УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕБИТА НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 2004 года по МПК E21B47/10 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам автоматического измерения массового расхода жидкости, добываемой из нефтяных скважин, ее объемного расхода, плотности, влагосодержания и расхода свободного газа.

Известно устройство для измерения продукции скважины [1], содержащее герметичную цилиндрическую емкость, сообщенную с входным и выходным трубопроводами продукции скважины и для газа и жидкости соответственно, имеющими управляемые запорные элементы, преобразователь силы в электрический сигнал, а также вычислительный блок, гидравлическую и электрическую системы управления.

Известно также устройство для измерения продукции скважины [2], содержащее герметичную цилиндрическую емкость с входным трубопроводом продукции скважины и выходным трубопроводом для газа и жидкости, имеющими управляемые запорные органы, преобразователь силы в электрический сигнал с поршнем и связанные между собой вычислительный блок, гидравлическую и электрическую системы управления. При этом герметичная цилиндрическая емкость выполнена с центрирующей опорой, расположенной вдоль ее вертикальной оси, и установленной концентрично ей цилиндрической направляющей.

Общим недостатком известных устройств является сложность конструктивного исполнения и большая металлоемкость. Кроме того, в них необходимо строго соблюдать симметричность в отношении центра тяжести. Нарушение симметричности ведет к нарушению балансировки измерительной массы (преобразователей силы в электрический сигнал) и соответственно к появлению дополнительной неконтролируемой погрешности, что снижает точность измерения массы жидкости.

Перечисленные недостатки аналогов частично устранены в устройстве для измерения дебита скважины [3], которое по технической сущности более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.

Оно включает герметичную цилиндрическую емкость с размещенным внутри ее разделительным поршнем, датчики положения поршня, установленные на концевых ее участках, переключатели потока, впускные и выпускные линии, блок управления и соединительные трубопроводы.

Недостатком прототипа является также сложность конструкции, большая металлоемкость, а также неоправданно большие затраты времени по определению дебита скважин, связанные с определением газового фактора.

Задачей настоящего изобретения является создание установки для измерения дебита нефтяной скважины, обладающей высокой точностью, малой металлоемкостью, простотой конструкции и не требующей больших затрат времени при определении дебита скважин.

Поставленная задача решается описываемой установкой, включающей герметичную цилиндрическую емкость с размещенным внутри ее разделительным поршнем, датчики положения поршня, установленные на концевых ее участках, переключатели потока, впускные и выпускные линии, блок управления и соединительные трубопроводы.

Новым является то, что емкость установлена на горизонтальной трубчатой оси, эксцентрично установленной относительно центральной ее оси, жестко закрепленной на фланцах емкости, и насаженной на шарикоподшипники опор, при этом линии впуска и выпуска продукции скважины сообщены с трубчатой эксцентрично установленной осью, сообщенной с полостью емкости, и снабжена датчиком веса, например, тензодатчиком, электрически связанном с блоком управления, при этом установка снабжена фильтром для очистки продукции скважины от механических примесей, установленным на линии подачи продукции скважины в переключатель потока, выполненный в виде гидрораспределителя с приводом, связанным электрически с блоком управления, для автоматической попеременной подачи продукции скважины в емкость.

Новым является также и то, что внутренние стенки емкости покрыты составом для предотвращения отложения парафина, а линии впуска и выпуска продукции скважины в емкость вмонтированы с возможностью сообщения с выкидной линией через гидрораспределитель, при этом разделительный поршень выполнен в виде упругого эластичного шара.

Приведенные чертежи поясняеют суть изобретения, где на фиг.1 схематически изображена установка для измерения дебита нефтяной скважины; на фиг.2 - вид на А фиг.1, частичный разрез.

Установка для измерения дебита нефтяной скважины содержит герметичную и калиброванную измерительную емкость 1 цилиндрической формы, покрытую изнутри составом для предотвращения отложения парафина, с размещенным разделительным поршнем 2 в виде шара, выполненного из упругого эластичного материала. Емкость может быть выполнена и другой формы, например, U-образной или торообразной. На концевых участках емкости снаружи установлены датчики 3 и 4 положения поршня. Измерительная емкость смонтирована на металлическом основании 5 с помощью двух опор 6 и 7 горизонтально на трубчатой оси 8, эксцентрично установленной относительно оси емкости, и жестко закрепленной на концевых фланцах 9 и 10. Ось 8 состоит из двух частей, вмонтированных на концевых фланцах 9 и 10 и насаженных на шарикоподшипники 11 опор 6 и 7. Таким образом, емкость имеет возможность кругового вращения, и она снабжена датчиком веса, например, тензодатчиком 12, электрически связанным с блоком управления 13, включающим контроллер 14 (процессор) и дисплей 15. Установка снабжена также фильтром 16 для очистки продукции скважины от механических примесей, установленным на линии 17 подачи продукции скважины в виде газожидкостной смеси (ГЖС) в переключатель потока, выполненный в виде гидрораспределителя 18 с приводом 19. Линии впуска и выпуска 20 и 21, которые взаимозаменяют друг друга при попеременной подаче ГЖС в измерительную емкость, вмонтированы с возможностью сообщения с выкидной линией 22 через гидрораспределитель 18. Линии впуска и выпуска 21 соответственно гидравлически связаны с трубчатой эксцентричной осью. Тензодатчик 12, привод 19 гидрораспределителя, а также датчики 3 и 4 положения поршня подключены с помощью электрической связи 23, 24 и 25 соответственно к блоку управления 13.

Установка при необходимости может быть снабжена влагомером 26 и выполнена в стационарном или передвижном исполнении. В последнем случае ее монтируют на шасси автомобиля типа “ГАЗ-3308”, а ее емкость при этом выполняют U-образной или торообразной формы. Такая форма емкости удобна при транспортировании и при измерении дебита скважин от 50 до 100 т в сутки и более.

Установка работает следующим образом.

Перед началом работы в память блока управления 13 (см. фиг.1) вводят следующие данные: массу измерительной емкости, ее объем как постоянные величины, а также плотность нефти и воды как известные величины для данного нефтяного месторождения.

Далее измерительную емкость 1 путем поворота смещают от центра тяжести и устанавливают на тензодатчик 12, как это изображено на фиг.2. Продукция скважины в виде газожидкостной смеси поступает в фильтр 16 и через трубопровод 17, очищенная от механических примесей - в гидрораспределитель 18, оттуда через одну из впускных линий 20 или 21 к одному из концов измерительной емкости без предварительной сепарации газа. Под действием напора ГЖС разделительный поршень 2 начинает перемещаться в поступательном направлении. С этого момента, например, датчик 3, если поршень будет находиться в зоне его действия, подает сигнал в блок управления на начало отсчета времени. Он, перемещаясь, одновременно начинает вытеснять ранее находящуюся там ГЖС в выкидной трубопровод 22 через линию 21 и гидрораспределитель 18 и при достижении разделительного поршня к другому датчику 4, последний подает сигнал блоку управления на окончание отсчета времени. На этом первый цикл измерения заканчивается, и тензодатчик 12 подает сигнал в блок управления 13, согласно которому он определяет суммарную массу ГЖС с измерительной емкостью по заранее заданному алгоритму (программе). При этом одновременно срабатывает привод гидрораспределителя и последний переключает поток ГЖС на другую линию 21, через которую ГЖС поступает на другой конец измерительной емкости, и далее цикл повторяется. Так автоматически гидрораспределителем попеременно, изменив направление потока в непрерывном режиме, осуществляется многократный цикл измерения дебита скважины. При определении массового расхода ГЖС в память блока управления вводят следующее математическое выражение:

где М_ж - массовый расход ГЖС по среднему значению за несколько циклов измерения, кг (тонна);

М_к - масса измерительной емкости с разделительным поршнем, величина постоянная, кг;

М_т - масса измерительной калиброванной емкости с жидкостью, зафиксированная в момент срабатывания датчика положения;

Т_ц - время прохождения поршнем внутри емкости от одного ее конца до другого, час (мин);

T₁, T₂ - время начала и окончания цикла измерения, зафиксированные контроллером.

Для определения объемного расхода жидкости в вычислительный блок вводят следующую формулу:

где w_в - содержание воды в нефти, среднесуточное значение, %.

При отсутствии в компоновке установки влагомера, в вычислениях применяют коэффициент w_в, определенный по результатам лабораторных анализов, введенных в память контроллера в виде уставки.

ρ_н - плотность нефти, т/м³;

ρ_в - плотность воды, т/м³.

При этом для определения расхода газа в память контроллера при необходимости вводят следующую формулу:

где V_г - расход газа, м³,

v_к - объем измерительной емкости, м³,

V_ж - объем жидкости в измерительной емкости, м³.

При небольшом объеме измерительной емкости, например, вместимостью 50-60 л из-за малого содержания газа при вычислениях дебита скважины им можно пренебречь.

Технико-экономические преимущества предложения заключаются в следующем:

Установка не металлоемка, значительно проще по конструкции за счет сокращения количества узлов и элементов измерительного устройства, что обеспечивает повышение надежности ее работы и сокращение затрат времени, снижение стоимости реализации измерительных работ. Количество подключаемых скважин к установке может быть от 1 до 14. Подача ГЖС в измерительную емкость через эксцентрично установленные оси обеспечивает повышение точности измерения.

Предварительные промысловые испытания установки дали положительные результаты.

Источники информации

1. А.С. СССР №1652521, М. кл. Е 21 В 47/00, 1991 г.

2. Патент Р.Ф. №2059067, М. Кл. Е 21 В 47/10, 1996 г.

3. Патент Р.Ф. №2069264, М. кл. 6 Е 21 В 47/10, Б.И. №32, 96 г. (прототип).

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к средствам автоматического измерения массового расхода жидкости, добываемой из нефтяных скважин, ее объемного расхода, плотности, влагосодержания и расхода свободного газа. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения и надежности работы за счет упрощения конструкции, уменьшение металлоемкости и сокращение времени. Установка включает герметичную цилиндрическую емкость с размещенным внутри ее разделительным поршнем, датчики положения поршня, установленные на концевых ее участках, переключатели потока, впускные и выпускные линии, блок управления и соединительные трубопроводы. Причем емкость установлена на горизонтальной трубчатой оси, эксцентрично установленной относительно центральной ее оси, жестко закрепленной на фланцах емкости и насаженной на шарикоподшипниках опор, и снабжена датчиком веса, электрически связанным с блоком управления. Линии впуска и выпуска продукции скважины сообщены с трубчатой эксцентрично установленной осью, сообщенной с полостью емкости. При этом установка снабжена фильтром для очистки продукции скважины от механических примесей, установленным на линии подачи продукции скважины в переключатель потока, выполненный в виде гидрораспределителя с приводом, связанным электрически с блоком управления, для автоматической попеременной подачи продукции скважины в емкость. Внутренние стенки емкости покрыты составом для предотвращения отложения парафина. Линия впуска и выпуска продукции скважины в емкость вмонтирована с возможностью сообщения с выкидной линией через гидрораспределитель. Разделительный поршень выполнен в виде упругого эластичного шара. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для измерения дебита нефтяной скважины, включающая герметичную цилиндрическую емкость с размещенным внутри нее разделительным поршнем, датчики положения поршня, установленные на концевых ее участках, переключатели потока, впускные и выпускные линии, блок управления, выкидную линию и соединительные трубопроводы, отличающаяся тем, что емкость установлена на горизонтальной трубчатой оси, эксцентрично установленной относительно центральной ее оси, жестко закрепленной на фланцах емкости и насаженной на шарикоподшипниках опор, при этом линии выпуска и впуска и продукции скважины сообщены с трубчатой, эксцентрично установленной осью, сообщенной с полостью емкости, и снабжена датчиком веса, электрически связанным с блоком управления, установка снабжена фильтром для очистки продукции скважины от механических примесей, установленным на линии подачи продукции скважины в переключатель потока, выполненный в виде гидрораспределителя с приводом, связанным электрически с блоком управления, для автоматической попеременной подачи продукции скважины в емкость, при этом линии выпуска и впуска продукции скважины в емкость вмонтированы с возможностью сообщения с выкидной линией через гидрораспределитель.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что внутренние стенки емкости покрыты составом для предотвращения отложения парафина.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что ее разделительный поршень выполнен в виде упругого эластичного шара.