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:

· Герконовые. Основаны на замыкании герконов 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.

Преимущества герконовых уровнемеров 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 катушку индуктивности (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 работает 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 в емкости измеряется по углу отклонения штока с поплавком. Первичный преобразователь (акселерометр или датчик Холла) расположен в месте крепления на изучаемой емкости.

Данная группа датчиков имеет очень узкий спектр возможностей, из-за ограничения длинны штанги, и обычно используется в определенных емкостях. 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, которвй 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.

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

а)                                                   б)                                                   в)

г)                                                               д)

Рис.5. Датчики уровня поплавковые:

а) Герконовый: Pit Level Sensor (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).

Технические характеристики:

а)                                                               б)

Рис.6. Пример датчиков уровня: а) ультразвукового (Siemens The Probe (в составе СГТИ «КАМА» (совместное производство ЗАО АМТ и ЗАО НППГА «Луч»)) и б) герконового (ДУ-Г (в составе СГТИ «Леуза-2» (ОАО НПФ "Геофизика")), установленных в емкостях на буровой установки.

а)                                                   б)

Рис.7. Типовые кривые данных объема в емкостях при: а) бурении; б) бурение с последующим проявлением пластовой воды.