Способ экспресс-оценки мощности притока жидкости в резервуар

Изобретение относится к области техники, связанной с количественными оценками расхода жидкости произвольной плотности. Способ экспресс-оценки мощности притока жидкости в резервуар включает непрерывное прямое измерение давления в одной точке ниже уровня находящейся в резервуаре жидкости, предварительное определение плотности этой жидкости по гидростатической формуле через значения измеренного давления и уровня жидкости, определение на основе измеренного давления и плотности жидкости текущего значения высоты переменного уровня жидкости. При этом высоту уровня жидкости при определении плотности жидкости определяют с помощью эхолота, а на основе первой производной функции высоты переменного уровня жидкости при известной площади сечения резервуара по выражению q(t)=[dh(t)/dt]S определяют значение мощности притока жидкости в резервуар. Технический результат - расширение рабочего диапазона изменения уровня жидкости при оценке мощности притока жидкости в резервуар при использовании лишь двух измерительных приборов. 4 ил.

 

Изобретение относится к области техники, связанной с количественными оценками расхода жидкости произвольной плотности. В частности, оно может быть использовано в практике нефтедобычи для оценки дебита продуктивного пласта при низких забойных давлениях.

Известен способ определения расхода потока текучей среды (Пат. РФ №2160888), основанный на прослеживании темпа роста давления перед задвижкой, внезапно перекрывшей сечение потока. Способ рассчитан на текучую среду с достаточно высокой сжимаемостью. Низкие же значения сжимаемости среды приводят, с одной стороны, к высоким темпам восстановления давления, что затрудняет запись соответствующей диаграммы, а с другой стороны - к возникновению явления гидроудара, что может быть причиной механических разрушений и является безусловным недостатком технического решения.

Известен также способ оценки производительности погружного плунжерного насоса, основанный на записи нагрузочной диаграммы механического штангового привода насоса (Тахаутдинов Ш.Ф., Фархуллин Р. Г., Муслимов Р.Х., Сулейманов Э.И., Никашев О.А., Губайдуллин А.А. Обработка практических динамограмм на ПЭВМ. - Казань: «Новое знание». - 1997. - 76 с. с ил.). Недостатком способа является косвенность оценки и вытекающая из этого погрешность.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения плотности и уровня жидкости (Пат. РФ №2260776), включающий непрерывное прямое измерение давления в одной точке жидкой среды, определение плотности жидкости и пересчет этих числовых показателей в искомое значение переменного уровня жидкости в резервуаре. При известной площади поперечного сечения резервуара переменный уровень жидкости может быть в свою очередь пересчитан в мощность притока жидкости в резервуар.

К недостаткам этого способа можно отнести ту особенность, что местоположение переменного уровня определяется лишь в те моменты, когда он проходит через вспомогательный (верхний) датчик давления, расположенный на заранее известном расстоянии от основного (нижнего). При этом вспомогательный (верхний) датчик давления в непрерывном измерительном процессе не участвует. Когда же уровень жидкости находится строго между основным и вспомогательным датчиками давления, определение плотности жидкости, а следовательно, и высоты уровня принципиально не возможно. Это обстоятельство влечет за собой невозможность оценить мощность притока жидкости в резервуар, когда уровень жидкости находится строго ниже верхнего датчика давления, что обусловливает узость рабочего диапазона изменения уровня жидкости при оценке мощности притока. Расширение рабочего диапазона изменений уровня жидкости при оценке мощности притока требует здесь установки вертикальной гирлянды измерительных приборов, в данном случае - датчиков давления.

Техническим результатом предлагаемого решения является расширение рабочего диапазона изменения уровня жидкости при оценке мощности притока жидкости в резервуар при использовании лишь двух измерительных приборов.

Технический результат в способе экспресс-оценки мощности притока жидкости в резервуар, включающем непрерывное прямое измерение давления в одной точке ниже уровня находящейся в резервуаре жидкости, предварительное определение плотности этой жидкости по гидростатической формуле через значения измеренного давления и уровня жидкости, определение на основе значений измеренного давления и плотности жидкости текущего значения высоты переменного уровня жидкости достигается тем, что высоту уровня жидкости при определении плотности жидкости определяют с помощью эхолота, а на основе первой производной функции высоты переменного уровня жидкости при известной площади сечения резервуара по выражению

q(t)=[dh(t)/dt]S

определяют значение мощности притока жидкости в резервуар.

На фиг. изображена схема резервуара, оборудованного для осуществления способа. На стенке резервуара 1 с известной площадью сечения закреплены датчик давления 2 и эхолот 3 так, что расстояние между ними известно и неизменно. Между эхолотом 3 и датчиком давления 2 находится динамический уровень 4 жидкости 5.

Рассмотрим осуществление предлагаемого способа. Внутри резервуара 1 находится жидкость 5, образующая между датчиком давления 2 и эхолотом 3, разнесенными на расстояние H₀, динамический, то есть подвижный, уровень 4. При этом высота h уровня 4 жидкости 5 над датчиком давления 2 есть разность между H₀ и расстоянием Н от рабочей поверхности эхолота до уровня 4 жидкости 5. Величина Н замеряется эхолотом 3.

Уровень 4 жидкости 5 в резервуаре 1 является динамическим за счет оттока. При этом уровень 4 жидкости 5 есть функция времени. Подобной же функцией времени является давление, замеряемое датчиком 2. Уровень 4 жидкости 5 и давление в точке размещения датчика давления 2 связаны между собой гидростатической формулой:

$$P\left(t\right)=\rho gh\left(t\right)(1)$$

В свою очередь разность значений h(t₁) и h(t₂), умноженная на площадь сечения S резервуара 1, есть изменение объема жидкости 5 в резервуаре 1 за промежуток времени (t₂-t₁,). Для точного определения величины h(t) кроме ускорения свободного падения g и давления P (t) требуется знание плотности ρ жидкости 5. Для определения этой величины производят предварительное определение высоты уровня 4 жидкости 5 альтернативным путем - с помощью эхолота 3 и расчетом по выражению

ρ=P/g[H₀-H]

Это значение плотности подставляют в выражение (1) для последующего пересчета непосредственно регистрируемой функции давления P(t) в функцию h(t). Обновления значений плотности, то есть определение высоты уровня 4 жидкости 5 с помощью эхолота 3 делают тем чаще, чем выше темп изменения реологических свойств жидкости.

Допустим, темп изменения плотности жидкости составляет 10% в час, а погрешность оценки высоты уровня жидкости эхолотом составляет 5%. Такое соотношение влечет за собой достаточность двукратного в час определения плотности р жидкости 5 через альтернативное определение высоты уровня 4 жидкости 5 с помощью эхолота 3.

Способ осуществляют в следующей последовательности. Эхолотом 3 с известной погрешностью производят замер расстояния Н между уровнем 4 жидкости 5 неизвестной плотности в резервуаре 1 известной площади поперечного сечения и рабочей поверхностью эхолота 3. При этом частота замеров величины Н должна быть достаточной для обнаружения существенного изменения плотности жидкости 5, произошедшем за один цикл экспресс-оценки мощности притока жидкости 5 в резервуар 1.

Независимо от замеров величины Н производят непрерывное измерение давления датчиком 2. Под непрерывным измерением имеется ввиду дискретность снятия отсчетов давления столь малая, чтобы функция q(t) мощности притока жидкости 5 в резервуар 1 была наблюдаема без существенных искажений. Исходя из полученных данных по гидростатической формуле (1) определяют значение плотности жидкости 5. Построение функции текущего значения переменной высоты уровня h(t) делают уже на основе измеряемого давления Р(t) и определенного значения плотности ρ жидкости 5:

h(t)=Р (t)/ρg.

Полученную функцию текущего значения переменной высоты уровня n (I) дифференцируют и множат на значение площади сечения S резервуара 1, что дает функцию q(t) мощности притока жидкости 5 в резервуар 1. В случае переменной по высоте площади сечения резервуара 1 необходимо знание функции изменения площади сечения S(h). Значение площади сечения S является множителем при определении мгновенной мощности притока жидкости 5 в резервуар 1:

q(t)=[dh(t)/dt]S

Подобный процесс происходит после остановки глубинно-насосного оборудования нефтедобывающей скважины. В ствол скважины после остановки глубинно-насосного оборудования происходит убывающий приток продукции вскрытого пласта («послеприток»). Значение мощности «послепритока» в момент остановки глубинно-насосного оборудования совпадает со значением дебита продукции вскрытого пласта перед остановкой глубинно-насосного оборудования.

Умножая значения объемного притока жидкости 5 в резервуар 1 на значение плотности жидкости 5, получаем значения массового оттока жидкости 5 из резервуара 1 (притока жидкости 5 в резервуар 1).

Пример практической реализации способа экспресс-оценки мощности притока жидкости в резервуар. На диаграмме 1 приведено давление P_факт(1) в добывающей вертикальной скважине, оборудованной плунжерным насосом со штанговым приводом. В момент времени t=0 насос был остановлен и начался монотонно убывающий приток жидкости в резервуар, представляющий собой кольцевое пространство между колонной насосно-компрессорных труб и эксплуатационной колонной.

В связи с тем что значения давления регистрируются дискретно, необходимо сглаживание фактической кривой P_факт(t). На диаграмме 2 штриховой линией показана сглаженная кривая P(t). Аппроксимация сделана на основе полинома 3-ей степени.

На диаграмме 3 показана функция мощности притока q(t), представляющая собой первую производную от функции P(t) с учетом множителя S/ρg, где S - площадь поперечного сечения кольцевого межтрубного пространства скважины, ρ - плотность скважинной жидкости, g - ускорение свободного падения. Значение функции мощности притока q(t) в точке t=0 есть дебит скважины перед остановкой насоса.

Способ экспресс-оценки мощности притока жидкости в резервуар, включающий непрерывное прямое измерение давления в одной точке ниже уровня находящейся в резервуаре жидкости, предварительное определение плотности этой жидкости по гидростатической формуле через значения измеренного давления и уровня жидкости, определение на основе измеренного давления и плотности жидкости текущего значения высоты переменного уровня жидкости h(t), отличающийся тем, что высоту уровня жидкости при определении плотности жидкости определяют с помощью эхолота, а на основе первой производной функции высоты переменного уровня жидкости при известной площади сечения S резервуара по выражению
q(t)=[dh(t)/dt]S
определяют значение мощности притока жидкости в резервуар.