Тема 23. Приборы для измерения уровня жидкости в скважинах.

Приборы для измерения уровня в скважинах называют пьезографами. Уровень измеряют в глубиннонасосных и пьезометриче­ских скважинах. Пьезометрические скважины представляют собой скважины, проведенные на эксплуатирующийся пласт, находящиеся за контуром нефтеносности и предназначенные для измерения в них уровня с целью контроля пластового давления.

Приборы для измерения уровня в скважинах применяют для ре­шения следующих задач:

1) определения изменения пластового давления с целью контроля тенденции его изменения и определения таким образом эффективно­сти мер поддержания пластовых давлений;

2) определения забойных давлений в глубиннонасосных скважинах с целью выбора режима эксплуатации и технической характеристики необходимого эксплуа­тационного оборудования;

3) исследования скважин методами про­слеживания уровня и пробных откачек.

По принципу действия существующие устройства для измерения уровня в скважинах можно разделить на поплавковые (погружные) и акустические.

1. Поплавковый компенсационный пьезограф

Поплавковый (погружной) компенсационный пьезограф. Прибор предназначен для измерения изменений уров­ня в скважине. Устройство компенсационного пьезографа показано на рис. 1. Прибор опускают в пьезометрическую скважину под уровень жидкости на опреде­ленную глубину.

Рис. 1. Погружной компенсационный пьезограф

При этом на чувствительный элемент пьезографа — сильфон ­будет действовать давление, создаваемое весом столба жидкости.

Сильфон 12, сжимаясь под действием статического давления, включит контакт нуль-органа Р, и двигатель 6 будет вращаться. Двигатель имеет два выходных вала. Нижний выходной вал, вращая винт 7, будет сжимать пружину 8 до тех пор, пока усилие ее не бу­дет достаточным для компенсации давления, испытываемого сильфоном. Верхний выходной вал двигателя будет вращать ходовой винт 2, который, перемещая гайку 5 с закрепленным на ней держа­телем с пером 4, обеспечит запись компенсационного усилия на диаграммном бланке, вставленном в барабан 5. Барабан приводится во вращение часовым механизмом 1. При компенсации пружиной 8 давления нуль-орган разомкнет цепь питания двигателя 6 и по­следний остановится. Приемная камера 10 сообщается с внешней средой через отвер­стие 11.

2. Акустический метод измерения уровня в скважинах

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.