Приборы для измерения и регистрации уровня воды в скважинах
Для измерения глубины залегания уровня воды в наблюдательных гидрогеологических, эксплуатационных и других скважинах используются различные уровнемеры .
Измерение уровня можно разделить на 2 метода: контактный и бесконтактный. К первому можно отнести: емкостный, поплавковый, гидростатический, буйковый. К бесконтактным: зондирование электромагнитным излучением, зондирование звуком, а также зондирование радиационным излучением.
С постепенным развитием прогрессивных измерительных средств каждый из способов получает характерный набор в своих общих технических реализациях, которые в разных случаях обладают и преимуществами, и недостатками. Разделяя уровнемеры для жидкостей по принципу действия, можно выделить электрические, микроволновые, механические, гидростатические, акустические и рефлексные. При проведении измерений уровня в несколько сложных условиях (камни, пыль, большой угол откоса для сыпучего вещества) применяется, чаще всего, лазерные уровнемеры, являющиеся безопасными для глаз, а также обеспечивающие полное отсутствие неправильных отраженных сигналов.
На данный момент широкое распространение получили следующие уровнемеры:
— Гидрогеологическая рулетка. Используется для измерения уровня воды в скважинах глубиной до 30 и 50 метров.
Уровнемер конструктивно представляет собой катушку с мерным тросом (отметки по 1 м) с электродом на конце. При контакте с водой загорается светодиод и подается звуковой сигнал.
Зачастую, при отсутствии специального оборудования, на скважине используется так называемая "хлопушка", рис.41.
Рис. 41. Хлопушка.
Хлопушка представляет из себя полость с ушком, опускаемая на мерном шнуре. При контакте с хлопушки с водой раздается характерный хлопок.
— Электроконтактные уровнемеры. Могут применяться только при использовании стальных обсадных труб. Большинство уровнемеров старой конструкции (которые используются и по сей день) имеют следующий принцип работы: один провод опускается в скважину, второй подсоединяется к металлической обсадной трубе, индикатором контакта с водой служит лампочка или стрелочный прибор (электрическая цепь замыкается). Таким образом, в дождливую погоду невозможно сделать замер, так же стоит отметить, что обсадная труба должна быть только металлическая. Схема измерения представлена на рис. 42.
Рис. 42. Электроконтактный уровнемер.
1 – обсадная колонна; 2 – контактный стержень;
3 – одножильный кабель с мерными метками; 4 — рулетка; 5 — батарейка; 6 – лампочка.
— Электроконтактные двужильные уровнемеры. Принцип работы аналогичен. Отличие заключается в применении двужильного провода, что позволяет проводить измерения в скважинах с любыми типами обсадных труб. Так же данные уровнемеры дополнительно могут оснащаться термометром.
— Уровнемер тензометрический УрТ — это тензометрический датчик, по специальному кабелю выдающий сигналы, соответствующие гидростатическому давлению воды и температуре. Уровнемер монтируется в скважину вместе с погружным насосом. Максимальная глубина до 100м. Сверху специальный кабель присоединяется к прибору индикации уровня.
При определении нескольких параметров и наблюдении за ними во времени используются автоматизированные режимные (скважинные) комплексы.
Данные комплексы предназначены для организации схем наблюдений за уровнем, температурой и электропроводимостью подземных вод в скважинах в автономном автоматизированном или ручном режиме, практически в любых условиях и любой конфигурации.
Применяются с использованием автономных(ручных) считывающих устройств (ридеры) или программируемых многоканальных устройств снятия и накопления информации (логгеры).
— на одной линии связи устанавливается необходимое количество датчиков для определения требуемого комплекса параметров в различных интервалах по стволу скважины.
— логгеры накапливают получаемую информацию в течении длительных наблюдений, что позволяет проводить режимные наблюдения в удаленных и труднодоступных районах.
— программный комплекс позволяет задавать режим съема информации, считывать накопленную информацию, обрабатывать и систематизировать ее.
5. Измерение уровня жидкости в скважине. Звукометрический метод.
Различают уровень жидкости в скважине статически соответствующий пластовому давлению т.е. когда уровень жидкости в скважине уравновешивается пластовым давлением, и динамически соответствующий забойному давлению, т.е. уровень, устанавливающийся в затрубном пространстве скважины в процессе отбора из нее жидкости при работе глубинного насоса.
Приборы для измерения уровня в скважине применяют для решения след задач: 1. Определения изменения пластового давления с целью контроля его изменения. 2.Определение забойных давлений в глубинных насосных скважинах с целью определения режима эксплуатации. 3.Исследование скважин методами прослеживания уровня.
По принципу действия приборы для измерения уровня в скважине можно разделить на: 1. Поплавковые. 2.Звукометрические(акустические).
Звукометрический прибор для измерения уровня жидкости в скважине.
Сущность звукометрического метода заключается в определении расстояния по времени прохождения упругости волны от устья скважины до уровня жидкости. В скважину посылают звуковой импульс, мощность которого достаточна, чтобы получить надежное отражение от уровня жидкости. Затем определяют скорость распространения звука в скважине и время, необходимое для прохождения его от устья до уровня жидкости.
Скорость распространения звуковой волны в скважине зависит от физических свойств температуры, давления, состава газа, заполняющего скважину. Скорость распространения обычно составляет 250-460м/с.
Расстояние от устья до уровня жидкости в скважину определяется по формуле: Н=VT где Т-время пробега звуковой волны.
В качестве импульсатора в эхолоте применяется пороховая хлопушка, создающая мощную звуковую волну при мгновенном сгорании пороха. Для определения скорости звука в скважине на насосных трубах устанавливают репер на определенном расстоянии от устья. Пороховая хлопушка, герметично соединенная с устьем скважины посылает звуковой импульс, который дойдя до репера и уровня жидкости отражается и воспринимается термофоном. Звуковой импульс представляет собой взрыв порохового заряда заключенного в гильзу. Термофон представляет собой вольфрамовую нить, по которой протекает постоянный ток 0,2-0,3А нагревающий нить до температуры 100 0 C. Звуковые импульсы (колебания воздуха) воздействуют на вольфрамовую нить, если вызывает изменение ее температуры а значит и изменения электрического сопротивления. При этом сила тока в цепи уменьшается. колебания тока усиленные усилителем передаются регистратору. 
Диаграмма записи звуковой волны.
На диаграмме выделяется 3 пика. Пик В соответствует звуковому импульсу (выстрелу хлопушки). Пик Р-отражение звуковой волны от репера. Пик У-отражение звуковой волны от уровня жидкости. По расстоянию между пиками можно определить время прохождения звука от устья до репера и до уровня. 
На эхограмме записаны многочисленные колебания, получающиеся в следствии отражения звуковой волны от труб, многократных повторных отражений от репера и тд.
Измерение уровней воды в скважинах
В статьях "Статический уровень скважины " и "Динамический уровень в скважине " мы писали о важности точного измерения этих уровней для подсчета дебита скважины и определения глубины погружения скважинного насоса. Там же мы говорили, что и статический, и динамический уровень – величины не постоянные. Поэтому требуются периодически их измерять вновь. Во-первых, чтобы не допустить «сухого хода» насоса. Во-вторых, для контроля над изменением дебита скважины. На промышленных скважинах часто требуется он-лайн мониторинг уровня воды в скважины для принятия решения о допустимых объемах выкачки воды за конкретный промежуток времени.
Чем можно померить уровень воды в скважинах?
1. Тривиальной веревкой, на конец которой привязан какой-нибудь груз. Самый дешевый, но и самый трудоемкий и неточный способ. Впрочем, для частного использования, когда требуется определения уровня воды 1-2 раза за сезон (например, весной, в начале сезона и летом, когда статический уровень воды минимален), лучше и не придумаешь.
2. Скважинный уровнемер. Представляет собой катушку, на которую намотан трос или лента с датчиком на конце. Катушка специальным способом проградуирована, чтобы можно было понять, какой длины трос с нее сошел. Трос с датчиком опускается в скважину, в момент касания последнего воды на катушке загорается лампа (может также раздаваться звуковой сигнал). Выпускается множество моделей подобных уравнемеров различных производителей. Пределы измерения от 1 до 600 метров (у разных моделей), точность – 0,01 м.
3. Гидростатический датчик уровня. Предназначен для непрерывного мониторинга за уровнем воды в скважине. Представляет собой датчик на кабеле, который измеряет гидростатическое давление воды и передает сигнал, пропорциональный уровню воды в скважине, по кабелю. Возможно электронное протоколирование. Пределы измерения – до 200 м. Точность – 0,25%.
Существует еще несколько устройств для определения уровня воды в скважинах. Например, пневматический уровнемер. Но все они отличаются громоздкостью и в практическом плане не представляют интереса.
Источники: http://studopedia.ru/17_137621_pribori-dlya-izmereniya-i-registratsii-urovnya-vodi-v-skvazhinah.html, http://www.studfiles.ru/preview/6378142/page:4/, http://aquabur.ru/stati/izmerenie-urovnja-vody-v-skvazhine
