Инвертированный расходомер вентури с возможностью ввода вставки

Изобретение относится к расходомерам Вентури, используемым во взаимодействии с потоком из подземных пластов, и более конкретно к инвертированным расходомерам Вентури. Система измерения параметров потока для наземного, подводного или подземного применения в колонне труб содержит первоначальное устройство для использования в качестве расходомера, смонтированное в упомянутой колонне, и последующее устройство для использования в качестве расходомера, установленное внутри упомянутого первоначального устройства, для последующего измерения параметров потока. Технический результат - повышение точности измерения параметров потоков низкой интенсивности. 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к расходомерам Вентури, используемым во взаимодействии с потоком из подземных пластов, и более конкретно к инвертированным расходомерам Вентури, в которые может быть введена вставка для измерения параметров менее интенсивных потоков, чем пропускает данный расходомер в процессе добычи из продуктивного пласта. Предполагается, что настоящее изобретение может применяться как на наземных, так и на подводных трубопроводах.

Уровень техники

Инвертированные расходомеры Вентури используются для измерения параметров потоков очень высокой интенсивности. В основном, они представляют собой выпуклый участок колонны труб/ветви трубопровода, снабженный отводами для измерения давления, как это показано на фиг.6 патента US 6915707. В этом патенте на фиг.5 показан стандартный расходомер Вентури классической формы, сужающийся к горловине, где находится один из отводов для измерения давления, тогда как другой такой отвод располагается на одном из концов расходомера, имеющем больший диаметр. В инвертированном расходомере также имеется один отвод на конце и один на участке большего диаметра.

Производительность скважины со временем изменяется, и при снижении дебита высокопроизводительной скважины измерительное оборудование, рассчитанное на высокую интенсивность потока, перестает быть точным или вовсе не работает главным образом из-за отсутствия достаточного перепада давления в инвертированном расходомере Вентури при новой, значительно более низкой интенсивности потока. В прошлом в подобных случаях расходомер извлекали из скважины и заменяли другим расходомером, способным измерять параметры потоков меньшей интенсивности. В качестве сменного расходомера часто выступал стандартный расходомер Вентури. Кроме того, подъем эксплуатационной колонны и повторный спуск ее в скважину с новым расходомером требует времени и расходов на спускоподъемные операции, а также несет с собой риск падения производительности при возобновлении добычи после перерыва, связанного с установкой запасного расходомера. Эти проблемы, возникающие в случае серьезного изменения дебита, когда требуется замена расходомера, находящегося в подземном пласте, могут оказывать отрицательное влияние и на другое оборудование.

Расходомеры Вентури могут также располагаться в наземных или подводных выкидных линиях. Кроме того, известно применение устройств Вентури в качестве эжекторов для интенсификации притока при газлифтном методе добычи. Настоящее изобретение может использоваться в различных ситуациях, где применимы устройства Вентури, независимо от их расположения и способа доставки вставки.

Расходомеры Вентури в целом описаны в патентах и патентных публикациях US 5743717. 5128052, 4293283, 6015018, 6629564, 2006/0131014 и 2002/0029888. Представляет также интерес канадская заявка 2297003. В патенте US 4660647 описаны вставные предохранительные клапаны, спускаемые в скважину для размещения в имеющемся корпусе и принятия на себя функций другого предохранительного клапана, уже установленного в скважине.

Указанная проблема решается в настоящем изобретении посредством спуска в скважину вставного расходомера для ввода в инвертированный расходомер Вентури и фиксации его там в определенном положении с возможностью использования отводов первоначального расходомера. Вставной расходомер в предпочтительном варианте представляет собой стандартный расходомер Вентури, быстро спускаемый на тросе и фиксируемый в определенном положении таким образом, чтобы весь поток проходил через его горловину с сохранением доступа к отводам первоначального расходомера для регистрации данных или передачи сигналов тем же способом, как это ранее осуществлял первоначальный расходомер. В случае подводного применения можно использовать подводный аппарат с дистанционным управлением для удаления отрезка трубы, следующего за расходомером, с целью ввода вставки и повторного монтажа. При наземном применении вставка может устанавливаться вручную.

Специалисты в данной области получат более ясное представление о настоящем изобретении из приведенного ниже описания предпочтительного варианта осуществления изобретения и приложенных чертежей. Приложенная формула изобретения определяет настоящее изобретение в полном объеме.

Раскрытие изобретения

Вставной расходомер может быть спущен в скважину на тросе и введен в инвертированный расходомер Вентури с обеспечением использования имеющихся отводов для измерения давления с целью осуществления точного измерения параметров потоков низкой интенсивности, которые не могут быть точно измерены с помощью этого инвертированного расходомера Вентури. Вставной расходомер содержит уплотнительные элементы и может быть зафиксирован в определенном положении с уплотнением по окружности. Полученный новый поток меньшей интенсивности направляется в горловину вставного расходомера, который в предпочтительном варианте представляет собой стандартный расходомер Вентури. Устройства Вентури могут работать в режимах расходомера или эжектора и располагаться в скважинах, а также в подводных или наземных трубопроводах.

Краткое описание чертежей

На чертежах представлено:

фиг.1 - инвертированный расходомер Вентури, смонтированный в колонне труб,

фиг.2 - вставной расходомер, размещенный рядом с инвертированным расходомером Вентури, показанным на фиг.1,

фиг.3 - альтернативный вариант осуществления, в котором инвертированный расходомер Вентури снабжен отдельным патрубком с сечением, обеспечивающим ввод вставного расходомера,

фиг.4 - вид инвертированного расходомера Вентури, показанного на фиг.3, с полностью введенным вставным расходомером.

Подробное описание осуществления изобретения

На фиг.1 показан инвертированный расходомер Вентури 10 известного в отрасли типа. Он содержит расширенный участок 12 с отводом 14 для измерения давления (второй отвод). На впускном конце 15 имеется длинный впускной канал 16 заданного диаметра с сообщающимся с ним отводом 18 для измерения давления (первый отвод), расположенным на конце канала 20, идущего от впускного канала 16. Перепад давлений, регистрируемых на отводах 14 и 18, используется известным образом в уравнении Бернулли для расчета потока.

Участок 22, расположенный на обращенном к устью скважины конце 24, предназначен для стопорения и фиксации вставного расходомера 26 с помощью кольцевого выступа 28 или эквивалентного конструктивного элемента для фиксации/ввода в зацепление. Элемент 28, показанный на чертеже, также предусматривает неподвижную фиксацию. Расходомер 26 может селективно удерживаться в определенном положении внутри расходомера 10, пока не возникнет необходимость в его извлечении по какой-либо причине. Как показано на фиг.2, предпочтительным способом доставки вставного расходомера 26 является спуск на тросе 30, схематически показанный на чертеже и представляющий собой альтернативу транспортировке на гибких или даже жестких насосно-компрессорных трубах. Вставной расходомер 26 содержит пару уплотнительных элементов 32 и 34, расположенных на некотором расстоянии друг от друга и изолирующих отверстие, или отвод, 36 (третий отвод), проходящий от впуска 38 и сообщающийся с каналом 20. Стандартный расходомер Вентури содержит впускной конус 40, за которым по направлению потока расположены горловина 42 и выпускной конус 44. Горловина 42 имеет отвод 46 для измерения давления (четвертый отвод), который будет сообщаться с отводом 14 после фиксации вставного расходомера 26 на участке 22. В альтернативном варианте осуществления, показанном на фиг.3, может быть использован дополнительный отдельный патрубок 48 с участком 50 фиксации, располагающимся на нем таким образом, что удлинительный патрубок 52, крепящийся здесь к обращенному к устью скважины концу 54, обеспечит требуемое расположение горловины 42 относительно отвода 14 (фиг.4). При полностью введенном расходомере 26 (фиг.4) уплотнительный элемент 56 входит в контакт с расходомером 10, обеспечивая герметичную изоляцию кольцевого пространства 58, которое простирается до уплотнительного элемента 34. В устройстве, показанном на фиг.4 в собранном виде, внешние уплотнительные элементы 32 и 34 с расположенным между ними отверстием 36 обеспечивают гидравлическое сообщение с каналом 20, который теперь изолируется посредством этих уплотнительных элементов 32 и 34. Отвод 46 теперь располагается в кольцевом пространстве 58, изолированном на противоположных концах уплотнительными элементами 34 и 56. На тросе 30 имеется известное разъединительное устройство, которое обеспечивает отсоединение троса от вставного расходомера 26 после ввода фиксирующего элемента 28 в зацепление с участком фиксации (22 или 50 в зависимости от используемого варианта осуществления),

Специалистам в данной области будет ясно, что тип вставного расходомера 26 может отличаться от стандартного расходомера Вентури. В некоторых применениях вставной расходомер мог бы представлять собой инвертированный расходомер Вентури, имеющий меньшие размеры, чем первоначальный расходомер, и предназначенный для измерения параметров потоков меньшей интенсивности. Хотя использование инвертированного расходомера Вентури в качестве первоначального расходомера обеспечивает больше пространства для ввода в него вставного расходомера, возможны и другие комбинации расходомеров. Первоначальный и вставной расходомеры могут относиться к одному и тому же типу или к разным типам. Средства доставки могут быть различными и включать трос, кабель, гибкие или жесткие насосно- компрессорные трубы. Использование для работы вставного расходомера имеющихся у первоначального расходомера отводов для измерения давления является предпочтительным, но не обязательным. Номинальный и точный рабочий диапазон измерения параметров потока расходомера 26 не перекрывается с гораздо более широким рабочим диапазоном измерения параметров потока большего расходомера 10.

Идея использования вставного расходомера 26 не ограничивается применениями с целью измерений или размещением в скважине, поскольку настоящее изобретение можно использовать и в подводных или наземных трубопроводах, не ограничиваясь измерениями. Устройства Вентури могут применяться для повышения интенсивности потока, будучи использованными в качестве эжекторов, например при газлифтном методе добычи, когда в горловине создается пониженное давление, интенсифицирующее приток из продуктивных зон с низким пластовым давлением. Способ установки вставного расходомера 26 зависит от расположения первоначального устройства, например инвертированного расходомера Вентури 10. Вставной расходомер 26, применяемый в качестве эжектора, будет содержать на горловине 42 не отвод 46 для измерения давления, а выкидную линию, совмещенную с выкидной линией первоначального расходомера Вентури 10, предусмотренной в последнем вместо отвода 14 для измерения давления.

Приведенное выше описание предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения носит иллюстративный характер. Специалистами в данной области могут быть реализованы многочисленные изменения в рамках объема изобретения, буквальным и эквивалентным образом определяемого приложенной формулой изобретения.

1. Система измерения параметров потока для наземного, подводного или подземного применения в колонне труб, содержащая:
первоначальное устройство для использования в качестве расходомера, смонтированное в упомянутой колонне;
последующее устройство для использования в качестве расходомера, установленное внутри упомянутого первоначального устройства, для последующего измерения параметров потока.

2. Система по п.1, в которой первоначальное устройство представляет собой первоначальный расходомер Вентури с рядом измерительных участков для оценки параметров потока, а последующее устройство представляет собой последующий расходомер Вентури, сообщающийся с упомянутыми измерительными участками первоначального расходомера Вентури.

3. Система по п.1, в которой первоначальное устройство представляет собой инвертированный расходомер Вентури.

4. Система по п.1, в которой последующее устройство представляет собой стандартный расходомер Вентури.

5. Система по п.4, в которой последующее устройство способно измерять параметры потока в диапазоне, не перекрывающем соответствующий диапазон первоначального устройства.

6. Система по п.5, в которой измерительный диапазон последующего устройства меньше измерительного диапазона первоначального устройства.

7. Система по п.3, в которой последующее устройство представляет собой стандартный расходомер Вентури.

8. Система по п.1, содержащая устройство доставки последующего устройства, представляющее собой одно из следующего: трос, гибкие трубы и жесткие трубы.

9. Система по п.1, в которой первоначальное устройство содержит участок фиксации для приема и селективного удержания последующего устройства.

10. Система по п.9, в которой упомянутый участок фиксации выполнен как единое целое с первоначальным устройством или расположен на патрубке, закрепленном на первоначальном устройстве.

11. Система по п.7, в которой:
инвертированный расходомер Вентури имеет разнесенные друг от друга первый и второй отводы для измерения давления;
стандартный расходомер Вентури имеет несколько наружных уплотнений, изолирующих первый и второй отводы для измерения давления, когда стандартный расходомер Вентури полностью вставлен в инвертированный расходомер Вентури.

12. Система по п.11, в которой стандартный расходомер Вентури имеет третий и четвертый отводы для измерения давления, а упомянутые уплотнения разобщают упомянутые третий и четвертый отводы.

13. Система по п.12, в которой упомянутые уплотнения включают три уплотнительных элемента, из которых первый и второй уплотнительные элементы расположены на противоположных сторонах третьего отвода, а третий уплотнительный элемент - на стороне четвертого отвода, противоположной второму уплотнительному элементу.

14. Система по п.13, в которой первый и второй уплотнительные элементы изолируют первый отвод для измерения давления, обеспечивая герметичное сообщение третьего отвода с первым отводом, когда последующий расходомер Вентури полностью вставлен в первоначальный расходомер Вентури.

15. Система по п.14, в которой второй и третий уплотнительные элементы изолируют второй отвод, обеспечивая герметичное сообщение четвертого отвода со вторым отводом, когда последующий расходомер Вентури полностью вставлен в первоначальный расходомер Вентури.

16. Система по п.15, в которой последующий расходомер Вентури имеет горловину, а четвертый отвод расположен в этой горловине.

17. Система по п.16, содержащая устройство доставки последующего расходомера Вентури, представляющее собой одно из следующего: трос, гибкие трубы и жесткие трубы.

18. Система по п.16, в которой первоначальный расходомер Вентури содержит участок фиксации для приема и селективного удержания последующего расходомера Вентури,

19. Система по п.18, в которой участок фиксации выполнен как единое целое с первоначальным расходомером Вентури или расположен на патрубке, закрепленном на первоначальном расходомере Вентури.

20. Система по п.10, в которой участок фиксации обеспечивает фиксацию последующего устройства в первоначальном устройстве.