СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В СКВАЖИНЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G01F23/296 E21B47/04 

Изобретения относятся к акустическим методам измерения и контроля и могут быть использованы для определения глубины уровня жидкости (границы раздела фаз) в скважинах, колодцах и резервуарах.

Известен способ определения глубины уровня жидкости в скважине по отражению акустического сигнала от соединительных муфт при движении скважинного прибора в обсадной колонне [1].

Известен акустический уровнемер, включающий измерительный и эталонный датчики, каждый из которых содержит генератор импульсов, выходной усилитель и обратимый преобразователь акустических сигналов. Генераторы импульсов, а также преобразователи акустических сигналов. Генераторы импульсов, а также преобразователи акустических сигналов каждого из датчиков соединены с регистрирующим блоком [2].

Известные способ и устройство позволяют определять положение уровня жидкости только в скважинах достаточно большого диаметра при отсутствии избыточного давления и при отсутствии активного отбора из скважины нефти или газа. То есть, для проведения замеров необходимо обеспечивать особые условия, а измерительное устройство мало мобильно и требует большого времени для подготовки к работе.

Предлагаемые способ измерения уровня жидкости и устройство для его осуществления существенно упрощает процесс измерения и уменьшает время его проведения при сохранении высокой точности и надежности определения.

Способ измерения уровня жидкости в скважине предусматривает излучение акустического зондирующего импульса и регистрацию сигналов, отраженных от муфтовых соединений труб и от поверхности жидкости в скважине. При этом муфты труб выполняют функцию фиксированных на различной глубине отражателей реперов. Глубина расположения любой из муфт определяется согласно паспорту скважины по известной длине плечей труб, находящихся в скважине выше данного муфтового соединения.

Точность определения уровня жидкости в скважине зависит от учета изменения плотности и вязкости среды, в которой распространяются зондирующие импульсы. На эти параметры влияют меняющие по глубине давление и температура, а также фазовая неоднородность среды, в частности образующиеся при барботировании паровоздушные и капельножидкие смеси. Кроме того, на работающих скважинах посылаемый сигнал замедляется встречным движением среды вверх по стволу, а отраженный сигнал ускоряется движущейся средой. Все эти факторы учитываются в режиме калибровки путем определения калибровочных коэффициентов на основе измерения времен прихода акустических сигналов, отраженных от муфтовых соединений.

Акустический уровнемер, используемый для измерений по предлагаемому способу, содержит последовательно соединенные генератор импульсов, выходной усилитель, коммутатор и обратимый пьезоэлектрический преобразователь акустических сигналов. Коммутатор также соединен с фильтром нижних частот входного сигнала (отраженного эхо-сигнала), а через него - с блоком сравнения. Выходы блока сравнения соединены с регистрирующим блоком (он же является блоком памяти) и микропроцессором (логическим модулем управления). Регистрирующий блок, в свою очередь, соединен с генератором импульсов, фильтром нижних частот и блоком сравнения.

Блок-схема устройства изображена на чертеже, где 1 - генератор импульсов, 2 - выходной усилитель, 3 - коммутатор, 4 - обратимый преобразователь акустических сигналов, 5 - фильтр нижних частот, 6 - блок сравнения, 7 - регистрирующий блок, 8 - микропроцессор.

Определение уровня жидкости в скважине производят следующим образом. Обратимый преобразователь 4 акустических сигналов размещает на обвязке фонтанной арматуры скважины. Преобразователь может быть установлен на верхнем прямоточном или боковом фланце насосно-компрессорных труб, в том числе через лубрикатор. При отсутствии пакерной системы преобразователь может быть установлен в затрубном пространстве. От генератора 1 на акустический преобразователь 4 через выходной усилитель 2 и коммутатор 3 подается электрический импульс прямоугольной формы длительностью t, амплитудой A и частотой заполнения f_o. При этом по направлению измеряемого уровня жидкости (границы раздела фаз) излучается зондирующий акустический сигнал, который отражается от поверхности жидкости в виде акустического эхо-сигнала. Отраженный сигнал воспринимается преобразователем 4 и передается в виде электрического импульса через коммутатор 3 и фильтр нижних частот 5 на блок сравнения 6.

При настройке устройства таймер генератора импульсов меняет частоту заполнения импульса, в результате чего меняется амплитуда отраженного сигнала. Для проведения дальнейших измерений выбирается и фиксируется микропроцессором частота заполнения импульса, соответствующая максимальной амплитуде отраженного сигнала. На разных скважинах, оснащенных трубами различного диаметра, эта величина будет отличаться, но для индивидуальной скважины характеристика является постоянной и сохраняется в памяти регистрирующего блока. Поэтому для повторных замеров на той же скважине калибровку можно не проводить.

Одновременно с настройкой (определением параметров зондирующего импульса) производится калибровка устройства по времени задержки сигналов, отраженных от муфтовых соединений буровых труб, на разных заранее известных глубинах. При этом определяются калибровочные коэффициенты, учитывающие неравномерность распределения скорости звука в звукопроводе, которым чаще всего является газовое (воздушное) пространство внутри насосно-компрессорных труб. Калибровочные коэффициенты исследуемых скважин также фиксируются в памяти регистрирующего блока 7.

При измерении уровня жидкости в скважине последовательность генерирования и прохождения электрических импульсов и акустических сигналов такая же как при калибровке устройства, но в режиме калибровки посылаются короткие импульсы с более высокой частотой, а в режиме измерения - оптимальные по длительности импульсы более низкой частоты. Электрический импульс вырабатывается генератором 1, усиливается выходным усилителем 2 и через коммутатор 3 поступает на акустический преобразователь 4. Зондирующий акустический сигнал посылается вглубь скважины акустическим преобразователем 4 и им же воспринимаются отраженные сигналы. Электрический импульс от обратного преобразования отраженного акустического сигнала поступает на коммутатор 3, переключенный на связь с управляемым фильтром нижних частот 5. На фильтре 5 отсекаются посторонние сигналы, имеющие частоту выше порогового значения частоты полезного сигнала, задаваемой микропроцессором. Блок сравнения 6 отбирает полезный сигнал, превышающий по амплитуде пороговое значение, также задаваемое микропроцессором. Сигнал, поступивший на регистрирующий блок 7 от блока сравнения 6, фиксируется в памяти и в кодовом виде передается на микропроцессор 8. Периодичность посылки зондирующих импульсов задается таймером генератора импульсов 1. Им же измеряется время задержки τ . Микропроцессор 8 вычисляет глубину уровня жидкости U (по формуле U = a₀+a₁•τ+a₂•τ² , где a - калибровочные коэффициенты) и в кодовом виде передает информацию на регистрирующий блок 7, который отображает ее в аналоговой форме (в мерах длины).

Изобретения относятся к акустическим методам измерения и контроля и могут быть использованы для определения уровня жидкости в скважинах, колодцах и резервуарах. Способ предусматривает излучение акустического зондирующего импульса и регистра" цию сигналов, отраженных от муфтовых соединений труб и от поверхности жидкости в скважине. При этом муфты выполняют функцию фиксированных отражателей-реперов. Глубина расположения любой из муфт определяется согласно паспорту скважины по известной длине плечей буровых труб, находящихся выше данного муфтого соединения. Акустический уровнемер содержит последовательно соединенные генератор импульсов, усилитель, коммутатор и обратимый акустический преобразователь, который располагают на обвязке фонтанной арматуры скважины. Коммутатор через фильтр нижних частот соединен с блоком сравнения. Выходы блока сравнения соединены с регистрирующим блоком и микропроцессором. Микропроцессор соединен с генератором импульсов, фильтром нижних частот. и блоком сравнения. Предлагаемые способ и устройство существенно упрощают процесс измерения при сохранении высокой точности и надежности определения уровня. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения уровня жидкости в скважине, включающий излучение акустического зондирующего импульса, регистрацию сигналов, отраженных от муфтовых соединений труб в скважине, и сравнение сигналов, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют сигнал, отраженный от поверхности жидкости, а зондирующий импульс создают акустическим преобразователем, установленным на обвязке фонтанной арматуры скважины. 2. Акустический уровнемер, содержащий генератор импульсов, усилитель, преобразователь акустических сигналов и регистрирующий блок, отличающийся тем, что он дополнительно содержит коммутатор, фильтр нижних частот, блок сравнения и микропроцессор, причем коммутатор расположен между усилителем и преобразователем акустических сигналов, выполненным обратимым, а также соединен с фильтром нижних частот и далее с блоком сравнения, блок сравнения соединен с регистрирующим блоком, регистрирующий блок соединен с микропроцессором, а выходы микропроцессора соединены с блоком сравнения, фильтром нижних частот и генератором импульсов.