эхолот для измерения уровня жидкости в скважине

Изобретение относится к области исследования нефтедобывающих скважин и может быть использовано при контроле уровня жидкости в скважине в процессе эксплуатации без выброса газа в атмосферу. Эхолот содержит присоединяемый к устьевому ниппелю обсадной трубы с помощью переходной муфты корпус, генератор акустических импульсов, устройство для приема акустических импульсов в виде пьезоэлектрического микрофона, датчик давления и блок управления. Генератор акустических импульсов выполнен в виде пьезоэлемента, снабженного усилителем импульса в виде диффузора и электрически связанного с генератором электрических импульсов. Блок управления снабжен процессором с наперед заданной программой для автоматической корректировки результатов измерения с учетом скорости распространения акустического импульса от давления и состава газовой среды в затрубье. Провода от датчика давления и пьезоэлектрического микрофона подведены к генератору электрических импульсов и подсоединены к клеммнику многожильного кабеля, идущего из блока управления к упомянутому генератору импульсов. В качестве датчика давления возможно использование датчика МИДА. Пьезоэлектрический микрофон может быть установлен перед диффузором, максимально близко к переходной муфте. Возможно размещение эхолота в быстро разборном кожухе с откидной крышкой, закрываемой под замок. Изобретение направлено на повышение надежности эхолота. 1 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Формула изобретения

1. Эхолот для измерения уровня жидкости в скважине, содержащий присоединяемый к устьевому ниппелю обсадной трубы с помощью переходной муфты корпус, генератор акустических импульсов, устройство для приема акустических импульсов в виде пьезоэлектрического микрофона, датчик давления и блок управления, отличающийся тем, что генератор акустических импульсов выполнен в виде пьезоэлемента, снабженного усилителем импульса в виде диффузора и электрически связанного с генератором электрических импульсов, при этом блок управления снабжен процессором с наперед заданной программой для автоматической корректировки результатов измерения с учетом скорости распространения акустического импульса от давления и состава газовой среды в затрубье, а провода от датчика давления и пьезоэлектрического микрофона подведены к генератору электрических импульсов и подсоединены к клеммнику многожильного кабеля, идущего из блока управления к упомянутому генератору импульсов.

2. Эхолот по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчика давления выбран датчик МИДА.

3. Эхолот по п.1, отличающийся тем, что пьезоэлектрический микрофон установлен перед диффузором максимально близко к переходной муфте.

4. Эхолот по п.1, отличающийся тем, что он размещен в быстроразборном кожухе с откидной крышкой, закрываемой под замок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно к области контроля уровня жидкости в скважине акустическим методом, независимо от давления в затрубье, без выброса газа в атмосферу, и может быть использовано также для автоматизации процесса добычи нефти.

Известен способ измерения уровня жидкости в скважине и устройство для его осуществления (см. Патент РФ №2232267, МПК 7 Е 21 В 47/04, опубл. в БИ №19, 2004 г.).

Способ включает излучение акустического зондирующего импульса, регистрацию отраженных сигналов в режиме реального времени с последующим выделением отраженного сигнала, характеризующего именно уровень жидкости, из зарегистрированной совокупности всех принятых сигналов. Зондирующий импульс создают мгновенной и кратковременной депрессией в газовой полости скважины путем перепуска части газа в замкнутую полость емкости фиксированного объема. Уровень жидкости определяют как частное от деления объема газовой полости в стволе скважины на площадь кольцевого сечения между обсадной колонной насосно-компрессорных труб. Объем газовой полости определяют исходя из объема газа, перепускаемого в замкнутую полость при создании депрессии, давления газа в скважине до момента создания депрессии в ее стволе и давления газа, установившегося в скважине и полости фиксированного объема по завершении перепуска газа и достижения им равновесного состояния по математическому выражению.

Устройство для осуществления указанного способа содержит промышленный контроллер, перепускную емкость фиксированного объема с входным и выходным патрубками, на которых установлено соответственно по электропневматическому клапану, управляемому, каждый, промышленным контроллером, а также пневмолинию для сообщения газовой полости скважины с перепускной емкостью через электропневмоклапан на входном патрубке последней. На пневмолинии установлен датчик давления с выходом на промышленный контроллер.

Недостатком способа и устройства является то, что при измерении акустическим методом не учитывается состав газа, находившегося в затрубье, что отрицательно сказывается на точности измерения. После проведения операции измерения газ из перепускной емкости направляют на утилизацию, что вызывает дополнительные трудности с розжигом или транспортированием его в газоприемный пункт. Кроме того, с течением времени в перепускной емкости накапливается жидкость из-за конденсации паров воды, содержащихся в газе, при определенных температурных колебаниях, что также отрицательно скажется на точности произведенных измерительных работ.

Известен также эхолот для измерения уровня жидкости в скважине (см. Патент РФ №2163293, МПК 7 Е 21 В 47/04, опубл. в БИ №3, 2001 г.).

Эхолот содержит присоединяемый к устьевому ниппелю обсадной трубы с помощью переходной муфты корпус, генератор акустических импульсов, устройство для приема акустических импульсов в виде пьезоэлектрического микрофона, датчик давления и блок управления. При этом генератор акустических импульсов содержит ресивер, электромагнитный клапан, присоединенный к корпусу. Эхолот содержит также систему создания избыточного давления, выполненную в виде мини-компрессора, а также датчик контроля температуры эхолота, подогреваемого в зимний период поочередным включением катушек электромагнитного клапана и мини-компрессора.

Известный эхолот по технической сущности более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа.

В нем перечисленные недостатки, присущие аналогу, устранены. Однако он сложный по конструкции, требует наличия в своем составе системы создания избыточного давления, ресивера, содержит движущиеся детали, тем самым снижая его надежность. Для своей безотказной работы требует создания определенного температурного режима путем подогрева.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности работы за счет исключения движущихся частей и деталей в конструкции эхолота, а также за счет исключения подогрева его.

Поставленная задача решается описываемым эхолотом для измерения уровня жидкости в скважине, содержащим присоединяемый к устьевому ниппелю обсадной трубы с помощью переходной муфты корпус, генератор акустических импульсов, устройство для приема акустических импульсов в виде пьезоэлектрического микрофона, датчик давления и блок управления.

Новым является то, что генератор акустических импульсов выполнен в виде пьезоэлемента, снабженного усилителем импульса в виде диффузора и электрически связанного с генератором электрических импульсов, при этом блок управления снабжен процессором с наперед заданной программой для автоматической корректировки результатов измерения с учетом скорости распространения акустического импульса от давления и состава газовой среды в затрубье, а провода от датчика давления и пьезоэлектрического микрофона подведены к генератору электрических импульсов и подсоединены к клеммнику многожильного кабеля, идущего из блока управления к упомянутому генератору импульса, в качестве датчика давления выбран датчик МИДА, а пьезоэлектрический микрофон установлен перед диффузором, максимально близко к переходной муфте, эхолот при этом размещен в быстро разборном кожухе с откидной крышкой, закрываемой под замок.

Приведенная совокупность признаков заявляемого объекта, по мнению авторов, является существенной, поскольку, как показали патентные исследования ретроспективностью в 20 лет в патентном фонде института «ТатНИПИнефть» на дату подачи заявки, из патентной и научно-технической литературы авторам не известны устройства того же назначения с такими отличительными признаками, создающими новый положительный эффект, несвойственный известным устройствам. При этом сравнительный анализ аналогичных технических решений позволяет сделать вывод об отсутствии идентичных и эквивалентных признаков в сравнении со сходными признаками известных устройств.

Приведенные чертежи поясняют суть изобретения, где на фиг.1 изображен заявляемый эхолот в общем виде, присоединенный с помощью переходной муфты к устьевой арматуре скважины; на фиг.2 — эхолот в частичном разрезе, перед присоединением к устьевой арматуре.

Предлагаемый эхолот для измерения уровня жидкости в скважине 1 содержит присоединяемый к устьевому ниппелю 2 обсадной трубы 3 с помощью переходной муфты 4 трубчатый корпус 5 (см. фиг.1), в концевом участке которого герметично установлен генератор 6 электрических импульсов (см. фиг.2). Последний с помощью проводов 7 и 8 электрически связан с генератором 9 акустических импульсов, выполненным в виде пьезоэлемента, напоминающего в сечении круг, снабженный усилителем акустического импульса, выполненным в виде диффузора 10.

К боковым отверстиям корпуса 5 приварены патрубки 11 и 12, в одном из которых герметично на резьбе закрываемой крышкой 13 установлен пьезоэлектрический микрофон 14, а в другом, патрубке 12, герметично установлен датчик 15 давления типа «МИДА», провода 16 и 17 от которых соответственно подведены к генератору 6 электрических импульсов и подсоединены к клеммнику многожильного кабеля 18, идущего из блока управления 19 (клеммник на фиг. не изображен).

Блок управления снабжен процессором (процессор на фиг. не изображен) с наперед заданной программой для автоматической корректировки результатов измерения с учетом скорости распространения акустического импульса от давления и состава газовой среды в затрубье 20. Пьезоэлектрический микрофон установлен перед диффузором максимально близко к переходной муфте 4. После монтажа эхолот размещают в быстроразборном кожухе 21 с откидной крышкой, закрываемой под замок. На фиг.1 кожух схематически изображен штрихпунктирной линией.

Эхолот работает следующим образом.

Для запуска его в работу сначала открывают устьевую задвижку 22, сообщающую полость корпуса 5 с затрубным пространством 20, и включают блок управления 19. При этом от генератора 6 электрические импульсы поступают по проводам 7 и 8, создавая импульс напряжения возбуждения пьезоэлемента 9. Последний при этом, деформируясь, создает акустический импульс порядка 100-105 дБа/м, улавливаемый пьезоэлектрическим микрофоном 13, который затем регистрирует и отраженный отклик от раздела сред газ — жидкость, о чем мгновенно передает процессору. По времени прохождения акустического импульса в газовой среде определяется расстояние от устья скважины до границы раздела сред газ — жидкость с учетом давления газовой среды, регистрируемого датчиком давления 15, определяющего скорость распространения звуковой волны.

Полученное расстояние определяется процессором как произведение 1/2 времени прохождения звукового сигнала до раздела фаз газ — жидкость и обратно на скорость прохождения звукового сигнала, взятую из таблицы зависимости скорости звука от затрубного давления и состава газа (см. таблицу по Татарстану).

t — время прохождения сигнала от устья и обратно,

V — скорость, взятая из таблицы.

Зависимость скорости звука от затрубного давления и состава газа определена для каждого нефтяного региона России и стран СНГ и приведена в соответствующих таблицах, которыми располагают территориальные НГДУ (нефтегазодобывающие управления). Эти данные занесены в программу процессора. Таким образом, процессор согласно программе автоматически выдает скорректированную с учетом скорости распространения акустического импульса от давления и состава газовой среды искомую величину — уровень жидкости в скважине, то есть расстояние от устья скважины до уровня жидкости. В автоматическом и автономных режимах программно также обеспечивают и периодичность определения уровня жидкости исходя из требований норм технического контроля.

Технико-экономическое преимущество изобретения заключается в следующем.

Эхолот предельно прост по конструкции, не металлоемок, в нем нет подвижных частей и деталей, что обеспечивает ему повышенную надежность в работе автоматическом и автономных режимах, в любых климатических условиях и без выброса газа в атмосферу.

Широкое его применение на нефтяных промыслах позволит обеспечить бесперебойную работу скважинного насосного оборудования, следовательно, и эксплуатацию скважины без осложнений.

Эхолот для измерения глубины скважин Советский патент 1977 года по МПК G01F23/296 E21B47/04

Описание патента на изобретение SU570703A1

Изобретение относится к звуколокацио-нной технике, в частности к устройствам для измерения расстояний в газовой ореде, а более конкретно для иЗМерения тлубины взрывных скважиН в горнодобывающей промышленности.

Известен эхолот, предназначенный для измерения расстояний в газовой среде, содержащий генератор, коммутирующие устройства, электроакустический преобразователь, усилитель и регистратор измеряемых расстояний 1.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является эхолот для измерения глубины скважин, включающий электрическую схему, приемоизлучающее устройство и индикатор 2.

Однако схема прибора и индикатор такого эхолота позволяют фиксировать только одно измеряемое расстояние, а приемоизлучающее устройство не тюзноляет измерять глубину скважин различного диаметра непосредственно от их устья. Кроме того, данный эхолот не обеспечИвает точность измерения расстояния, так как не учитывает фактической скорости звука, которая меняется в зависимости от температуры, влажности и других параметров шахтной атмосферы, что отрицательно сказывается на Производительности и точности измерений.

Целью изобретения является повышение производительности и точности измерений в скважинах различного диаметра.

Это достигается тем, что приемоизлучающее устройство выполнено в виде полой усеченной конусной насадки с наружным упорнЫМ кольцом и подвижными рейками, в основании которой на базовом расстоянии от внутреннего кольцевого выступа насадки, кратном цене

деления отсчетной шкалы индикатора, установлен электроакустический преобразователь, причем индикатор выполнен проблесковым с вращающимся диском, имеюп1:им коллимапнопную щель с утолщением.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого эхолота; на фиг. 2 — схема работы эхолота при измерении глубины скважины; на фиг. 3 — кинематическая схема проблескового индикатора; на фиг. 4 — отсчетная круговая шкала индикатора.

Эхолот включает проблесковый индикатор 1, генератор 2, коммутатор 3, соединенный с генератором 2 и электроакустическим преобразователСМ 4, усилитель 5, конусную насадку 6, имеющую внутренний кольцсвсй калиб резочный выступ 7 и наружное упорное кольцо 8 с подвижными отсчетнымп рсйхпми 9, которая установлена в устье сКМжины 10. В основании конусной насадки помещен электроакустический преобразователь 4. Упорное

кольцо 8 с рейками 9 крепится на насадке с помощью фиксатора 11. Эластичное покрытие 12 обеспечивает плотный контакт конусной насадки с устьем скважиы. Генератор, коммутатор, усилитель и блок питания, составляющие электрическую схему устройства, помещены в контейнер 13, связь между которым и электроакустическим преобразователем осуществляется кабелем 14.

На валу 15 электродвигателя с корректором показаний 16 имеются контактные кольца 17 и 18, которые через токосъемники 19 и 20 и Подводящие провода 21 соединяются соответственно со входом генератора и выходом усилителя. На конце того же вала закреплен диск 22, имеющий утолщение с коллнмационной щелью 23 и индикаторной неоновой лампочкой 24. Все перечисленные узлы помещены в кожух 25, в торце которого находится прозрачная отсчетная круговая щкала 26 с делениями. Коллимационная щель 23 Представляет собой Прорезь в утолщении диска 22.

По внешней окружности шкалы 26 нанесены деления 27, число которых соответствует наибольшему значению глубины измеряемых скважин. Нулевой импульс 28 показывает начало отсчета, калибровочный импульс 29-базовое расстояние и импульс 30 — измеряемое расстояние.

Буквой Н обозначена определяемая глубина скважины, L — измеряемое эхолотом расстояние между электроакустическим преобразователем и забоем скважины г-измеряемое эхолотом базовое расстояние, / — расстояние от электроакустического преобразователя до устья скважины (домер).

Работает эхолот следующим образом.

Конусную насадку 6 устаНавливают в устье скважины и по рейке 9 определяют домер t. Включают рабочий режим эхолота, При котором происходит непрерывное вращение диска 22 с неоновой лампочкой 24. В момент прохождения коллимационной щели 23 через начало отсчета Шкалы 26 замыкается контакт кольца 18 с токосъемником 20 и происходит запуск генератора 2, который -через коммутатор 3 подает электрический импульс на электроакустический преобразователь 4. Электрический импульс преобразуется в акустическ ий, последний, распространяясь в среде, сначала отражается от кольцевого калибровочного выступа, а затем от забоя скважины с расстояния L. Отраженные импульсы, пройдя через коммутатор 3 и усилитель 5, поступают на токосъемник 19 и контактное кольцо 17 и вызывают вспышку неоновой лампочки 24. Корректором показаний 16, который представляет собой встроенный в электродвигатель центробежный регулятор скорости вращения, изменяют скорость вращения диска 22 до совмещения калибровочного импульса 29 с первым или кратным делением щкалы 26. Равенство калибровочного отсчета Щкалы базовому расстоянию означает соответствие скорости вращения диска 22 фактической скорости распространения звука в данной среде. После калибровки берут отсчет по импульсу 30, т. е. определяют расстояние L от электроакустическОГо преобразователя до забоя скважины.

Отсчеты по шкале 26 практически не имеют ошибок параллакса благодаря коллимационной щели, глубина которой равна величине утолщения диска. Искомая глубина скважины Я определяется как разность между расстоянием L и домером /.

Предлагаемый эхолот позволяет измерять скважины любого из существующих диаметров с высокой производительностью и ТОЧностью. Время измерения веера из шестнадцати скважин составляет 2-7 мин, что означает повЫЩение производительности замеров в среднем в 8-10 раз в сравнении с ранее применявшимися средствами макршейдерского контроля взрывных скважин.

Эхолот для измерения глубины скважин, включающий электрическую схему, приемоизлучающее устройство и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и точности измерений в скважинах различного диаметра, приемоизлучающее устройство выполнено в виде полой

усеченной конусной насадки с наруЖНым упорным кольцом и подвижными рейками, в основании которой на базовом расстоянии от внутреннего кольцевого выступа насадки, кратном цене деления отсчетной шкалы индикатора, установлен электроакустический преобразователь, причем индикатор выполнен проблесковым с вращающимся диском, имеющим коллимационную щель с утолщением. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Колесников И. К. Основы гидроакустики и гидроакустические станции. Л., «Судостроение, 1970, с. 306.

2.Авторское свидетельство № 340900, кл. G 01F 23/00, 1973.