УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДЕБИТОВ КОМПОНЕНТОВ ПРОДУКЦИИ СКВАЖИН Российский патент 1998 года по МПК E21B47/10 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при измерении дебита двухфазных потоков эксплуатационных газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин.

Известны устройства для измерения дебита скважин, включающие сепаратор для разделения продукции скважин на жидкую и газовую фазы и стандартные сужающие элементы для раздельного измерения расходов газа и жидкости [1].

Недостаток таких измерительных устройств заключается в необходимости использования специального дополнительного сепаратора со сложной обвязкой и большим количеством запорной и регулирующей арматуры, что повышает стоимость измерительного устройства и усложняет его эксплуатацию.

Также известно устройство для определения дебитов компонентов продукции скважин, содержащее измерительный модуль, включающий пьезокерамический датчик пульсаций давления и согласующий усилитель, подключенный к двум идентичным каналам, состоящим из фильтров соответственно нижних и верхних частот, блоков детектирования, блоков извлечения квадратного корня и интеграторов, причем выходы последних подключены к блоку вычитания сигналов, подсоединенного к регистраторам расходов жидкости и газа [2].

Недостатком известного устройства является невысокая точность определения дебитов при изменении режимов работы скважин, когда в процессе контроля существенно изменяется расход. В этих случаях приходится работать при пониженном коэффициенте усиления.

Задачей изобретения является повышение точности раздельного определения дебитов жидкости и газа в широком диапазоне изменения режимов работы скважины.

Решение задачи достигается тем, что в устройство для контроля дебитов компонентов продукции скважин, содержащее измерительный модуль, включающий последовательно соединенные датчик пульсаций давления и согласующий усилитель, фильтры нижних и верхних частот и регистраторы дебитов жидкости и газа, согласно изобретению дополнительно введены управляемый масштабирующий усилитель, первый и второй вычислители среднеквадратичного значения сигналов, первый и второй преобразователи "напряжение - частота", первый и второй счетчики импульсов и микропроцессорный контроллер с клавиатурой, причем выход согласующего усилителя подключен к первому входу масштабирующего усилителя, выход которого подключен к входам фильтров нижних и верхних частот, выходы которых соответственно подключены к входам первого и второго вычислителей среднеквадратичного значения сигналов, выходы которых через первый и второй преобразователи "напряжение - частота" подключены к входам первого и второго счетчиков импульсов, выходы которых подсоединены к первому и второму входам микропроцессорного контроллера, первый и второй выходы которого подсоединены соответственно к регистраторам жидкости и газа, третий выход подключен к второму входу масштабирующего усилителя, а четвертый выход подключен к нулевым входам вычислителей среднеквадратичного значения сигналов и счетчиков импульсов.

Функционирование предлагаемого устройства осуществляется в соответствии с эмпирическими зависимостями, связывающими расход компонентов газожидкостного потока с пульсациями давления в соответствующих частотных диапазонах

где Q₁ и Q₂ - расход газа и жидкости соответственно;
A, B, α, β - коэффициенты, определяемые на этапе калибровки;
q_1i, q_2i - среднеквадратичные значения сигналов соответственно в первом и втором частотных диапазонах в i-м цикле измерений;
ΔP₁(t), ΔP₂(t) - сигналы, пропорциональные скорости пульсаций давления потока соответственно в первом и втором частотных диапазонах;
K_i - коэффициент усиления сигнала датчика в i-м цикле измерения;
T - длительность одного цикла измерений;
N - количество циклов измерений.

На фиг.1 показана блок-схема устройства; на фиг.2 - блок-схема алгоритма работы микропроцессорного контроллера.

Устройство для контроля дебитов компонентов продукции скважин по жидкости и газу содержит измерительный модуль 1, в состав которого входят пьезокерамический датчик 2 пульсаций давления потока и согласующий усилитель 3. Выход согласующего усилителя соединяется с вторичным измерительным прибором 4, в состав которого входят управляемый масштабирующий усилитель 5, фильтры нижних и верхних частот 6 и 7, первый и второй вычислители среднеквадратичного значения сигнала 8 и 9, первый и второй преобразователи "напряжение - частота" 10 и 11, первый и второй счетчики импульсов 12 и 13, микропроцессорный контроллер 14, цифровые индикаторы расхода жидкости 15 и газа 16, клавиатура 17.

Измерительный модуль 1 устанавливается на трубопроводе 18 на расстоянии от 1 м до 1,6 м от специального сужающего устройства 19, устанавливаемого в трубопровод для более интенсивной турбулизации потока и формирования его структуры. Конструктивно измерительный модуль выполнен так, чтобы пьезокерамический элемент 2, защищенный металлическим корпусом, находился непосредственно в потоке.

Вторичный измерительный прибор 4 выполнен переносным и может периодически подключаться к одному из измерительных модулей 1.

Устройство работает следующим образом.

Пьезокерамический элемент 2 осуществляет преобразование пульсаций давления потока в пропорциональный электрический сигнал, который поступает на согласующий усилитель 3, служащий для предварительного усиления сигнала и согласования высокоомного сопротивления пьезокерамического датчика с входным сопротивлением вторичного измерительного прибора 4. Электрический сигнал с выхода согласующего усилителя 3 поступает на вход масштабирующего усилителя 5. Оптимальный коэффициент усиления этого усилителя задается автоматически от микропроцессорного контроллера 14, в зависимости от усредненного значения амплитуды поступающего сигнала, либо оператором с помощью клавиатуры 17. С выхода масштабирующего усилителя 5 сигнал поступает на фильтры 6 и 7 нижних и верхних частот соответственно. Фильтр 6 выделяет первую информативную полосу частот (первый частотный диапазон), интенсивность сигнала в которой связана с расходом жидкой фазы. С выхода фильтра сигнал поступает на вычислитель среднеквадратичного значения сигнала 8, вычисляющий его интенсивность за время одного цикла измерений. Вычислитель 8 осуществляет детектирование сигнала и его интегрирование за время одного цикла измерений. С выхода вычислителя 8 сигнал поступает на преобразователь 10 "напряжение - частота". Сигнал с выхода преобразователя 10 поступает на счетчик импульсов 12, который осуществляет счет импульсов за определенный период времени и преобразует их в двоичный код. Следует отметить, что вычислители среднеквадратичного значения 8 и 9, а также счетчики импульсов 12 и 13 обнуляются микропроцессорным контроллером 14 в начале каждого цикла измерений. Таким образом, сигнал в двоичном коде на выходе счетчика импульсов 12 соответствует интенсивности пульсаций давления потока в первой информативной полосе частот за время одного цикла измерений. Сигнал с выхода счетчика импульсов 12 поступает на первый вход микропроцессорного контроллера 14, в котором осуществляется их суммирование и накопление в течение заданного количества циклов измерений. По окончании измерений полученное значение индицируется на цифровом индикаторе 15 в виде кода, соответствующего расходу жидкой фазы.

Аналогично производится расчет газовой фазы. Сигнал с выхода масштабирующего усилителя 5 поступает на фильтр верхних частот 7, выделяющий вторую информативную полосу частот (второй частотный диапазон). Далее сигнал поступает на вычислитель среднеквадратичного значения сигнала 9, с выхода которого - на преобразователь 11 "напряжение - частота". С выхода преобразователя 11 сигнал поступает на счетчик импульсов 13, сигнал с выхода которого в двоичном коде поступает на второй вход микропроцессорного контроллера 14 и после соответствующей обработки индицируется цифровым индикатором 16 в виде кода, соответствующего расходу газовой фазы.

Алгоритм работы микропроцессорного контроллера 14 приведен на фиг.2. Он содержит следующие основные операторы:
20 - пуск;
21 - подпрограмма самотестирования;
22 - подпрограмма инициализации ресурсов системы, задание (по умолчанию) значений коэффициента усиления K масштабирующего усилителя 5 и количества циклов измерений N;
23 - опрос клавиш клавиатуры изменения K и N;
24 - ввод новых значений K и N;
25 - опрос клавиш "измерение";
26 - обнуление вычислителей среднеквадратичного значения сигнала 8 и 9 и счетчиков импульсов 12 и 13;
27 - проверка окончания времени одного цикла измерений;
28 - считывание показаний счетчиков импульсов 12 и 13;
29 - расчет оптимального значения коэффициента усиления K;
30 - корректировка коэффициента усиления K масштабирующего усилителя 5;
31 - расчет Σqα1i

Использование: для измерения дебита двухфазных потоков эксплуатационных скважин. Сущность изобретения: в заявляемое устройство для контроля дебитов компонентов продукции скважин введен управляемый масштабирующий усилитель, оптимальный коэффициент усиления которого задается микропроцессорным контроллером. Это позволило получить требуемую точность измерения дебитов жидкости и газа при изменении режимов работы скважины в широком диапазона. Устройство позволяет измерять дебит скважин по жидкости и газу с необходимой точностью без сепарации газожидкостного потока в широком диапазоне изменения режимов работы скважин. 2 ил.

Устройство для контроля дебитов компонентов продукции скважин, содержащее измерительный модуль, включающий последовательно соединенные акустический датчик пульсаций давления потока продукции на устье скважины и согласующий усилитель, фильтры нижних и верхних частот и регистраторы дебитов жидкости и газа, отличающееся тем, что в него дополнительно введены масштабирующий усилитель, первый и второй вычислители среднеквадратичного значения сигналов, первый и второй преобразователи напряжение частота, первый и второй счетчики импульсов и микропроцессорный контроллер с клавиатурой, причем выход согласующего усилителя подключен к первому входу масштабирующего усилителя, выход которого подключен к входам фильтров нижних и верхних частот, выходы которых соответственно подключены к входам первого и второго вычислителей среднеквадратичного значения сигналов, выходы которых через первый и второй преобразователи напряжение частота подключены к входам первого и второго счетчиков импульсов, выходы которых подсоединены к первому и второму входам микропроцессорного контроллера, первый и второй выходы которого подсоединены соответственно к регистраторам дебитов жидкости и газа, третий выход подключен к второму входу масштабирующего усилителя, а четвертый выход подключен к нулевым входам вычислителей среднеквадратичного значения сигналов и счетчиков импульсов.