Многофазный сепаратор-измеритель



Многофазный сепаратор-измеритель
Многофазный сепаратор-измеритель

 


Владельцы патента RU 2529672:

Шлюмберже Текнолоджи Б.В. (NL)

Многофазный сепаратор-измеритель выполнен в виде двух вертикальных камер, гидравлически соединенных между собой в верхней и нижней частях. В нижней части первой камеры расположен входной порт, в котором установлена заглушенная сверху трубка с перфорированными стенками для подачи смеси флюидов, а также выходной порт для отбора тяжелой фазы. Во второй камере расположено устройство для определения положения границ раздела фаз. В верхней части одной из камер расположен выходной порт для отбора легкой фазы. Технический результат - обеспечение возможности быстрого и точного определения объема фаз смешивающихся флюидов, таких как газ и его конденсат, за счет более эффективной сепарации и предотвращения выноса тяжелой фазы через порт для отбора легкой фазы. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в установках для исследования многофазного течения газожидкостных смесей через пористую среду, в частности в установках для исследования течения газоконденсатной смеси через керн горных пород.

В процессе проведения лабораторных экспериментов по многофазной фильтрации флюидов через керны горных пород критическими факторами являются качество сепарации флюидов на фазы с последующим измерением объемов фаз, вышедших из керна. Более того, если насыщенность конденсатом (нефтью) одного образца керна или целой модели пласта (набор образцов керна, помещенных в кернодержатель) определяются по методу материального баланса, то количества (объемы) газовой фазы и особенно жидкой фазы, выходящих из модели пласта, являются ключевыми параметрами.

Для измерения объемной доли каждой фазы (газовой, жидкой, твердой) в многофазном потоке используются многофазные сепараторы. В общем случае конструкция сепаратора включает следующие основные элементы:

- измерительный объем (ячейка) разных конструкций;

- входной порт и несколько выходных портов - по одному для каждой фазы;

- уровнемер (оптический, ультразвуковой, резистивный или емкостной, диэлектрический, или основанный на ином принципе).

Серийно выпускаемые сепараторы (см., например, Recirculating Relative Permeability System RPS-850. User's Manual. Coretest Systems Inc., 2008, или The Acoustic Level Detection Module (ALDM) for Two and Three Phase Separators. Installation Guide & User Manual. New England Research, 2007, или Паспорт ультразвукового сепаратора УЗС-2-2 (ДПЕК.063.000). ООО Гло-Бел нефтесервис, 2007) достаточно хорошо и точно выполняют сепарацию и измерение уровней (объемов) фаз для несмешивающихся флюидных систем со значительным контрастом по плотности, таких как нефть - вода, газ - вода, газ - нефть - вода. Однако ситуация сильно меняется когда многофазная флюидная система включает газ и его конденсат, то есть газовую и жидкую фазы с очень близкими физико-химическими свойствами, что делает флюиды почти смешивающимися. В окрестности критической точки на РТ-диаграмме (давление - температура) газоконденсатный флюид становится почти неразделимым аэрозолем (туманом). В таких условиях, особенно при достаточно высоких скоростях фильтрации, характерных для экспериментов по фильтрации газа, часто наблюдается капельный перенос жидкой фазы непосредственно из подающей трубки в порт для отбора газовой фазы, то есть гидродинамический вынос более тяжелой (жидкой) фазы более легкой (газовой) фазой. Это явление, в свою очередь, приводит к дефициту более тяжелой (жидкой) фазы в измерительной ячейке, что существенно затрудняет измерение уровня жидкой фазы с помощью стандартного сепаратора. Эта проблема часто возникает при проведении фильтрационных экспериментов в лаборатории, при этом для поддержания высокого качества результатов определения объемов фаз требуется существенно большее количество флюидов, времени и трудозатрат.

Принцип работы сепараторов основан на гравитационном расслоении жидкостей с различными плотностями. Конструкции большинства сепараторов, выпускаемых промышленно, схожи и представляют собой две цилиндрические емкости, гидравлически связанные между собой. В одной из емкостей имеются порт для подачи смеси жидкостей и несколько портов (зависит от количества фаз) для отбора отсепарированных жидкостей. Во второй емкости происходит определение положения границ раздела фаз. Определение положения границ раздела фаз может проводиться различными методами, из которых в настоящее время наиболее распространенным является ультразвуковой способ измерения (на практике могу применяться и другие способы определения объемов фаз, например оптический, ультразвуковой, резистивный или емкостной, диэлектрический). В соответствии с ультразвуковым способом измеряют время прохода акустической волны от ультразвукового датчика, расположенного в днище измерительной емкости, до границы раздела фаз. Зная геометрические размеры сепаратора и скорость распространения ультразвуковых волн в данной среде, определяют объемы фаз в сепараторе, и при изменении положения границ раздела фаз можно определить количество закачанных в сепаратор фаз. Такая конструкция надежно работает в случаях с несмешивающимися флюидами. Однако в случае экспериментов со смешивающимися флюидами и при низких контрастах между их плотностями, например газ и его конденсат, часто наблюдается вынос конденсата (более тяжелой фазы) из объема сепаратора более легкой газовой фазой, что, в свою очередь, приводит к достаточно большим ошибкам в определении объемов фаз.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в обеспечении возможности быстрого и точного определения объема фаз смешивающихся флюидов, таких, как газ и его конденсат, за счет более эффективной сепарации и предотвращения выноса тяжелой фазы через порт для отбора легкой фазы.

Для достижения указанного технического результата многофазный сепаратор-измеритель выполнен в виде двух вертикальных камер, гидравлически соединенных между собой в верхней и нижней частях. В нижней части первой камеры расположен входной порт, в котором установлена заглушенная сверху трубка с перфорированными стенками для подачи смеси флюидов, а также выходной порт для отбора тяжелой фазы, во второй камере расположено устройство для определения положения границ раздела фаз и в верхней части одной из камер расположен выходной порт для отбора легкой фазы.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения выходной порт для отбора легкой фазы расположен во второй камере.

Устройство для определения положения границ раздела фаз представляет собой датчик, работа которого основана на оптическом, ультразвуковом, резистивном или емкостном, диэлектрическом или ином принципе.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения устройство для определения положения границ раздела фаз представляет собой ультразвуковой датчик.

Изобретение поясняется чертежами, где на Фиг.1 приведена принципиальная схема двухфазного сепаратора в соответствии с изобретением, а на Фиг.2 - схема трубки для подачи смеси флюидов в сепаратор.

Как показано на Фиг.1, в соответствии с предлагаемым изобретением сепаратор-измеритель выполнен в виде корпуса, в котором размещены две вертикальные камеры - первая камера 3, в которую подают смесь флюидов, и вторая камера 4, в которой осуществляют измерения положения границы раздела фаз. Камеры 3 и 4 в верхней и нижней частях гидравлически соединены между собой каналами 1, что обеспечивает выравнивание положения границ раздела между фазами в обеих камерах. В днище первой камеры 3 расположен входной порт, в котором установлена трубка 8 для подачи смеси флюидов. Как показано на Фиг.2, трубка 8 имеет перфорацию 13 в боковых стенках, а отверстие 12 на верхнем конце трубки заглушено. В днище первой камеры 3 расположен выходной порт 7 для отбора тяжелой фазы. В верхней части одной из камер - в данном варианте второй камеры 4 - расположен выходной порт 2 для отбора легкой фазы, а в днище второй камеры 4 установлен ультразвуковой датчик 6. В камере 4 также расположен репер 5 для определения скорости распространения акустической волны в тяжелой фазе. Положение границы раздела фаз рассчитывается на основании данных о времени прохода и скорости распространения акустической волны (при ином способе определения границы раздела фаз используются другие данные).

Сепаратор-измеритель предназначен для измерения объемов флюидов, вышедших из образца пористой среды, например керна горных пород, и может быть использован в лабораторных установках для исследования керна в пластовых условиях, то есть при повышенных давлении и температуре.

Далее в качестве примера описана работа сепаратора-измерителя по измерению объема фаз газоконденсатной смеси. В первую камеру 3 через трубку 8 подают газоконденсатную смесь, вышедшую из керна (не показан). Поскольку подаваемая смесь состоит из фаз с разными плотностями, в первой камере 3 происходит гравитационное расслоение смеси. При этом граница раздела фаз в обеих камерах находится на одном уровне за счет соединяющих каналов 1. Расчет количества фаз в сепараторе происходит на основании данных о геометрических размерах сепаратора, а также скорости и времени прихода акустической волны, отраженной от границы раздела фаз. Скорость распространения ультразвука определяется по времени прихода волны, отраженной от репера 5. В процессе проведения фильтрационных экспериментов, как правило, из сепаратора отбирается только одна фаза: легкая 11 или тяжелая 10 (Фиг.2). Этим обеспечивается возможность количественного определения объемов фаз в сепараторе без дополнительных измерений объемов фаз, отобранных из сепаратора. При приближении границы раздела фаз к днищу сепаратора, для обеспечения непрерывной работы происходит переключение клапанов и отбор флюидов ведется с противоположной стороны. Например, если сепаратор работает в режиме отбора тяжелой фазы через порт 7, то в нем происходит накопление легкой фазы и граница раздела постепенно понижается. При приближении границы к нижнему днищу сепаратор переключается в режим отбора легкой фазы через порт 2 и, соответственно, граница раздел будет перемещаться вверх. Улучшение качества сепарации достигается за счет препятствования капельному выносу жидкой фазы из объема сепаратора, а также за счет увеличения пути (времени) прохождения газообразной фазы через сепаратор. Как показано на фиг.2, при заглушенном верхнем конце трубки 8 пузырьки газа и капли жидкости выходят, дробясь, через перфорированные боковые стенки трубки и ударяются в боковую стенку 9 камеры. Это особенно актуально в случае фильтрации с высокими скоростями, что типично для экспериментов с фильтрацией газа. Отбор легкой фазы из сепаратора может происходить непосредственно из первой камеры 3. Однако предпочтительно выходной порт 2 для отбора легкой фазы перенести во вторую камеру 4. Это обеспечит отсутствие капельного выноса тяжелой фазы при высоких скоростях фильтрации за счет наличия изгибов и поворотов фильтрационных каналов, выполняющих роль экрана и понижающих скорость движения капель тяжелой фазы.

1. Сепаратор-измеритель, выполненный в виде двух вертикальных камер, гидравлически соединенных между собой, в нижней части первой камеры расположен входной порт, в котором установлена заглушенная сверху трубка с перфорированными стенками для подачи смеси флюидов, а также выходной порт для отбора тяжелой фазы, во второй камере расположено устройство для определения положения границ раздела фаз, при этом в верхней части одной из камер расположен выходной порт для отбора легкой фазы.

2. Сепаратор-измеритель по п.1, в котором выходной порт для отбора легкой фазы расположен во второй камере.

3. Сепаратор-измеритель по п.1, в котором устройство для определения положения границ раздела фаз представляет собой датчик, работа которого основана на оптическом, ультразвуковом, резистивном или емкостном, диэлектрическом или ином принципе.

4. Сепаратор-измеритель по п.1, в котором устройство для определения положения границ раздела фаз представляет собой ультразвуковой датчик.



 

Похожие патенты:

Предлагаемое изобретение относится к области добычи нефти и может быть использовано для определения дебитов нефти, воды и попутного нефтяного газа как передвижными, так и стационарными замерными установками.

Изобретение относится к области измерения и контроля дебита нефтяных скважин и может быть использовано в информационно-измерительных системах добычи, транспорта, подготовки нефти, газа и воды.

Изобретение относится к области измерения расхода газожидкостного потока. .

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию и может быть использовано при измерении и контроле дебита скважин на объектах нефтедобычи. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода газа, конденсата и его составляющих, и воды в газовой и нефтедобывающей промышленности при добыче газа и подготовке его к транспортировке.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения дебита нефтяных скважин по нефти, газу и воде, а также для калибровки (поверки) замерных установок.

Изобретение относится к области контроля режимов работы газовых скважин и может быть использовано в газовой промышленности. .

Изобретение относится к области добычи нефти и к измерительной технике и может быть использовано для определения дебита продукции нефтедобывающих скважин. .

Группа изобретений относится к испытаниям гидравлических машин и предназначена для измерения рабочих характеристик погружных газосепараторов, используемых при добыче нефти. Способ испытания газосепараторов на газожидкостных смесях включает измерение потоков жидкости и газа, формирование газожидкостной смеси, подачу потока в блок моделирования внутрискважинных условий, сепарацию испытываемым газосепаратором, определение расходов жидкости и газа в потоке на выходе из блока моделирования внутрискважинных условий. Поток, поступающий во входные отверстия газосепаратора, отделяют от потока, выходящего из выкидных отверстий, а давление на выкидных отверстиях газосепаратора поддерживают равным давлению на его входных отверстиях за вычетом давления столба газожидкостной смеси в газосепараторе. Изобретение направлено на повышение точности измерения сепарационной характеристики испытываемого газосепаратора за счет более полного моделирования скважинных условий. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области газового машиностроения, в частности к устройствам исследования газовых и газоконденсатных месторождений на разных технологических режимах. Технический результат заключается в снижении массогабаритных характеристик устройства, выполнении его транспортабельным, для перевозки и размещения на автомобильном транспорте или прицепе без предварительной разборки и последующей сборки и исключение необходимости гидроиспытаний перед проведением исследований, что значительно сокращает время подготовительных работ перед измерением. Блок для исследования газовых и газоконденсатных скважин включает сепаратор газожидкостной смеси, устройства: сужающее, замера продукции сепарации, замера давления, температур и расхода газа, сбора жидкостей и механических примесей и запорно-регулирующую арматуру. Блок расположен в каркасе с размерами, вписывающимися в габариты транспортных средств, при этом сепараторы, и устройства, входящие в состав блока, в число которых дополнительно введен сверхзвуковой сепаратор, обвязаны трубопроводами. Сепаратор газожидкостной смеси по входу соединен с выходом(ами) сверхзвукового сепаратора, а выход очищенного газа сверхзвукового сепаратора соединен с сепаратором газожидкостной смеси или с трубопроводом выхода очищенного газа. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использована для оперативного учета дебитов продукции газоконденсатных и нефтяных скважин в режиме реального времени. Технический результат направлен на обеспечение оперативного и точного измерения количества сепарированной жидкости, попутного газа и газоконденсата с возможностью определения их состава. Установка для измерения дебита продукции нефтяных скважин содержит гидроциклонный сепаратор с конденсатосборником. Жидкостную трубопроводную линию, соединенную с конденсатосборником, и газовую трубопроводную линию, соединенную с гидроциклонным сепаратором. Расходомер жидкости, установленный в жидкостной линии, расходомер газа, установленный в газовой линии. Установка снабжена по меньшей мере одним пробозаборником в газовой линии и дополнительной сепарационной установкой, выполненной с возможностью определения содержания конденсата в газе. Газожидкостную смесь непрерывно подают в гидроциклонный сепаратор с конденсатосборником, непрерывно разделяют газожидкостную смесь в гидроциклонном сепараторе на жидкость и газ. Подают газ и жидкость на газовую и жидкостную трубопроводные линии с расходомерами газа и жидкости, определяют расход газа и жидкости с помощью расходомеров, при этом отбирают пробу газа из газовой линии с помощью пробозаборника. Анализируют содержание конденсата в пробе газа с помощью дополнительной сепарационной установки и определяют дебиты продукции скважины с учетом содержания конденсата в газе по данным дополнительной сепарационной установки. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к способам исследования газовых и газоконденсатных скважин, определению их оптимальных технологических режимов, а именно к определению режимов максимального извлечения жидких продуктов при минимальных энергетических затратах, то есть минимальных потерях давления при различных режимах течениях газожидкостного потока. Технический результат предлагаемого технического решения заключается в расширении области исследования скважин при более широких режимах сепарации газожидкостных смесей. Способ включает сепарацию продукции скважины, замер дебита газа и объема, выносимых твердых и жидких фаз, при замере жидкой фазы под давлением сепарации и после дегазации в отдельной емкости. Замер устьевых давлений и температур на нескольких установившихся режимах, проводимый до стабилизации замеряемых параметров при утилизации отделяемых фаз. Замер объема жидкости и механических примесей осуществляется поочередно: на режиме сепарации без сброса давления газожидкостного потока перед сепарацией, на режиме сепарации со сбросом давления на сужающих устройствах (дросселях) перед сепарацией, на режиме сепарации со сбросом давления на сверхзвуковом сепараторе. Максимальный объем отсепарированной жидкости определятся по замеренным величинам при минимальных гидравлических потерях газожидкостной смеси. Отделенные фазы смешиваются с отсепарированным газовым потоком на всех режимах сепарации. Сепарация газожидкостной смеси осуществляется путем равномерного распределения сепарируемых фаз на вертикальной пористой структуре и последующим отводе с нее накопленной жидкости. Потоки газа и жидкости направляются на сепарацию продукции после режима сверхзвуковой сепарации. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, используемой в нефтедобывающей промышленности для замера и учета продукции нефтяных скважин. Технический результат: определение полного компонентного состава жидкости, а именно - воды и нефти за счет конструктивной конфигурации сепаратора, компоновки плотномера, газового и жидкостного сифонов. Устройство для измерения дебита нефтяных скважин, содержащее сепаратор, входную и выходную, в виде сифона, жидкостные линии, газовую линию с установленными на ней датчиками давления и температуры газовой фазы, связанными со счетно-решающим блоком с электронными часами, к которому подключены установленные на общей линии перед впадением ее в сборный коллектор объемный счетчик жидкости и запорный клапан. Сепаратор выполнен в виде двух вертикальных цилиндрических емкостей, которые в нижней части соединены патрубком. На стыке между вертикальными цилиндрическими емкостями смонтирован жидкостный сифон, а верхние части вертикальных цилиндрических емкостей соединены газовым сифоном. На выходе сепаратора установлен плотномер, соединенный со счетно-решающим блоком с электронными часами, содержащим микропроцессор. 7 ил.

Изобретение относится к испытаниям газосепараторов, используемым при добыче нефти с высоким газосодержанием. Стенд для испытания газосепараторов содержит накопительную емкость с сопряженным с ней стендовым гравитационным газожидкостным сепаратором, подпорный насос, систему приготовления газожидкостной смеси с источником газа, блок моделирования внутрискважинных условий для размещения испытуемых машин и электродвигателей к ним. Блок включает в себя модель обсадной колонны, имеющую вход для газожидкостной смеси и выходы для жидкости и для газа. Внутри модели, образуя кольцевое затрубное пространство, размещены газосепаратор и насос. Выходной участок затрубного пространства модели, расположенный выше газоотводящих отверстий газосепаратора, выполнен в виде дополнительного бака. Площадь поперечного сечения проточной части бака более чем на 10% превосходит площадь поперечного сечения основного участка, расположенного ниже. Нижняя часть дополнительного бака связана трубопроводом, имеющим площадь сечения не менее площади сечения кольцевого затрубного пространства, с верхним участком затрубного пространства, расположенным выше газоотводящих отверстий газосепаратора. Изобретение направлено на обеспечение имитирования реальных условий работы и повышение точности измерения объема отсепарированного газа. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к оборудованию для нефтедобывающей промышленности, а именно к установкам для измерения дебита нефтяных скважин с предварительным разделением газожидкостной смеси на газ и жидкость с помощью сепараторов. Техническим результатом является сокращение габаритных размеров установки, повышение статической и динамической точности регулирования уровня жидкости в емкости сепаратора, а также повышение надежности работы установки. Предложен трехпозиционный регулятор уровня жидкости в емкости сепаратора, содержащий установленные в емкости два датчика верхнего и нижнего допустимого уровня жидкости, установленную в выходном жидкостном трубопроводе заслонку и измеритель расхода, устройство управления для открывания и закрывания заслонки, причем регулятор содержит отдельный датчик уровня, установленный в дно емкости, заслонка выполнена в виде регулируемой с электроприводом, причем датчики и электропривод заслонки соединены с устройством регулирования направления и скорости изменения положения заслонки, содержащим вычислительное устройство для определения расхода жидкости, поступающей в сепаратор, к которому подключен отдельный датчик уровня и измеритель выходного расхода жидкости. В указанной установке применен способ, заключающийся в поддержании в определенном диапазоне уровня жидкости в накопительной емкости сепаратора за счет регулирования расхода жидкости в выходном трубопроводе путем закрывания заслонки при достижении нижнего уровня жидкости и открывания заслонки при достижении верхнего уровня жидкости, причем регулирование расхода жидкости на выходе производится с определенной скоростью, величина которой зависит от расхода жидкости, поступающей в сепаратор, определяемого по скорости изменения уровня в емкости и текущему расходу жидкости на выходе сепаратора. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх