Устройство для измерения дебита нефтяных скважин

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для измерения дебита нефтяных скважин. Задачей изобретения является расширение диапазона измерения дебита жидкости, повышение точности и надежности измерения. Это достигается тем, что устройство для измерения дебита нефтяных скважин содержит гидроциклонный сепаратор, сепарационную и измерительную калиброванную емкости, подключенные к газовой, впускной и выпускной жидкостной линиям, объединенным в выходной общий коллектор, датчик температуры, давления, верхнего и нижнего уровней жидкости и микропроцессор, причем на газовой линии между сепарационной и измерительной калиброванной емкостями и перед выходным общим коллектором установлены регуляторы расхода газа, а на жидкостной линии между сепарационной и измерительной калиброванной емкостями установлены отсекающий и трехходовой клапаны, кроме того, измерительная калиброванная емкость снабжена промежуточным датчиком уровня и измерителем уровня жидкости, выдающим результаты измерения в микропроцессор, на газовой линии установлен расходомер по газу, а датчик нижнего уровня одновременно представляет собой датчик гидростатического давления, а для управления трехходовым и отсекающими клапанами устройство содержит гидрораспределители и гидроприд. 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для измерения дебита нефтяных скважин.

Известно устройство для измерения дебита нефтяных скважин (патент США N 4549432, кл. G 01 F 15/08, опублик. 1985), содержащее вертикальный цилиндрический сепаратор с гидроциклоном, установленные на разных уровнях два счетчика давления, газовую линию с клапаном, впускную и выпускную жидкостные линии и микропроцессор.

Недостатком известного устройства является ненадежность его работы.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является устройство для измерения дебита нефтяных скважин (авторское свидетельство СССР N 1553661, кл. E 21 B 47/10), содержащее вертикальный цилиндрический сепаратор с гидроциклоном, снабженный успокоительными решетками, образующими полость измерения, внутри которых у боковой стенки сепаратора размещены датчики нижнего и верхнего уровней, установленные на разном уровне датчики давления, газовую линию с клапаном, объединенные в общий выходной коллектор, причем выпускная жидкостная линия выполнена в виде сифона, и микропроцессор.

Технология измерения известного устройства основана на предложении, что измерительная полость будет постоянно периодически заполняться и опорожняться. Однако при измерении соотношения скоростей притока и оттока жидкость не успевает уходить из сепаратора, происходит нарушение технологического цикла измерения, что позволяет с достаточной точностью и надежностью обеспечить изменение всего объема поступающей из скважины жидкости.

Если даже измерения происходят, т.е. при измерении дебита нефтяных скважин при определенных условиях измерительная полость будет периодически заполняться и опорожняться, то по этим измерениям нельзя произвести полный анализ поступающей жидкости из скважины и проходящей через устройство для измерения дебита нефтяных скважин, так как часть жидкости приходит и сразу уходит, не проходя стадию измерения, т.е. без определения компонентного состава (определения количества в жидкости нефти и воды), т.е. такие измерения дадут не полную по достоверности информацию, так как жидкость по пути из скважин в трубопроводах, в системах сбора, может сразу расслоиться на нефть, воду и в какие-то моменты времени на устройство для измерения дебита нефтяных скважин будет поступать жидкость с одной и той же скважины с различным содержанием нефти и воды.

Предлагаемое изобретение решает задачу расширения диапазона измерения дебита жидкости, повышение точности и надежности измерения.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном устройстве для измерения дебита нефтяных скважин, содержащем гидроциклонный сепаратор, сепарационную и измерительную полость, датчики температуры, давления, нижнего, верхнего уровней, газовую линию, впускную и выпускную жидкостные линии, объединенные в выходной общий коллектор, и микропроцессор, согласно изобретению на газовой линии между сепарационной полостью, выполненный в виде емкости, и измерительной полостью, выполненной в виде измерительной калиброванной емкости, и перед выходным общим коллектором установлены регуляторы расхода газа, а на жидкостной линии между сепарационной и измерительной калиброванной емкостями установлены отсекающий и трехходовой клапаны, кроме того, измерительная калиброванная емкость снабжена промежуточным датчиком уровня, расположенным выше сливного патрубка, и измерителем уровня жидкости, выдающим результаты измерения в микропроцессор.

На чертеже представлен общий вид устройства для измерения дебита нефтяных скважин.

Устройство содержит входной патрубок 1 газожидкостной смеси, гидроциклонный сепаратор 2, сепарационную емкость 3, измерительную калиброванную емкость 4, выходную газовую линию 5, жидкостную линию 6 между сепарационной и измерительной калиброванной емкостями, трехходовой клапан 7, выходной общий коллектор 8, регулятор расхода по газу 9, датчик верхнего уровня 11, датчик давления 12, датчик температуры 13, гидрораспределитель 14 на управление трехходовом краном 7, гидропривод 15, микропроцессор 16, расходомер по газу 17, датчик температуры 18 на газовой линии, датчик уровня 19 (промежуточный), регулятор расхода по газу, работающий в режиме регулятора перепада давления 20, клапан отсекающий 21, измеритель уровня жидкости 22 в измерительной емкости 4, гидрораспределитель 23 для управления отсекающим клапаном 21.

Устройство работает следующим образом.

Газожидкостная смесь из нефтяной скважины через входной патрубок 1 и гидроциклонный сепаратор 2 поступает в сепарационную емкость 3, где происходит отделение газа от жидкости под действием центробежных сил.

Выделившийся газ через выходной патрубок 24, регулятор расхода по газу 20, расходомер по газу 17, регулятор расхода по газу 9 попадает в выходной общий коллектор 8.

Жидкость в сепарационной емкости 3 по жидкостной линии 6 через трехходовый клапан 7, отсекающий клапан 21 и сливоналивной патрубок 25 поступает в измерительную калиброванную емкость 4.

При достижении емкостью уровня нижнего датчика 10, о чем дает сигнал датчик гидростатического давления 10, начинается контроль за наполнением калиброванной емкости 4, при достижении уровня сливоналивного патрубка 25, о чем дается сигнал датчиком гидростатического давления 10, начинается (в зависимости от выбранного алгоритма измерения) отсчет времени микропроцессором 16 наполнение калиброванной емкости 4.

По достижении жидкостью датчика верхнего уровня 11 подается сигнал на микропроцессор 16, отсчет времени прекращается и одновременно фиксируется величина перепада давления, возникающего от высоты столба жидкости между датчиками 10 и 11.

По команде микропроцессора на опорожнение трехходовый клапан 7 переключается в положение слива.

Слив жидкости происходит под действием перепада давления газа, который обеспечивается регулятором расхода по газу 9, установленным на выходной газовой линии 5 перед выходным общим коллектором 8.

Регулятор расхода по газу 9 работает в двух фиксированных положениях. С достижением перепада давления газа между сепарационной емкостью 3 и выходным общим коллектором 8, равного перепаду давления открытия, клапан перепада давления 9 открывается и фиксируется в открытом положении, газ начинает проходить через расходомер 17 в выходной общий коллектор 8, при этом перепад давления газа начинает падать.

С достижением перепада давления между сепарационной емкостью 3 и выходным общим коллектором 8 величины, равной величине закрытия регулятор расхода по газу 9 перекрывает выход газа из выходной газовой линии 5 в выходной общий коллектор 8, накапливающийся в сепарационной емкости 3 газ поступает в измерительную калиброванную емкость 4 и вытесняет жидкость в процессе слива.

Такая работа регулятора расхода по газу 9 обеспечивает работу расходомера по газу 17 в верхнем пределе измерения расхода, т.е. обеспечивает его работу с минимальной погрешностью.

При этом микропроцессор 16 фиксирует скорость снижения уровня жидкости в измерительной калиброванной емкости 4 от датчика верхнего уровня 11 до датчика нижнего уровня 10, температуру и избыточное давление.

По достижении жидкостью датчика нижнего уровня 10 по команде микропроцессора 16 трехходовый клапан 7 переключается в исходное положение.

И вновь начинается поступление жидкости из сепарационной емкости 3 в измерительную калиброванную емкость 4, процесс повторяется.

При недостаточном поступлении газа с жидкостью, особенно при измерении дебита нефтяных скважин с малым газовым фактором, поступающая жидкость не успевает уходить из измерительной калиброванной емкости 4, так как происходит стравливания перепада давления через измерительную калиброванную емкость 4, сливоналивной патрубок 25, отсекающий клапан 21, трехходовый клапан 7 в выходной общий коллектор 8.

Установка промежуточного датчика уровня 19 между сливным патрубком датчика верхнего уровня 11 позволяет сохранить перепад давления, необходимый для слива жидкости из измерительной калиброванной емкости 4, т.е. позволяет предотвратить сброс газа, путем посылки команды микропроцессором 16, по получению сигнала от датчика уровня 19 о достижении уровня жидкости при сливе, на переключение трехходового клапана 7 в положение налив жидкости в измерительную калиброванную емкость, и обеспечить постоянное периодическое заполнение и опорожнение измерительной калиброванной емкости 4, что, в свою очередь, в целом обеспечивает технологический процесс измерения дебита.

Для снятия влияния переходных гидравлических процессов на точность измерения уровня жидкости на сливоналивном патрубке между трехходовым патрубком 7 и измерительной калиброванной емкостью 4 установлен отсекающий клапан 21 с гидроприводом, связанный с микропроцессором 16, который перед началом измерения перекрывает поток жидкости, которая через трехходовой клапан 7 поступает в измерительную калиброванную емкость 4. После измерения отсекающий клапан 21 открывается, наполнение вновь продолжается. По достижении уровня жидкости датчика верхнего уровня 11 отсекающий клапан 21 закрывается, производится измерение, затем происходит переключение трехходового клапана 7, открывается отсекающий клапан 21, начинается процесс слива, при достижении определенного уровня при сливе происходит закрытие отсекающего клапана 21, снова производится измерение уровня микропроцессором 16, связанным с измерителем уровня 22, и определяется объем вытесненной жидкости, а по датчику перепада давления (гидростатического давления) 10 определяется масса вытесненной жидкости.

Регулятор расхода газа, работающий в режиме перепада давления 20, дополнительно установленный на газовой линии между сепарационной 3 и измерительной калиброванной 4 емкостями обеспечивает под действием перепада давления быстрое заполнение жидкостью измерительной калиброванной емкости 4, а уменьшением времени заполнение увеличивается верхний предел измерения. Работа регулятора расхода по газу в режиме регулятора перепада давления обеспечивается простым снятием фиксирующих элементов, удерживающий клапан регулятора расхода в одном из двух положений (в открытом или закрытом).

Масса порции жидкости, прошедшей через устройство измерения дебита нефтяных скважин, определяется следующим образом: M = V1 · p1 - V2 · p2 где M - масса слитой порции жидкости, прошедшей через калиброванную полость измерительной калиброванной емкости 4; V1 - объем жидкости, залитой до уровня H1 в измерительную калиброванную емкость, и определяемый по показаниям измерителя уровня микропроцессором из калибровочной таблицы, составленной при калибровке емкости и определяющей зависимость объема жидкости, находящейся в измерительной калиброванной емкости, от величины ее уровня H1 в измерительной калиброванной емкости; p1 - плотность порции жидкости объема V1 при ее высоте H1 в измерительной калиброванной емкости 4; V2 - объем оставшейся после слива жидкости, определяемый микропроцессором по произведенному измерению измерителем уровня 22 H2, оставшегося после слива жидкости уровня, и соответствующий этому уровню объем из калибровочной таблицы; p2 - плотность порции жидкости объема V2 при ее высоте H2 в измерительной калиброванной емкости 4.

В свою очередь где ΔP1 и ΔP2 - показания перепадомера 10 снятые микропроцессором при соответствующих им уровням жидкости H1 и H2;
g - ускорение свободного падения.

С учетом вышеизложенного масса слитой порции жидкости вычисляется микропроцессором по формуле

с учетом того, что вычисленная микропроцессором по показаниям приборов масса слитой жидкости представляется произведением объема слитой жидкости на ее плотность,
M = V·p;
определяется плотность объема слитой жидкости при определении объема слитой жидкости как
V = V1 - V2,

Затем вычисляется обводненность слитой порции жидкости по формуле

где W - обводненность нефти измеренной порции, %; p_в - плотность пластовой воды по данной скважине в рабочих условиях; p_н - плотность нефти в рабочих условиях по данной скважине определяемая лабораторным путем. Зная массу жидкости и ее обводненность, масса воды определяется
M_в = M·W;
масса нефти
M_н = M·(1 - W);
Количество газа определяется по расходомеру газа 17 с коррекцией по температуре и давлению через измерение этих параметров через датчики давления 12 и температуры 18.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в нефтедобывающей промышленности, в системах группового сбора нефти и газа.

Использование изобретения для измерения дебита нефтяных скважин обеспечивает требуемую точность и надежность измерения, увеличивает верхний предел измерения.

Точность измерения по предлагаемому изобретению легко проверяется путем направления порции жидкости в момент слива на образцовые измерительные весы и сравнения результатов измерения веса порции жидкости на весах с измерением, полученным через микропроцессор.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения дебита нефтяных скважин, содержащее гидроциклонный сепаратор, измерительную и сепарационные полости, датчики температуры, давления, верхнего и нижнего уровней, газовую линию, впускную и выпускную жидкостные линии, объединенные в выходной общий коллектор, и микропроцессор, отличающееся тем, что на газовой линии между сепарационной полостью, выполненной в виде емкости, и измерительной полостью, выполненной в виде измерительной калиброванной емкости, и перед выходным общим коллектором установлены регуляторы расхода газа, а на жидкостной линии между сепарационной и измерительной калиброванной емкостями установлены отсекающий и трехходовой клапаны, кроме того, измерительная калиброванная емкость снабжена промежуточным датчиком уровня, расположенным выше сливного патрубка, и измерителем уровня жидкости, выдающим результаты измерения в микропроцессор.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на выходной газовой линии установлен расходомер, а датчик нижнего уровня представляет собой одновременно датчик гидростатического давления.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит гидропривод и гидрораспределители для управления трехходовым и отсекающим клапанами.

РИСУНКИ

Рисунок 1