УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ И ПРИЕМА АКУСТИЧЕСКОГО СИГНАЛА ИЗМЕРИТЕЛЯ УРОВНЯ РАЗДЕЛА ФАЗ В СКВАЖИНЕ

Нолезная модель относится к устройствам формирования и приема
акустических сигналов в нефтяных и газовых скважинах и может
использоваться в составе измерителей уровня раздела фаз газ-жидкость, работающих по принципу эхолота.
Известно устройство для формирования зондирующего акустического сигнала измерителя уровня раздела фаз, выполненное в виде пневматического пистолета (см. з-ку на полезную модель № 99120363, кл. G 01 F 23/00). При нажатии на курок пистолета под действием предварительно сжатой пружины происходит быстрое перемещение поршня в стволе, при этом происходит кратковременное сжатие-разрежение воздуха в канале, т.е. формируется зондирующий акустический сигнал, воспринимаемый микрофоном. Данный сигнал со скоростью распространения звука доходит до уровня раздела фаз, отражается от него и возвращается обратно. Уровень жидкости в скважине определяется по времени прохождения акустическим сигналом до уровня раздела фаз газ-жидкость и обратно.
Известное устройство работает только при отсутствии избыточного давления в скважине. Кроме того, при перемещении пружины и поршня внутри ствола пистолета не исключается возможность образования искры, что не позволяет использовать известное устройство в нефтяных скважинах из-за высокой пожароопасности.
Известно другое устройство для измерения уровня жидкости в скважине, состоящее из корпуса и узла формирования акустического сигнала, включающего разъемный корпус, пружину, шариковый клапан, толкатель и рычаг. Между разъемным корпусом и опорным кольцом расположен разделительный поршень, (см авт.свид. СССР № 878917, кл. Е 21 В 47/04, от 1979 г.)
Недостатком устройства является то, что измерение уровня ограничивается скважинами с избыточным давлением газа, т.к. акустический импульс формируется за счет кратковременного выпуска газа из межтрубного пространства при нажатии на рычаг, открывающий шариковый клапан. Кроме того, использование разделительного поршня в устройстве исключает возможность повторного измерения уровня в скважине без перекрытия устья и стравливания давления газа (для возврата разделительного поршня в исходное положение).
Указанные недостатки устранены в устройстве для измерения уровня жидкости в скважине, представляющего собой устройство для формирования и приема акустического сигнала измерителя уровня раздела фаз в скважине, содержащее полый корпус в виде трубки с узлами формирования акустического сигнала как при наличии избыточного давления в скважине, так и при его отсутствии, датчик давления (манометр) и датчик приема акустического сигнала (термофон), связанный с регистратором. Узел формирования акустического сигнала при наличии избыточного давления в скважине выполнен в виде шарикового клапана, присоединенного к ниппелю корпуса, при этом в боку корпуса закреплен манометр. Узел формирования акустического сигнала при отсутствии избыточного давления в скважине представляет собой вакуумную хлопушку, присоединенную к ниппелю корпуса вместо шарикового клапана, и компенсатора, установленного вместо манометра в боку корпуса.
Устройство формирует и принимает акустический сигнал при любом давлении в скважине.
Недостатком известного устройства является трудоемкость при переходе от работы с хлопушкой и компенсатором к работе с шариковым клапаном и манометром и наоборот, поскольку требуется полная замена узлов, их тш;ательная подгонка при установке. При этом устройство имеет сложную конструкцию, большие габариты и вес. К тому же
использование термофона приводит к сложности преобразования
акустического сигнала в электрический.
Предлагаемой полезной моделью решается задача упрощения эксплуатации устройства при работе его как при избыточном давлении в скважине, так и при полном его отсутствии, упрощение конструкции, снижение габаритов и веса и обеспечение безопасности проведения работ.
Дополнительной технической задачей является автоматический замер давления.
Еще одной технической задачей является упрощение преобразования акустического сигнала в электрический.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для формирования и приема акустического сигнала измерителя уровня раздела фаз в скважине, содержащем полый корпус с узлами формирования акустического сигнала при наличии и при отсутствии избыточного давления в скважине, датчик давления и датчик приема акустического сигнала, подключенный к контроллеру, в полости корпуса диаметрально выполнена перегородка, полость под перегородкой сообщена со скважиной, а полость над перегородкой вьшолнена
герметичной, в указанной полости размещены электрические разъемы и провода, в перегородке выполнены сообщенные между собой осевой и радиальный каналы, узел формирования акустического сигнала при наличии избыточного давления в скважине выполнен в виде запорного щтока, связанного через пружинный механизм с рычагом-толкателем, при этом запорный щток размещен в осевом канале перегородки с возможностью перемещения в нем, а узел формирования акустического сигнала при отсутствии избыточного давления выполнен в виде сильфона с переходником для присоединения к входному отверстию радиального канала перегородки, при этом чувствительные элементы датчиков размещены в полости корпуса, сообщенной со скважиной, при этом выходы датчиков подключены к контроллеру сигналов.
Датчик приема отраженного акустического сигнала может быть выполнен в виде пьезодатчика.
Датчик давления может быть выполнен в виде тензодатчика.
Отличительными признаками предлагаемого устройства является выполнение в полом корпусе перегородки с осевым и радиальным каналами, связанными между собой, что позволило узел формирования акустического сигнала при наличии избыточного давления закрепить в корпусе и не снимать его в процессе проведения замеров в скважине при любом давлении в скважине, поскольку при наличии давления появилась возможность сообщить скважинное пространство через осевой канал при опущенном запорном штоке с радиальным каналом и тем самым осуществить формирование акустического сигнала.
Благодаря тому, что чувствительные элементы датчиков давления и приема акустического сигнала размещены в полости корпуса, сообщенной со скважиной, при этом выходы датчиков подключены к
А(
электрическому разъему, обеспечивается автоматическая запись величины давления в скважине и передача данных на контроллер.
При отсутствии давления (автоматическая запись давления идет непрерывно) появилась возможность сформировать акустический сигнал с помощью подключенного на вход радиального канала в перегородке корпуса сильфона нажатием на эластичную сферу.
Использование в качестве датчика давления тензодатчика, а в качестве датчика приема акустического сигнала пьезодатчика позволило уменьшить габариты устройства, автоматизировать процесс замера, повысить точность измерений.
Благодаря тому, что электрические разъемы датчиков размещены в герметичной полости корпуса, обеспечивается безопасность проведения работ устройством.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом, на котором показан продольный разрез устройства.
Устройство для формирования и приема акустического сигнала измерителя уровня раздела фаз в скважине содержит полый корпус 1, в котором выполнена диаметрально перегородка 2, делящая полость корпуса на герметичную полость 3 и полость 4, сообщенную со скважиной. В перегородке 2 выполнены осевой 5 и радиальный 6 каналы, связанные между собой. В корпусе 1 установлен узел 7 формирования акустического сигнала при наличии избыточного давления в скважине, и узел 8 формирования акустического сигнала при отсутствии давления в скважине. Узел 7 содержит запорный шток 9, связанный через пружинный механизм 10с рычагом-толкателем 11, при этом запорный шток 9 размещен в осевом канале 5 перегородки 2 с возможностью перемещения в канале 5. Узел 8 формирования акустического сигнала при отсутствии давления выполнен в виде сильфона, имеющего резиновую сферу 12, мембрану 13 и закрепляется во
входном отверстии радиального канала 6 посредством переходника 14. В полости 4 корпуса 1 размещены чувствительные элементы тензодатчика 15 - датчика давления и пьезодатчика 16 - датчика приема акустического сигнала. Выходы датчиков 15 и 16 размещены в герметичной полости 3 корпуса и через электрический разъем 17 подключены к автоматическому регистратору сигналов - контроллеру (на чертеже не показано).
Работа устройства для формирования и приема акустического сигнала измерителя уровня фаз в скважине осуществляется следующим образом. Устанавливают устройство на устьевой фланец газового отвода скважины. Открывают газовую задвижку. Устройство с помощью тензодатчика 15 автоматически измеряет давление в скважине и передает электрический сигнал на контроллер.
При наличии давления в затрубном пространстве скважины кратковременным нажатием на рычаг-толкатель 11 перемещением запорного штока 9 в канале 5 производят выпуск газа через осевой 5 и радиальный 6 каналы, сформировав таким образом акустический сигнал, который воспринимается чувствительным элементом пьезодатчика 16. Пьезодатчик 16 преобразует акустический сигнал в электрический и передает его на контроллер. Акустический сигнал отражается в скважине от раздела фаз газ-жидкость и возвращается к устью скважины, где в полости 4 воспринимается чувствительным элементом пьезодатчика 16, преобразуя его в электрический сигнал, который передается на контроллер.
При отсутствии давления в затрубном пространстве скважины к входному отверстию канала 6 через переходник 14 присоединяют сильфон. Нажимают рычаг-толкатель 11, сжимают резиновую сферу 12, сформировав таким образом акустический сигнал, который через радиальный 6, осевой 5 каналы поступает в полость 4 корпуса, где
принимается пьезодатчиком 16 и передается после преобразования в электрический сигнал на контроллер. Сформированный таким образом акустический сигнал отражается от раздела фаз газ-жидкость в скважине и возвращается в полость 4 устройства, где принимается пьезодатчиком 16 и после преобразования в электрический сигнал передается на контроллер.
Предлагаемое устройство прошло испытания и показало высокую точность измерений (точность составила до 5 м), надежность,
безопасность, удобно в эксплуатации, имеет небольшие габаритные
размеры и вес. Устройство позволяет проводить исследования как артезианских, так и нефтяных скважин, как с наличием избыточного давления, так и без него. Устройство может работать как в ручном режиме формирования акустических импульсов, так и автоматическом, при использовании электрического с рычагом-толкателем 11.
5 сентября 2000 г.