Результат интеллектуальной деятельности: Способ оценки уровня жидкости в водозаборной скважине

Изобретение относится к теории и практике эксплуатации и водозаборных скважин с помощью глубинно-насосного оборудования и может использоваться в нефтедобывающей промышленности и в других отраслях промышленности.

В водозаборной скважине межтрубное пространство (МП) между колонной лифтовых труб и обсадной колонной заполнено, как правило, двумя средами: газовоздушной и водной. Граница между средами в действующей скважине называется динамическим уровнем жидкости. Его глубину от устья скважины определяют с необходимой частотой для оценки давления на приеме глубинного насоса, определения объема жидкости в скважине и других информационных целей.

Динамический и статический уровни жидкости в скважинах определяют с помощью эхолотирования межтрубного пространства, то есть о глубине уровня судят по времени прохождения звуковой волны в газовой среде (стр. 202 в книге: Васильевский В.Н., Петров А.И. Оператор по исследованию скважин. Учебник для рабочих. - М.: Недра, 1983. - 310 с.). Метод является основным в нефтедобывающей промышленности, но имеет несколько недостатков. Акустический сигнал с устья скважины, как правило, создает оператор по добыче нефти или исследователь с помощью переносного генерирующего устройства типа Микон-101 или Судос. Работы на скважине всегда сопряжены с определенной опасностью из-за повышенного давления в скважине. Получаемая таким образом информация является по своей сути дискретной величиной и часто недостаточной для принятия квалифицированных и оперативных решений по эксплуатации системы «пласт - глубинный насос».

В нефтедобывающей промышленности известен измерительный комплекс СУДОС - автомат 2, который осуществляет с заданной периодичностью генерацию акустической волны (АВ) с устья скважины без участия человека и определяет местоположение уровня жидкости. Для генерации АВ необходимо кратковременное открытие и закрытие клапана устройства. При отсутствии избыточного давления в скважине для создания АВ необходимо кратковременное сжатие газовоздушной среды. В обоих случаях требуется электрическая энергия, которую можно получить из аккумулятора, входящего в состав устройства, либо напрямую со станции управления электропривода насоса. Дополнительным недостатком данного способа является то, что дорогостоящее устройство генерации акустической волны необходимо сохранять на скважине в стальном ящике антивандального исполнения.

Технической задачей изобретения является создание способа определения уровня жидкости в водозаборной скважине в постоянном режиме времени без участия человека и без дорогостоящего устройства на устье скважины.

Поставленная задача выполняется тем, что по способу оценки уровня жидкости в водозаборной скважине, который заключается в создании акустической волны в полости скважины и измерении времени распространения волны в исследуемой среде, генератор и приемник акустической волны (АВ) размещают стационарно в зоне глубинного электроцентробежного насоса скважины, на уровне жидкости скважины размещают шарики, выполненные из карбамидной смолы или из материала с аналогичным свойством положительной плавучести в воде и нефти, акустическую волну создают в жидкой среде в зоне глубинного насоса и измеряют время прохождения акустической волны от глубинного насоса до карбомидных шариков, находящихся на уровне жидкости, и время прохождения отраженной АВ от уровня жидкости и шариков из карбамидной смолы до приемника акустической волны в зоне глубинного насоса, а уровень жидкости определяют по формуле

где H_ур - уровень жидкости в скважине;

υ_в - скорость распространения акустической волны в воде;

t₁ - хронологическое время испускания (генерации) акустической волны в воде в зоне глубинного насоса;

t₂ - хронологическое время прихода акустической волны к приемнику в зоне глубинного насоса;

H_нас - расстояние от устья скважины до генератора и приемника АВ, измеряется по длине насосно-компрессорных (лифтовых) труб.

Схема расположения генератора и приемника акустических волн в межтрубном пространстве действующей водозаборной скважины приведена на чертеже. На схеме позициями показаны: 1 - колонна насосно-компрессорных труб (НКТ), 2 - обсадная колонна, 3 - глубинный электроцентробежный насос с электроприводом 4, 5 - генератор акустических волн в жидкой среде, 6 - приемник акустической волны, 7 - блок преобразователя акустической информации, 8 - кабель электропитания установки с обратной информационной функцией, 9 - станция управления скважины, 10 - шарики с положительной плавучестью в жидкости, 11 - динамический уровень воды в межтрубном пространстве

Способ измерения уровня осуществляется в следующем порядке.

1. С заданной частотой во времени генератор 5 создает одиночную акустическую волну, а находящийся рядом приемник 6 фиксирует хронологическое время испускания этой волны t₁.

2. Акустическая волна распространяется с известной скоростью в воде, доходит до уровня воды 11, отражается от твердого препятствия в виде слоя из шариков 10, отраженная АВ с такой же скоростью движется в обратную сторону - к глубинному насосу.

3. Приемник 6 фиксирует хронологическое время прихода t₂ отраженной волны в зону глубинного насоса.

4. Информация от приемников 6 передается на блок преобразователя акустической информации 7, усиливается, кодируется и передается по линии связи 8 на станцию управления (СУ) 9. В качестве линии связи от блока 7 до СУ в скважинах с глубинным электроцентробежным насосом служит кабель электропитания электродвигателя насосной установки.

5. По формуле контроллер станции управления определяет удаленность уровня воды от устья или, как принято говорить в нефтедобыче, - уровень жидкости в скважине.

В отличие от существующего сегодня способа определения уровня жидкости в скважине нами предложено уровень находить по времени распространения акустической волны в жидкой - водной среде. В этом, на наш взгляд, состоит существенное отличие и новизна данного технического решения. Для повышения качества отражения акустической волны от уровня жидкости предложено на уровне жидкости расположить шарики с положительной плавучестью, не способные к адгезии к поверхности обсадной колонны и колонны НКТ ввиду их значительной тяжести и инертности к стальной поверхности.

Данный способ применим в водозаборных скважинах и в нефтедобывающих скважинах при условии постоянства скорости движения АВ в жидкостной среде, которое выполняется при отсутствии газовых пузырьков в жидкости. Как правило, нефтесодержащие пласты и водоносные пласты, не содержащие растворенного газа, находятся на небольших глубинах - в пределах нескольких сот метров. К примеру, на территории республики Татарстан такие залежи с высоковязкой нефтью залегают на глубинах до 300 метров и содержат в 1 м³ нефти не более 50 литров попутного газа (стр. 56 книги: Технологии подготовки сверхвязкой нефти Татарстана / Губайдуллин Ф.Р., Сахабутдинов Р.З., Космачева Т.Ф. и др. - Казань: Центр инновационных технологий, 2015. - 280 с. ISBN 978-5-93962-730-6).

Экономическая эффективность использования предложенного способа состоит в исключении работы персонала предприятия для измерения уровней жидкости в скважинах, содержащих однородную по составу жидкость без газа.