Способ измерения дебита газоконденсатной скважины Российский патент 2021 года по МПК E21B47/10 

Предложенный способ измерения дебита газоконденсатной скважины

относится к области измерения расхода многокомпонентных газожидкостных потоков и может быть использован в сфере обслуживания газоконденсатных скважин.

Известны способы измерения расхода газожидкостного потока, в которых используются различные методы покомпонентного измерения газожидкостной среды (ГЖС). В известных решениях контроль дебита продукции скважин осуществляется с использованием передвижных установок (для исследования газоконденсатных скважин типа 177 Р-1-00-000 (Нефтегазовое оборудование, установка для исследования газоконденсатных скважин. https://gmsneftemash.nt-rt.ru/images/manuals/TH_gazokond.pdf), построенных на способе предварительной сепарации. Недостатком известного способа является требующие значительные затраты на проведение периодического контроля дебита продукции скважин.

Известен способ модернизированного решения по мобильной сепарационной установке (www.plcgroup.ru>uslugi/issledovatelskie-raschety-…). Недостаток известного способа в технологии предварительной сепарации с периодическим контролем дебита.

Перечисленные известные комплексы являются примерами технологий разделения (сепарации) компонентов газового конденсата. Все они имеют громоздкие габариты и вес.

Известен способ безсепарационного измерения расхода продукции газоконденсатной скважины (Зимин М.И., Исаченко И.Н. Измерения бессепарационным методом расхода и количества продукции, извлекаемой из газоконденсатной скважины/ж.«ИСУП», №5(35), 2011/www.sibna.ru), техническое решение которого позволяющее установку на каждой контролируемой скважине, принятое за прототип.

Недостаток известного способа состоит в ограничении использования комплекса, в условиях только для стабильного конденсата с небольшой массовой долей воды и объемным содержанием жидкой фазы, не более 15%. По измеренным параметрам и при известном компонентном составе комплекс обеспечивает вычисление объемного расхода и объем газа, приведенных к стандартным условиям, и массовый расход и массу стабильного конденсата. При этом на измерительном трубопроводе устанавливается датчик расхода газа-ультразвуковой излучатель с приемником на пути вихревых колец, адаптированного для работы на газоконденсатной смеси и измеритель плотности (автоколебания камертона), параметры которых обрабатываются контроллером по аттестованной «методике». Кроме того, необходима линейная часть измерительного участка не менее 5D до положения датчика расхода.

Техническим результатом является обеспечение упрощенного измерения расхода компонентов нестабильного газового конденсата с использованием единого параметра идентификации компонента.

Технический результат достигается тем, что по способу измерения дебита газоконденсатной скважины, характеризующийся тем, что проводят поток конденсата через измерительный участок канала от сечения заряда к измерительному сечению с градиентными датчиками теплового потока, заряжают поток тепловыми импульсами предварительно в сечении заряда, измеряют в сечении с датчиками импульсы ЭДС как параметры принадлежности к конкретным компонентам пластовой воды и газа, сортируют компоненты по импульсам ЭДС, строят области компонентов воды и газа в сечении канала, вычисляют область компонента нестабильного конденсата, определяют по областям доли компонентов в общем массовом расходе конденсата и общий расход компонентов.

На фиг. 1 показана схема измерителя расхода двухфазной газожидкостной среды, состоящей из пластовой воды (ПВ), газа (Г) и нестабильного газового конденсата (НК). 1-канал; 2 - сечение заряда нагреваемое); 3 - источник стабилизированных тепловых импульсов; 4 - компоненты газожидкостной среды; 5 - измерительное сечение; 6 - градиентные датчики теплового потока; 7 - вычислительный блок, Q - тепловой импульс, Е - величина импульса ЭДС.

На фиг. 2 - показано определение принадлежности компонентов ПВ и Г по параметру и и корректирование импульсов временем τ скорости. Показания приведены для одного датчика.

На фиг. 3 - показаны области долей компонентов в сечении потока ГЖС.8 - компонента ПВ «пластовая вода», 9 - компонента НК «Нестабильный конденсат», 10-компонента Г «газ», L - длина области.

По способу проводят поток конденсата через измерительный участок трубопровода 1 от сечения 2 заряда к сечению 5 с датчиками 6, заряжают поток предварительно в сечении 2 тепловыми импульсами Q, измеряют в сечении 5 с датчиками 6 параметры компонентов пластовой воды ПВ и газа Г, сортируют компоненты по параметру ЭДС строят области компонентов воды и газа по показаниям ЭДС в сечении канала 5, вычисляют область компонента нестабильного конденсата НК, определяют доли К_пв, К_г и К_нк компонентов в общем массовом расходе конденсата и общий расход компонентов.

Источник 3 стабилизированных тепловых импульсов посылает в сечение 2 канала 1 одиночные тепловые импульсы Q различным компонентам 4 потока среды- пластовая вода ПВ, газ Г, нестабильного конденсата НК. Поскольку излучаемые в зоне сечения 2 заряда, нагреваемое от источника 3, тепловые импульсы равны между собой и одинаковы для различных компонентов 4, то поглощенное количество тепловой энергии будет пропорционально удельным теплоемкостям с_к и массам т_к этих компонентов. Причем масса т_к компонента имеет величину объема равную произведению площади области, занятой компонентом, на длину L, обусловленной временем г заряда и скоростью потока V. Компоненты 4 с тепловым импульсом Q проходят к датчикам 6, расположенным в измерительном сечении 5 на решетке, и каждый датчик воспринимает и преобразует в ЭДС тепловые импульсы от проходящего мимо него компонентов, и далее ЭДС поступают в вычислитель 7 с регистратором.

В качестве датчика используется, гетерогенный градиентный датчик теплового потока (ГГДТП). Величина его постоянной времени равна 10^-8 с, что позволяет сократить время обработки сигнала от компонентов и тем самым уменьшить взаимообмен тепловой энергией между компонентами, повышая достоверность получаемой информации. Датчик ГГДТП использует поперечный эффект Зеебека и выполнен на основе кристалла висмута (B_i), который вырабатывает ЭДС при обтекании его потоком с порцией тепловой энергии. Размеры датчика от 1×1 до 10×10 мм², толщиной 0,1-0,2 мм.

Датчики ГГДТП измеряют тепловые импульсы Q и передают информацию в вычислитель 7 в виде выработанных ими электродвижущих сил (ЭДС). Отклики датчиков на величину теплового потока компонентов в виде заряда Q теплового импульса будут разными в зависимости от различных величин удельной теплоемкости с_к и массы т_к компонентов.

Преобразование тепловой энергии от источника стабилизированных тепловых импульсов Q в виде теплового потока Ф в величину ЭДС, равную Е_ДК, вырабатываемую датчиком, представлено следующей зависимостью

где K₁ - коэффициент пропорциональности между зарядом и тепловым потоком; К₂ - коэффициент преобразования датчика; Δt - заданное время подачи теплового импульса; Т_к - температура нагретого компонента; Т_х - температура холодного компонента; С_к - теплоемкость массы в объеме W_K; с_к - удельная теплоемкость компонента; m_к - масса нагретого компонента в объеме W_K. Датчик 6 преобразует в ЭДС величиной Е_дк тепловой поток Ф₂, который проходит мимо датчика периодическими порциям в виде тепловых импульсов Q продолжительностью Δt.

По измеренной величине ЭДС, равной для конкретного компонента с массой m_к и удельной теплоемкостью с_к компонента, получим величину его искомой массы компонента .

Все компоненты с полученными от источника 3 порциями теплового потока Ф₁ продвигаются в потоке ГЖС по каналу 1 от сечения 2 к измерительному сечению 5 с датчиками ГГДТП. Датчики расположены равномерно по сечению 5 канала на решетке и имеют непосредственный контакт с компонентами. Все датчики воспринимают только поток тепловой энергии и преобразуют его в виде импульсов ЭДС разной амплитуды, в зависимости от их принадлежности к компоненту к ПВ или газу Г. Компоненты, заряженные тепловыми импульсами, поочередно проходят мимо датчиков (фиг. 2) и датчики переводят тепловые импульсы в импульсы ЭДС. При этом должна быть выполнена рассортировка этих импульсов ЭДС по их принадлежности к конкретным компонентам и определение долей этих компонентов в общем потоке. Предложенным способом учитываются амплитуды импульсов ЭДС E_дк только величиной и величиной вычисленные программой для объемов компонентов с равномерно распределенными по площади сечения 2. Величина 5% определяется конкретной скважиной. Считаем тепловой заряд объема компонента, определяющий принадлежит компоненту ПВ, а заряд, определяющий E_дк мин. принадлежит только компоненту Г газ. Между собой величины импульсови E _{дк ном мин} номинально отличаются более чем в 2000 раз - , поэтому идентификация компонента ПВ и компонента Г очевидна. Промежуточные величины отнесем к нестабильному конденсату НК и складывать в отдельную корзину не будем.

В дальнейшем вычисление количества массы НК (образ НК) произведем с помощью коэффициента к_нк, извлеченного из уравнения сохранения масс в поперечном сечении измерительного участка вида При этом две величины к_пв и к_г, измеренные датчиками и вычисленные по программе, будут известны.

Массы в каждом из объемов W_K областей компонентов различные и, например для компонента ПВ, равна , где - плотность компонента ПВ в объеме области при этом теплоемкость будет равна , где удельная тепло-емкость - с_пв и плотность -пластовой воды общеизвестны из литературы (и данным лабораторных проб исследуемой скважины), также для газа - (удельная теплоемкость: вода - 4,2; газ-1,4 КДж/кг*К и плотность: вода 1009; газ - 1,29 кг/ м³). Полученная ЭДС на датчике, пропорциональна теплоемкости С_к компонента и может быть представлена как, например для компонента ПВ будет

Скорость потока ГЖС изменяется (V=var) и объем W_K компонента, содержащий тепловую энергию, также изменяется и в результате изменяется преобразованная датчиком ЭДС

Увеличение скорости (V₂>V₁) при одинаковом тепловом заряде {Q₁=Q₂) и одинаковом времени , его подачи приводит к увеличению длины L области компонента нагретой тепловым импульсом зоны (L₂>L₁), его объема W_K и массы (m₂>m₁).

При этом величина периода Гц частоты подачи теплового заряда и времени подачи теплового заряда неизменны

Чтобы учесть влияние скорости V потока, которая связана с изменением длины L объема W_K и величиной массы m_к в этом объеме W_K, по программе в вычислителе выполняется коррекция по скорости V поступающих от датчиков импульсов ЭДС. После этого выполняется по амплитудам ЭДС импульсов идентификация компонентов ПВ и Г и распределение их по соответствующим «корзинам» и расчет амплитуды импульсов ЭДС компонента НК.

Для коррекции по скорости импульсов E_дк, поступающих от датчиков величин ЭДС, выполняется измерение скорости потока на измерительном участке (фиг. 1) канала 1 по времени т пробега теплового заряда со скоростью V потока между сечениями 2 и 5 с момента прекращения подачи нагрева в сечении 2 канала до момента прекращения измерения датчиком теплового потока в измерительном сечение 5 канала. По временивычислитель выполняет коррекцию амплитуды импульсов ЭДС по скорости в соответствии с зависимостью где: Е_к - скорректированные в вычислителе импульсы ЭДС, E_дк - полученные от датчиков импульсы ЭДС - время пробега потока от сечения 2 к сечению 5. Объем компонента ПВ равен компонента объем компонента НК где S_ПВ, S_Г, S_НК - площади компонентов внутри общей площади 5" поперечного сечения канала 1.

По откорректированным амплитудам Е_к импульсов (для ПВ - Е_пв, для газа - Е_г) по программе вычислителя проводится идентификация компонентов по их уровням ЭДС и распределяются полученные импульсы по «корзинам»: «ПВ» и «Г». Амплитуды Е_к скорректированных импульсов ЭДС компонентов изменяются с изменением масштаба объема W_K компонента и временем τ, т.е. уставки идентификации в виде по плотности и удельной теплоемкости с_к также изменяются со скоростью V потока.

Плотность и удельная теплоемкость приведенных для примера компонентов составляют произведения: , (не нормируемые величины плотности средние из 6 месторождений;

Уренгойское при 40°С. Процедура идентификации компонентов потока по уровням амплитуд импульсов показана на фиг. 2.

После идентификации по ЭДС компонентов ПВ и Г вычислителем по программе проводится построение областей с величинами ЭДС «ПВ» и ЭДС «Г» по показаниям датчиков сечения 5 в сумме набранных по своим «корзинам» для определения величины доли к_пв и K_Г площадей пластовой воды S_ПВ и площади газа S_Г относительно общей площади S измерительного сечения 5. Отношение площадей и представляющей величину массы М_к каждого компонента в общей массе потока М по сумме ЭДС датчиков, попавших в соответствующую «корзину» ПВ и Г, является величиной доли компонента в общей массе потока М двухфазной среды. По программе вычислителя 7 считается, что оставшаяся часть площади сечения 5 принадлежит нестабильному конденсату НК (образ НК) в соответствии с уравнением сохранения масс в поперечном сечении измерительного участка.

Массовые доли определены следующими соотношениями . Например, для

ПВ - это , для газа - , для НК - это, где δ - размерный коэффициент.

На рис. 3 представлена геометрическая интерпретация распределения компонентов в сечении канала по долевым областям компонентов с датчиками, расположенными равномерно, представляющими доли к_к компонентов в потоке, где 8 - область компонента ПВ «пластовая вода», 9 - область компонента НК «Нестабильный конденсат», 10- область компонента Г «газ», L- длина области.

Для определения самих масс М_к компонентов блоком 7 по программе вычисляется общая масса М, как сумма масс всех компонентов, проходящих потоком среды через измерительное сечение 5 измеренными величинами амплитуд ЭДС компонентов ПВ и Г, и условно вычисленной амплитуды импульса ЭДС «образа» компонента НК (образ НК) для всей области компонента НК. Средняя величина ЭДС области компонента НК, сложного по составу углеводородов, принимается, как образ НК, расчетная

и далее

Каждый датчик измеряет тепловой поток Ф при нагреве одним импульсом теплового заряда Q в соответствии с общим уравнением преобразования. Общая суммарная масса М всех компонентов в потоке определяется вычислителем по суммам величин Е_а со всех датчиков области Sпв - это для компонента ПВ и для компонента Г - это будет которые находятся в «корзинах».

Отдельно принятая для компонента НК (как образ НК) - это и в сумме будет

В результате раздельно массы М_к компонентов составят: масса компонента ПВ будет , компонента , компонента Это подсчет текущих значений масс М_п компонентов в момент подачи теплового импульса Q. Для оценки количества накопленных масс М, прошедших за определенный промежуток времени, например за сутки, информация вырабатывается по подсчету величины ЭДС, накопленной за заданное время, по компонентам ПВ и Г, по компоненту НК принимается «образ величины» ЭДС. При этом величины ЭДС считаются по областям компонентов. То-есть, имеем в текущий момент массу всех компонентов нагретой одним тепловым импульсом по областям компонентов ПВ, Г идалее имеем объединенную нагретую и не нагретую массу М_с потока, прошедшую через сечение с датчиками за один цикл Г_ц частоты подачи импульсов обогрева N (рис. 1) с допущением, что в не нагретом участке потока сохраняется содержание массы, определенное в нагретой части этого цикла - ; и наконец,

имеем накопленную массу М_м за заданный промежуток времени, например сутки, -, где N - количество импульсов обогрева, прошедших за этот заданный промежуток времени.

По известным, ранее вычисленным, долям компонентов от общей массы определяются и накопленные массы отдельных компонентов: компонента ПВ , компонента Г газа - и компонента

Предложенным способом обеспечивается упрощенное измерение расхода компонентов ПВ и Г и расчет нестабильного газового конденсата НК с использованием единого параметра идентификации компонента - теплового импульса.

Изобретение относится к области измерения расхода многокомпонентных газожидкостных потоков, а именно к способу измерения дебита газоконденсатной скважины, и может быть использовано в сфере обслуживания газоконденсатных скважин. Техническим результатом является обеспечение упрощенного измерения расхода компонентов нестабильного газового конденсата с использованием единого параметра идентификации компонента. Технический результат достигается тем, что согласно способу проводят поток конденсата через измерительный участок канала от сечения заряда к измерительному сечению с градиентными датчиками теплового потока. Заряжают поток тепловыми импульсами предварительно в сечении заряда, измеряют в сечении с датчиками импульсы ЭДС как параметры принадлежности к конкретным компонентам пластовой воды и газа, сортируют компоненты по импульсам ЭДС, строят области компонентов воды и газа в сечении канала. Вычисляют область компонента нестабильного конденсата, определяют по областям доли компонентов в общем массовом расходе конденсата и общий расход компонентов. 3 ил.

Способ измерения дебита газоконденсатной скважины, характеризующийся тем, что проводят поток конденсата через измерительный участок канала от сечения заряда к измерительному сечению с градиентными датчиками теплового потока, заряжают поток тепловыми импульсами предварительно в сечении заряда, измеряют в сечении с датчиками импульсы ЭДС как параметры принадлежности к конкретным компонентам пластовой воды и газа, сортируют компоненты по импульсам ЭДС, строят области компонентов воды и газа в сечении канала, вычисляют область компонента нестабильного конденсата, определяют по областям доли компонентов в общем массовом расходе конденсата и общий расход компонентов.