Устройство для измерения уровня жидкости в скважине

Изобретение относится к акустическим методам измерения и может быть использовано для определения уровня жидкости в скважинах и колодцах. Способ предусматривает создание постоянного акустического сигнала определенной частоты автономным датчиком, который спускается в скважину на скребковой стальной проволоке с помощью лебедки. На устье скважины располагают вторичный прибор, служащий приемником акустического сигнала и соединенный с пультом управления лебедки. При достижении датчика уровня жидкости и его погружении под уровень акустический сигнал перестает поступать на вторичный прибор. Этот момент фиксируется на электронном счетчике глубины спускаемого датчика как уровень жидкости с одновременным дублированием этой информации световым и звуковым сигналом на пульте управления лебедкой.

Способ позволяет повысить точность определения уровня жидкости в скважине и исследовать скважины с уровнями, близкими к поверхности земли.

Устройство для измерения уровня жидкости в скважине

Заявляемая полезная модель относится к устройствам исследования скважин и может быть использована для измерения уровня жидкости в скважинах, находящихся на небольших глубинах от устья скважин.

Для решения различных геологических и технических задач в скважину на различные глубины с помощью лебедки спускают на скребковой проволоке 1,8-2,2 мм манометры, термометры, пробоотборники и другие замерные устройства. Эти приборы имеют автономное питание, в них ведется постоянная фиксация измеряемых параметров. Например, информацию о глубине уровня жидкости в скважине по глубинному электронному манометру можно получить после его подъема на поверхность земли и визуализации информации с помощью мобильного компьютера (ноутбука). Между тем, информация об уровне жидкости в скважине необходима для успешного подъема прибора до начала его подъема. Это связано со своевременным дополнением устья скважины сальниковым устройством для удаления со скребковой проволоки поднимающейся нефти и воды. Устройство необходимо привести в действие за несколько метров до появления «грязной» части проволоки, иначе при длительном подъеме сухой скребковой проволоки через сальниковый материал (резина, набивка из льна и графита) произойдет повреждение последнего.

Для определения положения жидкости в скважине в таких случаях используют акустический способ, описанный во многих источниках, в частности в патенте РФ 2095564, МПК E21B 47/04, опубл. 10.11.97 г. Для реализации способа дополнительно к глубинному прибору исследователь должен иметь и обслуживать устьевой акустический уровнемер.

Для квалифицированного проведения спуско-подъемных операций приборов при глубинных исследованиях скважин и пластов необходимо сам глубинный прибор укомплектовать устройством, который сигнализировал бы на поверхность земли исследователю об изменении среды с газовоздушной на жидкостную. Такой подход реализован в известном уровнемере Industrial HERMetic UTI/UI/T фирмы TS Tanksystem SA. Уровнемер служит, в частности, для определения границы между газовоздушной средой (ГВС) и жидкостью в емкости. При погружении с помощью мерной ленты акустического датчика в нефть или бензин создается ультразвуковой сигнал, который преобразуется и в виде электрического импульса посылается по ленте на поверхность емкости (п.4.2.2. инструкции по эксплуатации). Замерная лента имеет два электрических провода для передачи сигналов со спускаемого датчика.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является устройство для определения глубины скважин и уровня жидкостей, раскрытое в патенте RU 2095564 C1, кл. E21B47/04, G01F23/00 и принятое за прототип, включающее зонд, сбрасываемый в скважину, для генерирования механических колебаний в звуковом и ультразвуковом диапазоне, и передачи их на устье скважины, приемный преобразователь, размещенный на устье скважины. Зонд, используемый в известном устройстве, является одноразовым, что при неоднократном проведении определений динамических и статистических уровней в добывающих скважинах приводит к недопустимым скоплениям посторонних предметов на забое.

Скребковая проволока, применяемая во всех нефтедобывающих предприятиях России для проведения глубинных замеров, является монолитной стальной проволокой малого диаметра и не способна передавать на устье скважины электрические сигналы.

Целью изобретения является создание устройства, позволяющего определять уровень жидкости в скважине во время спуска и подъема прибора в скважину на скребковой проволоке без привлечения отдельного акустического уровнемера на устье скважины.

Техническим результатом полезной модели является повышения точности замеров уровня жидкости в скважине во время специальных исследований, таких как определение герметичности обсадной колонны методом прослеживания уровня жидкости в скважине.

Цель достигается тем, что устройство для измерения уровня жидкости в скважине включают датчик, спускаемый в скважину на скребковой проволоке, для генерирования постоянного акустического сигнала определенной частоты и передачи его по скважинной газовоздушной среде на устье скважины, приемник акустического сигнала, размещенный на устье скважины, связанный с пультом управления лебедкой, для фиксирования при вхождении датчика в жидкую среду исчезновения акустического сигнала как уровень жидкости в электронной памяти счетчика глубины спуска прибора, размещенного в пульте управления лебедкой.

Составные части устройства изображены схематично на рисунке. На устье скважины 1 монтируется устьевой ролик 2 для спуска прибора на скребковой проволоке с помощью лебедки 3. Скважина разгерметизируется, давление в ней снижается до атмосферного. К скребковой проволоке 4 крепится датчик уровня 5 и по необходимости другой глубинный прибор (манометр, пробоотборник). На устье также фиксируется вторичный прибор уровнемера 6 (приемник акустического сигнала), связанный с пультом управления лебедкой 7 электрической или любой другой информационной связью.

В пульте управления 7 дополнительно находятся: электронный счетчик глубины спуска прибора, датчики световой и звуковой сигнализации уровня жидкости в скважине.

Взаимная работа акустического датчика 5 и его вторичного прибора 6 организуется таким образом, чтобы при спуске от устья скважины до уровня жидкости датчик 5 постоянно генерировал звуковой сигнал, который бы поступал на вторичный прибор 6 со средней скоростью звука в газовоздушной среде в 340 м/сек. При вхождении датчика 5 под уровень жидкости акустический сигнал не сможет распространиться через жидкую среду и перейти в ГВС. Отсутствие акустического сигнала в ГВС скважины вторичный прибор 6 будет диагностировать как уровень жидкости в скважине, и эта информация будет фиксироваться в электронной памяти счетчика глубины для визуализации на дисплее или мониторе. Кроме этого, момент исчезновения акустического сигнала будет дублироваться световым и звуковым сигналом на пульте управления лебедкой 7.

Известно, что звук распространяется в газовоздушной среде с определенной скоростью в 340 м/сек, поэтому для более точного измерения уровня жидкости в скважине необходимо в зоне уровня жидкости датчик 5 поднять из-под уровня жидкости и вновь опустить уже с минимальной скоростью.

Пример.

1. Уровень жидкости в скважине находится на глубине 680 м.

2. Скорость спуска датчика в скважину - 30 м/мин.

3. Скорость звука в газовоздушной среде скважины - 340 м/сек.

После погружения датчика 5 под уровень жидкости последний акустический сигнал во вторичный прибор 6 придет с опозданием в 2 секунды (680/340). За это время датчик успеет опуститься на глубину h в один метр (2 сек×30 м/(60 сек)). Поэтому фактический уровень в 680 м зафиксируется в электронной памяти глубинного счетчика как 680+1 метр. Это неплохая разрешающая способность для многих видов геологических и промысловых исследований. При требуемой большей точности замера необходимо лишь повторить в зоне уровня жидкости подъем и спуск акустического датчика 5 под уровень жидкости с меньшей скоростью.

Если скорость спуска датчика 5 снизить в 10 раз с 30 м/мин до 3 м/мин, то и погрешность определения уровня жидкости предлагаемым способом уменьшится в 10 раз. Для рассматриваемого примера h=2 сек×3 м/(60 сек)=10 см. Легко видеть, что точность измерения повысилась в 10 раз с погрешности в 1 м до 10 см за счет снижения скорости спуска.

Предлагаемый способ имеет важное преимущество по сравнению с тем, когда акустический сигнал создается мобильным уровнемером на устье скважины. На многих скважинах (пьезометрических, гидрогеологических) уровень жидкости, как правило, находится всего в 30-100 метрах от устья скважины. Дисплей и программное обеспечение современных устьевых уровнемеров типа Микон-101 (г.Наб. Челны) не позволяют диагностировать уровень жидкости из-за многократного отражения акустического сигнала от уровня и обратно от внутренней торцевой поверхности устья скважины. Уровень в таких случаях определяется только с помощью широкой развертки полученной информации на экране компьютера, что не всегда возможно в полевых условиях.

Поэтому для таких скважин с неглубокими уровнями определение расстояния до уровня предлагаемым способом становится актуальным, надежным и недорогим мероприятием.

Устройство для измерения уровня жидкости в скважине, включающее датчик, спускаемый в скважину на скребковой проволоке, для генерирования постоянного акустического сигнала определенной частоты и передачи его по скважинной газовоздушной среде на устье скважины, приемник акустического сигнала, размещенный на устье скважины, связанный с пультом управления лебедкой для фиксирования при вхождении датчика в жидкую среду исчезновения акустического сигнала как уровень жидкости в электронной памяти счетчика глубины спуска прибора, размещенного в пульте управления лебедкой.