Устройство для измерения жидких компонентов продукции скважины

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и позволяет повысить оперативность учета изменения соотношения жидких компонентов в продукции (П) скважины.. Измеряемую П (нефть+пластовая вода+ +газ) периодически подают через патрубок 7 ввода в измерительную камеру (ИК) 2 первичного преобразовате-ля 1. Образована ИК 2 жестко закрепленным на внутрикорпусном участке патрубка 7 опорным диском 10 и чувствительным элементом (ЧЭ) в виде конической усеченной обечайки свободно надетой на диск 10 нижней широкой частью. Кинематически ЧЭ 3 соединен с элементами 4 и 5 преобразования времени заполнения ИК 2 и уровня П в ней. Элементы 4 и 5 подключены к измерительному блоку 9. При достижении в ИК 2 уровня П, при котором гидростатическое давление будет рав .но весу ЧЭ 3, он отрывается от диска 10о В этот момент ЧЭ 5 управляет передачей сигналов времени t заполнения ИК 2 и уровня hp в ней с ментов 4 и 5 в блок 9. Здесь проис (Л ходит определение расхода жидкой части П в целом Ч „ и покомпонентно П q., qg с Для этого блок 9 оперирует электрическими эквивалентами величин , учитывающих конструктивное исполнение ИК 2 и физические свойства компонентов измеряемой П. Блок 9 выполнен на элементах микроэлектроники . 1 з.По ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИ4ЕСНИХ

РЕС11УБЛИИ (д1) 4 Е 21 В 47/10

3(-.< .! >К)3Ж4 Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

БИЬ.1й;: f;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3811126/22-03 (22) 01. 11. 84 (46) 15. 10,86. Бюл. Р 38 (71) Опытный завод по производству и ремонту геофизического и энергетического оборудования "Электрон" (72) С. А. Радомский и Д. В. Плюснин (53) 622. 245, 5(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 276851, кл. Е 21 В 47/00, 1969.

Авторское свидетельство СССР У 467255, кл. G 01 N 9/26, 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЖИДКИХ

KOMIIOHEHTOB ПРОДУКЦИИ СКВАЖИНЫ (57) Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и позволяет повысить оперативность учета изменения соотношения жидких компонентов в продукции (П) скважины.

Измеряемую П (нефть+пластовая вода+

+газ) периодически подают через патрубок 7 ввода в измерительную камеру (ИК) 2 первичного преобразовате-. ля 1. Образована ИК 2 жестко закрепленным на внутрикорпусном участке патрубка 7 опорным диском 10 и чувствительным элементом (ЧЭ) в виде конической усеченной обечайки свободно надетой на диск IO нижней широкой частью. Кинематически ЧЭ 3 соединен с элементами 4 и 5 преобразования времени заполнения ИК 2 и уровня П в ней. Элементы 4 и 5 подключены к измерительному блоку 9. При достижении в ИК 2 уровня П, при котором гидростатическое давление будет рав,но весу ЧЭ 3, он отрывается от диска 10. В этот момент ЧЭ 5 управляет передачей сигналов времени t заполнения ИК 2 и уровня h в ней с элементов 4 и 5 в блок 9. Здесь происходит определение расхода жидкой части П в целом Ч „ н покомпонентно

Для этого блок 9 оперирует электрическими эквивалентами величин, учитывающих конструктивное исполнение ИК 2 и физические свойства компонентов измеряемой П. Блок 9 выполнен на элементах микроэлектроники. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1 1

Изобретение относится к устройствам измерения и учета продукции нефтяных скважин по компонентам, т,е. по компонентам смеси нефть — пластовая вода — попутный газ, Цель изобретения. — повышение оперативности учета изменения соотношения жидких компонентов в продукции скважины, На фиг. 1 представлена конструк ция устройства с продольным разрезом по оси корпуса-сепаратора; на фиг.2структурная схема измерительного блока, Устройство содержит первичный преобразователь 1, состоящий из измерительной камеры 2 с чувствительным элементом 3 (его вертикальная ось отдельной позицией не показана), элемент 4 преобразования времени заполнения измерительной камеры, элемент 5 преобразования уровня в измерительной камере (этой же позицией обозначена внутрикамерная часть элемента преобразования уровня), корпус-сепаратор 6 с патрубками ввода 7 и вывода 8 продукции (позиция 8 показана на фиг. 1 дважды с учетом вывода жидкой и газообразной частей продукции), измерительный блок 9 и опорный диск 10 для чувствительного элемента.

Измерительный блок соединен с элементом 4 преобразования времени заполнения измерительной камеры и элементом 5 преобразования уровня в ней линиями связи ll и 12 и состоит (cM. фиг. 2) из восьми умножителей

13 — 20, семи уставок 21 — 27, суммирующего блока 28, двух вычитающих блоков 29 и 30 и двух делителей 31 и 32.

Измерительная камера 2 образована опорным диском и чувствительным эле— ментом, 3 в виде сквозной конической усеченной обечайки с вертикальной осью. Обечайка (чувствительный элемент) свободно, с возможностью вертикального перемещения вверх от опорного диска, надета нижней широкой частью на опорный диск 10, который жестко закреплен на внутрикорпусном участке подводящего патрубка 7, Внутри измерительной камеры 2 помещен зонд элемента 5 преобразования уровня (обозначен на фиг. 1 той же позицией).

263829

Устройство работает следующим об- . разом, 5

Измеряемую продукцию (нефть+пластовая вода+газ ) периодически подают через входной патрубок 7 в измерительную камеру 2 с одновременным запуском элементов преобразования времени заполнения 4 и уровня 5. При достижении такого уровня продукции в камере 2, когда вертикальная составляющая F силы F гидростатического давления P продукции будет равна весу чувствительного элемента 3 (с осью), наступает момент подъема (отрыва) чувствительного элемента вверх от опорного диска. В этот момент времени чувствительный элемент разрешает функционально связанным с ним элементам 4 и 5 выдачу сигналов, характеризующих величины контролируемых ими параметров, в измерительный блок устройства. По замеренному элементом 4 промежутку времени t, а также уровню продукции h,, измеренному элементом 5 в момент отрыва чувствительного элемента от опорного диска, измерительная схема определяет расход жидкой части продукции как в целом q» так и покомпонентно q „,,q . Для этого измерительный блок оперирует электрическими эквивалентами величин, учитывающих конструктивное исполнение измерительной камеры {таких, как диаметр D опорного диска; диаметр d малого усечения чувствительного элемента; высоту Н чувствительного элемента над плоскостью опорного диска; угол Ы наклона образующей чувствительного элемента к его оси; вес G чувствительного элемента, учитывающих физифеские свойства компонентов измеряемой продукции (таких, как плотность нефти 0», плотность воды Р с учетом ее минерализации, объемное соотношение этих компонентов продукции в долях единицы, Хн и Х соответственно, а также плотность продукции p ), Так как плотность смеси в течение эксплуатации скважины меняется в диапазоне от ()„ до Р< а М„ от 1,0 до 0 (дпя воды пределы изменения Xö обратные), то текущую плотность продукции определяют по общеизвестной формуле

Рл н+ Рв в Рн н+ P (ë-> ) в- Рп

Xh

Рн (2) rae V„, V, V„ — объем нефти, воды и продукции в целом, Принимая V„= 1, V„=(1-7 ) =Хобъемная доля каждого из компонентов с учетом формулы 1, получим (9) с с (ah -ЪЬ;7Ь ah;--bh, (10) 263829 4 или Б„=ап — ЪЬ,, 2 где а=Ю/соя и Ъ= tea/cosa,, т.е. константы (для каждого конкретного устройства) .

5 Из формулы (6) и (9) плотность продукции определяется, как (3)

Рв -1 н

В момент отрыва чувствительного элемента от опорного диска имеет место равновесие между весом (G) чувствительного элемента и вертикальной составляющей (F ) силы (F) гидростатического давления (P) íà его стенку

6-1 -РБк 81псс — Рос Як, (4) где н - гидростатическая (осредненная по площади чувствительного элемента) составляющая давления Р продукции, нормального к контактирующей с продукцией поверхности 8 к чувствительного элемента и изменяющегося линейно от Р=О до Р= р q Ь

С учетом этого можно г записать так

25

Р P qh sang

p =-, з - н о ос 2 > (5) Зо

Подставляя выражение (5) в (4 ), получим

2G 2G ь

35 (6) 40 (D+d ) к о е о где 1 — длина образующей, равная

h /ñîs м., à d =D-2h tying, получим

"jD+(D-2Ьо ЬК«) ho 2VDho

55 к 2cosw 2сов м

2 и1р,с h (8) 2сов вГ

=С- — —— к "о где C=2G/qsina =const (для каждого конкретного устройства) .

Далее, выражая $„через геометрические размеры обечайки и учитывая, что ее боковая поверхность есть поверхность коническая и по общеизвест-4> ной формуле равная где h — уровень продукции в измериО тельной камере в момент отрыва чувствительного элемента от опорного диска, учитывая формулу (10) можно формулу (2) записать следующим образом: х РР Р Р Р

1 н (в (н Рв (н Pe P (p, — о „7 а1г-hh, 3 (11}

Таким образом, в формуле (11) есть две константы: Ов /p, — p„ и

1 с/Ps — Рн .

)1алее устанавливают (вычисляют) объем, занимаемый продукцией в измерительной камере на момвнт отрыва чувствительного элемента от опорного диска по общеизвестной формуле объема для усеченного конуса (12) где и =D 2hotp — диаметр уровня смеси в измерительной камере.

После соответствующих преобразований, аналогичных произведенным по формуле (8), формула (10) принимает вид и 1 о и" о п о, (15) где 1 =70 /4=const

m=7)ЭСяЫ/3=const;

n= вС8 к/3=const (для каждого конкретного устройства).

Из анализа формул (6), (9), (10), (11) и (13) видно, что все константы, входящие в них, .могут быть определены заблаговременно с необходимой для практики точностью, а для определения расхода (или количества) продукции в целом (или по компонентам) достаточно произвести ряд математических действий, Предлагаемое устройство реализует следующий алгоритм (формулу) по определению (измерению) жидких компонентов продукции скважин в общем виде:

kh -mh +nh г в для жидкости в целом- q о

)263

829 Ь ведения nh", а седьмой умножитель

a о

Суммирующий блок 28 производит вычисление тто определению количества продукции н измерительной камере по г формуле „ =Ю -ш1т +пЬ, оперируя выходными сигналами умножитепей 13, 1би 17, Выходные сигналы умножителей 18 и 19 поступают на первый нычитающий блок 29, который формирует и выдает сигнал, характеризующий разность о о

Выходной сигнал с первого вычитя-ющего блока 29 поступает ня делитель 31, ко торый произ водит деление сигнала устявки ?б, характеризующего величину с/P е -)) „, ня выходной сигнал вычитяющего блока 29, Выходной сигнал делителя 31 характеризует величину p„/(p,,ÿâëÿíùóþñR нычитаемым н формуле (?)., Из выходного сигнала уставки 27, характеризующего н формуле (2) величину,зе /р — p второе вычитяющее устройство 30 вычитает выходной сигнал с делителя 31 и выдает выходной сигнал, характеризуюIIIHA количество нефти в продукции, .ее, Х„.

Выходной си г н ал сумми рующе го блока 28 первый делитель 32 делит на сигнал преобразователя времени 4 и выдает на выходе сигнал,характеризующий расход продукции в единицу наблюдаемого интервала времени, т.е. q для нефти

Выходной сигнал с умножителя 15, Э характеризующий h одновременно по- 55 ступает на шестой и седьмой умножители 17 и 19, при этом шестой умножитель производит определение произ1 ре с

, 1 -1 1 где k, m, n, a., b, с, .О и p„- пос— тоянные величины (константы), представляемые в измерительном блоке выходными сигналами соответствующих устянок, я именно: уставка 21 выдает сигнал, характеризующий К; уставка ?? выдает сигнал, характеризующий »; уставка ?3 выдает сигнал, харак- 15 теризукщий ; устанкя 24 выдает сигнал, характеризующий и уставка 2". выдает сигнал, характеризующий Ь; 20 уставка 2 выдает сигнал, характеризующий („ /(— („ уставка 27 выдает сигнал, характеризующий с/(1е-(>К.

Например, расход (производительность) 25 скважины по нефтяной компоненте иэ— мерительный блок 9 (фиг ° 2) определяет в следующем порядке (с учетом того, что все устявки определены и заданы).

Сигнал преобразователя 5 уровня поступает однонременне на первый, второй и третий умножители 13, 14 и 1з соответственно, Умножитель 13 прОизводит умнОжение кОнстанты представленной (за данной) сигналом соответствующей формы, на сигнал, характеризующий уровень н измерительной камере h . Умножитель 14 производит возведение сигнала, характеризующего Ье во нторую степень.

Умножитель 15 производит определе3 ние h

Выходной сигнал с умножителя 14, 2 характеризующий ho одновреметтно 45 поступает на умножители четвертый и пятый 1б и 18, при этом четвертый умножитель производит умножение сигг нала уставки 22 ня Ь, а пятый умножител ь произ водит умноже ни е си г нала уставки: 24 на ту же величину, Х т.е. h,, Умножитель ?O, умножая выходные сигналы с делителя 32 и вычитающего блока 30, выдает сигнал расхода по нефтяной компоненте продукции.

< о р м у л а и з о б р е т е н и я

1., Устройство для измерения жидких компонентов продукции скважины, содержащее первичный т реобразонятель, состоящий из сепаратора измерительной камеры с чувствительным элементом и элементом преобразования времени ее заполнения и уровня в ней, размещенных внутри корпуса †сепаратора, имеющего патрубки ввода и вывода продукции, а также измерительный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения оперативности измерений эа счет учета изменений соотношения компонентов в продукции скважины, измерительная камера образована жестко закрепленным ня внут)2п3

Составитель А. Рыбаков

Редактор М, Бандура Техред А.Кравчук Корректор Л, Пилипенко

Заказ 5535/32 Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 рикорпусном участке подводящего патрубка горизонтальным опорным диском и чувствительным элементом, выполненным в виде конической усеченной обечайки, надетой нижней широкой частью на опорный диск с возможностью вертикального перемешения вверх относительно него, при этом чувствительный элемент кинематически соединен с элементами преобразования времени 10 заполнения измерительной камеры и уровня продукции в ней, а выходы этих элементов соединены с измерительным блоком.

2. Устройство по п. I о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что измерительный блок состоит из восьми умножителей, семи уставок, суммирующего блока, двух вычитающих блоков и двух де- 20 лителей, причем выход элемента преобразования уровня соединен с первым входом первого и входами второго и третьего умножителей, второй вход первого умножителя соединен с первой уставкой, выход второго умножителя соединен с первым входом четвертого

829 8 и пятого умножителей, вторые входы каждого из которых соединены с вто-рой и третьей уставкой соответственно, выход третьего умножителя подключен к первым входам шестого и седьмого умножителя, вторые входы каждого из которых соединены .с четвертой и пятой уставкой соответственно, выходы первого, четвертого и шестого умножителей соединены с входами суммирующего блока, а выходы пятого и седьмого умножителя подключены к входам первого вычитавщего блока, выход суммирующего блока и выход элемента преобразования времени наполнения измерительной камеры соединен с входами первого делителя, выход которого подключен к первому входу восьмого умножителя, второй вход которого соединен с выходом второго вычитающего блока, один из входов которого подключен к шестой уставке, а другой его вход соединен с выходом второго делителя, один из входов которого подключен к седьмой уставке, а другой — соединен с выходом первого вычитающего блока.