Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Васильев С. И., Лапушова Л. А.,

Поплавковые датчики уровня буровой жидкости

Принцип действия основан на измерении высоты положения поплавка относительно поверхности емкости или измерительной базы (оси) датчика.

Поплавковые датчики по строению и механике процесса можно разделить на пять групп (рис. 76).

■ Герконовые. Основаны на замыкании контактов герконового преобразователя, попадающих в зону действия магнита поплавка и приведения выходного сигнала к стандартному диапазону величин. Датчик уровня состоит из штанги и подвижного поплавка с кольцевым магнитом. Внутри штанги расположены линейный герконовый преобразователь перемещений и нормирующая плата.

а б в

г д

Рис. 76. Датчики уровня поплавковые: а – герконовый: PitLevelSensor (PLS) (Weatherford); б – магнитострикционный: ДУБР (СКБ «Ореол»); в – потенциометрический ДУП-1 (ЗАО АМТ); г – штанговый: ДУ-Ш (ОАО НПФ «Геофизика»); д – бесштанговый: УПБ-М (ТПГ)

Преимущества герконовых уровнемеров состоят в простоте конструкции, отсутствии помех, вызванных испарением. Недостатки – определенный грубый шаг квантования, из-за которого разрешение на порядок ниже ультразвуковых датчиков, прямой контакт с буровым раствором (прямая зависимость передвижений поплавка от свойств бурового раствора).

■ Потенциометрические. Датчик, входным сигналом которого является перемещение контакта, а выходным – напряжение, которое можно снять с этого контакта. В общем случае, потенциометрический датчик представляет из себя обмотку реостата (как правило, выполненную в виде неподвижного элемента конструкции), на которую подается питающее напряжение и щетки, с которых и снимается выходной сигнал.

■ Поплавково-ультразвуковые (магнитострикционные). По строению аналогичны гекроновым датчикам, но работают по иному принципу. Поплавок вертикального перемещения снабжен внутренними магнитами, а стержень – намотанной на всю длину катушкой. Измеряется время появления ультразвукового импульса связанного с положением поплавка.

Разрешение этих датчиков выше чем у герконовых, но при этом достаточно высока и погрешность показаний.

■ Штанговые. Уровень буровой жидкости в емкости измеряется по углу отклонения штока с поплавком. Первичный преобразователь (акселерометр или датчик Холла) расположен в месте крепления на приемной емкости бурового раствора.

Данная группа датчиков имеет очень узкий спектр возможностей, из-за ограничения длинны штанги, и обычно используется в приемных емкостях малого и среднего объема. Например, приемные емкости старых буровых установок типа ДЭП-3,5,7 и др., где их высота не превышает 1,5 м. Также штанговые уровнемеры обладают относительно невысокой точностью. В связи с этим, постепенно выходят из оборота станций ГТИ.

■ Бесштанговые. Аналогично штанговым, являются устаревшим типом уровнемеров, применяемых в станциях ГТИ. Принцип работы основан на измерении уровня путем регистрации положения поплавка с грузом, который с помощью капроновой нити (лески) связан с отчетным механизмом, в котором перемещение поплавка преобразуется в электрический сигнал. При движении поплавка в вертикальном направлении нить сматывается или наматывается на барабан-ролик, соединенный поводковой муфтой с омическим датчиком перемещения. Внутри барабана помещена плоская возвратная спиральная пружина.

Пример установки датчиков уровня приведен на рис. 77.

Разрешение данных датчиков схоже с аналогичными у герконовых, но присутствует дополнительная погрешность в связи горизонтальными перемещениями (несмотря на комплектование ограничителями и компенсаторами) (рис. 78), характеристики датчиков приведены в табл. 36.

а б

Рис. 77. Пример датчиков уровня:
а – ультразвукового (SiemensTheProbe (в составе СГТИ «КАМА»
(совместное производство ЗАО АМТ и ЗАО НППГА «Луч»));
б – герконового (ДУ-Г (в составе СГТИ «Леуза-2» (ОАО НПФ «Геофизика»)), установленных в емкостях на буровой установке

а б

Рис. 78. Типовые кривые данных объема в емкостях при: а – бурении; б – бурении с последующим проявлением пластовой воды

Таблица 36

Технические характеристики поплавковых датчиков уровня