RU2783855C1 - Способ определения уровня жидкости в межтрубном пространстве скважины - Google Patents
Способ определения уровня жидкости в межтрубном пространстве скважины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783855C1 RU2783855C1 RU2021135770A RU2021135770A RU2783855C1 RU 2783855 C1 RU2783855 C1 RU 2783855C1 RU 2021135770 A RU2021135770 A RU 2021135770A RU 2021135770 A RU2021135770 A RU 2021135770A RU 2783855 C1 RU2783855 C1 RU 2783855C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fourier transform
- annular space
- well
- function
- gas
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 230000005534 acoustic noise Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000001902 propagating Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, конкретно к области контроля уровня жидкости акустическим методом, и может быть использовано для определения уровня жидкости в скважинах. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения уровня жидкости в межтрубном пространстве скважины путем исследования резонанса акустических волн, распространяющихся в затрубном пространстве скважины за счет учета разной скорости распространения в газе межтрубного пространства скважины различных частотных составляющих шума. Способ включает в себя регистрацию акустического шума в межтрубном пространстве, его последовательные первое преобразование Фурье, логарифмирование и второе преобразование Фурье, определение резонансной частоты шума путем нахождения частоты максимума функции второго преобразования Фурье, обратная величина которой умножается на скорость звука в газе межтрубного пространства и делится на два. При этом перед логарифмированием функции первого преобразования Фурье значения частот составляющих функции первого преобразования Фурье изменяются в соответствии с математической формулой.
Description
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, конкретно к области контроля уровня жидкости акустическим методом, и может быть использовано для определения уровня жидкости в скважинах.
Известен способ [1] определения уровня жидкости в трубе, в основе которого лежит кепстральный анализ шума, а именно: регистрация акустического шума в трубном пространстве, его последовательные первое преобразование Фурье, логарифмирование и второе преобразование Фурье, определение резонансной частоты шума путем нахождения частоты максимума функции второго преобразования Фурье, обратная величина которой умножается на скорость звука в газе межтрубного пространства и делится на два. Данный способ основан на исследовании резонанса акустических волн в трубчатом резонаторе, заполненном воздухом или другим газом. Прибор, реализующий данный способ, называется резонансным акустическим уровнемером.
Недостатком данного способа определения уровня жидкости является низкая точность определения уровня жидкости в межтрубном пространстве, особенно применительно к протяженным скважинам, так как не учитываются параметры межтрубного газа и конструкции конкретной скважины, влияющие на величину скорости распространения в газе межтрубного пространства скважины различных частотных составляющих шума.
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения уровня жидкости в межтрубном пространстве скважины путем исследования резонанса акустических волн, распространяющихся в затрубном пространстве скважины за счет учета разной скорости распространения в газе межтрубного пространства скважины различных частотных составляющих шума.
Межтрубное пространство скважины герметично на устье для поддержания внутри избыточного давления. Таким образом, межтрубное пространство есть объемный резонатор с жесткими стенками, ограниченный сверху жесткой крышкой, а снизу - затрубной жидкостью.
В затрубном пространстве скважины регистрируется акустический шум. В скважине основными источниками возникновения шума являются элементы работающего насосного оборудования, течение жидкости по стенкам насосно-компрессорных труб, промышленные шумы и т.п. Составляющие шума претерпевают резонанс в свободной части затрубного пространств от жидкости, уровень которой подлежит определению. Спектральные составляющие регистрируемого сигнала зависят от длины этой полости, а, следовательно, от уровня жидкости, так как при укладывании на этой длине целого числа длин полуволн составляющей шума происходит формирование стоячей акустической волны.
Звуковые волны в газовой полости резонатора длиной L резонируют на частотах ƒn [1]:
где n - номер резонанса, С - скорость распространения волны в резонаторе.
В амплитудно-частотном спектре принятого сигнала формируются максимумы, образующие ряд с основанием ƒ=c/(2⋅L). Определив значение основной резонансной частоты ƒ, можно вычислить уровень жидкости L следующим образом:
Значение основной резонансной частоты ƒ определяют путем кепстрального анализа, заключающегося в следующих шагах [1]: регистрация акустического шума в трубном пространстве, его последовательные первое преобразование Фурье, логарифмирование и второе преобразование Фурье, определение резонансной частоты шума путем нахождения частоты максимума функции второго преобразования Фурье.
Однако формулы (1) и (2) справедливы в том случае, когда скорости распространения акустической волны каждого резонанса совпадают, или их различиями можно пренебречь. В случае, когда в качестве резонатора выступает затрубное пространство глубокой скважины, общая длина которой может достигать 3-х и более километров, нужно учитывать влияние стенок межтрубного пространства скважины, приводящее к различной скорости распространения акустических составляющих сигнала различной частоты [2].
Влияние стенок межтрубного пространства скважины на скорость звука можно выразить следующим образом [2]:
где:
С - скорость звука в газе затрубного пространства, м/с;
С0 - скорость звука в газе для открытого пространства, м/с;
η - вязкость газа, Па⋅с;
ρ0 - плотность газа, кг/м3;
ƒ - частота, Гц;
а - условный радиус межтрубного пространства скважины, м.
Плотность газа можно выразить как [3]:
где:
Рср - среднее давление по стволу скважины, Па;
Μ - молярная масса газа, кг/моль;
R - газовая постоянная, 8,314 Дж/(K⋅моль);
Тср - средняя температура по стволу скважины, K.
Подставляя (4) в (3) получаем итоговую зависимость скорости распространения акустической волны определенной частоты ƒ в газе в межтрубном пространстве скважины от параметров газа и конструкции скважины, имеющую следующий вид:
Анализируя зависимость (5), учитывая, что частота сигнала ƒ есть величина обратная его периоду Т, который в свою очередь связан со скоростью звука следующим соотношением: можно сделать вывод, что при кепстральном анализе акустического сигнала можно компенсировать влияние стенок межтрубного пространства скважины, приводящее к различной скорости распространения акустических составляющих сигнала различной частоты, изменив значения частот составляющих функции первого преобразования Фурье в соответствии с формулой
где:
Список литературы
1. Патент РФ №2249186, G01F 23/28, опубл. 27.03.2005.
2. Акустика в задачах: Учеб. Рук-во для вузов / Под ред. С.Н. Гурбатова и О.В. Руденко - М.: Наука, Физматлит, 1996. - 336 с.
Claims (10)
- Способ определения уровня жидкости в межтрубном пространстве скважины, включающий регистрацию акустического шума в межтрубном пространстве, его последовательные первое преобразование Фурье, логарифмирование и второе преобразование Фурье, определение резонансной частоты шума путем нахождения частоты максимума функции второго преобразования Фурье, обратная величина которой умножается на скорость звука в газе межтрубного пространства и делится на два, отличающийся тем, что перед логарифмированием функции первого преобразования Фурье значения частот составляющих функции первого преобразования Фурье изменяются в соответствии с формулой
- R – газовая постоянная, 8,314 Дж/(K⋅моль);
- Тср – средняя температура по стволу скважины, K;
- Рср – среднее давление по стволу скважины, Па;
- М – молярная масса газа, кг/моль;
- а – условный радиус межтрубного пространства скважины, м.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2783855C1 true RU2783855C1 (ru) | 2022-11-21 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2804085C1 (ru) * | 2023-01-25 | 2023-09-26 | Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") | Способ определения скорости звука в затрубном пространстве скважины |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2132542C1 (ru) * | 1996-10-31 | 1999-06-27 | Акустический институт имени академика Н.Н.Андреева | Резонансный акустический уровнемер |
RU2262084C1 (ru) * | 2004-02-18 | 2005-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Акустический институт им. акад. Н.Н. Андреева" ФГУП "АКИН" | Резонансный акустический уровнемер |
RU2494248C1 (ru) * | 2012-10-19 | 2013-09-27 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Способ определения уровня жидкости в нефтяной скважине с высокой температурой, добывающей сверхвязкую нефть |
GB2589440A (en) * | 2019-09-12 | 2021-06-02 | Welldata Subsurface Surveillance Systems Ltd | Measurement method and apparatus |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2132542C1 (ru) * | 1996-10-31 | 1999-06-27 | Акустический институт имени академика Н.Н.Андреева | Резонансный акустический уровнемер |
RU2262084C1 (ru) * | 2004-02-18 | 2005-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Акустический институт им. акад. Н.Н. Андреева" ФГУП "АКИН" | Резонансный акустический уровнемер |
RU2494248C1 (ru) * | 2012-10-19 | 2013-09-27 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Способ определения уровня жидкости в нефтяной скважине с высокой температурой, добывающей сверхвязкую нефть |
GB2589440A (en) * | 2019-09-12 | 2021-06-02 | Welldata Subsurface Surveillance Systems Ltd | Measurement method and apparatus |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2804085C1 (ru) * | 2023-01-25 | 2023-09-26 | Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") | Способ определения скорости звука в затрубном пространстве скважины |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4858130A (en) | Estimation of hydraulic fracture geometry from pumping pressure measurements | |
US10487648B2 (en) | Entropy based multiphase flow detection | |
US7624650B2 (en) | Apparatus and method for attenuating acoustic waves propagating within a pipe wall | |
NO343792B1 (no) | Akustisk fluidanalysator | |
RU2011135964A (ru) | Способ и устройство для измерения толщины любого отложения материала на внутренней стенке конструкции | |
AU2018208683A1 (en) | Flow meter configuration and calibration | |
RU2004112559A (ru) | Способ и система для мониторинга заполненных жидкостью областей в среде на основе граничных волн, распространяющися по их поверхностям | |
RU2783855C1 (ru) | Способ определения уровня жидкости в межтрубном пространстве скважины | |
US9933293B2 (en) | Speed-of-sound independent fluid level measurement apparatus and method of use | |
CN106383173A (zh) | 一种水泥声阻抗计算方法和装置 | |
Onorati | Prediction of the acoustical performances of muffling pipe systems by the method of characteristics | |
US10787899B2 (en) | Resonant acoustic structure for measuring well or borehole depth | |
CN110133665A (zh) | 一种超声换能器基于包络线的多普勒测量方法 | |
RU2199005C1 (ru) | Способ диагностики состояния межтрубного пространства нефтяных добывающих скважин и устройство для его осуществления | |
Shin et al. | Identification of acoustic wave propagation in a duct line and its application to detection of impact source location based on signal processing | |
CN114740532B (zh) | 一种水泥声阻抗、泥浆声阻抗的计算方法 | |
RU2382196C1 (ru) | Способ постоянного контроля дебита отдельных нефтяных пластов при многопластовой добыче | |
RU2500888C1 (ru) | Акустический способ определения места перетока флюида в заколонном пространстве скважины | |
CN108661623B (zh) | 一种基于抽油机悬点载荷波动分析的泵功图计算方法和装置 | |
KR100394172B1 (en) | Method for estimating dynamic parameters of structure, making use of morlet wavelet transform | |
Bengisu | Computing the optimum knock sensor locations | |
RU2197679C2 (ru) | Способ определения места утечки жидкости из трубопровода | |
RU2571321C1 (ru) | Способ определения динамического уровня жидкости в затрубном пространстве обводненной газовой скважины | |
RU2152510C1 (ru) | Акустический способ контроля технического состояния электрической центробежной насосной установки | |
RU2717162C1 (ru) | Способ определения физических характеристик однородной среды и ее границ |