Устройство для отбора проб многофазной жидкости

 

«ц 912052

Сотоэ Советсння

С оцяалкстнчасюе

Республик (61) Дополннтельнт«тй к патенту (22) Заявлено 19.11. 71(2!) 1717302/2$,-03 (23) Приоритет - (32) 20.11. 76

E 21 B 47Ë0

4Ъоудорствааый каинтот

СССР оо делам «зобретеннй я открытий (3l) 70 41689 (331 Великобритания (53) УДК 622,241 (088.8) Опубликовано 07,03,82,Ввллетень № 9

Дата опубликования описания 09,03,82

Иностранец

Клод фирфор (Франция) (72) Автор изобретения

Иностранная фирма

"Илюмбергер Оверзис С.А." (Великобритания) (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ИНОГОФАЗНОЙ

ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважины, а именно для исследования многофазной жидкости

Известно устройство для отбора проб многофаэной жидкости, состоящее из корпуса с верхней и нижней крышками, выполненными с каналами, связывающими камеру пробы с внешней сре" дой, и датчика раздела уровней сред Щ1 1О

Недостатком указанного устройства является то, что при различной ско" рости; истечения каждой фазы отбирае"

1 мой пробы не достаточно возможно представить содержание присутствующих та фаэ в заданный момент на уровне отбора образца.

Цель изобретения " осуществление разделения пробы на срезе s процес- . се ее отбора., М

Укаэанная цель достигается тем, «то каналы выполнены таким образом, что выходные отверстия каналов в верхней крьюке направлены вниз, а в ,нижней — вверх. 25

На фиг. 1 представлена принципиаль- ная схема предлагаемого устройства, погружаемого в эксплуатационную скважину и содержащего сначала только одну фазу внешней смеси, на фиг. 2 - . то же, когда устанавливается равновесие между внутренней и внешней сре- . дой; на фиг. 3 " возможные конструк" тивные детали устройства; на фиг. 4конструкция устройства, снабженного детектором уровня межфаэовой поверх" ности с соединенными электрическими цепями, Устройство содержит вертикальную скважину .1, местонахождение двухфаз« ного потока, состоящего из тяжелой фазы, такой как вода 2, в которой перемещаются пузырьки легкой фазы 3, faK0A как нефть. В этот поток погружается продольно удлиненный зонд 4, который выключает прицепное устройСтво 5, фиксирующее трос 6, спускающийся в скважину 1 с поверхности, к концу которого подвешен этот зонд для тогЬ, чтобы его можно было пере3 91205 мещать в скважине l Зонд 4 содержит трубопровод 7, имеющий верхний конец 8 и нижний конец 9. Внутренняя стенка трубопровода ограничивает сбоку сагрегационную камеру 10, отде-, з ленную от внешней среды. в трубопроводе 7, но предусматривающую постоянные коммуникационные каналы для сообщения с этой последней. Концы 8 и 9 трубопровода 7 закрываются наконеч- 10 никами 11. Каждый из этих наконечни" ков имеет дно, образованное из попе-.

>речной стенки 12, находящейся на расL б

>стоянии против сторон соответствующих. концов 8 и 9 трубопровода 7. От этой поперечной стенки 12 каждый из наконечников 1t имеет боковое трубчатое удлинение 13, которое окружает на расстоянии по высоте трубопровод около его концов. Между удлинениями. 13 и трубопроводом 7 имеется пространство, достаточное для образования кольцевых каналов 14 и 15. Канал l4 (фиг. За) для наконечника 11 имеет круглую насадку 16 с внешней. стороны трубопровода, которая находится здесь о в плоскости Р>, перпендикулярной к ос« трубопровода 7. Канал переходит в верхний конец 8 трубопровода 7 на высоте h над уровнем насадки 16. Кро" Зо ме того, наконечник 11 (фиг. 1 и 2) закрывает в противоположном направле," ни« нижний конец 9 трубопровода 7 с целью ограничения канала 15, который открывается в нижний конец 9 тру" эз бопровода на расстоя> ии l. ниже плоскости Р его насадки 17 с внешней стороны.

Таким образом, камера 10, ограниченная трубопроводом 7, ийбщается с внешней средой через два противоположных прохода, расположенных на раз" личных уровнях, один верхний и другой нижний, включая соответственно каналы 14 и 15. Верхний проход обеспечивает сообщение обеих частей плос" кости Р>, расположенных соответственно внутри и с внешней стороны трубо" провода 7, а нижний проход обеспечивает сообщение обеих частей плоскости Р, расположенных соответственно внутри и с внешней стороны трубопровода 7. Эти два прохода имеют каждый изогнутую часть, вверх для верхнего прохода и вниз для нижнего прохода, 55 с целью образования двух сифонов.

Когда зонд находится в положении, представленном на фиг. 1, то любой

2 4 обмен жидкостью между камерой 10, продольно; ограниченной плоскостями Р и Р, и внешней средой должен осуществляться в направлении, согласно .вертикальному направлению.. Поэтому если оба прохода находятся погруженными в двухфазную среду,. содержащую одну фазу тяжелее, чем другая, сифон верхнего прохода стремится захватить самую легкую фазу, в то время как сифон нижнего прохода - самую тяжелую фазу.

Когда> такой зонд погружен в поток двух несмешивающихся жидкостей, сама камера заполняется любой смесью этих фаз, устанавливают, что образуются

t ,уравнивающие потоки между внутренней1 и внешней средами этой камеры до мо" мента, когда достигается равновесие, в котором фазы, находящиеся внутри камеры, разделяются самотеком, уровень их межфазовой поверхности 1 представляет состав жидкости, подаваемой из внешней среды.

Предположим, что в момент, когда зонд находится в потоке,он йолнастью заполнен самой тяжелой фазой (Фиг. 1) и является"восходящим. Ножно рассчи" тать разность давлений, существующую между плоскостями Р и Р> с внешней стороны зонда, Р - Р, -f+H+kp, 1) где Я - средняя плотность среды истечения;

Я - ускорен«е силы тяжести;

Н " расстояние между плоскостями Р> и др " потери напора мног6фазного потока между плоскостями Р, и Р, Разность давлений между плоскостями Р и Р при прохождении через трубу 7 может быть записана - > -р н + гг + Ю, (г) где Я - плотйость тяжелой фазы, заполняющей камеру 9;

Р > - динамичное давление, которое появляется в верхней части камеры 8 и результата потока;

P8 - динамическая депрессия, воэ" никающая в результате того же действия.

Члены р,yd и Рс3 очень незначительны и при больших добычах это приближение вполне допустимо. В связи с этим, путем гипотезы, Я „сЯ, разность давлений, проходящих по внут912052

5 реннему пути (Р -Р„ ) больше разности, которая существует прл прохож"дении по внешнему пути (P2 "Рл,) . Следовательно, устанавливается восходящий поток внутри трубопровода, расход $ которого таков, что потери напора которые он претерпевает, равен разности упомянутых гидростатических давлений.

Физический механизм обменов, кото" 10 рые устанавливаются между камерой и внешней средой, является следующим: пузырьки -легкой фазы проникают в верх" ний конец трубопровода через насад-. ку 16 после верхней части наконечни- 1$ ка 11, в то время как такой же объем тяжелой фазы выходит через насадку 17. В связи с притоком легкой фазы в верхнюю часть камеры 10 колонка освобождается от жидкости, которая 20 . в ней находилась. Разность гидроста" тических давлений между внутренней и внешней колонками жидкости уменьшается и уменьшается ее расход до нуля в то же время, когда фазы разделя" 2$ ются самотеком и когда межфаэовая поверхность устанавливается на уровне ..

Н, который рассчитывается от плоскос-. ти P) которая остается стабильной, если состав потока внешней среды на .Ъо уровне, где находится зонд, остается постоянным.

В состоянии, показанном на фиг. 2 можно записать равновесие гидроста" тических давлений, расход внутри трубопровода равен нулю.

Проходя через трубопровод:

Р -r, =-%щ+ (й+Н ф +, Н" +И) -4@P) где Н = Н-Н; 11- плотность легкои фазы.!

Проходя с внешней стороны грубо" провода: .

- Рл - Нрпх (4), где Я, = а л л + и лир,ц (5) „и Е - соответственно концентрации легких и тяжелых фаэ в среде.

Записывая равенство Р -Р1 и

Р2 -Рл получают ("=нЛ + н

Н(Н

Нз Формул (5> и (63 следует, что концентрации : и dy фаз пропорциол

$$ нальны высотам Н и Н", иначе говоря, тО уровень межфазовой поверхности представляет собой состав внешней среды, 6

Потери .напора потока в скважине, давление и депрессия динамические в колонке жидкости, содержащейся в камере. 10, ничтожны, соответствие между .уровнем межфаэовой поверхности и соответствующими пропорциями жидкостей в потоке несовершенно..

Исполнение сифонов может иметь. различные формы. Вариант исполнения (фиг. 3б), в котором соединительные каналы между трубопроводом и. внешней средой, вместо абсолютно продольных, наклонены поперечно. Верхняя часть .этого устройства показана с верхнего . конца 8 трубопровода 7. Наконечник 11 в виде колпачка, внутренний край которого имеет форму усеченного конуса, устанавливается над усеченной частью верхнего конца трубопровода 7 для образования канала 15, имеющего насадку иа конце 16 на нижнем уровне конца 8 трубопровода 7. Другие более сложные варианты исполнения проходов могут иметь место при условии, когда они имеют ориентированный сифон..

Форма проходов и ориентация их на-, садки может влиять на быстроту, с ко роОоО стремится .устанавливаться рав-( новесие в камере, когда изменяется внешняя среда. Эта быстрота велика при переходах (Фиг. 3 а, еб), которые обеспечивают легкий обмен между камерой 10 и внешней средой и позволяют определять нахождение межфазовой поверхности довольно быстро с целью получения приемлемых измерений,. когда такой зонд перемещают непрерывным образом. !

Сифоны изменяют противоположным образом направление пути следования по вертикали частиц обмена между внут" ренней и внешней средами камеры сегрегации.. Переходы устанавливают нулевую вертикальную скорость по крайней мере в одной точке пути следования между внешйей и внутренней средами камеры. В этом последнем случае приближают, наклоняя все больше и боль- ше, канал 15 (фиг. 3 б) к горизонтали, высота между насадкой каналов с внешней стороны и концом трубопровода, ограничивающего камеру замеров, стремится к нулю. Тем не менее, следует опасаться, что при отсутствии сифонов в верхнем и нижнем проходах, прорыв капель или пузырьков, в реэулЬтате завихрения внешней среды может происходить в камере за счет этих про7 9120 ходов, что вызовет нарушение устойчивости межфазовой поверхности в равновесии.

Зонд фиг. 1 и 2 ) преимущественно снабжается детектором YDQBHR межфазо" вой поверхности. Можно применять для этой цели датчик, который по разному реагирует на различные свойства исследуемых фаз, например емкостный..

Зонд, показанный на фиг. 4, снаб- 10 жен емкостным датчиком. Он имеет корпус зонда 18 на фиг. 4 представленатолько одна его часть, содержащего в себе центральную колонку 19, которая соединяет две расширенные части: lS верхнюю 20 и нижнюю 21. Этот корпус зонда предусматривает в своей верх" ней части элемент крепления, не пред- ставленный для троса, к которому может подвешиваться зонд. Этот корпус 20 зонда может содержать несколько инструментов, если зонд применяется в сочетании с другими устройствами для исследования эксплуатационной скважи" ны. Вокруг колонки 19 и между частя- 25 ми 20 и 21 монтируется трубопровод 22 с верхним диаметром во внешнем диаметре колонки 19 для обеспечения кольцеобразного пространства между этим трубопроводом и этой колонкой и огра" 50 ничения сбоку камеры замеров или камеры сагрегации фаз 23 эквивалентной предыдущей камере 10. Верхний конец 24 трубопровода открывается на некотором расстоянии от поперечной стенки 25 верхней широкой части 20 корпуса зонда 18, в то время как нижний конец 26 этого трубопровода открывается на расстоянии от поперечной стенки 27„ соединяющейся с широкой частью 21 корпуса зонда 18, труб" чатое боковое удлинение 28 охватывает трубопровод 22 около era верхнего конца 24 таким образом, чтобы соста" вить проход, имеющий часть, изогнутую вверх, образующую сифон между внешней и внутренней средами камеры 23 и, таким образом, трубчатое удлинение охватывает трубопровод 22 около его нижнего конца 26.

Камера представляет собой пространство между электродами емкостного датчика. Трубопровод 22, состоящий из металла, образует электрод с за55 землением для датчика. Другой электрод этого датчика состоит из металлической втулки, смонтированной на колонке 19 и соединенной с источником

52 8 напряжения. Эта втулка покрыта 1олстым слоем 29 изоляционного материала, по возможности не смачивающегося, такого как политетрафторэтилен.

Для питания датчика и измерения электроды 22 соединяются проводника ми 30 и 31 с генераторам gC 32, который в свою очередь соединен с постоянным источником 33 питания. Частота колебательного контура, в который

) включен датчик, изменяется с изменением емкости датчика и посылаемые сигналы частоты передаются прямо через генератор QC на поверхность по экранированному кабелю, к которому подвешен зонд и по которому переда" ется постоянный ток для питания зонда.

Соответствующее исполнение (фиг.4) состоит, например, в предусмотрении рядом с каждым концом камеры 23 на уровне верхнего и нижнего сифонов эталонной емкости, способной сообщать ответ:, характеризующую жидкую. фазу, заключенную в этом сифоне, ко" торый позволяет определить взятую пробу, каким бы ни был ответ основного датчика в присутствии только этой фазы.

Эталонными емкостями являются электрод, состоящий из металлического трубопровода 22 и другой электрод 34 и 35, который содержит колонка 19, coîòâåòñòâåíHî в верхнем и нижнем сифонах. Провод;ики 36 и 37> отходящие от электродов 34 и 35, могут быть поочередно соединены с генератором PC 32 посредством входящего искателя 38, с которым также соединен в

Ьтом случае проводник 39. Искатель 38 управляется с поверхности по проводнику 40 кабеля 41 для соединения селективно генератора с основным датчиком или с той или другой эталонной емкостью. Полезная длина трубопровода 22 мо" жет составлять 500 мм между концами трубчатых удлинений 28 и 42 при диаметре 43 мм. Это устройство пригодно для применения в сочетании с измерительными инструментами в нефтяных скважинах, к которым относятся., например, кроме инструмента для определения состава, расходомер и температурный инструмент.

Что касаеТся его применения в скважинах, следует заметить, что это устройство не требует никакой системы

9 . 9120 надувной перемычки и минимально на" рушает исследуемый поток истечения.

После упаковки оно может также применяться в режиме непрерывного пере" мещения, для. точных измерений и для подробного исследования некоторых зон его можно применять для осуществления периодических измерений, останавливая его на каждом анализируемом уровне, в этом случае можно иногда,1О выполнять установку для, каждой из фаз, присутствующих на этом уровне перед осуществлением собственно замеров. Применение устройства не ограничивается некоторыми типами скважин 1S или узким пределом добыч. формула изобретения

Устройство для отбора проб много" фазной жидкости, состоящее из корпу"

52 . 10 са с верхней и нижней крышками, выполненными с каналами, связывающими камеру для пробы с внешней средой, и датчика раздела уровней сред, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, „с целью осуществления разделения пробы на фазе в процессе ее отбора, каналы выполнены таким образом, что выходные отверстия каналов,в верхней крышке направлены вниз, а в нижнейвверх., Источники информации; принятые во внимание при экспертизе

1, Шамупа B.Н. и др. Глубинные, пробоотборники и их применение. t1., Гостоптехиздат, 1961, с. 41 .

912052

У

4 б

ВНИИПИ Заказ l>70/53

Тираж 624 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул,Проектная, 4 ппп,патент Зак. З 4 «>55