Расходомер газоводонасыщенной нефти

 

1, РАСХОДОМЕР ГАЗОВОДОНАСЫЩЕННОЙ НЕФТИ, содержащий два блока деления, блок определениянефтесодержания , блок хранения значения п.потности нефти, блок хранения значения плотности воды, блок умножения, датчик температуры, датчик давления и блок вычитания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и, расширения функциональных возможностей, в него введены объемно-массовый расходомер нефтегазоводяной смеси, блок хранения значения плотности газа, блок хранения значения плотности жидкости, блок приведения значения плотности газ,а к условиям измерения, блок приведения значения плотности нефти к условиям измерения , блок вычисления доли жидкой фазы в смеси, второй и третий блоки умножения, второй блок вычитания, при этом выход Масса смеси объемно-массового расходомера нефтегазоводяной смеси соединен с первыми входами первого блока деления и первого блока вычитания соответственно, выход блока вычитания соединен с первым входом второго блока деления, выход Объем смеси объемно-массового расходомера соединен с вторым входом первого блока деления и первым входом первого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления доли зкидкой фазы, первый и второй входь1 которого соединены соответственно с выходом первого блока деления, выходом блока приведения значения плотности газак условиям измерения, а третий вход соединен с выходом блока хранения значения плотности жидкости, с первым входом блока определения нефтесодержания и (Л первым входом второго блока умножения , первый, второй и третийвходы блока приведения значения плотности газа к условиям измерения соединены соответственно с выходом датчика давления и выходом датчика температуры соединенным с входом блока приведеел ния значения плотности нефти к условиям измерения, выходом блока хранения значения плотности газа, второй и третий входы бдока определения нефтесодержания соединены, соответ00 ственно с выходом блока приведения, значения плотности нефти к. условиям измерения, второй вход которого соединен с выходом блока хранения значения плотности нефти и с выходом блока хранения плотности воды, выход блока определения нефтесодержания соединен с вторым входом третьего блока умножения , первый вход которого соединен с первым входом второго блока вычитания, с выходом второго блока умножения и с BTopfaJM входом первого блока вычита

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) С О1 F 1/12

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2i) 3703372/24-10 (22) 22.02.84 (46) 23.05.85. Бюл. 9 19 (72) В.А.Филатов, В.Ф.Будников, В.К.Иакашев и Н.Т.Шахуров (71) Казахский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (53) 681. 121 (088.8) (56) 1. Акимов В.Ф. Измерение расхода газонасьпценной нефти. И., "Недра", 1979, с. 51.

2. Авторское свидетельство СССР

В 901830, кл. G 01 F 1/12, 1980 (прототип)..(54) (57) 1. РАСХОДОМЕР ГАЗОВОДОНАСЫЩЕННОЙ НЕФТИ, содержащий два блока . деления, блок определения- иефтесодержания, блок хранения значения. плотности нефти, блок хранения значения плотности воды, блок умножения, датчик температуры, датчик давления и блок вычитания о т л и ч а ю щ и й—

» с я тем, что., с целью повьпнения точности и. расширения функциональных возможностей, в него введены объемно-массовый расходомер нефтегазоводяной смеси, блок хранения значения плотности газа, блок хранения значе-. ния плотности жидкости, блок приведения значения плотности газа к условиям измерения, блок приведения значе— ния плотности нефти к условиям измерения, блок вычисления доли жидкой фазы в смеси, второй и третий блоки умножения, второй блок вычитания, при этом выход "Macca смеси" .объемно-массового расходомера нефтегазоводяной смеси соединен с первыми входами первого блока деления и первого

„„SU„„1157018 блока вычитания соответственно, выход блока вычитания соединен с первым входом второго блока деления, выход

"Объем смеси объемно-массового расходомера соединен с вторым входом первого блока деления и первым входом . первого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления доли жидкой фазы, первый и второй входь1 которого соединены соответственно с выходом первого блока деления, выходом блока приведения значения плотности газа к условиям измерения, а третий вход соединен с выходом блока хранения значения плотности жидкости, с первым входом блока определения нефтесодержания и первым входом второго блока умножения, первый, второй и третий. входы блока приведения значения плотности газа к условиям измерения соединены соответственно с выходом датчика давления и выходом датчика температуры соединенным с входом блока приведения значения плотности нефти к условиям измерения, выходом блока хра— нения значения плотности газа, второй и третий входы блока определения нефтесодержания соединены. соответственно с выходом блока приведения. значения плотности нефти к. условиям измерения, второй вход которого соединен с выходом блока хранения значения плотности нефти и с выходом блока. хранения плотности водьг, выход блока определения нефтесодержания соединен с вторым входом третьего блока умножения, первый вход которого соединен с первым входом второго блока вычитания, с выходом второго блока умножения и с вторым входом первого блока вычита1157018 ния, выход третьего блока умножения соединен с вторым входом второго блока вычитания, выход первого блока умножения соединен с вторым входом второго блока умножения, причем выходы второго блока деления, первого блока умножения, второго блока умножения, второго блока вычитания и третьего блока умножения являются выходами расходомера, которого является вторым входом блока и соединен с выходам усилителя и с первым входом первого умножителя, выход первого вычитателя соединен с входом делителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом первого умножителя, выход последнего соединен с первым входом второго умножителя, выход которого соединен с вторым входом второго вычитателя, а первый вход вычитателя соединен с выходом усилителя, выход второго вычита2, Расхадомер па и. 1, о т л и— ч а ю щ н и с я тем, что блок приведения значения плотности нефти к условиям измерения содержит первый, второй и третий вычитатели, первый и второй умножители, усилитель, делитель напряжения, первый и второй потенцио— метры, причем средний вывод первого потенциометра соединен с первым входом первого вычитателя, второй вход теля является выходом блока, средний вывод второго потенциометра соединен с вторым входом третьего вычитателя, первый его вход является первым входом блока, а выход соединен с вторым входом второго умножителя, первые выводы первого и второго потенциометров соединены с шиной питания, а вторые выводы — с общей шиной блока.

3 2

Изобретение относится к приборо- " Недостатком известного устройстстроению и может быть использовано ва является использование для вычисдля измерения в продукции нефтяных ления отдельных компонентов газо-.

/ скважин объема свободного газа, массы насыщенной нефти в качестве условножидкой фазы, массы воды и массы неф- 5 постоянной величины значения газовоти. го фактора. Использование значения

Известно устройство для измере- газового фактора в качестве условнония компонентов газаводонасыщенной - постоянной величины сужает область нефти, содержащее сепаратор и расхо- применения расходомера. Так например домеры -жидкости и газа, включенные в 1Одля скважин, эксплуатируемых газлифтраэделенные потоки нефти и газа 1). ным способом, газосодержание продукНедостатками этого устройства яв- ции нефтяных скважин искажено введеляются большая погрешность измерения нием в эти скважины дополнительного расхода разделенных потоков расхо- газа, предназначенного для подъема домерами, измеРяющими однофазные 15 продукции скважины на дневную поверхпотоки из-эа существенной зависимос- ность. Объем подачи дополнительноти качества сепарации.от скорости го газа зависит от многих факторов транспортирования смеси; сложность технологического процесса при данном и громоздкость конструкций, трудоем- виде эксплуатации и не является поскость эксплуатации. 20 тоянной величиной. Вторым, немаловажНаиболее близким к предлагаемому ным недостатком использования значеявляется устройство для измерения ний газового фактора в качестве усрасхода газоводанасыщенной нефти, со- ловно-постоянной величины является точдержащее два блока деления, блок оп- ность его определения на практике(даже ределения нефтесодержания, блок хра- 25 .для таких скважин,в которых газовый нения значения плотности нефти, фактор не меняется. в течение года) блок хранения значения плотности во- существующими методами. ды, блок умножения, датчик темпера- Цель изобретения — повышение точтуры, датчик давления и блок вычи- ности и расширение области применетания $2), ;щ ния расходомера. з 115

11оставпенная цель достигается тем, что в расходомер газоводонасыщенной нефти, содержащий два блока деления, блок определения нефтесодержания блок хранения значения

Э

5 плотности нефти, блок хранения значения плотности воды, блок умножения, датчик температуры, датчик давления и блок вычитания, введены объемномассовый расходомер нефтегазоводяной смеси, блок хранения значения плотности газа, блок хранения значения плотности жидкости, блок приведения значения плотности газа к условиям измерения блок приведения значеУ

;ния плотности нефти к условиям изме-! рения, блок вычисления доли жидкой фазы в смеси, второй и третий блоки . умножения, второй блок вычитания, при этом выход "Nacca смеси" объемно20 массового расходомера . нефтегазоводяной смеси соединен с первыми входами первого блока деления и первого блока вычитания соответственно, выход блока вычитания соединен с первым входом второго блока деления, выход

"Объем смеси" упомянутого объемномасСового расходомера,соединен с вторым входом первого блока деления и первым входом первого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления доли жидкой фазы, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом первого блока деления, выходом блока приведения значения плот- 3g ности газа к условиям измерения, а третий вход соединен с выходом блока хранения значения плотности жидкости, с первым входом блока определения нефтесодержания и первым входом вто- 40 рого блока умножения, перлый, второй и третий входы блока приведения значения плотности газа к условиям измерения соединены соответственно с вы.ходом датчика давления и выходом датчика температуры, соединенным с входом блока приведения значения плот.ности нефти к условиям измерения, выходом блока хранения значения плотности газа, второй и третий входы блока определения нефтесодержания соединены соответственно с выходом блока приведения значения плотности нефти к условиям измерения, второй. вход которого соединен с выходом бло->> ка хранения значения плотности нефти и с выходом блока хранения плотности воды, выход блока определения нефте-.

7018 4 с одержания соединен с вторым входом третьего блока умножения, первый вход которого соединен с первым входом второго блока вычитания, с выходом второго блока Умножения и с вторым входом первого блока вычитания, выход третьего блока умножения соединен с вторым входом второго блока вычитания, выход первого блока умножения соединен с вторым входом второго блока умножения, причем, выходы второго блока деления первого блока умножения, второго блока умножения, второго блока вычитания и третьего блока умножения являются выходами расходомера.

Блок приведения значения плотности нефти к условиям измерения содержит первый; второй и третий вычитатели, первый и второй умножители, усилитель, делитель напряжения, первый и второй потенциометры, причем средний вывод первого потенциометра соединен с первым входом первого вычитателя, второй вход которого является вторым входом блока и соединен с выходом усилителя и с первым входом первого умножителя, выход первого вычитателя соединен с входом делителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом первого умножителя, выход последнего соединен с первым входом второго умножителя, выход которого..соединен с вторым входом второго вычитателя, а первый вход вычитателя соединен с выходом усилителя, выход второго вычитателя является выходом блока, средний вывод второго потенциометра соединен с вторым входом третьего вычитателя, первый его вход является первым входом блока, а выход соединен с вторым входом второго умножителя, первые выводы первого и второго потенциометров соединены с шиной питания, а вторые выводы — с общей .шиной блока.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого расходомера газоводонасыщенной нефти; на фиг.2 и 3— функциональные схемы отдельных блоков.

Устройство содержит (фиг.1) объемно-массовый расходомер 1 нефтегазовоДяной смеси, первый блок 2 деления, блок 3 вычисления доли жидкой фазы в смеси, блок 4 хранения величины плотности газа, блок 5 приведения значения плотности газа к усло— виям измерения, блок 6 хранения зна1157018 чения плотности жидкости, первый блок

7 умножения, второй блок 8 умножения, первый блок 9 вычитания, вто— рой блок 10 деления, датчик 11 температуры, датчик 12 давления, второй 5 блок 13 вычитания, блок 14 определения нефтесодержания, блок 15 хранения значения плотности нефти, блок

16 приведения значения плотности нефти к условиям измерения, блок 17 хранения значения плотности воды 17, третий блок 18 умножения.

Элементы схемы соединены следую щим образом. Объемно-массовый расходомер 1 своим выходом Объем смеси"

tf н15 подсоединен к вторым входам блока

2 деления и первого блока 7 умножения. Выход "Масса смеси" объемно-массового расходомера l подсоединен к первым входам первого блока 9 вычи-- тания и первого блока 2 деления. Датчик 11 температуры подсоединен к третьему входу блока 5 приведения значения плотности газа к условиям измере" ния и к первому входу блока 16 приведения значения плотности нефти к условиям измерения. Второй вход последнего соединен с выходом блока 15 хранения значения плотности нефти, Выход блока 16 соедийен с вторым входом ЗО. блока 14 определения нефтесодержания, третий выход последнего соединен с выходом блока 17 хранения плотности воды. Выход блока 6 хранения величины плотности жидкости соединен с пер-35 вым входом блока,14 определения нефтесодержания, с третьим входом блока 3 вычисления дали жидкой фазы в смеси и с вторым входом второго блока 8 умножения. Выход датчика 12 давления 40 соединен с вторым входом блока 5 приведения плотности газа к условиям измерения, .выход которого соединен с вторым входом блока .3 вычисления доли жидкой фазы в смеси, выход, 45 этого блока соединен с вторым входом первого блока 7 умножения, выход последнего соединен с первым входом второго блока 8 умножения. Выход этого блока соединен с вторым входом 50 первого блока .9 вычитания, первым входом второго блока 13 вычитания, и с первым входом третьего блока 18 умножения, а также с выходом сигнала, пропорционального массе жидкой фазы

"Мж". Выход блока 14 .определения нефтесодержания соединен с вторым вхо"

Дом третьего блока 18 умножения, выход которого соединен с входом второго блока 13 вычитания и с выходом сигнала, пропорционального массе нефти "Мн". Выход второго блока

13 вычитания соединен с выходом сигнала, пропорционального массе во— ды "Мв". Выход блока 4 хранения значения плотности газа соединен с первым входом блока 5 приведения значения плотности газа к условиям измерения и с вторым входом второго блока 10 деления, первый вход этого блока соединен с выходом. первого блока 9.вычитания, а выход является выходом сигнала, пропорционального объему газа, соответствующему стандартным условиям. Выход первого блока 2 деления соединен с первым входом блока 3 вычисления доли жидкой фазы в смеси.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал., пропорциональный массе смеси и объему смеси с выходов объемно-массового расходомера нефтегазоводяной смеси поступает на первый блок 2 деления, в котором вычисляется плотность смеси: см

Рсм р

Сигнал, пропорциональный значению р м с блока 2 подается на первый вход блока З.вычисления доли жидкой фазы в смеси, на..его второй вход подается сигнал, пропорциональный значению плотности газа из блока 4 хранения величины плотности газа через блок .5 приведения значения плотности газа к условиям измерения.

При этом происходит коррекция значения у„ сигналами от датчика 11 температуры и датчика давления 12, которые подключены соответственно к второму и третьему входам блока 5..

На третий вход блока 3 подается сигнал, пропорциональный значению плотности жидкой фазы у„ из блока 6 хранения величины плотности жидкости.

Блоком 3 вычисляется значение доли жидкой фазы в смеси. С выхода блока 3 сигнал подается на первый вход первого блока 7 умножения, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный объему с объемномассового расходомера нефтегазоводяной. смеси 1. На выходе блока 7 формируется сигнал в соответствии с,выраi 157018 сигнал, пропорциональный массе воды, а на выходе блока 7 — сигнал, пропорциональный объему жидкости. Продукция нефтяных скважин представляет собой двухфазный трехкомпонентный поток (беэ учета механических примесей), образованный свободным газом, нефтью, водой и растворенным газом.

Масса жидкой фазы в измеренном объеме смеси Йс определяется как доля объема жидкой фазы Ч», занятой объеме kñì.

М:» -.к с Я», ц где у — плотность жидкой фазы. Плотность жидкой фазы колеблется в пределах,гн * 9e где рн — плотность р — плотность

Объем газообразной дартных условиях в смеси определяется

25 нефти; воды. фазы при станизмеренной массе иэ выражения

Ст г где

„«9,-9, 9е н с блока 14. Лля вычисления Ч блоком

14 на первый его вход подается сигнал от блока 6, пропорциональный у, на 35 второй вход — сигнал от блока 15, пропорциональный рн через блок 16, который приводит значение р„ к условиям, соответствующим измерению среды при текущей температуре 9„ = 40

=ун(1-РВ1), для чего на второй вход блока 16 подается сигнал с выхода датчика 11 температуры, на третий вход подается сигнал, пропорциональный плотности воды Р с блока 17. 45

На выходе блока 18 формируется сигнал М„= М Ч Д (масса нефти), который подается на второй вход блока

13, на выходе этого блока получается сигнал М = М вЂ” М„ (масса воды в $0 продукции нефтяной скважины). Таким образом, на выходе блока 1О имеетея сигнал, пропорциональный объему газа

9 (для стандартных условий), на выходе блока 8 — сигнал,. пронорциональ-И ный массе жидкой фазы М, на выходе блока 12 — сигнал, пропорциональвый массе нефти М, на выходе блока 13 -. откуда можно определить значение доли жидкои фазы см 1г

3» 9г

Ре Уж н Р,-р„ (в) жением Й, далее этот сигнал см поступает на первый вход второго блока 8 умножения, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный значению плотности жидкости с блока 6. На выходе блока 8 формируется сигнал, пропорциональный массе жидкой фазы М„-1„,9„йс,„. Этот сигнал поступает на второй вход блока 9, на первый вход которого пода†. ется сигнал, пропорциональный массе смеси от блока 1. На выходе блока 9 присутствует сигнал, пропорциональный массе газа Мг= М -М, который поступает на первый вход блока 10, на второй вход которого поступает сигнал с блока 4, пропорциональный плотности газа р,. На выходе блока 10

М е

Г пРисУтствует сигнал Я = .(объем

fr газа), приведенный к стандартным условиям. Так же с выхода блока 8 сигнал, пропорциональный М поступает на первый вход третьего блока 18 умножения и на первый вход второго блока 13 вычитания. На второй вход блока

18 подается сигнал, пропорциональный значению нефтесодержания

Мг Мсм M ê (4)

9г плотность газа при стандартных условиях;

М„, — масса жидкой фазы;

Мсм- масса смеси

Мг — масса газа.

Из (2) имеет значение плотности системы газ-жидкость

У.„=(-Ч„ 9, 9 9,, (5

По аналогии с (S) для системы нефть -. вода имеем выражение для значения плотности жидкости

У =(<н)РЬ „Рн () отсюда определяем нефтесодержание тогда масса нефти и воды в массе жидкой фазы определяется выражением

1157018

1Î

Ms =M„-Мн

Таким образом выражениями (3), (9) и (10) определяется соответственно объем газа в стандартных условиях, масса нефти и масса воды. Для определения нефтесодержания 8н и доли жидкой фазы Y в расходомер включены ж блоки, выполняющие операции по формулам (6) и (8) .

На фиг. 2 представлена схема блока 14, который содержит первый 1 и второй 2 вычитатели, делитель 3. Элементы блока соединены следующим образом. Первый вход блока соединен со вторым входом первого вычитателя 1, третий вход блока соединен с первым входом первого вычитателя 1 и с первым входом второго вычитателя 2. Второй вход блока соединен с вторым входом делителя 3, выход которого соеди— нен с выходом блока.

Для приведения значения плотности газа к условиям измерения в расходомер введен блок 5, который производит операцию согласно выражению

30 где у — плотность газа, приведенная к условиям измерения;

Р— текущее значение давления среды. 35

Блок 1б ггриведения значения плот— ности нефти к условиям измерения. (фиг.3) содержит потенциометр 2 установки значения коэффициента пропор циональности диапазона С„, потенцио- 40 метр ЯЗ установки значения стандартной температуры Т, соответствующей стандартному значению, вычитатель 19, усилитель 20, умножитель 21 и 22, вы— читатели 23 и 24, делитель напряже- 45 ния на резисторах R4 и R5.

Элементы схемы соединены следующим образом °

Второй вход блока соединен с первым входом первого вычитателя 19, 50 входом усилителя 20 и вторым входом первого умножителя 21, первый вход первого вычитателя 19 соединен с средним выводом потенциометра Р2, выход первого вычитателя 19 соединен Я с входом делителя напряжения R4, Р5, выход делителя соединен с вторым входом первого умножителя 21, выход которог о соединен с первым входом второго умножителя 22, второй вход этого умножителя соединен с выходом третьего вычитателя 23, второй вход которого соединен с средней точкой потенциометра RЗ, а первый его вход является первым входом блока, первый вход второго вычитателя 24 соединен с выходом усилителя 20, а второй вход второго вычитателя 24 соединен с выходом второго умножителя 22, выход второго вычитателя 24 является выходом блока, один конец потенциометров й2 и Г З соединен с общим проводом,. а другой конец — с плюсовой шиной питания.

Блок приведения значения плотности нефти к условиям измерения работает следующим образом.

Сигнал со среднего вывода потенциометра Р1 блока 15 хранения значения плотности нефти, пропорциональный величине установленного значения плотности нефти, через второй вход блока поступает на второй вход первого вычитателя 19, вход усилителя 20 и пер вый вход умножителя 21, на первый

° вход вычитателя 19 со среднего вывода потенциометра R2 поступает сигнал, пропорциональный коэффициенту С1, на выходе вычитателя 19 присутствует сигнал U<, представляющий собой коэффициент приведения диапазона изменения плотности нефти р„ к диапазону измерения Ы . Далее этот сигнал поступает на делитель R4, R5. С выхода де— лителя сяимается сигнал, пропорцио— нал ьный отношению Uк )С (где С коэффициент приведения) . Этот сигнал поступает на второй вход первого умножителя 21. Умножитель 21 производит перем0 ножение напряжений (ц ), peК

L зультат перемножения поступает на первый вход второго умножителя 22, на второй вход которого поступает напряжение с выхода третьего вычитателя 23, который в свою очередь производит вычитание из напряжения 0, пропор1О ционального текущей температуре и поступающего с первого входа блока, напряжения(, 10, пропорциональног о темпе.ратуре, соответствующей стандартному значению и установленного потенцио11 1 метром РЗ. Второй умножитель 22 производит перемножение напряжений

1 ц т ст.

Сигнал с его выхода поступает на второй вход второго вычитателя 24, на первый вход которого поступает напряжение 10 0» с выхода усилители .ля 20, последний производит усиление входного напряжения Цу„ в десять раз. Второй вычитатель 6 пройзводит . вычитание напряжений

157018 12

Применение предлагаемого устройства позволяет корректировать по температуре значение плотности нефти, корректировать по плотности нефти ее коэффициент объемного расширения и исключить влияние непостоянства газового фактора на апредеЪ ление объема жидкости Я», что s совокупности повышает точность изме1ð рения и расширяет область применения расходомера, например, для опреределия компонентов. продукции нефтяных .скважин, на которых величина газового фактора ие постоЭта разность пропорциональна значению плотности нефти, приведенной н. условиям измерения.

Предлагаемое устройство имеет возможность гибкого построения расходомеров газоводонасьнценной нефти

26 для различных целей.

1157018

У - Рж

УВ -Уи и

- н !

«!

) И

1

I

Фиа3

3ННИЗЩ Заказ 3272/21 Т аж 703 По сное

Филиал ППП Петит, 2 . Ужгород,улЛроектная, 4