Способ измерения уровня жидкости в скважине

 

Изобретение относится к области контроля технологических параметров скважин акустическим методом и может быть использовано при измерении статического и динамического уровня жидкости в нефтяных скважинах. Акустический сигнал формируют в виде последовательности импульсов с заданным количеством импульсов и длительностью их посылки, а интервал времени между прямым и отраженным сигналами определяют как усредненную величину между одноименными импульсами при соответствии прямой и отраженной последовательностей.

Изобретение относится к области контроля технологических параметров скважин акустическим методом и может быть использовано при измерении статического и динамического уровней жидкости в нефтяных скважинах в процессе их разработки и вывода на режим.

Известен способ определения глубины в скважине [1] путем измерения расстояний по скорости и времени распространения двух оптических сигналов, возбуждаемых соответственно с устья скважины и с конца линии связи в глубине скважины.

Недостатками этого способа являются его сложность в технической реализации, ограниченная область применения, в частности, невозможность использования в насосных и газлифтных скважинах ввиду высокого давления газа в затрубном пространстве.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения уровня жидкости в скважине [2], основанный на измерении времени и скорости распространения упругой волны с помощью эхолота, при котором скорость распространения упругой волны определяют на участке между возбудителем и задвижкой затрубного пространства.

Этот способ отличается существенной простотой в технической реализации и широкой областью применения, в том числе в насосных и газлифтных скважинах. Недостатком данного способа является низкая достоверность результатов измерения уровней в нефтяных скважинах с работающим технологическим оборудованием, создающим акустические помехи, шумы и вибрации. Наличие указанных мешающих факторов может привести к ошибочным измерениям уровня жидкости, в частности, при появлении акустических импульсных помех. Условием получения ошибочных измерений уровня жидкости по известному способу является возникновение импульсной помехи в интервале времени между зондирующей упругой акустической волной и ее отражением от границы раздела сред газ-жидкость, когда уровень этой помехи в выделенном для фильтрации полезных сигналов инфранизкочастотном диапазоне превышает порог селекции сигналов, а ее длительность превышает интервал селекции по времени. Причина ошибочных измерений уровня по известному способу заключается в недостаточном количестве отличительных признаков, по которым производят распознавание полезных информационных сигналов. В качестве таких признаков в известном способе используют следующие физические параметры сигналов: диапазон частот, амплитуду и длительность. Но такую же совокупность отличительных признаков могут сформировать и акустические помехи, например, импульсного типа, возникающие при срабатывании обратного клапана в регулирующем давление газа оборудовании, гидродинамических ударах, вибрации и в других случаях.

Целью изобретения является повышение достоверности измерения уровня жидкости в скважине.

Цель достигается тем, что акустический сигнал формируют в виде последовательности импульсов с заданным количеством импульсов и длительностью их посылки, а интервал времени между прямым и отраженным сигналами определяют как усредненную величину между одноименными импульсами при соответствии прямой и отраженной последовательностей.

Реализация предлагаемого способа включает формирование зондирующей акустической импульсной последовательности, преобразование ее в последовательность электрических сигналов, прием отраженной от границы раздела сред последовательности акустических импульсов, преобразование ее в последовательность электрических сигналов, формирование интервалов времени между одноименными электрическими сигналами зондирующей и отраженной последовательностей, определение количества электрических сигналов в отраженной последовательности, определение длительности кодовой комбинации отраженных сигналов, сравнение отраженной последовательности электрических сигналов с зондирующей последовательностью, сравнение длительности кодовой комбинации отраженных сигналов с длительностью зондирующей комбинации электрических сигналов с усреднением сформированных интервалов времени между одноименными импульсами обеих последовательностей.

Способ осуществляют следующим образом.

П р и м е р. В устье скважины последовательность из трех акустических импульсов и двух пауз, длительность которых выбирают одинаковой для простоты реализации способа и с учетом переходных процессов в приемнике акустических сигналов.

При этом в момент времени, соответствующий появлению первого, второго и третьего электрических импульсов, производят фиксацию этих моментов, например, путем их запоминания на трех триггерах. По каждому зафиксированному моменту времени производят формирование трех временных интервалов, например, путем счета импульсов от задающего кварцевого генератора на трех отдельных счетчиках. При появлении первого отраженного импульса производят его анализ по уровню и длительности и в случае их соответствия заданным значениям производят останов первого счетчика, в котором записано число, пропорциональное интервалу времени между первым импульсом зондирующей комбинации и первым импульсом отраженной комбинации.

Одновременно с появлением первого отраженного импульса электрические параметры которого (уровень и длительность) превышают пороговые значения, производят определение длительности кодовой комбинации импульсов, например, с помощью селектора длительности кодовой комбинации, который может быть выполнен в виде интегратора или счетчика импульсов от задающего кварцевого генератора.

При появлении второго и третьего импульсов отраженной последовательности производят аналогичный анализ их по уровню и длительности и в соответствующие моменты времени останавливают второй и третий счетчики. Кроме того, после анализа третьего импульса производят анализ длительности принятой кодовой комбинации по интервалу времени, полученному с помощью селектора длительности кодовой комбинации. Условиями правильного приема отраженной последовательности импульсов, содержащих информацию о глубине скважины, являются следующие: наличие трех последовательных во времени импульсов, уровень и длительность которых превышает пороговые значения, наличие двух пауз между этими импульсами, каждая из которых численно равна длительности импульса, и длительность кодовой комбинации из трех импульсов, лежащая в заданных пределах с учетом определенного допуска, например в пределах 20-25%.

При этом кодовую комбинацию считают принятой правильно и производят усреднение трех полученных интервалов времени, например, путем их сложения с последующим делением на 3.

Вероятность ошибочного измерения уровня по предлагаемому способу будет весьма низкой, так как появление одной или двух акустических помех принципиально не может привести к появлению ошибки, что обусловлено методом анализа принимаемых сигналов по данному способу.

Ошибочное измерение при использовании предлагаемого способа может произойти только при весьма маловероятном случае появления трех акустических помех, длительность каждой из которых численно равна длительности зондирующих импульсов, с двумя одинаковыми паузами между ними, а длительность комбинации из трех акустических помех укладывается в заданный интервал времени, численно равный априорно известной длительности зондирующей комбинации импульсов.

С учетом того, что образование импульсных помех является случайным процессом, вероятность появления трех импульсных помех с одинаковой длительностью, каждая из которых численно равна длительности зондирующего импульса, и одинаковыми интервалами между ними может быть оценена для наихудшего случая произведением трех величин, каждая из которых значительно меньше единицы, а повышение достоверности приема составляет не менее трех порядков для рассматриваемого случая.

Увеличение количества импульсов в зондирующей комбинации позволяет повысить достоверность приема до любого заданного значения за счет усложнения технической реализации способа.

Во всех практических случаях измерения уровня жидкости в скважине достаточно использовать кодовую комбинацию из трех зондирующих импульсов.

Таким образом повышение достоверности измерения уровня жидкости по предлагаемому способу обусловлено введением дополнительных отличительных признаков для распознавания полезных информационных сигналов, в качестве которых используют количество импульсов в кодовой комбинации, расположение их во времени и длительность кодовой комбинации.

Введение указанных дополнительных отличительных признаков позволяет практически полностью исключить недостоверные измерения уровня жидкости в нефтяных скважинах при воздействии акустических помех.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В СКВАЖИНЕ, включающий посылку прямого акустического сигнала, прием отраженного от границы раздела газ-жидкость сигнала, определение интервала времени между прямым и отраженным сигналами, по которому определяют уровень жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности определения уровня, акустический сигнал формируют в виде последовательности импульсов с заданными количеством импульсов и длительностью их посылки, а интервал времени между прямым и отраженным сигналами определяют как усредненную величину между одноименными импульсами при соответствии прямой и отраженной последовательности.