Сущность акустического метода заключается в определении расстояния по времени прохождения упругой звуковой волны от устья скважины до уровня жидкости. В скважину посылают звуковой импульс, мощность которого достаточна, чтобы получить надежное отражение от уровня жидкости. Затем определяют скорость распространения звука в скважине и время, необходимое для прохождения его от устья до уровня жидкости.
Скорость распространения звуковой волны в скважине зависит от физических свойств, температуры, давления, плотности и состава газа, заполняющего скважину. Исследования показали, что скорость распространения звуковой волны в скважинах лежит в весьма широких пределах: 250—460 м/с, поэтому ее необходимо определять одновременно с измерением уровня жидкости.
Акустический метод измерения уровня использован в эхолоте, который применяется для определения статического и динамического уровней жидкости в глубиннонасосных скважинах.
Рис. 2. Схема акустического метода измерения уровня в скважине
Принципиальная схема измерения уровня эхолотом приведена на рис. 2. В качестве импульсатора в эхолоте применяется пороховая хлопушка U создающая мощную звуковую волну при мгновенном сгорании пороха. Для определения скорости распространения звука в скважине на насосных трубах устанавливают репер на определенном расстоянии от устья.
Пороховая хлопушка, герметично соединенная открытым концом с устьем скважины, посылает звуковой импульс, который, дойдя до репера 2 и уровня жидкости, отражается и воспринимается термофоном 3. Звуковой импульс представляет собой взрыв порохового заряда, заключенного в гильзу, который получается при ударе по капсуле бойком пороховой хлопушки. Термофон представляет собой вольфрамовую нить, по которой протекает постоянный ток силой 0,2—0,3 А, нагревающий нить до температуры 100 °С. Звуковые;vi-пульсы (колебания воздуха) воздействуют на вольфрамовую нить, чем вызывают понижение ее температуры, а следовательно, и понижение электрического сопротивления.
При этом сила тока в цепи термофона увеличивается. Колебания тока в цепи термофона, усиленные двухкаскадным усилителем передаются регистратору 5, который записывает их на диаграммной ленте 6. Диаграммная лента перемещается с постоянной скоростью 50 или 100 мм/с. Изменение скорости движения ленты достигается сменой ведущих роликов. Для сменных лент может быть использована любая канцелярская рулонная бумага или калька. Бумагу нарезают ровными лентами шириной 30 мм и длиной 650 мм, которые-склеивают кольцами. Наибольшая глубина, на которой можно измерить уровень жидкости современными эхолотами, 3000 м. Погрешность составляет ±0,5% от предела измерения.
На действительной эхограмме записаны многочисленные колебания, получающиеся вследствие отражения звуковой волны от стыков труб, многократных повторных отражений от репера и от уровня. Эти колебания являются помехами и затрудняют расшифровку эхограмм. Поэтому операцию измерений уровня эхолотом следует выполнить несколько раз и, сопоставив несколько эхограмм, отбросить случайные помехи.
Репер, представляющий собой отражатель звуковых волн, устанавливают на насосных трубах на известном расстоянии от устья скважины. Площадь репера должна перекрывать 50—70% поперечного сечения кольцевого межтрубного пространства, длина репера должна быть 300—400 мм.
Глубину установки репера выбирают в зависимости от притока жидкости и режима работы глубиннонасосной установки. Следует стремиться к тому, чтобы после пуска скважинного насоса расстояние от динамического уровня до репера было в пределах 50—100 м. Хлопушка монтируется в отверстии фланца, герметизирующего устье скважины. Если давление в межтрубном пространстве скважины не превышает атмосферного, уровень можно измерить без герметизации места подключения хлопушки. При давлении газа выше атмосферного место подключения хлопушки следует герметизировать, так как вырывающийся из затрубного пространства газ будет вызывать шумы, воспринимаемые прибором и маскирующие на диаграмме запись отражения звуковой волны от уровня и от репера.
3. Уровнемер скважинный автоматический "СУДОС - автомат 2"
Назначение:
Уровнемер "СУДОС - автомат 2" предназначен для контроля статического и динамического уровня жидкости в добывающих нефтяных скважинах, измерения КВУ и КПУ, длительного контроля изменений уровня при выводе скважин на режим. Прибор построен на базе уровнемера "СУДОС - мини 2" и дополнительно имеет особенности:
Отличительные особенности:
Автоматизация измерения уровня без участия оператора за счет наличия автоматического клапана для формирования акустической посылки.
Самый компактный автоматический уровнемер в мире моноблочного исполнения с автономным аккумуляторным питанием.
При отсутствии избыточного давления работает от внешнего источника давления (газобаллонное оборудование).
Возможности:
Контроль статического и динамического уровня жидкости.
Регистрация кривых падения и восстановления уровня.
Регистрация изменений уровня жидкости при выводе скважин на режим.
Автоматическая регистрация затрубного давления на устье скважины.
Передача результатов измерений в компьютерную базу данных.
Подключение дополнительного внешнего аккумулятора.
Визуализация эхограмм и других результатов измерений на графическом дисплее "БВК - 03".
Диапазон контролируемых уровней жидкости 20-3000 м
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Расскажите принцип работы поплавкового компенсационного пьезографа
2. Расскажите принцип действия акустического метода измерения уровня в скважине
3. Расскажите о назначении и особенностях прибора "Уровнемер скважинный автоматический "СУДОС - автомат 2""