эхолот для измерения уровня жидкости в скважине

Формула изобретения

Эхолот для измерения уровня жидкости в скважине, содержащий корпус, к которому присоединена переходная муфта, подсоединяемая к устьевому ниппелю обсадной трубы, генератор акустических сигналов, включающий в себя ресивер, одним концом соединенный с корпусом, электромагнитный клапан, присоединенный к корпусу, и систему создания избыточного давления, устройство приема акустических сигналов, содержащее микрофон, датчик давления, датчик температуры и блок управления, отличающийся тем, что система создания избыточного давления выполнена в виде мини-компрессора, электрически выполненного по соленоидному типу и установленного на корпусе в плоскости, перпендикулярной продольной оси ресивера, с возможностью использования затрубного газа без внешнего выброса его в атмосферу, другой конец ресивера заглушен микрофоном, основание устройства приема акустических сигналов смонтировано на корпусе в плоскости, перпендикулярной продольной оси мини-компрессора, датчик давления установлен в корпусе с возможностью измерения статических и динамических давлений в зоне сообщения затрубья и ресивера, датчик температуры смонтирован в теле корпуса с возможностью участия в процессе подогрева эхолота, осуществляющегося поочередным включением катушек указанных электромагнитного клапана и мини-компрессора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области контроля уровня жидкости в скважине акустическим методом и может быть использовано для автоматизации процесса добычи нефти.

В процессе эксплуатации нефтяной скважины необходимо измерение уровня жидкости в скважине. От своевременного измерения уровня жидкости зависит срок вывода скважины на режим эксплуатации и безотказность работы насосного оборудования.

Известно устройство для измерения уровня жидкости в скважине, содержащее трубку, термофон, диффузор и клапан, компенсатор с предохранительным клапаном, вакуумный поршневой насос с полым штоком, с установленной внутри штока штангой, соединенной с золотником. При этом компенсатор с предохранительным клапаном в устройстве установлен на трубке выше диффузора, а вакуумный насос - ниже диффузора (см. описание изобретения к а.с. СССР N 827768 М. кл³ E 21 В 47/04).

Недостатками известного устройства являются выброс газа из затрубного пространства в атмосферу при формировании акустического сигнала, что недопустимо по технике безопасности и экологически вредно, и нарушение режима работы установок, обусловленное изменением уровня жидкости в скважине при стравливании газа в атмосферу.

Указанные недостатки ограничивают область применения устройства.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является эхолот для измерения уровня жидкости в скважине (см. патент США US N4934186 А, кл. E 21 В 47/00, опубл. 19.06.1990, с. 9).

Эхолот содержит последовательно соединенные акустический преобразователь, усилитель, фильтр, самописец. Кроме того, эхолот содержит конструктивно связанные с акустическим преобразователем генератор акустических сигналов, стрелочный манометр и датчик давления.

В качестве акустического преобразователя использован микрофон, а в качестве генератора акустических сигналов - газовый пистолет, состоящий из ресивера с выпускным клапаном. Выпускной клапан быстро открывается, когда курок спущен. Это создает импульс давления. Импульс давления подается от устьевого устройства, которое подсоединено к арматуре затрубья на поверхности, и устремляется по газу затрубья вниз. Микрофон преобразует импульс давления в электрический сигнал, который усиливается, фильтруется и выдается на печать для дальнейшей обработки данных измерения.

К недостаткам такого прибора следует отнести использование в качестве генератора акустических сигналов ресивера с выпускным клапаном, что обуславливает необходимость порционного впрыска в затрубное пространство скважины сжатого инертного газа, баллоны с которым необходимо постоянно заряжать из-за ограниченного объема. Кроме того, управление, съем и обработка информации производятся при непосредственном участии оператора.

Указанные недостатки ограничивают область применения прибора.

Задачей изобретения является использование газовой среды исследуемых объемов без внешнего выброса газа в атмосферу, независимо от величины затрубного давления и проведение процесса измерения уровня жидкости в скважине в автономно-автоматическом режиме.

Поставленная задача решается за счет того, что в эхолоте для измерения уровня жидкости в скважине, содержащем корпус, к которому присоединена переходная муфта, подсоединяемая к устьевому ниппелю обсадной трубы, генератор акустических сигналов, включающий в себя ресивер, одним концом соединенный с корпусом, электромагнитный клапан, присоединенный к корпусу, и систему создания избыточного давления, микрофон и датчик давления устройства приема акустических сигналов, согласно изобретению устройство приема акустических сигналов также снабжено датчиком температуры и блоком управления, а система создания избыточного давления выполнена в виде мини-компрессора, использующего затрубный газ без внешнего выброса его в атмосферу и установленного на корпусе в плоскости, перпендикулярной продольной оси ресивера, другой конец которого заглушен микрофоном, при этом датчик давления, измеряющий статическое и динамическое давления в зоне затрубья и ресивера, установлен в корпусе, а датчик температуры, участвующий в процессе подогрева эхолота посредством катушек указанных электромагнитного клапана и мини-компрессора поочередным включением последних, смонтирован в теле корпуса, причем основание устройства приема акустических сигналов смонтировано на корпусе в плоскости, перпендикулярной продольной оси мини-компрессора.

Новизна заявляемого технического решения по сравнению с известными устройствами состоит в том, что устройство приема акустических сигналов эхолота, включающее микрофон и датчик давления, снабжено также датчиком температуры и блоком управления.

Новым в заявляемом техническом решении является также то, что система создания избыточного давления, которая входит в состав генератора акустических сигналов, выполнена в виде мини-компрессора, установленного на корпусе в плоскости, перпендикулярной продольной оси ресивера, другой конец которого заглушен микрофоном.

Сопоставительный анализ показал, что в ближайшем аналоге также установлен датчик давления, измеряющий статическое давление.

Датчик давления в заявляемом техническом решении отслеживает величины статического и динамического давлений в зоне сообщения затрубья и ресивера, отличается от известного по выполняемым функциям и поэтому его функциональное назначение отнесено к отличительному признаку.

Использование в эхолоте устройства приема акустических сигналов позволяет включить блок управления эхолотом, обеспечить нормальную температуру деталей и модулей, составляющих эхолот, при помощи датчика температуры, участвующего в отслеживании процесса подогрева посредством катушек электромагнитного клапана и мини-компрессор поочередным включением последних.

Использование мини-компрессора позволяет для создания упругой акустической волны использовать газовую среду исследуемого объема без внешнего выброса газа в атмосферу независимо от величины затрубного давления.

При исследовании заявляемого объекта изобретения в технической, патентной и научно-технической литературе не обнаружена указанная совокупность признаков.

Это позволяет сделать вывод о том, что эта совокупность признаков не очевидна для специалистов в данной области техники.

Использование признаков заявляемой совокупности дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, заявляемое техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Заявляемое техническое решение промышленно применимо, так как может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

на фиг. 1 изображен общий вид эхолота;

на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Эхолот представляет стальную сборно-модульную конструкцию, состоящую из корпуса 1, к которому присоединена переходная муфта 2, подсоединяемая к устьевому ниппелю обсадной трубы, ресивера 3, мини-компрессора 4, электромагнитного клапана 5, блока управления 6, вентиля 7.

Корпус 1 является главным несущим элементом эхолота для общей сборки всех модулей на и в своем теле. Основание 8 устройства приема акустических сигналов и ресивер 3 приварены к корпусу 1 сплошным герметичным швом 9. Остальные модули крепятся резьбовыми и винтовыми соединениями с целью взаимозаменяемости однотипных модулей, упрощения обслуживания и ремонта.

Ресивер 3 одним концом приварен к корпусу 1, противоположный конец заглушен микрофоном 10 и защитной крышкой 11.

Мини-компрессор 4 установлен на корпусе 1 с помощью болтов 12 в плоскости, перпендикулярной продольной оси ресивера 3. Мини-компрессор 4 зажимает в теле корпуса 1 через втулку магнитопровода 13, рабочий цилиндр 14, в котором установлен поршень 15, соединенный с якорем 16, подпружиненный при помощи пружины 17 и работающий в пределах упорных буферов 18. Направляющая 19 смонтирована в верхней части мини-компрессора 4 и обеспечивает соосность перемещения якоря 16 в катушке 20 и скольжение поршня 15 в цилиндре 14.

Электрически конструкция мини-компрессора 4 выполнена по соленоидному типу и работает в возвратно-поступательном режиме.

Электромагнитный клапан 5 прикреплен к корпусу 1 болтами 21. Защитный колпачок 22 и седло 23 через кольцо-магнитопровод 24 прижаты электромагнитным клапаном 5, при этом седло 23 запирает клапан 25 с якорем 26 усилием пружины 27. В катушке клапана 28 вплотную к защитному колпачку 22 установлен сердечник 29.

Электрически конструкция электромагнитного клапана 5 выполнена по соленоидному типу и работает на втягивание якоря 26, прикрепленного к клапану 25. В составе устройства приема акустических сигналов использованы пьезоэлектрический микрофон 10, датчик давления 30, датчик температуры 31, блок управления 6.

Для принудительного стравливания газа и конденсата из ресивера 3 в моменты демонтажа устройства со скважины в нижней части корпуса 1 установлен игольчатый вентиль 7.

Переходная муфта 2 изготавливается с заданным резьбовым или фланцевым типом исполнения в зависимости от вида патрубка на устье скважины и фиксируется на корпусе 1 с помощью планки 32 болтами 33. Для работы в условиях низких температур эхолот снабжен теплозащитным чехлом (на чертеже не показано).

Эхолот работает следующим образом. После установки и подключения автоматического эхолота на устьевом оборудовании скважины он готов к работе. Для запуска в режим эхометрирования необходимо открыть устьевую задвижку, связывающую внутренний объем устройства с затрубным пространством скважины, и включить блок управления 6. Газ заполнит весь внутренний объем эхолота. Исходное состояние электромагнитного клапана 5 "закрыт". Датчик температуры 31 производит обмер температуры тела устройства, и, если температура ниже 0 градусов, то поочередным включением катушек 20, 28 происходит подогрев эхолота до этой величины. При положительных температурах функция подогрева не отрабатывается. После фиксации начальной величины давления датчиком 30 включается в работу мини-компрессор 4. Возвратно-поступательным втягиванием якоря 16 в катушку 20 поршень 15 проталкивает через цилиндр 14 порции газа в резервуар ресивера 3. Создается перепад давлений в ресивере от затрубного. При достижении заданной величины перепада в 1.5 - 2.0 кгс/см², зафиксированной датчиком давления 30, работа мини-компрессора прекращается. Далее включается катушка электромагнитного клапана 28 и сердечник 26, втягиваясь в нее, открывает клапан 25. Избыток давления в ресивере 3, выбрасываясь в затрубное пространство, создает зондирующую акустическую волну в газовой среде, начало которой и отклик от раздела сред газ-жидкость фиксирует пьезоэлектрический микрофон 10. По времени прохождения акустической волны в газовой среде определяется расстояние от устья скважины до границы раздела сред газ-жидкость с учетом давления газовой среды, определяющей скорость распространения звуковой волны.

Полученное расстояние определяется как произведение 1/2 времени прохождения звукового сигнала до раздела фаз газ-жидкость и обратно на скорость прохождения звукового сигнала, взятую из таблицы зависимости скорости звука от затрубного давления и состава газа (см. таблицу по Татарстану).

S=t/2V,

где S- глубина,

t - время прохождения сигнала от устья и обратно,

V - скорость, взятая из таблицы.

Зависимость скорости звука от затрубного давления и состава газа определена для каждого нефтяного региона России и стран СНГ и приведена в соответствующих таблицах, которыми располагают территориальные НГДУ (нефтегазодобывающие управления).

Использование заявляемого эхолота позволит, учитывая результаты измерения, автономно управлять процессом работы насосного оборудования, а также для телеметрии в глобальных системах управления и сбора информации.