Предлагаемое изобретение касается устройства для определения уровня жидкости в скважинах и имеет целью определение уровня в герметизированных нефтяных скважинах, эксплоатируемых при помощи глубоких насосов. Знание уровня жидкости и его изменения имее-р большое значение для эксплоатации скважин с максимальной производительностькх и минимальной затратой энергииНа чертеже фиг. 1 изображает циферблат с нанесенными на нем номограммами, помещаемый под указатель динамометра; фиг. 2 - циферблат с, номограммами, помещаемый под указатель ваттметра или амперметра.
Устройство для определения уровня жидкости в скважинах основано на зависимости высоты уровня от некоторых факторов,определяющих работу подъема жидкости посредством глубоких насосов. Уравнение работы при ходе плунжера вверх, есди пренебречь незначительным влиянием на величину работы коэфициента наполнения, пишется так:
2..р(1000.5.т.я+5-0;- -(1)
Уравнение работы при ходе плунжера вниз будет:
2...7j; ... .(2)
где Р yi р - усилия в полевых штангах возле бугеля в случае группового привода или усилия в полированных штангах в случае индивидуального привода, соответственно для ходов плунжера вверх и вниз в kg; 2.е - двойной эксцентриситет в, т; / - ход плунжера в ш; т - соответствующий механический коэфициент полезного действия; 5 - площадь плунжера в 7 -плотность откачиваемой жидкости; Н-уровень сверху в т g - вес штанг и плунжера в / с поправкой на потерю веса железа в жидкости плотностью Т- Подставляя значение для Tj из уравнения (2) в уравнение (1) и решая последнее относительно Н, получим
,/4P.jp. еЛ1
-)
. (3)
д .1- j 1000. S.Y
Для ОДНОЙ И ТОЙ же скважины эксплоатируемой одним и тем же насосом переменной величиной будет только произведение Р.р, которое будет меняться только в зависимости от изменения уровня жидкости и следовательно уравнение (3) есть уравнение прямой линИи с угловым коэфициентом: 4 с(4)
70 -I
д .Р . 1000 .S.Y И свободным членом о
1000.5. V ,
Руководствуясь формулой 3, можно составить номограмму для определения
уровня }й:идкс)сти в скважине по показаниям динамо етра, включенного в полевые штанги при групповом приводе, или в полированную штангу-при индивидуальном приводе. В последнем случае станки работают с противовесом и при
/включении динамометра между двигателем и балансиром в уравнения работы (1) и- (2) необходимо ввести члены, учиты, Бающие; влияние противовеса, но этот случай практического значения не имеет, так как неудобно помеш,ать динамометр в других местах, кроме полированной штанги. При скоплении газа в герметизированной скважине в пространстве между насосными трубами и эксплоатационной колонной для точного определения уровня жидкости в скважине необходимо вводить поправку на давление этого газа. Поправки определяется так.
f.. J. .,.(6)
где д - давление газа в атмосферах по манометру; у - плотность откачиваемой жидкости.-Поправка прибавляется к найденной ранее высоте уровня Н.
При индивидуальных электрических приводах глубоких насосов для определения уровня жидкости можно воспольсоваться амперметром или ваттметром. Для трехфазных электродвигателей уравнение .работы пишется так:
/-f
0,102. у 3 . . cos С2 /. sin а . rf«
О
%-{:i000.5.Y../.7j или 41осле интегрирования:
0,102.3 . 2../.coscp
,J- . 1000.5. . Я + ./. rj (7)
где -напряжение в вольтах; -Г-амплитуда колебания силы тока в амперах, определяемая как разность:/ /;7Hajr-/о, где I max- наибольшее показание амперметра при- ходе плунжера ввер. а /о - сила тока при холостом ходе электродвигаУеля; TJ - механический коэфициент полезного действия станка; k-ве7Il
личина противовеса в kg; р--отношение
плеч балансира. Уравнение работы для хода плунжера вниз аналогично напишется:
0,102.21/3 ../. cos 9
IfI 7 7 1
-(8)
g -lri- J.l.--. .
Определив значение f из уравнения 8 и подставив его в уравнение (7) можно определить Нв зависимости от переменных / и г и построить соответствующую номограмму, но удобнее определять vj также графически. При определении уровня по.ваттметру уравнения работы для ходов плунжера вверх и вниз соответственно напишутся:|
0,102.2 , W. 1000 .5.7. gi I. - ,
- k.l.ri
(9)
0,102.2.f./.Tj -Ji-/;./. ....(10)
12Cj
где
.
W W max - и V W min - WQ,
IVmax-показание ваттметра при наибольшей нагрузке двигателя; Й min - показание ваттметра при наименьшей нагрузке; Wf, - показание ваттметра при холостом ходе.
Для определения уровня жидкости при помощи динамометра, последний снабжен допускающим , перестановку прозрачным циферблатом с двумя подвижными стрелками. На циферблате вычерчены в полярных координатах кривые (фиг. 1). Кривая I изображает график уравнения 2, где значения р нанесены в том же угловом масштабе, как и на динамометре, а на радиусах нанесены соответствующие значения -ц. Семейство крив1 1х И изображает график уравнения 1, где для значений ,5; 0,55.. . 1 нанесены кривые // /.(Р), при чем значения Н отложены по радиусам, а значения Р - по углам.. Циферблат укрепляется на динамометре так, чтобь совместить центры вращения стрелок и нулевая точка шкалы динамометра совпала с нулевой точкой на циферблате.
При определении уровня жидкости по I показаниям амперметра или ваттметра, | включенных в цепь электрического двигателя, последние также снабжаются аналогичными циферблатами, на которых наносятся в полярных координатах номограммы по уравнениям 7 и. 8 или 9 и 10. На фиг. 2 построены номограммы: I по уравнению 10 и II по уравнению 9 для значений YJ от 0,5 до 1. От циферблата фиг. 1 циферблат фиг. 2 отличается только тем, что он градуирован на ватты, а не на килограммы. Нулевые точки шкал амперметра или ваттметра должны быть сдвинуты относительно нулевых точек циферблата на угол, соответствую,1ций показанию амперметра или ваттиетра при холостом ходе электродвигателя, т.-е., чтобы нуль циферблата совпал : показанием измерительного прибора при холостом ходе.
При определении уровня жидкости по динамометру, снабженному циферблатом и двумя стрелками, и включенному в полевую или полированную штанги, одна из стрелок устанавлив,ается от руки на минимальное отклонение стрелки динамометра, а другая--на максимальное отклонение стрелки динамометра. Затем, по непосредственному показанию первой стрелки на кривой I определяют значение 7J и по показанию второй стрелки определяют значение Н на одной из кривых II, соответствующей найденному значению YJ. При определении уровня жидкости по амперметру или ваттметру поступают совершенно аналогично: одну из стрелок циферблата (А на фиг. 2) устанавливают на минимальное отклонение стрелки измерительного прибора, а другую (В на фиг. 2)-на максимальное, и совершенно также определяют значе
НИЯ YJ и //.
В том случае, когда плотность откачиваемой жидкости не остается постоянной, а меняется в некоторых пределах, на .циферблате наносится добавочная диаграмма, по которой можно- определить глубину //, соответствующую плотности в момент измерения. Так, если Y меняется в пределах от 0,8 до 1, справа на циферблате (фиг. 2) проводятся 4 дополнительных радиуса из начала координат под произвольными равными углами. На этих радиусах наносится поправка высоты уровня за счет изменения плотности f. Сначала определяют высоту уровня для той плотности, для которой вычерчены номограммы I и II, а затем по номограмме справа производят отсчет высоты с поправкой на соответветствующее изменение плотности. Для этого нужно найти точку пересечения линии поправок, соответствующей первоначальной высоте с радиусом, соответствующим изменившейся высоте. Для удобства определения поправок высоты уровня с изменением плотности жидкости существует подвижная шкала С.
Предмет па тент а.
1.Устройство для определения уровня жидкости в Скважинах, характеризующееся тем, что динамометр, предназначенный для включения в полированную штангу насоса, или ваттметр, или амперметр, предназначаемые -для включения
в одну из фаз электродвигателя трехфазного тока, приводящего в действие насос, снабжены допускающим перестановку циферблатом, на котором нанесены в полярных координатах номограммы, служащие для отсчета по соответствующей кривой, при ходе плунжера вниз, коэфициента полезного действия насоса и для отсчета, при ходе плунжера вверх, глубины уровня жидкости в скважине по одной из кривых, соответствующей отсчитанному коэфициенту полезного действия, при чем для отметки показаний прибора служат переставнь1е стрелки указателя А и В.
2.В охарактеризованном в п. 1 устройстве нанесение на циферблат добавочных диаграмм и применение добавочной подвижной шкалы С уровней, служащих для введения поправок на изменение плотности жидкости.
