Изобретение относится к устройствам для измерения уровня жидкости в скважине. Задачей изобретения является измерение с использованием газовой среды измеряемых объектов без внешнего выброса газа в атмосферу. Эхолот содержит корпус (К), к которому присоединена переходная муфта для подсоединения к устьевому ниппелю обсадной трубы, устройство приема акустических сигналов (УПАС) и генератор акустических сигналов. УПАС содержит микрофон, датчик давления, датчик температуры и блок управления. Генератор акустических сигналов включает в себя ресивер, электромагнитный клапан, присоединенный к К, и систему создания избыточного давления. Один конец ресивера соединен, а другой заглушен микрофоном. Система создания избыточного давления выполнена в виде мини-компрессора (МКП), электрически выполненного по соленоидному типу. МКП установлен на К плоскости, перпендикулярной продольной оси ресивера, с возможностью использования затрубного газа без внешнего выброса его в атмосферу. Основание УПАС смонтировано на К в плоскости, перпендикулярной продольной оси МКП. Датчик давления установлен в К с возможностью измерения статических и динамических давлений в зоне сообщения затрубья и ресивера. Датчик температуры смонтирован в теле К с возможностью участия в процессе подогрева эхолота. Подогрев эхолота осуществляется поочередным включением катушек электромагнитного клапана и МКП. 2 ил., 1 табл.
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).
V, 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.
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.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Республик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10.06.75 (21) 2147490, 03 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Дата опубликования описания 01.09.77 (51) М. Кл. Е 21В 47, 04
G 01F 23/00
Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 556.343(088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель
В. Б. Аранович и Л. H. Руднев
Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции, ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Г. В. Плеханова (54) ЭХОЛОТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ СКВАЖИН
Изобретение относится к звуколокационной технике, в частности к устройствам для измерения расстояний в газовой среде, а более конкретно для измерения глубины взрывных скважин в горнодобывающей промышленности.
Известен эхолот, предназначенный для измерения расстояний в газовой среде, содер?кащий генератор, коммутирующие устройства, электроакустический преобразователь, усилитель и регистратор измеряемых расстояний (1).
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является эхолот для измерения глубины сква?кин, включающий электрическую схему, приемоизлучающее,устройство и индикатор (2).
Однако схема прибора и индикатор такого эхолота позволяют фиксировать только одно измеряемое расстояние, а приемоизлучающее устройство не позволяет измерять глубину скважин различного диаметра непосредственно от их устья. Кроме того, данный эхолот не обеспечивает точность измерения расстояния, так как не учитывает фактической скорости звука, которая меняется в зависимости от температуры, влажности и других параметров шахтной атмосферы, что отрицательно сказывается на производительности и точности измерений.
Целью изобретения является повышение производительности и точности измерений в сква?кинах .различного диаметра.
Это достигается тем, что приемоизлучающее
5 устройство выполнено в виде полой усеченной конусной насадки с наружным упорным кольll 0 M i i ? i o B I i?K H bI M H р е Й к а ми, D o c H o !3 a I I I! i которой на базовом расстоянии от внутреннего кольцевого выступа насадки, кратном цене
10 деления отсчетной шкалы индикатора, установлен электроакустический преобразователь, причем индикатор выполнен проблесковым с вращающимся диском, имеющим коллимационную шсль с утолщением.
15 На фиг. 1 представлена схема предлагаемого эхолота; на фиг. 2 — схема работы эхолота при измерении глубины скважины; на фиг. 3 — кинематическая схема проблескового индикатора; на фиг. 4 — отсчетная круго20 вая шкала индикатора.
Эхолот включает проблесковый индикатор
1, генератор 2, коммутатор 3, соединенный с
2 ii 3 e!i pon ii = j . i !ecicmi преооразователсм 4, l ñè”,èòåëü 5, кон, сную насад25 ку б, имеющую внут”,еннпй кольцевой калпб розочнь и HLIcTi II 7 H Hi .p жное I lорпое Ko Ibцо 8 с подвижнымц отсчстнымп рсй амн 9, которая уcTàíoâëå:ÿ в устье скважины 10. В основании коцусной насадки помещен элсктго30 акустический преобразователь 4. Упорное
55 кольцо 8 с рейками 9 крепйтся на насадке с помощью фиксатора 11. Эластичное покрытие
12 обеспечивает плотный контакт конусной насадки с устьем скважиы. Генератор, коммутатор, усилитель и блок питания, составляющие электрическую схему, устройства, помещены в контейнер 13, связь между которым и элекпроакустическим преобразователем осуществляется кабелем 14.
На валу 15 электродвигателя с корректором показаний 16 имеются контактные кольца
17 и 18, которые через токосъемники 19 и 20 и подводящие провода 21 соединяются соответственно со входом генератора и выходом усилителя. На конце того же вала закреплен диск 22, имеющий утолщение с коллимационной щелью 23 и индикаторной неоновой лампочкой 24. Все перечисленные узлы помещены в кожух 25, в торце которого находится прозрачная отсчетная круговая шкала 26 с делениями. Коллимационная щель 23 представляет собой про резь в утолщении диска 22.
По внешней окружности шкалы 26 нанесены деления 27, число которых соответствует наибольшему значению глубины измеряемых скважин. Нулевой импульс 28 показывает начало отсчета, калибровочный импульс 29 — базовое расстояние и импульс 30 — измеряемое расстояние.
Буквой Н обозначена определяемая глубина скважины, L — измеряемое эхолотом расстояние между электроакустическим преобразователем и забоем скважины r — измеряемое эхолотом базовое расстояние, 1 — расстояние от электроакустического преобразователя до устья скважины (домер).
Работает эхолот следующим образом.
Конусную насадку 6 устанавливают в .устье скважины и по рейке 9 определяют домер l.
Включают рабочий режим эхолота, при котором происходит непрерывное вращение д иска
22 с неоновой лампочкой 24, В момент прохождения коллимационной щели 23 через начало отсчета шкалы 26 замыкается контакт кольца 18 с токосъемником 20 и происходит запуск генератора 2, который через коммутатор 3 подает электрический импульс на электроакустический преобразователь 4. Электрический импульс преобразуется в акустический, последний, распространяясь в среде, сначала отражается от кольцевого калибровочного выступа, а затем от забоя скважины с расстояния L. Отраженные импульсы, пройдя через коммутатор 3 и усилитель 5, поступают на токосъемник 19 и контактное кольцо 17 и вызывают вспышку неоновой лампочки 24. Корректором показаний 16, который представляет собой встроенный в электродвигатель центробежный регулятор скорости вращения, изменяют скорость вращения диска 22 до совмещения калибровочного импульса 29 с первым или кратным делением шкалы 26. Равенство калибровочного отсчета шкалы базовому расстоянию означает соответствие скорости вращения диска 22 фактической скорости распространения звука в данной среде. После калибровки берут отсчет по импульсу 30, т. е. определяют расстояние L от электроакустического преобразователя до забоя скважины.
Отсчеты по шкале 26 практически не имеют ошибок параллакса благодаря коллимационной щели, глубина кото рой равна величине утолщения диска. Искомая глубина скважины
Предлагаемый эхолот позволяет измерять скважины любого из существующих диаметров с высокой производительностью и точностью. Время измерения веера из шестнадцати скважин составляет 2 — 7 мин, что означает повышение производительности замеров в среднем в 8 — 10 раз в сравнении с ранее применявшимися средствами мак ршейдерского контроля взрывных скважин.
Эхолот для измерения глубины скважин, включающий электрическую схему, приемоизлучающее устройство и индикатор, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности и точности измерений в скважинах различного диаметра, приемоизлучающее устройство выполнено в виде полой усеченной конусной насадки с наружным упорным кольцом и подвижными рейками, в основании которой на базовом расстоянии от внутреннего кольцевого выступа насадки, кратном цене деления отсчетной шкалы индикатора, установлен электроакустический преобразователь, причем индикатор выполнен проблесковым с вращающимся диском, имеющим коллимационную щель с утолщением.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Колесников И. К. Основы гидроакустики и гидроакустические станции. Л., «Судостроение», 1970, с. 306.
2. Авторское свидетельство № 340900, кл. G
01F 23/00, 1973.
ЭХОЛОТ АВТОМАТИЧЕСКИЙ “АВТОН”
Эхолот автоматический “Автон” предназначен для автоматического измерения статического/динамического уровня скважинных и технологических жидкостей в процессах бурения, эксплуатации, ремонта и глушения скважин.
Эхолот автоматический может применяться в рамках работ по регистрации кривой восстановления уровня (КВУ) и выводе скважины на режим. Используется совместно с блоками регистрации Автон-Профи и Автон-Мобил.
Также эхолот автоматический может применяться в системах мониторинга параметров скважин совместно с радиоинтерфейсами или шлюзами “Автон”, обеспечивая оперативную передачу данных в систему верхнего уровня по беспроводным радиоканалам. Для разных случаев применения выпускаются модификации с батарейным, аккумуляторным или внешним питанием эхолота автоматического.
Преимущества ЭХОЛОТОВ АВТОМАТИЧЕСКИХ “Автон”
Для применения в различных технологических процесса эхолоты автоматические “Автон” выпускаются в модификациях:
- базовая модификация с аккумуляторным питанием
- модификация с передачей данных по RS485 и постоянным внешним питанием
- модификация с передачей данных по GPRS и аккумуляторным питанием
- модификация с батарейным питанием.
Эхолот автоматический с аккумуляторным питанием
Модификация с передачей данных по RS485 и постоянным внешним питанием
Модификация с передачей данных по GPRS
Модификация с батарейным питанием
Технические характеристики
РАДИОИНТЕРФЕЙС
Предназначен для обеспечения обмена данными между беспроводными датчиками «Автон» и системами автоматизации, использующими интерфейс RS-485 и протокол Modbus.
ТЕРМОМАНОМЕТР
Термоманометр “Автон” предназначен для измерения давления и температуры в жидкости и газе.
БЛОК РЕГИСТРАЦИИ ПРОФИ
Предназначен для настройки параметров измерения, считывания результатов измерений из датчиков «Автон», передачи результатов в информационную систему.
БЛОК РЕГИСТРАЦИИ МОБИЛ
Предназначен для измерения статического/динамического уровня жидкости в нефтяных, газовых и газоконденсатных скважинах. Эхолот «Автон» может применяться при регистрации кривой восстановления уровня (КВУ) и выводе скважины на режим.
Применяется в комплексах «Автон Уровень»«Автон Уровень ШГН»
Качество получаемых данных
- Высокочувствительный микрофон и эффективный алгоритм распознавания отклика обеспечивают определение уровня жидкости в сложных условиях
- Высокая чувствительность и стабильность измерений давления в диапазоне рабочих температур
Удобство в эксплуатации
- Отсутствие кабеля связи и разъемов – передача данных и управление датчиком производится по помехозащищенному радиоканалу
- Высокая энергоэффективность эхолота делает возможной работу без подзарядки в течение месяца
- Малые габариты и масса датчика
- Конструкция микрофона гарантирует его стойкость к сбросу высоких давлений
- Клапан и другие детали, контактирующие с агрессивной средой, выполнены из нержавеющей стали
- Специальная аккумуляторная батарея эхолота рассчитана на работу при – 40°С
- Высокая надежность благодаря отсутствию кнопок, интерфейсных разъемов и кабелей
