточно провести замеры в течение 10-15 мин.

Таким образом, реализация предлагаемого изобретения позволит:

а) повысить точность замеров на 0,4-2%;

б) упростить процессы таких исследований и сократить дополнительные затраты на специальное оборудование, его установку и обвязку со скважинами.

Кроме того, зная температуру, давление и общий расход жидкости, можно расчетным путем известными методами определить и количество пара в системе.

По предлагаемому способу можно получить информацию о работе скважин в очень короткие промежутки времени.

Экономический эффект от внедрения способа при исследовании только одной скважины составит более 40 тыс. руб.

Формула изобретения

Способ измерения расхода воды и пароводяных смесей геотермальных скважин, включающий введение индикатора, отбор проб с потока и последующее определение концентрации индикатора, отличающийся тем, что для перевода пароводяной смеси в жидкое состояние и исключения потерь воды отобранные пробы пропускают через холодильник, в качестве индикатора используют хлористый калий, а расход воды и пароводяных смесей геотермальных скважин определяют по формуле Q=(V_K+/(C₁-C₀))·24, где V_K+ – скорость подачи калия (кг/ч), C₁ – концентрация ионов калия в воде (кг/м³), С₀ – концентрация ионов калия в исходной воде (кг/м³).