Устройство для измерения уровня жидкости в скважине и границы раздела двух жидкостей с различной плотностью

 

Использование: изобретение относится к технике для геофизических исследований скважин и может быть использовано в системах управления технологическим процессом нефтедобычи. Технический результат: расширение функциональных возможностей и повышение надежности. Сущность изобретения: в устройстве для измерения уровня жидкости в скважине и границы раздела двух жидкостей с различной плотностью, содержащем измерительную цепь в виде набора резисторов, контактных датчиков и регистрирующего устройства, резисторы подключены последовательно, каждый резистор соединен с контактным датчиком, выполненным в виде кюветы из электроизоляционного материала с двумя полостями, на дне которых размещены металлические электроды, в полости кювет залит электролит, а верхний и нижний концы устройства снабжены индикаторами уровня, выполненными в виде поплавков с постоянными магнитами и герконов. 3 ил.

Изобретение относится к технике для геофизических исследований скважин и позволяет повысить надежность работы устройства.

Известен индикатор уровня жидкости в скважине, содержащий корпус, поплавок с постоянным магнитом и геркон, замыкающийся при воздействии магнита, поднятого поплавком, взаимодействующим с жидкостью в скважине [А. с. СССР №859615, кл. Е 21 В 47/04, 1981. Индикатор уровня жидкости в скважине].

Недостатком известного устройства являются недостаточно широкие функциональные возможности, не позволяющие определять границу раздела двух несмешивающихся жидкостей.

Известен также скважинный уровнемер, содержащий корпус с мерным кабелем и двумя электродами, замыкающимися через скважинную жидкость, а также индикатором уровня в виде поплавка [А. с. СССР №836345, кл. Е 21 В 47/04, 1981. Скважинный уровнемер].

Недостатком этого устройства является его недостаточная надежность, связанная с тем, что электроды контактного преобразователя при контакте с нефтью покрываются коллоидными частицами, имеющими весьма высокую адгезию. После этого, попадая в водную среду, электроды, покрытые пленкой нефти, не выполняют свою функцию.

Наиболее близким к заявленному устройству по конструкции и функциональным возможностям является скважинный уровнемер, содержащий измерительную цепь в виде набора резисторов, контактных площадок и регистрирующего устройства [А. с. СССР №1154447, кл. Е 21 В 47/04, 1985. Скважинный уровнемер].

Недостатком этого устройства, принятого в качестве прототипа, являются его недостаточные функциональные возможности, не позволяющие определять границу раздела воды и нефти, а также измерять уровни неэлектропроводных жидкостей.

Задача - расширение функциональных возможностей и повышение надежности.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения уровня жидкости в скважине и границы раздела двух жидкостей с различной плотностью, содержащем измерительную цепь в виде набора резисторов, контактных датчиков и регистрирующего устройства, резисторы подключены последовательно, каждый резистор соединен с контактным датчиком, выполненным в виде кюветы из электроизоляционного материала с двумя полостями, на дне которых размещены металлические электроды, в полости кювет залит электролит, а верхний и нижний концы устройства снабжены индикаторами уровня, выполненными в виде поплавков с постоянными магнитами и герконов.

Существо изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен общий вид устройства.

На фиг.2 показана принципиальная электросхема устройства.

На фиг.3 даны графики выходного напряжения устройства.

В корпусе 1 (фиг.1), выполненном из диэлектрического материала, размещены верхний 2 и нижний 3 индикаторы уровня жидкости, содержащие герконы 4 и 5, поплавки 6 и 7 с постоянными магнитами 8 и 9. Вдоль корпуса размещены контактные датчики 10, состоящие из кюветы 11 с двумя полостями, в каждой из которых размещены металлические электроды 12 и залит электролит, в качестве которого используется 10%-ный раствор NaCl. В теле корпуса 1 размещены диод 13 и резисторы 14. Устройство соединено с наземным оборудованием с помощью двухпроводного каротажного кабеля 15.

Электрическая схема устройства содержит резистор R₁, верхний геркон Гк₁ и соединенный параллельно с ним диод Д. Последовательно с ними соединены резисторы R₁-R_n. Каждый из резисторов соединен с одним из контактных датчиков К_Д1-К_Дn, вторые контакты датчиков К_д соединены между собой и через нижний геркон Гк₂ - с кабелем, подключенным к регистрирующему устройству РУ.

Устройство работает следующим образом.

На кабеле 15 устройство опускается в затрубное пространство продуктовой скважины. Через кабель 15 в схему устройства подается переменное напряжение ~U_вx. В начальный момент герконы Гк₁ и Гк₂ разомкнуты, на выходе устройства сигнал отсутствует. При достижении устройством уровня жидкости поплавок 7 с магнитом 9 всплывает и геркон 5 замыкается (фиг.1). При дальнейшем спуске устройство проходит через слой нефти и достигает уровня воды. При погружении контактных датчиков 10 в воду слой нефти, покрывающий кюветы 11, всплывает, его место занимает вода, которая замыкает цепь резистора R_n (фиг.2). При дальнейшем спуске устройства последовательно замыкаются цепи резисторов R_n-1-R₁ через контактные датчики Кд. При этом общее сопротивление цепи резисторов ступенчато уменьшается, а выходное напряжение U_вых ступенчато возрастает (фиг.3а). Амплитуда напряжения на каждой из ступеней соответствует глубине погружения устройства в воду. В связи с тем, что входное переменное напряжение ~U_вx проходит через диод Д (фиг.2), на выходе устройства получается однополярное напряжение. Когда в процессе спуска верхний конец устройства погружается в нефтяной слой, поднимается поплавок 6 с магнитом 8 (фиг.1) и геркон 4 замыкается, шунтируя при этом диод Д (фиг.2). Тогда на выходе устройства появляется двухполярное переменное напряжение, что является сигналом о достижении верхнего уровня жидкости в скважине (фиг.3б). Зная максимально возможный уровень выходного напряжения устройства (определяется при тарировке устройства), толщина слоя нефти определяется путем вычисления разницы амплитуд максимального и достигнутого напряжений. Верхний уровень жидкости в скважине определяется глубиной спуска устройства в момент появления двухполярного напряжения на выходе (глубина спуска устройства определяется с помощью счетчика длины спускаемого кабеля).

По сравнению с аналогичными устройствами предлагаемое техническое решение обладает следующими преимуществами:

- простотой конструкции, не требующей специального оборудования и реализующей несложную последовательность операций;

- высокой степенью надежности, обусловленной применением жидких самоочищающихся контактов для взаимодействия с водой в скважине;

- более широкими функциональными возможностями, позволяющими определять одновременно несколько параметров: уровень жидкости в скважине, уровень границы раздела воды и нефти, толщину слоя нефти.

Формула изобретения

Устройство для измерения уровня жидкости в скважине и границы раздела двух жидкостей с различной плотностью, содержащее измерительную цепь в виде набора резисторов, контактных датчиков и регистрирующего устройства, отличающееся тем, что резисторы включены последовательно, каждый резистор соединен с контактным датчиком, выполненным в виде кюветы из электроизоляционного материала с двумя полостями, на дне которых размещены металлические электроды, в полости кювет залит электролит, а верхний и нижний концы устройства снабжены индикаторами уровня, выполненными в виде поплавков с постоянными магнитами и герконов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3