RU1715U1 - Устройство для определения уровня жидкости в скважине - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В СКВАЖИНЕ, содержащее генератор акустических импульсов, акустический преобразователь, измеритель давления и устройство для получения твердой копии графика акустического сигнала, отличающееся тем, что оно содержит последовательно соединенные первый усилитель, цифро-аналоговый преобразователь, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, микропрессорный контроллер, устройство управления и индикации, причем микропроцессорный контроллер соединен с устройством для получения твердой копии графика акустического сигнала, выполненным в виде устройства термопечатающего, а выход акустического преобразователя соединен с входом первого усилителя, при этом выход датчика давления подключен к выходу второго усилителя, выход которого соединен с вторым входом мультиплексора.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что микропроцессорный контроллер содержит соединенные между собой микропроцессор, постоянное запоминающее устройство, энергонезависимое оперативное запоминающее устройство, энергонезависимые часы, последовательной интерфейс.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство термопечатающее содержит соединенные между собой последовательный интерфейс, микропроцессорный контролер, термопечатающую головку и шаговый двигатель.

Description

т

Устройство для определения уровня жидкости

Полезная модель относится к контролю уровня жидкости в скважинах акустическим методом и может быть использована, при измерении статического и динамического уровней в нефтяных скважинах.

Известно устройство для определения уровня жидкости в скважине /1/, содержащее генератор акустических импульсов /клапан, стравливащий газ из затрубного пространства/, приемник сигналов с усилителем, блок обработки сигналов, блок световой и звуковой индикации.

Известен также прибор для измерения уровня жидкости в нефтяной скважине /2/, содержащий устройство генерации и приема /Ш1/, датчик измерителя скорости звука, блок машинной обработки, блок измерения скорости звука, УГП содержит клапан, стравливащий газ из затрубного пространства скважины, датчик акустического сигнала, стрелочный манометр. Блок машинной обработки содержит устройство согласования с УШ, микро-ЭШ, цифровой индикатор.

Недостатками известных устройств является следующее. Невозможность получения твердой копии графика акустического сигнала, необходимой для обратной связи оператора /расшифровка эхограммы - генерирование акустического импульса/ для скважин с большим уровнем помех или уровнем жидкости на устье скважины. Лишние затраты времени на определение давления по стрелочному манометру и вводу его с помощью переключателей в прибор. Низкая точность - до 10 и надежность стрелочного манометра. Кроме того, недостатками прибора для измерения уровня жидкости /2/ являются большие габариты,вес и стоимость.

Наиболее близкой заявляемому устройству является , выбранная в качестве прототипа, система регистрации уровня }шдкости для механизированного фонда скважин /3/, содержащая

т 0 Е 21 в 47/04

в скважине.

последовательно соединенные акустический преобразователь, активный фильтр нижних частот, фильтр постоянной составляющей, электрокардиограф, кварцевый калибратор скорости движенжя лентопротяжного механизма /ЖМ/. Кроме того, система содеряоит конструктивно связанные с а кустическим преобразователем генератор акустических импульсов и стрелочный манометр. Генератор акустических импульсов представляет собой-клапан, стравливающий газ из затрубного пространства скважины.

Непосредственно перед началом регистрации уровня жидкости включают ЛШ, нажимают кнопку Калибровка, при этом на термобумаге записываются образцовые йетки времени. После нанесения меток регистрируют уровень жидкости в скважине, т.е. записывают процесс распространения акустической упругой волны в затрубном пространстве скважины до появления отраженного сигнала,При расшифровке эхограммы по образцовым меткам определяют фактическую скорость движения ЛШ - /Г,. мм/с, Езмеряют линейкой на эхограмйе расстояние между зондирующим и отраженншл сигналами - /, , мм. Определяют по стрелочному манометру давление газа в затрубном пространстве. По таблице зависимости скорости звука от давления определяют скорость звука в затрубном пространстве - И, м/с. По формуле : {Л LV/ZK , м, вычисляют уровень жидкости в скважине.

Недостатками известного устройства является следующее. Большие затраты времени на калибровку, расшифровку, вычисление уровня жидкости. Субъективная расшифровка эхограмщ, зависящая от квалификации оператора. Возможность подделки эхограммы. Электрокардиограф предназначен для использования при

комнатных условиях, поэтому работают с ним в салоне автомобиля, что затрудняет использование системы в зимнее время,в- .

условиях пустыни, при атмосферных осадках, при невозможности подъезда к скважине из-за снега, размытых дорог и т.п. Наличие фильтра низких частот не позволяет определять малые уровни жидкости от 5 до 50 метров. Кроме того, стрелочный манометр имеет низкую точность - до 10 и надежность. Поэтому высокая погрешность манометра практически напрямую переходит в погрешность определения уровня жщкости.

Задачей полезной модели является уменьшение времени определения уровня жидкости в скважине, повышение достоверности определения уровня, а также повышение точности измерения уровня.

Это достигается тем, что устройство для определения уровня жидкости в скважине, содержащее генератор акустических .импульсов, акустический преобразователь, измеритель давления и устройство.для получения твердой копии графика акустического сигнала, согласно полезной модели, содержит последовательно соединенные первый усилитель, цифро-аналоговый преобразователь, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессорный контроллер, устройство управления и индикации. Причем микропроцессорный контроллер соединен с устройством для получения твердой копни графика акустического сигнала, выполненным в виде устройства термопечатающего. Выход акустического преобразователя соединен со входом первого усилителя, а выход датчика давления подключен в входу второго усилителя, выход которого соединен со вторым входом мультиплексора.

Микропроцессорный контроллер содержит соединенные между собой микропроцессор, постоянное запоминащее устройство, энергонезависимое оперативное запоминающее устройство, энергонезависимые электронные часы, последовательный интерфейс.

Устройство термопечатащее содержит соединенные между собой последовательный интерфейс, микропроцессорный контроллер, термопечатаю1цую головку и шаговый двигатель,

Уменьшение времени определения уровня жидкости в скважи-. не достигается за счет полной автоматизации процесса; измерения. Необходимо лишь нажать кнопку Уровень и резко нажать на ручку .клапана, стравливающего газ из затрубного пространства скважины. Реально затраты времени на определение уровня данным устройством в 2 - 3 раза меньше аналогичных устройств. Например, в ПО Нижневартовскнефтегаз в НГДУ Приобьнефть предложенным устройством было замеряно за 3 часа 30 скважин в зимнее время при температуре окружающего воздуха -30°С. При использовании прототипа обычно измеряют максимум 30

скважин за 8 часов, В сбшх случаях время замера включало в себя время на подъезд к кусту скважин на автомобиле, навинчивание, свинчивание датчиков на арматуру скважины и непосредственно измерение уровня жидкости.

Повышение достоверности определения уровня жидкости в скважине достигается за счет определения устройством, кроме уровня, количества отражений акустического сигнала от уровня жидкости. Отраженные акустические сигнала обусловлены акустической волной, которая идет вниз по скважине, отражается уровнем жидкости обратно к поверхности, снова отражается от верха эксплуатационной колонны в скважину и снова отражается от уровня жидкости и идет второй раз к поверхности и т.д.

Практически полное совпадение измеряемого уровня и действительного уровня жидкости в скважине было получено устройством в следущих случаях : уровень больше 5Ш метров, количество отражений 2 и более; уровень от 100 до 500 метров, количество отражений 3 и более; уровень до 100 метров, количества отражений 4 и более. В этих случаях достаточно провести одно измерение уровня жидкости и переходить к следующей скважине, что также уменьшает затраты времени на опреление уровня.

Повышение точности измерения уровня достигается за счет использованш тензометрического датчика давления, использозования кварцевой- стабилизации частоты временных интервалов записи эхограмм,отсутствия субъективной оценки оператором визуальной информации / отсчет давления по стрелочному манометру ,.измерение линейкой по эхограмме расйояний, вычисле-ние по формуле уровня, как в прототипе/. Абсолютная погрешность используемого тензометрического датчика давления менее 1, дискретность измерения давления - 0,1.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для определения уровня жидкости в скважине.

На фиг. 2 представлена структурная схема микропроцессорного контроллера.

На фиг. 3 представлена структурная схема устройства термопечатающего,

Устройство для определения уровня жидкости в скважине /фиг.1/ содержит последовательно соединенные акустический преобразователь 1, первый усилитель 2, цифро-аналоговый преобразователь /БДП/ 3, мультиплексор 4, аналого-цифровой преобразователь /АЦП/ 5, микропроцессорный контроллерДШК/ 6, устройство управления и индикации 7. Кроме того, устройство для определения уровня жидкости содержит устройство термопечатающее 8, соединенное с МЖ 6,и конструктивно связанные с акустическим преобразователем 1, усилителем первым 2 енератор акустических импульсов 9, тензометрический датчик давления 10, второй усилитель 11, причем, выход датчика давления 10 соединен со входом второго усилителя 11, а выход второго усилителя 11 соединен со вторым входом мультиплексора 4.

Устройство для определения уровня жидкости устанавливается на устье скважины 12 с уровнем .жидкости 13.

Генератор акустических импульсов представляет собой клапан, стравливающий газ из затрубного пространства скважины,

МЖ /фиг,2/ содержит связанные между собой микропроцессор 14, постоянное запоминающее устройство , энергонезависимое оперативное запоминающее устройство 16, энергонезависимые электронные часы /ЭЭЧ/ 17, последовательный интерфейс 18.,

Устройство термопечатающее 8 /фиг.З/ содерлшт микропроцессорный контроллер ДПЖ/ 19, последовательный интерфейс 20, термопечатающую головку 21, шаговый двигатель 22.

Конструктивно устройство для определения уровня жидкости в скважине состоит из следующих частей : устройство генерации и приема /УГП/ 23, блок электронный 24, устройство термопечатающее 8.

УГП 23 состоит из генератора акустических импульсов 9, акустического преобразователя 1, датчика давления 10, первого 2 и второго 11 усилителей.

УТЛ 23 подсоединяется к блоку электронному коротким

-5 метров шш длинным - 25 метров измерительным кабелем, Блок электронный 24 имеет внутренний /не показанный на

схеме/ аккумулятор. Устройство термопечатащее 8 питается от автомобильного аккумулятора, подсоединяется к блоку электронному 24 кабелем длиной 2 метра через,разъем. Рабочие диапазоны температур : 5ТП - от -50 до +50° С, блока электронного /при времени работы до 1 часа/

-от -40 до +50 °С, устройства термопечатащего - от -10 до +40° С,

Обычно оператор определяет уровень жидкости в скважине с помощью УТП 23, короткого кабеля и блока электронного 24,

Устройство термопечатающее 8 располагается преимущественно в салоне -автомобиля, особенно зимой. При расположении блока электронного 24, устройства термопечатавдего 8 в салоне автомобиля УГП 23 подсоединяется с помощью длинного измерительного кабеля.

Устройство для определения уровня жидкости в сважине работает в следующих режимах: - набор оператором с помощью кнопок номера куста, скважины, вида исследования; - измерение уровня жидкости,- распечатка графика акустического сигнала на устройстве термопечатающем; - распечатка символьных отчетов запомненных измерений; - передача символьных отчетов в 1Ш- PC.

В режиме измерения уровня жидкости устройство регистрирует эхограмму, производит цифровую фильтрацию /программную/, определяет уровень жидкости, измеряет затрубное давление, вносит поправки в измеренный уровень в зависимости от давления, запоминает параметры измерения, 6 управляет работой устройства определения уровня жидкости. Режим фильтрации сигнала может быть выключен оператором. Для измерения уровня оператор нажимает кнопку Уровень, Прибор устанавливается в режим ожидания акустического импульса. При помощи генератора акустических импульсов 9, резко нажимая на клапан, стравливая газ из затру бного пространства скважины, возбуждают акустическую волну /прямой сигнал/, которая распространяется вдоль колонны скваg(

-5жины 12 со скоростью звука в газе при данном давлении. Дойдя до уровня жидкости 13, она возвращается в виде отраженного сигнала как тическому преобразователю 1 преойразущвму азсустжчбские сигналы в электрические, которые подаются на вход первого усилителя 2, усиливаются и поступают через ЩД 3, мультиплексор 4 на вход АЦП 5. МЖ 6 с помощью цифро-аналогового преобразователя 3 осуществляет функцию автоматической регулировки, усиления в зависимости от амплитуды принимаемого сигнала. График акустического сигнала в виде амплитуд сигнала с дискретностью по времени 5,86 миллисекунд, приблизительно через 1 метр в количестве 300G точек, заиисдаается в ЭОЗУ 16,

Если программно-цифровая фильтрация включена оператором, то хгроизводится .цифровая фильтрация с помощью Ж 6 запомненного графика акустического сигнала в ЭОЗУ 16. При определении уровня жидкости производится амплитудная селекция отраженного от уровня жидкости акустического сигнала, амплитуда которого в 90 случаев превышает амплитуду сигналов пфмех /от дривода,насосов, вибрации колонны, турбулентности потоков жидкости/. При недостаточной амплитуде отраженного, сигнала при больших помехах применяется более длительное стравливание газа оператором до 0,5 секунд для увеличения энергии посылаемой акустической волны, что практически во всех случаях увеличивает амплитуду отраженного сигназга над сигналом помех. Для повышения достоверности определения уровня устройство подсчитывает количество отражений акустического сигнала от уровня жидкости, которые определяются по амплитуде отраженных сигналов, превышающей сщналш помех и по равенству расстояний.между отраженными сигналами. При измерении затрубного давления напряжение с датчика давления 10 поступает через первый усилитель 2, мультиплексор 4 на АЦП 5.

По напряжению на входе АЦП 5 МПК 6 вычисляет измеряемое давление, по таблице выбирает соответствую1цую этому давлению скорость звука, вычисляет поправочный коэффициент, на который умножает ранее определенный уровень жидкости и выводит измеренный уровень и количество отражении акустического

сигнала на индикацию. Далее производится запоминание символьных отчетов измерения в -ЭОЗУ 16: номер куста, номер скважины, вид -исследования, дата и время измерения / определяют с помощшо ЭЗЧ 17/, уровень жидкости., количество, отра-жений акустического сигнала, затрубное давление. Устройство может запоминать символьные отчеты 148 последних измерений и один пооледний график акустического сигнала. Устройство измеряет уровень жидкости за 25 секунд. Запомненный график акустического сигнала можно распечатать на устройстве терморечатающем 8 через последовательный интерфейс 18. Символьные отчеты 148 последних измерений можно передавать в 1Ш PG и создавать базу данных измерений.

Уетройетво для ®н|)едедвшщ уровня жидкости в скважине выполнено с использованием известных элементов. В качестве генератора акустических импульсов 9 и акустического преобразователя 1 используется серийно выпускаемое Тюменским заводом Электрон устройство генерации и приема. В качес тве датчика давления 10 используется датчик давления J1X-412. Первый усилитель 2 выпо-лнен на операцианн ом ,усилит еле , 140УД14.-Второй усилитель 11 может быть выполнен по. схеме, приведенной в /4/, на операционных усилителях 140УЖ7. В качестве БДИ 3 используется микросхема 572Ш1. Мультиплексор 4 выполнен на микросхема 59СЖН6. АЦП 5 выполнен на микросхеме 1113ПВ1. В устройстве управления и индикации 7 применен индикатор ИВ-28 и кнопки ЩЦ-1. В качестве устройства термопечатающего применяется термопечать Щ6807/2, выпускаемая Невинномыским ПО Квант. Микропроцессор 14 выполнен на.микросхеме 1821Ш85. ПЗУ 15 выполнен на микросхеме §7да4.Ш|У-16 выполнено на трех микросхемах КР573РУ10. В качестве ЭЭЧ 17 используется таймер КР512Ш1.Последовательный интерфейс 18 выполнен на оптронах АОТ110А по стандарту токовая петля 20 мА.

Источники информации: 1. А.с. 1430512, СССР, Е 21 В 47/04.

«

2.Прибор для измерения уровня жидкости.в нефтяной.скважине. - ж.Нефтянная промыпшенность, № 7, 1992, с,28-29.

3.В.И Федотов, А.В.Федотов. Система регистрации уровня жидкости для механизированного фонда скважин.-М., ВВИИОЭНГ, экспрессинформаодя,- серия Автоматизащш и телемеханизация в нефтянной промышленности, 1991, вып.5, с.5-9.

4.В.И.Федотов, А.В.Федотов. Цифровой портативный измеритель -давления для нефтепромысловых объектов.- М. ,В1ШОЭНГ,. экспрессинформация, серия Автоматизация и телемеханизация в нефтянной промышленности,1991, вып.6, с.1-5.

Авторы : . хп..В.Лазров

П.Ж.Якушкин

(/hL А.АЛерепов /

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В СКВАЖИНЕ, содержащее генератор акустических импульсов, акустический преобразователь, измеритель давления и устройство для получения твердой копии графика акустического сигнала, отличающееся тем, что оно содержит последовательно соединенные первый усилитель, цифро-аналоговый преобразователь, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, микропрессорный контроллер, устройство управления и индикации, причем микропроцессорный контроллер соединен с устройством для получения твердой копии графика акустического сигнала, выполненным в виде устройства термопечатающего, а выход акустического преобразователя соединен с входом первого усилителя, при этом выход датчика давления подключен к выходу второго усилителя, выход которого соединен с вторым входом мультиплексора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что микропроцессорный контроллер содержит соединенные между собой микропроцессор, постоянное запоминающее устройство, энергонезависимое оперативное запоминающее устройство, энергонезависимые часы, последовательной интерфейс.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство термопечатающее содержит соединенные между собой последовательный интерфейс, микропроцессорный контролер, термопечатающую головку и шаговый двигатель.