Установка для определения газосодержания в пробе Российский патент 2021 года по МПК G01N7/14 

Область техники

Изобретение относится к средствам измерительной техники и может быть использовано для измерения содержания газа в пробе в лабораторных условиях.

Уровень техники

Известен газометр, раскрытый в АС СССР на изобретение №121591 (дата приоритета: 29.08.1958, дата публикации: 01.01.1959, МПК G01N 7/14). Известный газометр выполнен в виде двух цилиндров с поршнями, при прямом и обратном ходе которых в течение трех циклов происходит распыление жидкости, при котором определяется процентное содержание газа в жидкости.

Известен автоматический газометр (раскрыт в источнике https://amcore.ru/issledovanie-plastovyh-flyuidov-pvt/sistema-temperaturnogo-kontrolya.html). Известный газометр снабжен автоматической системой поддержания давления, системой перемешивания газа и системой подогрева для исключения осаждения жидких компонентов газа на стенках газометра. По мере проведения экспериментов сепарации и дифференциального разгазирования в ячейке PVT, флюид переводится в охлаждаемую ловушку и после разгазирования газ подается в газометр для определения его объема.

Известен автоматический газометр, предназначенный для точного измерения объема газа при стандартных условиях (раскрыт в источнике: https://www.vinci-technologies.com/products-explo.aspx?IDR=82291&idr2=82558&idp=82288&IDM=601171). Известный газометр состоит из калиброванной камеры из нержавеющей стали, поршня с приводом от двигателя, блока управления, ручных впускных и выпускных клапанов для управления потоком газа. При этом давление, объем и температура жидкости постоянно отслеживаются и отображаются на интерактивной сенсорной панели блока управления. В измерительной камере приток газа может быть установлен либо при постоянном давлении, либо при постоянной скорости потока.

Известен газометр с ручным управлением, предназначенный для точного измерения объема газа при температуре окружающей среды и атмосферном давлении (раскрыт в источнике: http://www.vinci-technologies.ru/node/346). Известный газометр содержит калиброванный цилиндр, в котором скользит газонепроницаемый поршень, создающий камеру с переменным объемом, и заставляет плавающий поршень перемещаться вверх, ручной механизм, посредством которого производится перемещение поршня для точного определения объема газа при заданном давлении, впускные и выпускные клапаны, при этом объем, температура и давление газа непрерывно отслеживаются и отображаются на цифровых средствах индикации.

Известен газометр атмосферный Leutert MG, предназначенный для точного определения объёма высвободившегося газа из пластового флюида (раскрыт в источнике: https://profpribor.ru/shop/neftyanoe-oborudovanie/oborudovanie-dlya-issledovaniya-plastovyx-flyuidov/gazometr-atmosfernyj-leutert-mg). Известный газометр включает в себя калиброванный стеклянный цилиндр с плавающим поршнем, аппарат разгазирования, в котором за счет медленного снижения давления растворенный газ высвобождается из образца, подается снизу цилиндра, за счет чего поршень начинает подниматься, при этом датчик положения поршня с помощью микроконтроллера считывает объем газа; панель прибора, на которой отображается объем, давление и температура газа. Температура газа определяется во время перехода в газометр и отображается на передней панели прибора.

Известен автоматический прибор для определения объема газа «ПИК-ГАЗОМЕТР», предназначенный для определения объема выделяющегося газа в атмосферных условиях (раскрыт в источнике: http://geologika.ru/product/avtomaticheskij-pribor-dlya-opredeleniya-obema-gaza-pik-gazometr/). Известный газометр представляет собой мерный цилиндр, в который поступает газ и который снабжен подвижным поршнем с электроприводом. Давление в цилиндре автоматически поддерживается равным 0,1 МПа; при его превышении поршень автоматически передвигается, увеличивая занимаемый газом объем. Передвижение поршня отслеживается линейным датчиком, показания которого преобразуются в значение объема поступившего газа. Газометр снабжен системой термостабилизации, системой перемешивания и позволяет осуществлять автоматизированное управление и сбор данных.

Общим недостатком известных аналогов является недостаточная контролируемость процесса измерений. Это обусловлено тем, что для газовой и жидкой фазы не обеспечивают равновесный состав внутри циркуляционного контура, либо обеспечивают равновесный состав в отсутствие контроля условий по температуре или давлению, что снижает воспроизводимость результатов измерений для пробы вследствие изменения упомянутых условий в лабораторном помещении. При этом отсутствие равновесия газа и жидкости может приводить к снижению точности определения газосодержания, поскольку газовая компонента остается частично растворенной в жидкости, находящейся в сепараторе.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая задача, положенная в основу настоящего изобретения, заключается в точном определении газосодержания в пробе в лабораторных условиях.

Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в улучшении контролируемости процесса определения газосодержания.

Изобретение раскрывает установку для определения газосодержания в пробе. Установка состоит из вертикально ориентированной измерительной камеры, соединенной с газовым сепаратором с образованием между ними замкнутого циркуляционного контура, к которому подключен датчик давления. Измерительная камера снабжена поршнем, который способен изменять положение в вертикальном направлении внутри камеры под управлением контрольного блока, выполненного с возможностью сопоставления контрольного значения для давления и показаний датчика давления. В отличие от прототипа, циркуляционный контур снабжен связанным с блоком управления циркуляционным насосом, способным нагнетать поток газа, выделенного из пробы и перемещенного в измерительную камеру, обратно в направлении газового сепаратора, причем упомянутый сепаратор выполнен термостатированным, а к измерительной камере подведен электрический источник нагрева.

Дополнительные преимущества и существенные признаки настоящего изобретения могут быть представлены в следующих частных вариантах осуществления.

В частности, циркуляционный контур снабжен впускным и выпускным клапанами.

В частности, циркуляционный контур снабжен пикнометром.

В частности, циркуляционный контур снабжен ротаметром.

В частности, датчик давления представлен цифровым манометром.

В частности, датчик давления установлен вблизи входа в измерительную камеру.

Контролируемость процесса определения газосодержания в пробе достигается за счет достижения равновесия газа и жидкости благодаря неоднократной циркуляции газа в циркуляционном контуре, и точной фиксации условий по давлению и температуре при проведении измерений.

Получение равновесного состава газа и жидкости обеспечивается в сепараторе при разгазировании пробы. Газ, выделенный из пробы, многократно перемещают внутри циркуляционного контура между измерительной камерой и сепаратором. Циркуляция газа, проводимая таким образом, позволяет получить равновесные составы жидкости и газа.

Фиксация условий по температуре при проведении измерений обеспечивается посредством термостатирования сепаратора и подогрева измерительной камеры. Термостатирование сепаратора необходимо для того, чтобы обеспечить контролируемое значение температуры, при которой происходит разделение пробы на газовую и жидкую компоненты. Подогрев измерительной камеры необходим для предотвращения выпадения конденсата на стенках камеры, вызванного разницей температур в камере и в лабораторном помещении. При этом контролируемое давление, при котором достигается равновесие и определяется газосодержание, задается на блоке управления, подключенному к датчику давления в циркуляционном контуре. Контроль температуры и давления позволяют обеспечить воспроизводимость результатов измерения для равновесных составов газа и жидкости. Помимо этого, обеспечивается исключение влияния температуры в помещении на результаты измерений.

На основе значения газосодержания, а также составов жидкости и газа после замера газосодержания создаются математические модели пластового флюида (пробы). Значение газосодержания, а также состояние равновесия состава жидкости и газа, полученные при контролируемых условиях по температуре и давлению, повышают точность математических моделей. При этом результаты измерений для различных порций проб, полученные при одинаковых условиях корректнее сравнивать между собой.

Условия по давлению и температуре могут быть установлены произвольными, в зависимости от нужд экспериментатора.

Краткое описание чертежей

ФИГ.1 иллюстрирует установку для измерения объема газа в пробе;

ФИГ.2 иллюстрирует измерительную камеру;

ФИГ.3 иллюстрирует гидравлическую схему установки.

Осуществление изобретения

В соответствии с ФИГ.1, установка для измерения объема газа в пробе состоит из колесной рамы 1, внутри которой установлена вертикально ориентированная измерительная камера 2, снабженная поршнем 3 (показан на ФИГ.2). Положение поршня 3 в вертикальном направлении внутри камеры изменяется посредством шарико-винтовой передачи (ШВП). Винт ШВП 4 служит для поршня стержнем. Гайка ШВП 5 соединена ременной передачей 7 с серводвигателем 8. Положение поршня 3 относительно его крайнего нижнего положения определяется посредством встроенного в серводвигатель 8 энкодера. Рама 1 снабжена интерактивной панелью с сенсорным экраном, подключенной к блоку управления. Панель позволяет выводить показания цифровых датчиков, получаемых в ходе проведения измерений.

Измерительная камера 2 выполнена цилиндрической формы с постоянным диаметром поперечного сечения, изготовлена из нержавеющей стали. Камера 2 размещена внутри рамы 1 между направляющими штангами 9. Штанги 9 вместе с плитой 10 образуют П-образную конструкцию, удерживающую поршень 3 от осевого вращения при передаче вращающего усилия через ременную передачу 7 от серводвигателя 8 к поршню 3. Камера 2 прикреплена к плите 10, а нижняя часть закреплена транспортировочным кронштейном 11, предусмотренным в нижней части рамы 1. К камере 2 подведен электрический источник тепла, нагревающий ее до заданной температуры. Датчик давления 12 может быть установлен в нижней части рамы 1, вблизи входа в камеру 2.

Включение измерительной камеры 2 в циркуляционный контур обеспечено следующим образом. На нижнем фланце камеры 2 предусмотрен предназначенный для запуска газа внутрь камеры 2 фитинг 13. С фитингом 13 соединяют гидравлическую трубку предыдущего участка контура. В теле поршня выполнен фитинг 14, с которым соединяют трубку, которая внутри камеры 2 проходит по спирали вокруг стержня 4. С другой оконечной стороны эту трубку соединяют с фитингом 15, который выполнен в верхней части камеры 2. Далее фитинг 15 соединяют с гидравлической трубкой следующего участка контура. При перемещении поршня 3 вверх пространство между витками спирали уплотняется. При достижении поршнем 3 внутри камеры 2 крайнего верхнего положения уплотненная трубка собирается внутрь полости, выполненной в теле поршня 3.

В соответствии с ФИГ.3, циркуляционный контур установки выполнен герметичным, замкнутым. Контур состоит из гидравлических труб, последовательно соединяющих вентиль 16, сепаратор 17 для разделения пробы на жидкую и газовую фазы, вентиль 18, ротаметр 19, датчик давления 12, представленный цифровым манометром, измерительную камеру 2, циркуляционный насос 20 и вентиль 21. Вентили 21 и 16 замыкают общий участок контура, на котором установлен впускной клапан 22, предназначенный для подвода пробы. На участке контура между измерительной камерой и циркуляционным насосом установлен выпускной клапан 23, предназначенный для подключения к контуру вакуумного насоса и отвода пробы газа. Вентили 16, 18, 21 и клапаны 22, 23 способны переключаться между открытым и закрытым состоянием. Сепаратор 17 представляет собой цилиндрическую емкость. Отверстие для ввода пробы внутрь сепаратора выполнено в нижней части емкости, а выход для выпуска пробы в направлении измерительной камеры 2 выполнен ближе к верхней части емкости. Для сепаратора 17 обеспечивают поддержание постоянной температуры в емкости посредством жидкостного или твердотельного термостата. Возможны варианты осуществления изобретения, в которых ротаметр 19 и/или пикнометр отсутствуют.

Установку используют следующим образом.

Перед началом измерений в гидравлическом контуре и измерительной камере 2 обеспечивают вакуум посредством вакуумного насоса, включаемого в контур посредством клапана 23. На блоке управления задают значение для давления в контуре, которое контролируется в ходе проведения измерений автоматически. Затем переводят впускной клапан 22 в открытое положение, и проба, представляющая собой пластовый флюид под давлением (нефть или газ), поступает внутрь контура и через вентиль 16 направляется в сепаратор 17. В сепараторе 17 флюид разделяется на жидкую и газовую фазы. Внизу сепаратора 17 скапливается жидкость, а выделяющийся газ отводится в камеру 2 через вентиль 18, ротаметр 19. После окончания запуска пробы вентиль 22 закрывают. Чтобы обеспечить циркуляцию газа по контуру, включают циркуляционный насос 20 и открывают вентиль 21. Газ перемещается по контуру против часовой стрелки, в сепараторе 17 газ барботирует через жидкость до тех пор, пока жидкая и газовая фазы не достигнут состояния равновесия.

Установка способна работать в двух режимах: в равновесном режиме и в режиме дросселирования. В равновесном режиме перед тем как получить данные измерения поток газа сначала неоднократно циркулирует по контуру, проходя через сепаратор 17. В этом случае в сепараторе происходит массообмен между выделенным газом и жидкостью, и обеспечивается состояние равновесия газа и жидкости. Контроль достижения равновесия газа и жидкости обеспечивается посредством получения результатов измерения объема газа на контрольном блоке. В случае отсутствия колебаний по объему газа после нескольких циклов измерений предполагается, что состояние равновесия газа и жидкости достигнуто. В режиме дросселирования исключают процедуру циркуляции газа.

Давление газа измеряется цифровым манометром 12, размещенным на входе в измерительную камеру 2. Манометр 12 передает измеренное значение давления на контрольный блок. Если измеренное манометром 12 давление превышает контролируемое, то контрольный блок передает сигнал серводвигателю 8 на перемещение поршня 3 вверх. Серводвигатель 8 приводит в движение поршень 3 и поднимает его относительно крайнего нижнего положения до тех пор, пока давление внутри камеры 2 не установится равным контролируемому. Положение поршня 3 фиксируется энкодером серводвигателя 8. В случае если измеренное манометром 12 давление меньше контролируемого, то контрольный блок направляет серводвигателю сигнал на перемещения поршня 3 вниз. Объем полости, обеспеченной изменением положения поршня 3, равен объему выделенного из пробы газа. Объем выделенного газа рассчитывается как произведение высоты, на которую перемещен поршень 3 относительно его крайнего нижнего положения, и площади поперечного сечения измерительной камеры 2.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения газосодержания в пробе в лабораторных условиях. Установка для определения газосодержания в пробе состоит из вертикально ориентированной измерительной камеры, соединенной с газовым сепаратором с образованием между ними замкнутого циркуляционного контура, к которому подключен датчик давления, причем измерительная камера снабжена поршнем, который способен изменять положение в вертикальном направлении внутри камеры под управлением контрольного блока, выполненного с возможностью сопоставления контрольного значения для давления и показаний датчика давления, при этом циркуляционный контур снабжен связанным с блоком управления циркуляционным насосом, способным нагнетать поток газа, выделенного из пробы и перемещенного в измерительную камеру, обратно в направлении газового сепаратора, причем упомянутый сепаратор выполнен термостатированным, а к измерительной камере подведен электрический источник нагрева. Техническим результатом является улучшение контролируемости процесса определения газосодержания. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Установка для определения газосодержания в пробе, состоящая из вертикально ориентированной измерительной камеры, соединенной с газовым сепаратором с образованием между ними замкнутого циркуляционного контура, к которому подключен датчик давления, причем измерительная камера снабжена поршнем, который способен изменять положение в вертикальном направлении внутри камеры под управлением контрольного блока, выполненного с возможностью сопоставления контрольного значения для давления и показаний датчика давления, отличающаяся тем, что циркуляционный контур снабжен связанным с блоком управления циркуляционным насосом, способным нагнетать поток газа, выделенного из пробы и перемещенного в измерительную камеру, обратно в направлении газового сепаратора, причем упомянутый сепаратор выполнен термостатированным, а к измерительной камере подведен электрический источник нагрева.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что циркуляционный контур снабжен впускным и выпускным клапанами.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что циркуляционный контур снабжен пикнометром.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что циркуляционный контур снабжен ротаметром.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что датчик давления представлен цифровым манометром.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что датчик давления установлен вблизи входа в измерительную камеру.