СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ И ЕЕ КОМПОНЕНТОВ Российский патент 2010 года по МПК G01F3/38 G01F15/08 

Изобретение относится к области добычи нефти и может быть использовано при измерениях среднесуточного массового расхода жидкости, среднесуточного объемного расхода газа и для определения среднесуточного массового расхода нефти, добываемой из нефтяных скважин, и в других случаях, когда необходимо измерять количество жидкости и газа в мультифазном потоке при рабочих условиях.

Известен способ измерения расхода жидкости и газа, основанный на периодическом заполнении жидкостью (водонефтяной смесью) и последующем опорожнении (заполнении газом) измерительной (калиброванной) камеры, выполненной в виде вертикальной цилиндрической емкости, оборудованной двумя датчиками уровня (преобразователями гидростатического давления). Расход жидкости определяют по скорости заполнения жидкостью калиброванной камеры, а расход газа - по скорости ее опорожнения.

Также известен способ измерения расхода газожидкостного потока, основанный на поочередном заполнении и опорожнении половин измерительной камеры, выполненной в виде двух вертикально установленных цилиндров, соединенных между собой в верхней части трубопроводом и оборудованных верхним и нижним датчиками уровня, в качестве которых используются преобразователи гидростатического давления столба жидкости. Причем в этом случае по скорости опорожнения калиброванной части одного цилиндра определяют расход газожидкостной смеси, а по скорости одновременно протекающего заполнения калиброванной части второго цилиндра - расход жидкости. Известный способ позволяет обнаружить изменение вместимости одного из цилиндров по разности их показаний расхода. Однако при пульсирующем характере поступления газожидкостной смеси упомянутым признаком в практическом применении воспользоваться невозможно.

Недостатками известных способов являются:

- большая погрешность измерения ввиду того, что калибровка вместимости измерительной камеры производится на стенде на воде. Однако в течение эксплуатации вместимость калиброванной части измерительной камеры изменяется из-за отложений шлама и парафиносмолистых соединений на стенках, перегородках, успокоителях, в смотровых люках и других элементах, являющихся неотъемлемой частью реальных измерительных емкостей, работающих под давлением. Кроме того, при калибровке на воде, калиброванная часть измерительной камеры находится между контрольным нижним и верхним штуцерами, расстояние которых от чувствительных элементов датчиков уровня задается конструкцией. Однако плотность измеряемой водонефтяной смеси всегда меньше плотности воды, и калиброванная часть измерительной камеры, зафиксированная как разность веса столба жидкости между верхним и нижним контрольным штуцерами, как бы перемещается вверх тем выше, чем меньше относительная плотность измеряемой водонефтяной смеси;

- вместимость калиброванного участка измерительной камеры определяется в заводских условиях, не в рабочем режиме и без учета рельефа местности участка, где производится реальное измерение. В реальных условиях устройства размещаются на подготовленных площадках, повторяющих уклон местности, в связи с чем вместимость измерительных камер изменяется, следствием чего является большая погрешность измерения;

- открытие и закрытие жидкостной и газовой линии осуществляется одним устройством - трехходовым краном с электроприводом, смонтированным на стыке трубопроводов, отводящих газ и жидкость из сепаратора. Таким образом, при закрытой жидкостной линии газовая линия всегда открыта, или наоборот. Наличие в конструкции такой связи приводит к разрежению сепаратора во время заполнения измерительной камеры, при этом нарушается условие равновесия системы, что отрицательно влияет на метрологические характеристики установки;

- чувствительные элементы датчиков уровня жидкости находятся в зоне активной ступени сепарации вследствие воздействия среды, вызванной пульсирующим режимом подачи газожидкостной смеси, пенообразования, неустановившегося гидростатического уровня, увеличивается погрешность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения расхода газожидкостной смеси и составляющих ее компонентов.

Согласно заявляемому способу повышение точности измерения расхода газожидкостной смеси и составляющих ее компонентов достигается тем, что калибровку (определение вместимости) измерительной камеры производят в рабочем режиме скважин с помощью, например, трубопоршневого блока (одно- или двунаправленного действия) с определенной вместимостью. При этом в устройстве в качестве измерительной камеры используется вспомогательная вертикальная накопительная емкость, сочлененная с горизонтальным сепаратором по принципу сообщающихся сосудов. Вертикальная емкость оборудована одним или двумя датчиками уровня жидкости.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерия "существенного отличия". Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемые способ и устройство для измерения расхода газожидкостной смеси и составляющих ее компонентов отличается тем, что исключается влияние изменения, в процессе эксплуатации, вместимости измерительной камеры за счет отложений парафиносмолистых веществ и шлама, исключается влияние изменения плотности водонефтяной смеси, входящей в состав газожидкостного потока.

Таким образом, заявляемый способ и устройство для измерения газожидкостной смеси и составляющих ее компонентов соответствует критерию "новизна". На чертеже изображена эквивалентная схема одного из вариантов реализации предлагаемого способа и устройства.

В состав устройства входит горизонтальный сепаратор (1), вертикальная накопительная емкость (2), соединенные между собой трубопроводами жидкостной (3) и газовой линии (4), входной трубопровод (6), подводящий газожидкостную смесь в сепаратор, трубопровод (7) верхней переливной и газоотводящей линии, трубопровод (8) нижней переливной и газоотводящей линии, жидкостный трубопровод (9), трубопровод (10), отводящий газожидкостную смесь и оборудованный трубопоршневым блоком (11) с расширителями на концах, включающий в себя калиброванную трубу с поршневым разделителем, детекторами S₁ и S₂ и переключателем потока(12). Вертикальная накопительная емкость оборудована одним или двумя преобразователями гидростатического столба жидкости (5). В исходном положении газожидкостный поток поступает в сепаратор и разделяется на жидкость и газ. Выделившийся газ стремится к верхней полости сепаратора, жидкость накапливается в нижней части сепаратора, проходит через трубопровод (3) в вертикальную накопительную емкость. Во время заполнения емкостей жидкостью управляемый кран (13), регулятор перепада (14) на выходном трубопроводе (10) в закрытом положении, происходит накопление (рост) и выравнивание уровня жидкости. При достижении величины перепада, достаточной для преодоления сопротивления, создаваемого регулятором перепада давления (при этом его клапан приоткрывается), газ уходит через расширитель трубопоршневого блока в коллектор, уровень жидкости продолжает подниматься до уровня верхнего перелива. Жидкость начинает уходить через трубопроводы газоотводящих линий и трубопоршневого блока, вытесняя при этом газ в коллектор. Газ и жидкость, продолжающие поступать в сепаратор, создают перепад давления, превышающий суммарное сопротивление поршневого разделителя и регулятора перепада. Поршень начинает движение по калиброванной трубе трубопоршневого блока и уровень жидкости в сепараторе начинает снижаться.

После нескольких "холостых" ходов поршневого разделителя, необходимых для стабилизации слива жидкости из сепаратора, контроллер начинает измерение вместимости калибруемой части измерительной камеры. При этом, после срабатывания первого детектора (например, S₁) первого "рабочего" хода поршневого разделителя по калиброванной трубе, контроллер фиксирует значение выходного сигнала нижнего датчика уровня (У₁) и принимает это значение в качестве верхней уставки калибруемой части измерительной камеры, начинает отсчет времени ее опорожнения и расчет среднего значения расхода газожидкостной смеси по средней скорости движения поршневого разделителя по калиброванной трубе известной вместимости между детекторами S₁ и S₂. После достижения уровня жидкости заданного нижнего значения, после срабатывания второго детектора (например, S₂) последнего "рабочего " хода поршневого разделителя по калиброванной трубе, контроллер вновь фиксирует значение выходного сигнала датчика уровня (У₂), принимает это значение в качестве нижней уставки калибруемой части измерительной камеры, заканчивает отсчет времени ее опорожнения, определяет результирующее среднее значение расхода газожидкостного потока, измеренного трубопоршневым блоком и вместимостью откалиброванной части измерительной камеры. При этом трубопоршневой блок, продолжая работать, выводит поршневой разделитель в один из расширителей трубопоршневого блока, открывается управляемый кран (13) на трубопроводе (9). Уровень жидкости снижается ниже нижней уставки до получения некоторого свободного объема для стабилизации процесса последующего налива жидкости. Далее контроллер останавливает трубопоршневой блок, закрывает управляемый кран (13) на трубопроводе (9), жидкость вновь начинает накапливаться в измерительной камере. По мере повышения уровня взлива, при достижении им значения нижней уставки, контроллер начинает, а при достижении значения верхней уставки - заканчивает отсчет времени заполнения, откалиброванной в процессе предыдущего цикла опорожнения части измерительной камеры.

Процесс измерения расхода жидкости заканчивается и вновь начинается процесс измерения расхода газожидкостной смеси описанным выше способом.

Расход газожидкостной смеси рассчитывается по средней скорости прохождения поршневого разделителя по калиброванной трубе с известной вместимостью между детекторами.

Расход жидкости рассчитывается по скорости заполнения откалиброванной (при сливе жидкости) части измерительной камеры.

Расход газа рассчитывается как разность значений расхода газожидкостной смеси и жидкости.

При условии устойчивости процесса слива, т.е. наличия в продукции скважин газа, после выполнения серии измерений по определению вместимости калиброванного участка измерительной камеры установка может переводиться на штатный режим эксплуатации.

Источники информации

1. Патент РФ №2125651 «ОЗНА-МИКРОН»

2. Авторское свидетельство SU 1553661 А1, опубл. 30.03.90 г.

3. Патент №1777446, зарегистрирован в Госреестре изобретений 18.05.93 г.

Изобретение относится к области измерения расхода газожидкостного потока. Сущность: измеряют вместимость калиброванной камеры в условиях эксплуатации установки в рабочем режиме скважины. Измеряют расход газожидкостной смеси. Причем вместимость калиброванной камеры и расход газожидкостной смеси измеряют одновременно в каждом цикле опорожнения калиброванной камеры или через заданное количество циклов с помощью носителя вместимости, например трубопоршневого блока. Устройство для измерения расхода газожидкостной смеси содержит горизонтальный сепаратор, измерительную калиброванную камеру, выполненную в виде вертикальной накопительной емкости, а также трубопровод, отводящий газожидкостную смесь. Сепаратор и калиброванная камера соединены по принципу сообщающихся сосудов трубопроводами газожидкостной и газовой линии. Трубопровод, отводящий газожидкостную смесь, оборудован носителем вместимости, например трубопоршневым блоком. Технический результат: повышение точности измерения расхода. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения расхода газожидкостной смеси и составляющих ее компонентов, заключающийся в циклическом заполнении жидкостью измерительной калиброванной камеры и опорожнении ее при заполнении газом, определении вместимости калиброванной камеры в условиях эксплуатации установки в рабочем режиме скважины, измерении расхода газожидкостной смеси и составляющих ее газа и жидкости, а именно: нефти и воды, отличающийся тем, что вместимость калиброванной камеры и расход газожидкостной смеси измеряют одновременно в каждом цикле опорожнения калиброванной камеры или через заданное количество циклов с помощью носителя вместимости, например, трубопоршневого блока.

2. Устройство для измерения расхода газожидкостной смеси и составляющих ее компонентов, содержащее горизонтальный сепаратор и выполненную в виде вертикальной накопительной емкости измерительную калиброванную камеру, соединенную с сепаратором, оборудованную одним или двумя датчиками уровня жидкости, а также трубопровод, отводящий газожидкостную смесь, отличающееся тем, что сепаратор и калиброванная камера соединены по принципу сообщающихся сосудов трубопроводами жидкостной и газовой линии, а трубопровод, отводящий газожидкостную смесь, оборудован носителем вместимости, например, трубопоршневым блоком.