§ 3. Пьезометрические уровнемеры

Пьезометрический метод измерения уровня основан на измере­нии высоты столба жидкости по давлению, которое создает этот столб. В этом случае уровень жидкости можно определить подклю­чением манометра к нижней отметке емкости, продувкой воздуха или при помощи .дифференциального манометра.

При измерении уровня продувкой воздуха в резервуар опуска­ют на фиксированное расстояние трубку. Расстояние от свободного конца ее до дна резервуара должно быть не менее 75 мм. Через трубку прокачивают воздух, который, выходя из свободного конца ее пузырьками, препятствует поступлению жидкости в трубку.

Давление воздуха, прокачиваемого по трубке, всегда будет рав­но гидростатическому давлению столба жидкости:

р=Hρg,

где Н—высота столба жидкости над обрезом трубки; ρ — плотность жидкости; g—ускорение свободного падения.

П

ри этом способе измерения уровня жидкости необходимо сле­дить, чтобы расход воздуха, протекающего по импульсной трубке, был в пределах 50—100 см³/мин. При продувке большего количе­ства воздуха результат измерения будет искажаться потерей напора на сопротивление его движению. При продувке меньшего объема воздуха напор, создаваемый им, будет недостаточным и изменение его, следую­щее за изменением уровня жидкости, бу­дет происходить с запаздыванием.

Этот метод был использован в раз­работанной институтом «Нефтехимавтомат» системе типа «Радиус» для измере­ния массы нефти и нефтепродуктов в ре­зервуарах.

Схема измерения показана на рис. 8.3. Установка состоит из импульсной трубки 2, опускаемой в резервуар с при­емником 1 на конце, линии питания 4, по которой прокачивается воздух, дрос­селя 5 и весомера 3. Приемник 1 предназначен для уменьшения пульсации давления воздуха при выходе пузырьков и представляет собой полый замкнутый цилиндр с гори­зонтальными щелями. Дроссель 5 предназначен для ограничения подачи воздуха в заданных пределах.

Если в импульсную трубку 2 подать сжатый воздух, то в ней установится давление, равное гидростатическому давлению столба жидкости на уровне расположения щели в приемнике. Массу жид­кости в резервуаре можно определить по формуле

где p=ρgH—гидростатическое давление столба жидкости в резер­вуаре; Fcp(H) — средняя площадь резервуара при данном заполне­нии уровня Н

где Vн— объем резервуара, ограниченный высотой Н; F (h)—зави­симость поперечного сечения резервуара от высоты (определяется по калибровочным таблицам). Весомер представляет собой грузо-поршневой манометр, обеспечивающий силовую компенсацию веса столба жидкости (давления) в резервуаре. К одному весомеру мож­но подключить до 20 датчиков, установленных на резервуарах. Дли­на пневмолинии может достигать 300 м.

§ 4. Измерение 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.

Поплавковый (погружной) компенсационный пьезограф. Прибор предназначен для измерения изменений уров­ня в скважине. Устройство разработанного ВНИИКАнефтегазом компенсационного пьезографа показано на рис. 8.4. Прибор опуска­ют в пьезометрическую скважину под уровень жидкости на опреде­ленную глубину Н.

При этом на чувствительный элемент пьезографа — сильфон 12— будет действовать давление, создаваемое весом столба жидкости:

где Но—уровень жидкости над сильфоном; ρ—плотность жидкости.

Сильфон 12, сжимаясь под действием статического давления, включит контакт нуль-органа 9, 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 3. Барабан приводится во вращение часовым механизмом 1. При компенсации пружиной 8 давления нуль-орган разомкнет цепь питания двигателя 6 и по­следний остановится.

При изменении уровня жидкости до Hi давление изменится и нуль-орган, связанный с сильфоном, опять включит двигатель, ко­торый через винт 7 будет сжимать пружину 8 до компенсации нового давления:

Поскольку плотность жидкости в процессе измерения не меняет­ся, изменение давления будет пропорционально изменению уровня. Если из (8.4) вычесть (8.3), получим

Приемная камера 10 сообщается с внешней средой через отвер­стие 11.