Способ определения плотности жидкой фазы газоводонасыщенной нефти и устройство для его осуществления

 

1. Способ определения плотности жидкой фазы газоводонасыщенной нефти путем измерения плотности последней и вычисления плотности жидкой фазы, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности и снижения трудоемкости измерения плотности жидкой фазы газоводонасыщенной нефти, последнюю пропускают через проточную измерительную камеру псевдозамкнутого объема, измеряют температуру, давление и гшотность смеси в измерительной камере, изометрически с постоянными частотой и амплитудой , исключающей растворение газа в жидкой фазе,изменяют объем измерительной камеры, измеряют амплитуду пульсаций давления смеси в измерительной камере, вычисляют величину газосодержания смеси как произведение отношения амплитудыизменения псевдозамкнутого объема измерительной камеры к известной его начальной величине на отношение суммы измеренных начального давления и амплитуды изменения давления в измерительной камере к амплитуде изменения давления в измерительной камере, и, используя известную величину плотности газа, вычисляют плотность жидкой фазы газоводонасьпценной нефти как отношение разности измеренной величины плотности смеси и произведения чения газосодержания на известное сл значение плотности газа к разности единицы с значением газосодержания. 2. Устройство для определения плотности жидкой фазы газоводонасыщенной нефти, содержащее проточную измерительную камеру, датчик средней плотности смеси, соединенный с блоком вычисления плотности жидкой фазы,, отличающее-, 00 00 с я тем, что, с целью повьшения точности и снижения трудоемкости ел измерения плотности жидкой фа;зы 00 газоводонасыщенной нефти,- измерисо тельная камера выполнена псевдозамкнутой , а в устройство дополнительно введены механизм возбуждения пульсаций давления в измерительной камере, датчик давления и датчик температуры, расположенные на корпусе измерительной камеры , два фильтра, блок выделения амплитуды пульсации давления, блок хранения значения.амплитуды изменения объема проточной измерительной камеры, блок хранения

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 G 01 N 9/ОО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н авто сном свидетельству

ГОСУДАРСТЯЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ)ТИЙ (21) 3679056/24-25 (22) 28.12.83 (46) 30.10.85. Нюл. ¹ 40 (71) Казахский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) В,А. Филатов и В.Ф. Вудников (53) 532.14 (088.8) (5b) Справочная книга по добыче нефти. N. Недра, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 894468, кл. G 01 N 9/26, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 901830, кл. (01 F 1/74, 1982. (54) СНОСОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ

ЖИДКОЙ ФАЗЫ ГАЗОВОДОНАСЬПЦЕННОЙ НЕФТИ И УСТРОЙСТВО Д)И ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, (57) 1. Способ определения плотности жидкой фазы газоводонасыщенной нефти путем измерения плотности последней и вычисления плотности жидкой фазы, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности и снижения трудоемкости измерения плотности жидкой фазы газоводонасыщенной нефти, последнюю пропускают через проточную измерительную камеру псевдозамкнутого объема, измеряют температуру, давление и плотность смеси в измерительной камере, изометрически с постоянными частотой и амплитудой, исключающей растворение газа в жидкой фазе, изменяют объем измерительной камеры, измеряют амплитуду пульсаций давления смеси в измерительной камере,. вычисля1ат величину газосодержания смеси как произведение отношения амплитуды изменения псевдозамкнутого объема измерительной камеры к известной его начальной величине на отношение суммы измеренных начального давления и амплитуды изменения давления в измерительной камере к амплитуде изменения давления в измерительной камере, и, используя известную величину плотности газа, вычисляют плотность жидкой фазы газоводонасыщенной нефти как отношение разности измеренной величины плотности смеси и произведения значения газосодержания на известное значение плотности газа к разности единицы с значением газосодержания.

2. Устройство для определения плотности жидкой фазы газоводонасыщенной нефти, содержащее проточную измерительную камеру, датчик средней плотности смеси, соединенный с блоком вычисления плотности жидкой фазы, о т л и ч а ю щ е e - . с я тем, что, с целью повышения точности и снижения трудоемкости измерения плотности жидкой фазы газоводонасыщенной нефти, ° измерительная камера выполнена псевдозамкнутой, а в устройство дополнительно введены механизм возбуждения пульсаций давления в измерительной камере, датчик давления и датчик температуры, расположенные на корпусе измерительной камеры, два фильтра, блок выделения амплитуды пульсации давления, блок хранения значения. амплитуды изменения объема проточной измерительной камеры, блок хранения

1188583 значения плотности газа, блок вычисления истинного газосодержания причем выход датчика температуры соединен с первым входом блока вычисления плотности жидкой фазы, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами блока хранения величины плотности газа и датчика средней плотности смеси, а выход датчика давления через последовательно соединенные первый фильтр и блок выделения амплитуды пульсаций давления подключен к второму входу блока вычисления истинного газосодержания1 первый вход которого соединен с выходом блока хранения значения амплитуды изменения объема измерительной камеры, а выход блока вычисления истинного газооодержания соединен с четвертым входом блока вычисления плотности жидкой фазы, пятый вход которого соединен с третьим входом блока вычисления истинного газосодержания и выходом второго фильтра, вход которогг пбдключен к выходу датчика давления.

3. Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления истинного газосодержания с тремя входами и одним выходом содержит сумматор, делительное устройство и множительное устройство, причем второй вход блока вычисления истинного газосодержания соединен одновременно с входом "Слагаемое 1" сумматора и,.входом "Делитель" делительного устройства, третий вход блока вычисления истинного газосодержания соединен с входом "Слагаемое 2" сумматора, а выход последнего соединен с входом "Делимое" I

Изобретение относится к нефте-. добыче и может быть использовано для измерения плотности жидкой фазы двухфазного потока без его разделения на жидкую и газообразную 5 фазы. делительного устроиства, выход !! t!

Частное которого соединен со входом "Множимое" множительного устройства,. вход "Множитель" последнего соединен с первым входом блока вычисления истинного газосодержания, а выход !!Произведение" — с его выходом.

4. Устройство по п. 2, о т л и ч. а ю щ е е с я тем, что блок вычисления плотности жидкой фазы с пятью входами и одним выходом содержит множительно-делительное устройство с тремя входами, множительное устройство, первый и второй вычитатели. делительное устройство, причем первый, второй и третий входы множительно-делительного устройства соедичены соответственно с пятым, первым и вторым входами блока вычисления плотности жидкой фазы, а выход — с входом !!Множитель" множительного устройства, вход "Множимое" которого соединен с четвертым входом блока вычисления плотности жидкой фазы, а выход !Произведение!! соединен со входом "Вычитаемое" второго вычитателя, вход последнего "УменьшаеI! мое соединен с третьим входом блока вычисления плотности жидкой фазы а выход "Разность" — с входом

Делимое" делительного устройства, вход !Делитель которого соединен с выходом "Разность" первого вычитателя, вход "Вычитаемое" последнего соединен с четвертым входом блока вычисления плотности жидкой фазы, а вход "Уменьшаемое" — с опорным источником напряжения, при этом выход "Частное" делительного устройства соединен с выходом блока вычисления плотности жидкой фазы.

Цель иэ обретения — повышение точности и снижение трудоемкости измерения плотности жидкой фазы газонасыщенной нефти.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для опреде-, !

1188583 ления плотности жидкой фазы гаэонасьпценной нефти; на фиг. 2 — структурная схема блока вычисления истинного газосодержания; на фиг. 3— структурная схема блока вычисления плотности жидкой фазы.

Известно физическое свойство газа при изотермическом сжатии в замкнутом объеме которое описыва1 ется соотношением

Р . Vz

v (1)

1 р

10 (2) Ч = V — b,V й

35 (1) примет вид

Рг (V1 — h V) V

I P

Ч (3) Из (3) получим значение начально- 40 го объема, занимаемого свободным газом в смеси в псевдозамкнутом объеме

Ч=-- — --AV г

Р— P

2 1 (4) 45 так как Р Р, иэ условия изменения объема (V ) V ), то учитывая, что

ЬР = Р - Р1, из (4) имеем

P +ЬР

° ЬЧ

1 дР (5) Выражение (5) определяет объем свободного газа в смеси, заключенный в псевдозамкнутом объеме.

Так как гаэосодержание в псевдозамкнутом объеме определяется соотношением

Этому закону подчиняется также газообразная фаза газонасьпценной нефти при изотермическом сжатии смеси в замкнутом объеме, в преде1 лах величин давлений, исключающих растворение газа в жидкой фазе, так как газ в смеси при сжатии (расширении) сжимается (расширяется),,а жидкая фаза практически не меня,ет своего объема.

Приняв U — начальный объем, занимаемый свободным газом в псевдозамкнутом объеме; V — объем,занимаемый свободным газом в псевдозамкнутом объеме после его изменения с амплитудой Ч (например, уменьшившего íà AV); Р1, Р— значение

30 давления смеси в псевдозамкнутом объеме, принимаемое соответственно до и после воздействия на смесь.

Ч

Ю = —— г (6) hV P, +hP = — — (- — — -) (7) Ч hP или при AV = const, Ч = const, LV

=-const = с (Р, +hP) qr-- с: — — ——

hP (8) Из (1) плОтнОсть газа Определяется как

t см г pã+(1 Ч г) t 4 (9)

rpe P — плотность газа;

, — плотность жидкой фазы смеси.

Откуда Рсм ЧгРг

Ч (10)

В выражениях (7 и 10) известными величинами являются плотность свободного газа в смеси рг, начальный псевдозамкнутый объем V, амплитуда изменения объема Ь Ч, P1 — начальное давление в псевдозамкнутом объеме V при механическом его изме нении.

Плотность смеси Р и A Р (амплитуда изменения давЛения, возникающая при изменении начального значения псевдозамкнутого объема V c амплитудой A V) измеряются.

Способ определения плотности жидкой фазы гаэонасьпценной нефти заключается в следующем.

Газонасыщенную нефть через датчик средней плотности пропускают через измерительную камеру псевдозамкнутого объема известной на.чальной величины V например типа фильтра-успокоителя под давлением потока, и измеряют плотность смеси Pz+, Одновременно производят измерение давления смеси Р в пространстве псевдозамкнутого объема и с частотой Й производят изменение псевдозамкнутого начального объема

V0 с известной и постоянной амплитудой AV. При этом происходит изменение давления Р в пространстве измерительной камеры псевдозамкнутого объема за счет сжимаемости свободного газа в составе смеси с амплитудой пульсации давления AP. где Ч вЂ” начальная величина псевдозамкнутого объема, в которой помещена порция смеси, то, учитывая (5), получим

1188583

Описанная дополнительная опера- 55 ция изотермического сжатия и расширения газонасыщенной нефти, введенная на конкретном потоке, позвоИзмеряется величина амплитуды пуль" сации давления АР. По формуле (7) вычисляется газосодержание Pj °

Используя известнук> величину Д, и вычисленное по (7) (Pz", вычисляют плотность жидкой фазы газонасыщенной нефти по формуле (10) .

Описанный способ позволяет производить определение плотности жидклй фазы газонасьш енной нефти при конкретных условиях существования газонасыщенного потока на текущий момент времени..Это осуществляется путем введения дополнительной операции на конкретном потоке поочередного с известной частотой изотермического сжатия и расширения газонасыщенной нефти, пропускаемой через измерительную камеру псевдозамкнутого объема, измерения при этом амплитуды пульсации давления в этом объеме, возникшей в результате этого воздействия, значения первоначального давления в псевдозамкнутом объе ".е; использования известной величины изменения первоначального псевдозамкнутого объема вычисления значения истинного газосодер>кания через произведение отношения суммы значения первоначального давления в псевдозамкнутом объеме со значением амплитуды пульсации давления в этом объеме, к последнему, на отношение значения объема к значению первоначального псевдозамкнутого объема; измерения температуры и первоначального давления в псевдочамкнутом объеме и использования вычисленного текущего значения истинного газосодержания, известной плотности газа при нормалвных условиях, вычисляют значение плотности жидкой фазы газонасыщенной нефти через отношение разности значений, измеренной на текущий момент времени, плотности га зонасыщенной нефти и произведения значения истинного газосодержания на значение плотности газа, приведенного к условиям измерения; и разности единицы со значением ис в тинного газосодержания.

50 ляет непрерывно иденТифицировать газожидкостный поток. Это обеспечивает непрерывное определение значения плотности его жидкой фазы на текущий момент времени, что в конечном счете снижает трудоемкость спос оба .

Для осуществления способа определения плотности жидкой фазы в газонасыщенной нефти в известное устройство, содержащее датчик средней плотности, блок вычисления плотности жидкой фазы, введены механизм возбуждения, проточная измерительная камера с известным псевдозамкнутым объемом с элементом, меняющим ее объем, датчик давления, датчик температуры, полосовой фильтр, фильтр нижних частот, блок выделения амплитуды пульсации давления, блок вычисления истинного газосодержания, блок хранения значения амплитуды изменения объема проточной измерительной камеры, блок хранения величины плотности газа, причем выход механизма возбуждения соединен с элементом, изменяющим объем проточной измерительной камеры, выход датчика давления, установленного на корпусе проточной измерительной камеры,. соединен с входом полосового фильтра и фильтра нижних частот, а выход датчика температуры, установленного на корпусе проточной измерительной камеры, подключен к первому входу блока вычисления плотности жидкой фазы, второй и третий входы последнего соединены соответственно с выходом блока хранения значения плотности газа и с выходом датчика средней плотности; первый, второй и третий входы блока вычисления истинного газосодержания соединены соответственно с выходом блока хранения значения амплитуды изменения объема проточной измерительной камеры, через блок выделения амплитуды пульсации давления — с выходом полосового фильтра и с выходом фильтра нижних частот, последний своим выходом соединен с пятым входом блока вычисления плотности жидкой фазы.

Устройство для определения плотйости жидкой фазы газонасыщенной нефти содержит механизм 1 возбуждения, про1188583 точную измерительную камеру 2, датчик 3 давления, полосовой фильтр

4, фильтр 5 нижних частот, блок 6 выделения амплитуды пульсации давления, который может быть выполнен в виде детектора, датчик 7 температуры, блок 8 хранения значения амплитуды изменения объема проточной измерительной камеры, который может быть выполнен в виде опорного источника постоянного напряжения, датчик 9 средней плотности смеси, блок 10 хранения величины плотности газа, который может быть выполнен в виде опорного источника постоянного напряжения, блок 11 вычитания плотности жидкой фазы и блок 12 вычисления истинного гаэосодержания, множительно — делительное устройство 13, множительное устройство 14, два вычитателя 15 и 16> делительное устройство 17, сумматор 18, делительное устройство 19 и множительное устройство 20.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал воздействия с механизма 1 возбуждения(например, механического или электрического) с частотой f изменяет объем проточной о измерительной камеры 2 с первоначальным значением объема Ч с амплитудой Ь Ч (например, Ч вЂ” АЧ) с частотой и

Смесь поступает в установленную вертикально проточную измерительную камеру 2, выполненную, например, в виде фильтра-успокоителя сверху. В результате смесь попадает в псевдозамкнутый объем, заполняя весь объем проточной измерительной камеры 2.

Часть этого объема занята жидкой фазой, а часть — газообразной. При изменении объема проточной измерительной камеры 2 с амплитудой дЧ и частотой f жидкая и газообразо ная фазы испытывают на себе воздействие сжатия. Так как жидкая фаза смеси практически несжимаема, а газообразная сжимаемая, то изменение объема V с амплитудой б Ч проО исходит за счет газообразной фазы.

Изменение объема Uo в проточной измерительной камере с амплитудой

АЧ вызывает изменение в ней начального давления Р< с амплитудой Р и с частотой fä.

Значение Р< и амплитуда пульсации g Р давления воспринимаются датчиком 3 давления, расположенным на корпусе измерительной камеры. Сигнал с датчика 3 давления поступает одновременно на полосовой фильтр 4 и фильтр 5 нижних частот.

Полосовой фильтр 4 пропускает сигнал, пропорциональный Д Р, с частотой пульсации f изменения объе0 ма V с амплитудой ЬЧ.

Фильтр 5 нижних частот не пропус15 кает сигнал с частотой пульсаций

f и вьпде, а пропускает сигнал, пропорциональный P1 .

С выхода полосового фильтра 4 сигнал с частотой пульсации f и

20 амплитудой пульсации, пропорциональной ЬР, поступает на блок 6 выделения амплитуды пульсации p P.

С выхода блока 6 сигнал, пропорциональный значению и Р, поступает на

2S второй вход блока 12 вычисления истинного газосодержания, на первый и третий входы которого поступают сигналы, пропорциональные С=д 1Ч„

А / и Р соответственно с блока 8 хранения значения амплитуды изменения объема проточной измерительной камеры и с выхода фильтра 5 нижних частот.

Блок 12 вычисления истинного raзосодержания осуществляет операции согласно выражению (8), для чего он содержит сумматор 18, делительное устройство 19 и множительное устройство 20 (фиг. 2), причем второй вход блока 12 внутри соединен одновременно с входом "Слагаемое сумматора 18 и входом Делитель делительного устройства 19, третий вход блока 12 внутри соединен с входом Слагаемое 2 сумматора 18, а ( выход последнего соединен с входом

"Делимое" делительного устройства

19, выход "Частное" которого соединен с входом Множимое множительного устроиства 20, вход Множитель" последнего соединен внутри с первым входом блока 12, а выход

"Произведение" — с выходом блока 12,.

Сигналы со второго и третьего входа внутри блока 12 поступают на сумматор 18, который формирует сигнал, пропорциональный (Р + АР), который поступает на вход "Делимое"

1188583

Р +дР дР

1О делительного устройства 19, на вход

"Делитель" которого поступает сигнал со второго входа блока 12. На выходе "Частное" делительного устройства 19 формируется сигнал, про- порциональный выражению

С выхода "Частное" делительного устройства 19 сигнал поступает на вход Множимое" множительного устройства 20, на вход "Множитель" которого поступает сигнал с первого входа блока 12.На выходе "Произведение" множительного устройства

20 формируется сигнал, пропорциональный значению истинного гаэосодержания ф . Этот сигнал поступает на вход блока 12.

Ф

Сигнал с выхода блока 12, пропорциональный значению ф, поступает на четвертый вход блока 11 вычисления плотности жидкой фазы, на первый, второй, третий и пятый входы которого поступают сигналы, проо, порциональные T С, $,, /»„„, Р,, соответственно с выходов датчика 7 температуры, блока 10 хранения величины плотности газа, датчика средней плотности смеси 9 и фильтра нижних частот 5.

Блок вычисления плотности жидкой фазы 11 осуществляет операции согласно выражению (10), для чего он содержит множительно-делительное устройство 13 с тремя входами, выполняющее операцию вида — (где (. t

Х у — первый вход, z — третий вход, х — вторэй вход), множительное устройство 14, первый вычитатель 15 второй вьиитатель 16 и делительное устройство 17, причем первый, второй и третий входы множительноделительного устройства 13 соединены соответственно внутри с пятым, первым и вторым входами блока 11, а . выход — со входом "Множитель множительного устройства 14, вход

"Множимое" которого соединен с четвертым входом блока 11, а выход

Произведение соединен со входом

"Вьиитаемое" второго вычитателя

16, вход последнего "Уменьшаемое" соединен с третьим входом блока вычисления плотности жидкой фазы а выход Разность — со входом

"Делимое" делительного устройства

3S

17, вход "Делитель" которого соединен с выходом нРазность" первого вычитателя 15, вход Вычитаемое последнего соединен с четвертым входом блока 11 а вход "Уменьшаемое" — с опорным источником положительного напряжения при

У этом выход Частное делительного устройства 17 соединен с выходом блока 11 (фиг. 3.) .

Сигнал, пропорциональный значению („, поступая на четвертый вход блока 11, одновременно поступает на вход нВычитаемое" первого вычитателя 15 и вход "Множимое" множительного устройства 14. На вход "Множитель множительного устройства 14 поступает сигнал с множительно-делительного устройства 13, выполняющего операцию вида -- - (где Y — первый вход, Е чz третин вход, Х вЂ” второй вход), чем обеспечивается приведение значения Р, установленного в блоке 10 к условиям измерения, на первый вход которого поступает сигнал, пропорциональный делению Р с выхода блока 5, на второй вход поступает сигнал, пропорциональный температуре измеряемой среды с выхода датчика 7 температуры, на третий вход сигнал, пропорциональный плотности газа при нормальных условиях, с выхода блока 10. На выходе Произведение множительного устройства 14 формируется сигнал, пропорциональный произведению значения истинного гаэосодержания на плотность газа g, p Этот сигнал поступает на вход "Вычитаемое" второго вычитателя 16, на вход

"Уменьшаемое" которого с выхода датчика 9 средней плотности смеси поступает сигнал, пропорциональный плотности смеси /Зги

На выходе "Разность" второго вычитателя 16 формируется сигнал, пропорциональный (t» q, p„). Этот сигнал поступает на вход "Делимое" делительного устройства 17, на вход нДелительн которого поступает сигнал с выхода "Разность" первого вычитателя 15, пропорциональный выражению (1-q„), на вход Вычитаемое которого поступает сигнал, пропорциональный ф,. с выхода блока

12 а на вход "Уменьшаемое" — опор1 ное напряжение Uoq = const. оР смеси

Фиг. z

На выходе "Частное" делительного устройства 17 формируется сигнал, пропорциональный плотности л

1188583 12 жидкой фазы смесите, который поступает на вход блока 11, тем самым. и на выход устройства.

1188583

Составитель В. Алексеев

Редактор Н. Горват . Техред О.Ващишина Корректор С. Шекмар

Заказ 6735/43 Тираж 396 Подписное

ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4