Устройство для проведения термодинамических исследований свойств и фазового поведения пластовых флюидов в пластовых условиях Российский патент 2024 года по МПК G01N7/14 G01N25/02 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для изучения физических свойств пластовых флюидов с помощью PVT - анализа.

Известные устройства PVT систем, имеющие несколько корпусов ячейки, что является существенным недостатком, влияющим на точность исследований, и процесс измерения может занять больше времени и быть более сложным, это связано с тем, что для выполнения экспериментов с двумя корпусами ячейки требуется дополнительное время на подготовку обоих корпусов ячеек, что может затруднить процесс измерения, и потребуется больше ресурсов для ее настройки и калибровки, что также может снизить точность измерений и повысить стоимость эксперимента, имеют небольшое смотровое окно, расположенное в середине корпуса ячейки.

Известна Универсальная ячейка фазовых равновесий, содержащая корпус ячейки, систему наклона корпуса, поршень, охлаждающее устройство, расположенное с возможностью охлаждения корпуса ячейки, датчики температуры, расположенные с возможностью измерения параметров температуры, мешалка с приводом, видеокамера, (патент РФ №209441, G01N 7/00, оп. 16.03.2022 г.).

Недостатками данного технического решения является то, что - материалом корпуса ячейки является сапфир, который влияет на размеры корпуса ячейки, полезный объем и рабочее давление, ограничивая своими свойствами и размером заготовки, так корпус ячейки большого объема и на более высокое давление из сапфира изготовить невозможно технически: чем больше объем, тем больше давление действует на стенку и тем более толстая стенка необходима, при этом обработка сапфира - не традиционная задача;

- привод поршня через гидравлическую жидкость -отсутствие жесткого привода поршня, что приводит к снижению точности эксперимента.

- для регулировки температуры поверх корпуса ячейки одевается терморубашка из прозрачного материала, пространство между корпусом ячейки и терморубашкой заполняется теплоносителем, в оптической зоне имеется несколько зон преломления, что снижает точность измерения, так как относительно большой оптический путь света в исследуемой среде затрудняет измерение.

Известно Устройство для исследования пластовой нефти (PVT), содержащее корпус высокого давления и переменного объема, который включает перемешивающее устройство и измерительные устройства, фиксирующие рабочий объем корпуса, температуру и давление в нем, при этом для повышения надежности и качества измерений перемешивающее устройство снабжено магнитной мешалкой, поршень (патент РФ №2448246, Е21В 47/00, G01N 7/00, B01F 13/08, опубл. 20.04.2012 г.).

Недостатками данного технического решения является то, что в устройстве обеспечивается перемешивание пробы по всему объему корпуса высокого давления, но он не применим в условиях присутствия высоковязкой нефти, а отсутствие смотрового окна, не позволяет исследовать газоконденсатные смеси.

Известно Устройство для исследования PVT - соотношений пластовых флюидов, содержащее охваченный термостатирующей рубашкой корпус ячейки высокого давления для исследуемой пробы, оснащенной поршнем, в корпусе ячейки расположено перемешивающее средство, корпус ячейки оборудован смотровым окном со стеклом и выполнен с возможностью установки датчиков давления и температуры, видеокамеру (патент РФ №218215, G01N 7/00, оп. 16.05.2023 г.).

Недостатками данного технического решения является то, что

- перемешивание пробы производится за счет перемещения кольца при изменении угла наклона корпуса ячейки и для возврата кольца в указанную кольцевую канавку поршня необходимо установить корпус ячейки вертикально, для эффективного измерения точки росы необходимо положение, при котором сила гравитации переместит кольцо ближе к смотровому окну, и оно выпадет из поршня, закрывая обзор, и изображение, полученное с видеокамеры, не позволит точно измерить объема жидкой фазы;

- отсутствие возможности работать с газоконденсатами;

- низкая эффективность и равномерность перемешивания при использовании кольца в качестве мешалки;

- отсутствует возможность вывести поршень из корпуса ячейки для смены уплотнений, а смена уплотнений поршня требует разбора устройства;

- отсутствует способ контроля силы прижима стекла к корпусу ячейки, что необходимо для обеспечения герметичности установки;

- отсутствует система защиты стекла от резкого набора и сброса давления, что приводит к потере герметичности корпуса ячейки и поломке смотрового стекла;

- для перемещения поршня используется винт с трапецеидальной резьбой, имеющий паз, и при создании нагрузки на винт будет иметь место повышенного износа винта, а паз может приводить к образованию стружки при движении винта по гайке, коэффициент полезного действия КПД пары трапецеидальной резьбы составляет около 65%;

- максимальное давление ограничено прочностью винта и чем больше диаметр винта, тем больше нагрузку можно создать, в предложенной конструкции в корпус ячейки входит винт, таким образом диаметр винта ограничен диаметром корпуса ячейки, и если устанавливать винт снаружи, можно использовать винт любого диаметра и создавать более высокое давление, чем в предложенной конструкции;

- система крепления нижнего опорного подшипника не позволяет контролировать усилие.

Таким образом конструкция подвержена преждевременному износу, возможно образование люфта, а также эффект «удлинение» корпуса ячейки при создании давления внутри камеры, что значительно снижает точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности является Устройство для исследования фазовых состояний газожидкостных смесей, содержащее корпус ячейки, поршень, уплотнительные элементы, перемешивающее устройство, расположенное с возможностью перемешивания пробы внутри корпуса ячейки, датчик давления, расположенный с возможностью измерения давления пробы внутри корпуса ячейки, и измерительное устройство, расположенное с возможностью определения положения поршня, корпус ячейки выполнен с возможностью герметичного расположения внутри него поршня, обеспечивая ему возвратно - поступательное перемещение, поршень выполнен с возможностью герметичного расположения внутри корпуса ячейки (а.с. СССР №794430, G01N 7/14, on. 07.01. 1981 г., прототип).

Недостатками данного технического решения является то, что не регулируемое перемешивание и практически полное отсутствие возможности перемешивания вязких нефтей при температуре ниже +20°С и наличие большого «мертвого объема» - не перемешиваемый объем камеры, обусловленный конструкцией мешалки и подключенного манометра.

Заявленное Устройство для проведения термодинамических исследований свойств и фазового поведения пластовых флюидов, в том числе и вязких нефтей, высоковязкой нефти, газоконденсатных смесей, газожидкостных смесей, в пластовых условиях отличается от известных в том числе и тем, что использует один корпус ячейки, позволяя снизить не перемешиваемый объем пробы, существенно сократить время и упростить процесс измерения термодинамических свойств флюидов в пробе, а также использует жесткий механический привод поршня, обеспечивая повышение точности и надежности результатов измерений термодинамических свойств флюидов.

Техническая проблема заключается в модернизации системы измерения температуры, давления и объема для исследования термодинамических свойств флюидов для определения PVT -соотношений глубинных и рекомбинированных проб пластовых флюидов, в том числе критических газоконденсатных систем, приведенных к термобарическим условиям их залегания, с повышением ее технических характеристик.

Технический результат Устройства для проведения термодинамических исследований свойств и фазового поведения пластовых флюидов в пластовых условиях заключается в повышении надежности, качества и точности измерений пробы, например, пробы пластового флюида в виде газового конденсата.

Технический результат достигается тем, что Устройство для проведения термодинамических исследований свойств и фазового поведения пластовых флюидов в пластовых условиях содержит корпус ячейки, поршень, уплотнительные элементы, перемешивающее устройство, расположенное с возможностью перемешивания пробы внутри корпуса ячейки, датчик давления, расположенный с возможностью измерения давления пробы внутри корпуса ячейки, и измерительное устройство, расположенное с возможностью определения положения поршня, корпус ячейки выполнен с возможностью герметичного расположения внутри него поршня, обеспечивая ему возвратно - поступательное перемещение, поршень выполнен с возможностью герметичного расположения внутри корпуса ячейки, устройство дополнительно снабжено датчиком температуры, входным и выходным вентилями, оправой, прижимной гайкой, механическим приводом поршня, кожухом, электрическим нагревателем, охлаждающим устройством, системой наклона корпуса ячейки и блоком управления с программным обеспечением ЭВМ, перемешивающее устройство представляет собой магнитный миксер, состоящий из ведущего ротора, ведущего и ведомого магнитов, и ведомого ротора, расположенный в поршне, и снабженный приводом, закрепленном на редукторе с возможностью взаимодействия с магнитным миксером, датчик давления соединен с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью передачи данных измерения, измерительное устройство представляет собой оптическую линейку, соединенную с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью передачи данных измерения положения поршня, уплотнительные элементы представляет собой комбинированное защитное уплотнение и комбинированные уплотнения, датчик температуры расположен с возможностью измерения температуры пробы внутри корпуса ячейки и соединен с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью передачи данных измерения, входной и выходной вентили установлены в корпус ячейки с возможностью обеспечения перемещения пробы исследуемого пластового флюида в корпус ячейки и из корпуса ячейки, оправа состоит из корпуса оправы, смотрового окна, прижимного фланца, при этом корпус оправы выполнен с возможностью герметичного расположения внутри него смотрового окна в виде стекла из сапфира и с возможностью герметичного закрепления на торцевой поверхности корпуса ячейки посредством прижимной гайки, механический привод поршня состоит из винта шарико-винтовой передачи, толкателя, ограничителя перемещения хода поршня, редуктора и серводвигателя, обеспечивая перемещение поршня на расстояние расчетного хода внутри корпуса ячейки, винт шарико-винтовой передачи выполнен с возможностью соединения с редуктором с одной стороны и с толкателем с другой стороны, с возможностью размещения на нем ограничителя перемещения, соединенного с толкателем, и снабжен отверстием для соединения с приводом магнитного миксера, ограничитель перемещения выполнен с возможностью расположения и закрепления на винте шарико-винтовой передачи и с возможностью расположения и фиксации крепления для оптической линейки на нем, кожух состоит из двух фланцев, соединенных между собой боковой поверхностью, которая выполнена с отверстиями или отверстием и с возможностью закрепления ее на боковых поверхностях фланцев посредством разъемного соединения, и снабжен, по меньшей мере, четырьмя направляющими, расположенными внутри боковой поверхности и закрепленными на внутренних торцевых поверхностях фланцев, выполненными с возможностью обеспечения расчетной жесткости, с возможностью обеспечения расположения внутри кожуха винта шарико-винтовой передачи с толкателем, ограничителя перемещения с креплением для оптической линейки, с возможностью обеспечения соосности положения поршня и корпуса ячейки и обеспечения ограничения вращения винта шарико-винтовой передачи вокруг своей оси, при этом с одним фланцем соединен корпус ячейки, а со вторым фланцем соединен редуктор, электрический нагреватель соединен с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью управления температурой нагрева и представляет собой электрический нагреватель хомутового типа, установленный с возможностью обеспечения нагрева корпуса ячейки поверх охлаждающего устройства, которое расположено поверх корпуса ячейки с возможностью его охлаждения и с возможностью соединения с внешним устройством охлаждения, соединено с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью управления температурой охлаждения и представляет собой герметичную емкость, снабженную входом, обеспечивающим поступление рабочей среды в нее, и выходом, обеспечивающим слив рабочей среды из нее, и выполненную формой, имеющую внутреннюю поверхность, повторяющую форму внешней поверхности корпуса ячейки, система наклона корпуса ячейки расположена с возможностью взаимодействия с корпусом ячейки, обеспечивая угол его наклона, и включает опорную раму, сервопривод с редуктором, вал которого закреплен на опорной раме, ось вращения, опорные подшипники, взаимодействующие с осью вращения, и датчик определения угла наклона, обеспечивающей установленный угол положения корпуса ячейки относительно его горизонтального положения, при этом ось вращения соединена с редуктором сервопривода и закреплена на боковой поверхности кожуха с возможностью размещения ее на опорной раме, которая представляет собой металлоконструкцию, обеспечивающую расположение кожуха с осью вращения на ней с возможностью вращения кожуха, датчик определения угла наклона расположен и закреплен с возможностью измерения угла наклона корпуса ячейки и соединен с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью передачи данных угла наклона, блок управления с программным обеспечением ЭВМ включает в себя видеокамеру, установленную с возможностью фронтального ее расположения по отношению к смотровому окну, и компьютер, снабженный контроллером, драйвером, программным обеспечением ЭВМ, соединенный с видеокамерой и расположенный с возможностью обеспечения получения данных измерения и изображений, их анализа и фиксации, контроля за данными давления, температуры, угла наклона и объема пробы, осуществления расчетов и управления устройствами и параметрами, корпус ячейки выполнен с возможностью герметичного расположения внутри него поршня с магнитным миксером и с комбинированным уплотнением, толкателя, обеспечивая возвратно - поступательное перемещение поршня внутри корпуса ячейки, с возможностью закрепления оправы на торцевой поверхности корпуса ячейки, с возможностью закрепления внутри фланца кожуха, с возможностью закрепления охлаждающего устройства на боковой его поверхности и снабжен отверстиями, выполненными с возможностью закрепления в них датчиков давления и температуры, входного и выходного вентилей, поршень выполнен из титана, с возможностью герметичного расположения внутри него магнитного миксера и с возможностью закрепления с толкателем.

На фиг. 1 изображен вид спереди с разрезом Устройства для проведения термодинамических исследований свойств и фазового поведения пластовых флюидов в пластовых условиях, на фиг. 2 изображен вид спереди с разрезом магнитного миксера, на фиг. 3 изображен вид спереди с разрезом оправы, на фиг. 4 изображен объемный вид с вырезом Устройства для проведения термодинамических исследований свойств и фазового поведения пластовых флюидов в пластовых условиях.

Устройство для проведения термодинамических исследований свойств и фазового поведения пластовых флюидов в пластовых условиях со следующими обозначениями:

1 корпус оправы;

2 комбинированное уплотнение;

3 смотровое окно;

4 прижимной фланец;

5 прижимные винты;

6 комбинированное защитное уплотнение;

7 датчик давления;

8 прижимная гайка;

9 входной вентиль;

10 выходной вентиль;

11 электрический нагреватель;

12 терморубашка;

13 сервопривод с редуктором;

14 винт шарико-винтовой передачи;

15 серводвигатель;

16 редуктор;

17 привод магнитного миксера;

18 ось вращения;

19 опорная рама;

20 поршень;

21 ведущие магниты;

22 ведущий ротор;

23 комбинированное уплотнение;

24 ведомые магниты;

25 ведомый ротор;

26 корпус ячейки;

27 видеокамера;

28 толкатель;

29 ограничитель перемещения;

30 боковая поверхность;

31 фланец кожуха;

32 фланец кожуха;

33 направляющие;

34 датчик определения угла наклона.

Существуют лабораторные и расчетные методы исследований, направленные на моделирование процесса вытеснения нефти газом.

Устройство для проведения термодинамических исследований свойств и фазового поведения пластовых флюидов в пластовых условиях использует исследуемую пробу, например, пробу пластового флюида, для измерения и анализа физических свойств нефти, газа и воды (PVT система - pressure (давление), volume (объем), temperature (температура));

в геологических исследованиях, проектировании нефтяных и газовых скважин, а также в процессе добычи нефти и газа для оптимизации производства и контроля за процессами.

Устройство с PVT- анализа относится к системе анализа свойств газов и жидкостей (пластовых флюидов, сырой нефти, газа и воды), в которой исследуются их давление (Р), объем (V) и температура (Т) в различных состояниях. Эти системы используются для анализа фазовых превращений и термодинамических свойств веществ.

В нефтегазовой отрасли PVT-анализ применяется для определения свойств сырой нефти, газа и воды в различных условиях давления и температуры. PVT-анализ является важным инструментом для разработки и эксплуатации месторождений, определения параметров добычи и транспортировки нефти и газа, а также предсказания поведения фаз в пласте и на поверхности.

Устройство для проведения термодинамических исследований свойств и фазового поведения пластовых флюидов в пластовых условиях (далее по тексту - «Устройство») содержит корпус ячейки 26, оправу, прижимную гайку 8, поршень 20, уплотнительные элементы, перемешивающее устройство, измерительное устройство, представляющее собой оптическую линейку, датчики давления 7 и температуры, входной 9 и выходной 10 вентили, механический привод поршня, электрический нагреватель 11, охлаждающее устройство 12, систему наклона корпуса ячейки и блок управления с программным обеспечением ЭВМ.

Корпус ячейки 26 выполнен с возможностью герметичного расположения внутри него поршня 20 с магнитным миксером посредством уплотнительного элемента 23, обеспечивая возвратно -поступательное перемещение поршня 20, толкателя 28, обеспечивающего возвратно - поступательное перемещение поршня 20 внутри корпуса ячейки 26, с возможностью закрепления оправы на торцевой поверхности корпуса ячейки 26, с возможностью закрепления внутри фланца 32 кожуха, с возможностью закрепления охлаждающего устройства 12 на боковой поверхности корпуса ячейки 26, и снабжен отверстиями, выполненными с возможностью закрепления в них датчиков давления 7 и температуры, входного 9 и выходного 10 вентилей, например, в боковой его поверхности корпуса ячейки 26.

Корпус ячейки 26 дополнительно снабжен входным и выходным портами (на фиг. не показано), расположенными внутри корпуса ячейки 26, обеспечивая плотное уплотнение металл-металл, которое выдерживает даже самое экстремальное давление, и расположенными с возможностью их перекрытия входным 9 и выходным 10 вентилями.

Входной и выходной порты выполнены с возможностью осуществления чистки корпуса ячейки 26 и смотрового окна 3, используя входной и выходной порты, посредством, например, их промывания, так как исследуемая проба представляет собой, например, пластовый флюид, так как сапфировое стекло смотрового окна 3 и сам корпус ячейки 26 необходимо регулярно чистить.

Конфигурация корпуса ячейки 26 позволяет снизить мертвый объем до минимального его значения, снизить площадь внутренних поверхностей, на которых образуется конденсат, повышая в том числе и точность эксперимента, и позволяет варьировать размерами корпуса ячейки 26, изменяя их, а именно, размером по длине, размером по толщине стенки и изменяя объем в зависимости от расчетных давлений.

Мертвый объем - это часть объема корпуса ячейки 26, который не участвует в основной функции корпуса ячейки 26 и остается в корпусе ячейки 26 после полного вытекания жидкости. Этот объем недоступен для использования в процессе исследования из-за особенностей конструкции корпуса ячейки 26. Таким образом, что чем меньше мертвый объем -тем лучше результаты эксперимента.

Корпус ячейки 26 (PVT-ячейки) выполнен из материала, устойчивого к коррозии.

Например, корпус ячейки 26 (PVT-ячейки) образован цилиндрическим элементом из стали AISI316, в верхней части данного корпуса ячейки 26 размещено смотровое окно 3, которое снабжено высокопрочным сапфировым оптическим стеклом, закрепленным в оправе посредством прижимной гайки 8.

Корпус ячейки 26 представляет собой съемную конструкцию за счет наличия резьбы для крепления внутри фланца 32 кожуха, обеспечивая возможность модернизации его установки для изменения характеристик Устройства.

Расположение входного и выходного портов в корпусе ячейки 26 дополнительно позволяет снизить мертвый объем до минимальных значений (не перемешиваемый объем), а также снизить площадь внутренних поверхностей в корпусе ячейки 26, на которых образуется конденсат в процессе исследования, что повышает точность эксперимента.

Входной вентиль 9 и выходной вентиль 10 установлены в корпус ячейки 26 с возможностью обеспечения перемещения пробы исследуемого пластового флюида для загрузки флюида в корпус ячейки 26 и выгрузки флюида из корпуса ячейки 26, и имеют конструкцию, которая позволяет заменить седло иглы вентиля без необходимости ремонтировать корпус ячейки 26.

Входной вентиль 9 и выходной вентиль 10 расположены с возможностью для подключения к ним гидравлических линий, по которым осуществляют перемещение пробы исследуемого пластового флюида во входной вентиль 9 и затем в корпус ячейки 26 или из корпуса ячейки 26 затем в выходной вентиль 10 и гидравлическую линию и каждый представляет собой игольчатый вентиль.

Посадочные места для иглы входного 9 и выходного 10 вентилей находятся в корпусе вентиля. В случае износа посадочного места достаточно заменить игольчатый клапан, без необходимости замены корпуса ячейки 26.

Например, подключение гидравлических линий (на фиг. не показано) к корпусу ячейки 26 осуществляют через капиллярные каналы, например, диаметром 1/8 дюйма, игл входного 9 и выходного 10 вентилей, обеспечивая перемещения пробы исследуемого пластового флюида для загрузки в корпус ячейки 26 посредством входного вентиля 9 и выгрузки из корпуса ячейки 26 посредством выходного вентиля 10.

Оправа состоит из корпуса оправы 1, смотрового окна 3, прижимного фланца 4, уплотнительных элементов в виде комбинированного защитного уплотнения 6 и комбинированного уплотнения 2.

Корпус оправы 1 выполнен с возможностью герметичного расположения внутри него смотрового окна 3 в виде стекла из сапфира посредством комбинированного защитного уплотнения бис возможностью герметичного закрепления на торцевой поверхности корпуса ячейки 26 посредством комбинированного уплотнения 2 и прижимной гайки 8.

Смотровое окно 3 зафиксировано в корпусе оправы 1 посредством прижимного фланца 4 и прижимных винтов 5.

Оправа закреплена на торцевой поверхности корпуса ячейки 26 и обеспечивает поддержку и защиту от повреждений сапфирового стекла смотрового окна 3, сохраняя прочность и прозрачность сапфирового стекла, а также способствуя удобству и контролю, позволяя визуально наблюдать объекты или события, находящиеся за сапфировым стеклом в корпусе ячейки 26, исключать вероятность повреждения сапфирового стекла при сборке и разборке, упрощать процедуру сборки и разборки элементов, обеспечивая регулярную чистку и замену уплотнений 2 и 6, в отличии от известных, имеющих сложную специальную процедуру установки сапфирового стекла в корпус ячейки 26.

Смотровое окно 3 в оправе сочетает в себе функциональность, безопасность и практические преимущества, предоставляя возможность наблюдения, защиты и удержания сапфирового стекла.

Оправу с сапфировым стеклом собирают в заводских условиях.

Уплотнительные элементы представляют собой известные: комбинированное защитное уплотнение 6 для уплотнения смотрового окна 3 и защиты сапфирового стекла от повреждения, комбинированное уплотнение 2 для уплотнения корпуса оправы 1 и комбинированное уплотнение 23 для уплотнения поршня 20 и обеспечения герметичности ячейки 26, при этом комбинированное защитное уплотнение 6 выполнено с возможностью обеспечения сапфировому стеклу надежную и безопасную герметизацию и с возможностью защиты сапфирового стекла от резкого набора и сброса давления, что позволяет нагружать сапфировое стекло с высокой скоростью.

Комбинированное уплотнение 2 и 23 выполнено с возможностью обеспечения работы Устройства при температурах от -30°С до +200°С, и давлении выше 1000 бар, выдерживая воздействие химически-агрессивных сред.

Конструкция корпуса ячейки 26 позволяет варьировать изменять тип используемого стекла в смотровом окне 3.

Поршень 20 выполнен из титана и с возможностью герметичного расположения внутри корпуса ячейки 26 посредством комбинированного уплотнения 23, с возможностью возвратно -поступательного перемещения относительно оси корпуса ячейки 26, с возможностью герметичного расположения внутри него магнитного миксера и с возможностью закрепления с толкателем 28, соединенного с винтом шарико-винтовой передачи ШВП 14, обладающей высокой точностью и минимальным сопротивлением трения.

Выполнение поршня 20 из титана обеспечивает улучшение характеристик прочности и проницаемости для магнитных полей и может выдерживать давление более 1000 бар.

Механический привод поршня состоит из винта шарико-винтовой передачи 14, толкателя 28, ограничителя перемещения 29 хода поршня, редуктора 16 и серводвигателя 15, обеспечивая перемещение поршня 20 на расстояние расчетного хода внутри корпуса ячейки 26.

Винт шарико-винтовой передачи ШВП 14 выполнен с возможностью соединения с редуктором 16 с одной стороны и с толкателем 28 с другой стороны, с возможностью размещения на нем ограничителя перемещения 29, соединенного с толкателем 28, и снабжен отверстием для соединения с приводом 17 магнитного миксера, расположенным с противоположной стороны относительно поршня 20, обеспечивая вращение магнитного миксера, при этом вращающий момент на винт ШВП 14 передается через вал сервопривода 15 и через редуктор 16, обеспечивая КПД около 80%.

Ограничитель перемещения 29 выполнен с возможностью расположения и закрепления на винте шарико-винтовой передачи 14 и с возможностью расположения и фиксации на нем крепления для оптической линейки, по которой измеряют положение поршня 20, например, выполнен в виде гайки.

Толкатель 28 выполнен с возможностью соединения с винтом ШВП 14 с одной стороны и с возможностью закрепления с поршнем с другой стороны и представляет собой, например, втулку.

Стоит отметить, что для замены комбинированного уплотнения 23 поршень 20 может полностью выдвигаться из корпуса ячейки 26, а механический привод поршня позволяет извлечь поршень 20 из корпуса ячейки 26, обеспечивая доступ к комбинированным уплотнениям 23 без разбора корпуса ячейки 26.

В устройствах других производителей смена уплотнений поршня невозможна без разбора корпуса ячейки.

Винт ШВП 14 приводят во вращение редуктором 16 механического привода поршня, обеспечивая создание расчетного давления в корпусе ячейки 26, при этом редуктор 16 активируют отдельным серводвигателем 15, соединенным и управляемым блоком управления с программным обеспечением ЭВМ, позволяя регулировать скорость и направление вращения редуктора 16. Таким образом, происходит возвратно - поступательное движение поршня 20 в обе стороны внутри корпуса ячейки 26.

Кожух состоит из двух фланцев 31 и 32, соединенных между собой боковой поверхностью 30, которая выполнена с отверстиями или отверстием и с возможностью закрепления ее на боковых поверхностях фланцев посредством разъемного соединения, например, посредством винтов, и снабжен, по меньшей мере, четырьмя направляющими 33.

Один фланец 32 соединен с корпусом ячейки 26 посредством резьбового соединения, а второй фланец 31 закреплен в редукторе 16 посредством разъемного соединения, например, болтового.

Боковая поверхность 30 представляет собой, например, сплошную металлическую поверхность в сечение прямоугольной или круглой форм, снабженную отверстиями или отверстием, или металлическую сборную конструкцию из пластин, последовательно закрепленных на боковой поверхности фланцев 31 и 32 посредством винтов, с образованием отверстий или отверстия для вывода, например, вывода крепления, расположенного на ограничителе перемещения 29, для соединения с оптической линейкой, расположенной на боковой поверхности 30 кожуха и соединенной с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ.

Крепление для оптической линейки представляет собой известное крепление, обеспечивающее фиксацию оптической линейки на ограничителе перемещения 29 и расположение оптической линейки на боковой поверхности 30 кожуха, например, кронштейн.

Направляющие 33 расположены внутри боковой поверхности 30 и закреплены на внутренних торцевых поверхностях фланцев 31 и 32.

Направляющие 33 выполнены

с возможностью обеспечения расчетной жесткости Устройства,

с возможностью обеспечения расположения внутри кожуха винта ШВП 14 с толкателем 28, ограничителя перемещения 29 с креплением для оптической линейки,

с возможностью обеспечения соосности положения поршня 20 и корпуса ячейки 26 и обеспечения ограничения вращения винта шарико-винтовой передачи 14 вокруг своей оси.

Направляющая 33 представляет собой, например, металлическую трубку, металлический стержень, металлический брусок с четырехугольным или треугольным сечением.

Перемешивающее устройство представляет собой магнитный миксер, состоящий из ведущего ротора 22, ведущего 21 и ведомого 24 магнитов, и ведомого ротора 25, расположенный в поршне 20, и снабженный приводом 17, закрепленном на редукторе 16 с возможностью взаимодействия с магнитным миксером.

Магнитный миксер обеспечивает перемешивание пробы флюида, находящейся в корпусе ячейки 26, и представляет собой металлический магнитный миксер, который приводится в движение приводом 17 под действием магнитных сил при вращении ведущего ротора 22, приводимого в движение шаговым двигателем.

Используемая конструкция магнитного миксера с приводом 17 гарантирует эффективное перемешивание исследуемой пробы в любом положении корпуса ячейки 26, сокращая "мертвый" объем и обеспечивая эффективное перемешивание, в том числе и высоковязких нефтей.

Привод 17 магнитного миксера представляет собой известный двигатель с редуктором для магнитного миксера.

Ведомый ротор 25, расположенный в поршне 20, приводится во вращение за счет магнитного поля, обеспечивая герметичность конструкции поршня 20.

Охлаждающее устройство (терморубашка) 12 расположено поверх корпуса ячейки 26 с возможностью охлаждения корпуса ячейки 26 и с возможностью соединения с внешним устройством охлаждения корпуса ячейки 26 и соединено с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью управления температурой охлаждения. Терморубашка 12 представляет собой герметичную емкость, снабженную входом, например, в виде штуцера или патрубка, обеспечивающим поступление рабочей среды в герметичную емкость, и выходом, например, в виде штуцера или патрубка, обеспечивающим слив рабочей среды из герметичной емкости, и выполненную формой имеющую внутреннюю поверхность, повторяющую форму внешней поверхности корпуса ячейки 26.

Двигатель привода 17 магнитного миксера расположен на расстоянии от зоны нагрева терморубашкой 12, которое определяют исходя из обеспечения температурной изоляции двигателя привода 17, чтобы двигатель привода 17 не подвергался влиянием температуры.

Внешнее устройство охлаждения (на фиг. не показано) представляет, например, термокриостат, расположено с возможностью соединения с охлаждающим устройством 12, обеспечивая циркуляцию жидкости, охлаждаемой термокриостатом, и обеспечивая тем самым охлаждение корпуса ячейки 26 в зависимости от поставленной задачи и согласно технического задания, и соединен с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью управления температурой охлаждения.

Электрический нагреватель 11 соединен с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью управления температурой нагрева и представляет собой электрический нагреватель хомутового типа, установленный с возможностью обеспечения нагрева корпуса ячейки 26 поверх охлаждающего устройства - терморубашки 1.2

Например, корпус ячейки 26 встроен в терморубашку 12 в виде термостатической оболочки или кожуха, заполненную подогреваемым теплоносителем, например, маслом ПМС - 100, от внешнего устройства охлаждения, благодаря наличию входа и выхода в виде штуцеров для подачи и слива рабочей среды - теплоносителя. Для поддержания температуры в корпусе ячейки 26 на расчетном уровне используют внешнее устройство, например, стандартный лабораторный жидкостный термостат с циркуляционным насосом.

Датчик температуры расположен с возможностью обеспечения измерения температуры пробы внутри корпуса ячейки 26 и соединен с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью передачи данных измерения для регистрации показаний температуры и с возможностью управления температурой внутри корпуса ячейки 26.

Датчик температуры представляет собой, например, датчик температуры типа РТ-100.

Датчик давления 7 расположен с возможностью обеспечения измерения давления в корпусе ячейки 26 и соединен с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью передачи данных измерения для регистрации показаний давления в блок управления с программным обеспечением и с возможностью управления давлением внутри корпуса ячейки 26.

Датчик давления 7 измеряет показания давления в корпусе ячейки 26 и представляет собой, например, датчик давления Keller РА-35Х НТ.

Система наклона корпуса ячейки расположена с возможностью взаимодействия с корпусом ячейки 26, обеспечивая угол его наклона, и включает в себя опорную раму 19, сервопривод 13 с редуктором, вал которого закреплен на опорной раме 19, ось вращения 18, опорные подшипники, соединенные с осью вращения 18, и датчик определения угла наклона 34, обеспечивающей заданный угол положения корпуса ячейки 26 относительно его горизонтального положения, при этом ось вращения соединена с редуктором сервопривода 13 и закреплена на боковой поверхности 30 кожуха с возможностью размещения оси вращения 18 на опорной раме 19.

Опорная рама 19 представляет собой металлоконструкцию, выполненную с возможностью обеспечения расположения кожуха с осью вращения 18 на ней с возможностью вращения кожуха.

Датчик определения угла наклона 34 расположен и закреплен с возможностью измерения угла наклона корпуса ячейки 26 и соединен с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью передачи данных угла наклона, например, закреплен на редукторе 16, обеспечивая наклон вместе с корпусом ячейки 26 на заданный угол, повышенную точность значение угла наклона и позволяя с повышенной точностью определить объем пробы в корпусе ячейки 26. Датчик определения угла наклона 34 представляет собой, например, датчик на основе гироскопа для определения угла наклона, позволяющий обеспечивать расчетный угол положения корпуса ячейки 26 относительно его горизонтального положения.

Система наклона корпуса ячейки представляет собой систему с обратной связью с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ, позволяющую менять угол положения корпуса ячейки 26 относительно горизонта на 180°, обеспечивая тем самым осуществлять и перемешивание пробы в корпусе ячейки 26 и обеспечивая различные позиции для измерений давления и температуры пробы внутри корпусе ячейки 26.

Блок управления с программным обеспечением ЭВМ включает в себя видеокамеру 27, установленную с возможностью фронтального ее расположения по отношению к смотровому окну 3, и компьютер, снабженный контроллером, драйвером и программным обеспечением ЭВМ, и соединенный с видеокамерой 27.

Блок управления с программным обеспечением ЭВМ расположен с возможностью обеспечения получения данных измерения от датчиков и изображений с видеокамеры 27, их анализа и фиксации, контроля за данными давления, температуры и объема пробы, угла наклона и объема пробы, осуществления расчетов, например, определение объема жидкости в корпусе ячейки 26, и управления устройствами и параметрами.

Например, известную видеокамеру 27 высокого разрешения закрепляют на держателе перед смотровым окном 3 и изображение исследуемой пробы передается через видеокамеру 27 в блок управления с ЭВМ, при этом держатель, например, в виде кронштейна (на фиг. не показано), позволяет корректировать расстояние относительно смотрового окна 3 для получения наилучшего качества изображения исследуемой пробы внутри корпуса ячейки 26.

Оптическая линейка расположена на боковой поверхности 30 кожухе с возможностью определения положения поршня 20, зафиксирована на ограничителе перемещения 29 посредством крепления, которое зафиксировано на оптической линейке, и соединена с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью передачи данных измерения положения поршня 20 посредством проводной связи и представляет собой, например, цифровую линейку JTM - 4VS.

Для расчета используют данные, например, данные о положении поршня 20, угла наклона корпуса ячейки 26, температуры и давления, которые позволяют измерять уровень жидкой и газообразной фазы в корпусе ячейки 26, необходимые для проведения всех экспериментов.

Объем жидкости в полости корпуса ячейки 26 определяют посредством анализа изображения с видеокамеры 27, установленной фронтально перед смотровым окном 3.

Например, давление и объем в полости корпуса ячейки 26 меняют за счет изменения положения поршня 20, который приводится в движение винтом ШВП 14.

Для расчета объема фаз флюида и оценки состояния исследуемой пробы внутри корпуса ячейки 26 используют видеокамеру 27, которая осуществляет передачу изображение состояния анализируемой пробы внутри корпуса ячейки 26 в режиме реального времени на блок управления, оборудованный техническими компонентами и снабжен программным обеспечением ЭВМ.

Программное обеспечение ЭВМ обеспечивает получение данных измерения и изображения, осуществляет их анализ и фиксацию, осуществляет контроль за данными давления, температуры, угла наклона и объема пробы, осуществляет расчеты и управление устройствами и параметрами, например, контролирует изображение состояния анализируемой пробы внутри корпуса ячейки 26, поступающие с видеокамеры 27, осуществляет анализ изображения состояния анализируемой пробы внутри корпуса ячейки 26, фиксирует изображения состояния анализируемой пробы внутри корпуса ячейки 26, осуществляет расчеты, в том числе и определение уровня жидкости в корпусе ячейки 26 и управляет устройствами и параметрами Устройства, обеспечивая связь, в том числе и с периферийными устройствами, принимающими и передающими информацию на компьютер с программным обеспечением ЭВМ, также программное обеспечение ЭВМ блока управления позволяет измерять уровень жидкой и газообразной фазы анализируемой пробы в корпусе ячейки 26.

Например, для расчета программным обеспечением ЭВМ используют данные о положении поршня 20, об угле наклона корпуса ячейки 26 и о давлении пробы;

для создания давления внутри корпуса ячейки 26 может использоваться механический привод поршня, управляемый ЭВМ блока управления с помощью серводвигателя 15, которым управляет ЭВМ блока управления. Вращение вала сервопривода 15 через редуктор 16 приводит в движение винт ШВП 14, соединенный с поршнем 20.

Высокотехнологичность процесса изготовления компонентов устройства и их сборки обусловлена применением стандартных технологических методов и подходов, включая токарную и фрезерную обработку, раскатку, закалку и хонингование.

Устройство работает следующим образом.

Для переноса глубинных образцов пластовой жидкости (газа или газоконденсата) в корпус ячейки 26, используют известное специальное устройство для нагрева известного пробоотборника до пластовой температуры, которое имеется в лаборатории. После того, как взятая проба для исследования тщательно перемешена известными средствами, пробу перемещают в корпус ячейки 26 по гидравлическим линиям (входная и выходная линии для добавления и откачки анализируемой пробы) за счет подачи гидравлической жидкости в поршневое пространство пробоотборника.

Когда работа ведется с образцами с поверхности газоконденсатных систем, рекомбинация газовой и жидкой фаз происходит непосредственно в корпусе ячейки 26, при чем каждая из фаз перемещается в ячейку аналогичным образом, как и для глубинных проб. Для газовых проб вместо гидравлической жидкости используется давление газа, которое увеличивается через газовый бустер.

После того как взятая проба для исследования перенесена в корпус ячейки 26, она доводится до расчетного давления и расчетной температуры и тщательно перемешивается одновременно с помощью раскачивания корпуса ячейки 26, изменяя угол наклона, и с помощью магнитного миксера. Контролируют давление насыщения в корпусе ячейки 26, определяя его путем анализа изображения, полученного от видеокамеры 27.

Оператор выбирает тип стандартного теста, который необходимо провести для изучения флюида (газа или газоконденсата) либо разрабатывает свою последовательность эксперимента согласно техническому заданию. Затем оператор переводит пробу исследуемого пластового флюида, предварительно полученную известным способом и средствами, в полость корпуса ячейки 26 через входной порт, перекрываемый входным вентилем 9, для изучения свойств пластового флюида в условиях давления, объема и температуры согласно техническому заданию.

Управление Устройством осуществляют через программное обеспечение ЭВМ блока управления - системой визуального измерения объема жидкости. Объем жидкой фазы пробы исследуемого пластового флюида в корпусе ячейке 26 измеряют системой визуального измерения объема жидкости. Оператор задает параметры эксперимента в блоке управления с программным обеспечением ЭВМ, например, параметры давления, температуры, угла наклона, скорости изменения объема, скорости изменения давления, скорости изменения температуры, скорости перемешивания согласно техническому заданию для моделирования внешних условий изучает поведение пробы исследуемого пластового флюида, ориентируясь на данные, полученные, например, с датчиков давления 7 и температуры и датчика определения угла наклона 34 и на изображения, полученные с видеокамеры 27.

Для контроля температуры пробы исследуемого пластового флюида корпус ячейки 26 оснащен терморубашкой 12, в которой циркулирует жидкость, температуру которой поддерживает и контролирует внешнее устройство в виде термокриостата совместно с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ.

Внешнее устройство соединено шлангами с терморубашкой 12, поверх которой установлен электрический нагреватель 11 для увеличения скорости нагрева пробы исследуемого пластового флюида в корпусе ячейки 26. Температуру в корпусе ячейки 26 измеряют датчиком температуры (на фигуре не показан), а управление электронагревателем 11 осуществляют посредством программного обеспечения ЭВМ блока управления с применением ПИД регулятора алгоритма блока управления (на фиг. не показано). Таким образом проба пластового флюида в корпусе ячейке 26 эффективно нагревается или охлаждается в соответствии с условиями эксперимента.

ПИД регулятор (PID controller) - это устройство, используемое для автоматического управления процессами. Он основан на комбинации трех основных компонентов: П (пропорциональный), И (интегральный) и Д (дифференциальный).

Пропорциональная составляющая (П) регулирует выходной сигнал пропорционально разнице между заданным значением и текущим состоянием процесса. Чем больше разница, тем больше коррекция.

Интегральная составляющая (И) накапливает и учитывает прошлые ошибки управления. Она рассчитывает сумму ошибок и применяет коррекцию для устранения постоянных ошибок.

Дифференциальная составляющая (Д) реагирует на скорость изменения ошибки управления. Она сглаживает коррекцию, если изменения происходят слишком быстро, чтобы избежать резких колебаний.

Комбинация этих трех компонентов в ПИД регуляторе позволяет достичь стабильного и точного управления процессом, минимизируя ошибки и колебания.

Программное обеспечение ЭВМ блока управления позволяет проводить автоматизированный тест PVT, получать данные с датчиков давления 7 и температуры и видеокамеры 27, фиксировать их, стоить графики, управлять работой Устройства в целом и отдельными элементами его.

Давление и объем пробы пластового флюида в корпусе ячейке 26 создают и контролируют посредством изменения положения поршня 20, который приводится в движение винтом ШВП 14, обеспечивая возвратно - поступательное перемещение поршня 20. Винт ШВП 14 соединен с поршнем 20 с возможностью вращения, а вращение винта ШВП 14 осуществляют посредством передачи момента от вала сервопривода 15 через редуктор 16.

Посредством оптической линейки 34 определяют точное положение поршня 20.

Положение корпуса ячейки 26 относительно горизонтального положения регулируют системой наклона корпуса ячейки, обеспечивая расчетный угол наклона корпуса ячейки 26 и обеспечивая своевременный (расчетный) и равномерный переход фаз «газ-жидкость» путем перемешивания пробы исследуемого пластового флюида, расположенной в полости корпуса ячейки 26, которое осуществляют посредством вращения магнитного миксера с приводом 17.

В существующих устройствах перемешивание пробы происходит за счет, например, перевода пробы из основного корпуса ячейки 26 в дополнительный и обратно, проходя по трубкам жидкость с газом перемешивается; линейного перемещения миксера при помощи магнитных полей; наклона корпуса ячейки 26.

В разработанном Устройстве в поршне 20 встроен магнитный миксер, который осуществляет перемешивание пробы исследуемого пластового флюида и обеспечивает эффективное перемешивание пробы, сокращая не перемешиваемый и мертвый объем пробы исследуемого пластового флюида.

Уровень пробы исследуемого пластового флюида определяют посредством анализа изображения с видеокамеры 27.

Загрузку пробы исследуемого пластового флюида осуществляют следующим образом:

1. В программном обеспечении ЭВМ блока управления устанавливают минимальный расчетный объем свободного пространства внутри корпуса ячейки 26 с положением поршня 20 максимально близко к смотровому окну 3.

2. Производят вакуумирование полости корпуса ячейки 26 и всех шлангов - трубок, соединенных с ним, посредством подключения вакуумного насоса (на фигуре не показана) через выходной порт корпуса ячейки 26, затем закрывают входной 9 и выходной 10 вентили.

3. Подключают первый гидравлический порт контейнера с пробой к внешнему насосу.

4. Подключают второй гидравлический порт контейнера с пробой исследуемого пластового флюида к входному порту корпуса ячейки 26.

5. С помощью внешнего насоса перемещают пробу исследуемого пластового флюида к закрытому входному вентилю 9 для загрузки в корпус ячейки 26, используя режим поддержания постоянного расчетного давления.

6. Открывают входной вентиль 9 для загрузки в корпус ячейки 26, обеспечивая возможность перетока пробы исследуемого пластового флюида в корпус ячейки 26, и поднимают давление в корпусе ячейки 26 внешним насосом до пластового давления.

7. Переводят пробу исследуемого пластового флюида в корпус ячейки 26 в режиме поддержания постоянного расчетного давления, задавая его в программном обеспечении ЭВМ блока управления, ниже давления пробы исследуемого пластового флюида в контейнере.

8. В корпус ячейки 26 перемещают расчетный объем пробы исследуемого пластового флюида.

9. После перемещения пробы исследуемого пластового флюида в корпус ячейки 26 закрывают входной вентиль 9. Проба в корпусе ячейки 26.

После чего проводят термодинамические исследования свойств и фазового поведения пластовых флюидов (газа или газоконденсата) в пластовых условиях, осуществляя тесты пробы исследуемого пластового флюида в зависимости от поставленной задачи, например, - тест на контактное испарение Flash Liberation Test, также известный как СМЕ (Расширение постоянной массы (Constant-Mass Expansion), или

Расширение постоянной композиции (Constant-Composition Expansion), тест P-V - Давление от Объема (Pressure-vs.-Volume):

- тест на контактное испарение, которое производится на черных или летучих нефтях, при постоянной температуре (обычно при температуре залежи). Для проведения теста в корпус ячейки 26 загружается проба в пределах 50-100 см³ однофазной нефтяной пробы (выше точки кипения, или давления насыщения). Если необходимо, объем пробы в корпусе ячейки 26 уменьшается для сжатия пробы выше начальной точки кипения (давления насыщения) посредством поршня 20. Затем объем пробы в корпусе ячейки 26 расширяется по ступеням посредством поршня 20, перемещая его. Для приведения пробы в равновесие в каждой точке объема используют встроенный магнитный миксер в поршне 20. Данные давления, объема и температуры пробы исследуемого пластового флюида измеряют посредством датчиков и записывают для каждой точки объема в программное обеспечение ЭВМ блока управления. Если проба исследуемого пластового флюида содержит растворенный газ, давление будет ниже точки кипения (давления насыщения, минимального давления, при котором газ остается в растворенным в нефти, так чтобы нефть оставалась в одной фазе). При давлении ниже точки кипения, общий объем пробы исследуемого пластового флюида становится более сжимаемым, так, что наклон кривой Давление от Объема - Pressure-vs.-Volume (P-V) резко меняется от точки кипения. Возможно измерить точку кипения построением прямой линии через несколько точек выше точки кипения посредством программного обеспечения, и второй прямой через несколько точек ниже точки кипения: пересечение этих прямых является точкой кипения. Это подтверждается, наблюдая давление, при котором первые пузырьки газа в пробе исследуемого пластового флюида становятся видимыми в смотровом окне 3.

Если проба исследуемого пластового флюида в корпусе ячейки 26 достигает максимального расчетного объема до того, как давление становится ниже точки кипения, тогда проводится тест еще раз, начиная с меньшего расчетного начального объема пробы. Для этого уменьшается объем пробы, увеличивая давления выше точки кипения, получая однофазный флюид, затем, поддерживая давление выше точки кипения.

Это называется расширением постоянной массы, потому что масса пробы остается постоянной в процессе теста: изменяются только объем и давление пробы исследуемого пластового флюида соответственно. Входной 9 и выходной 10 вентили не открывают или не закрывают в процессе получения зависимости Давление от Объема, и во флюид, размещенный в корпус ячейки 26, не добавляют или не удаляют из него.

Программное обеспечение ЭВМ блока управления сбора данных позволяет проводить автоматизированный тест P-V, вводом тестовых установок в виде начального давления и начальной температуры, различных критериев для определения наступления равновесия на каждой ступени, и Таблицы соотношения Объемов -Volume Ratios для определения каждой ступени, что позволяет проводить тест полностью автоматически, без вмешательства оператора;

- тест на точку кипения -Bubble-Point Test, который является частью теста на контактное испарение, описанного выше;

- тест на дифференциальное испарение Differential Liberation Test, известный как DV (Дифференциальное испарение - Differential Vaporization), который проводится на пробах черной или летучей нефти, при постоянной температуре (обычно при температуре залежи).

Данный тест похож на тест контактное испарение, описанный выше кроме этого, выделенный газ из пробы исследуемого пластового флюида при понижении давления ниже точки кипения, удаляется из корпуса ячейки 26.

Это тот же тест на контактное испарение выше точки кипения флюида. Но, на каждой ступени давление и/или объем ниже точки кипения, вся газовая фаза, образовавшаяся на этой ступени, удаляется из корпуса ячейки 26 при постоянном давлении, до того, как в корпусе ячейки 26 останется только однофазная нефть (полностью насыщенная, точно на ее точке кипения). Необходимо осторожно удалять весь газ, предотвращая выход из нефти, открывая выходной вентиль 10 корпуса ячейки 26.

При этом в настройках управляющей программы нужно выбрать режим Поддержания постоянного давления (Constant-Pressure), и наблюдая в смотровое окно 3 до момента, пока уровень пробы исследуемого пластового флюида полностью поднимется и полностью перекрыть выходной вентиль 10, что остановит движение поршня 20 в этот момент.

Этот тест позволяет исследователю рассчитать коэффициент усадки, фактор растворения газа в нефти (GOR), плотность нефти при различном давлении, и действительный коэффициент отклонения газа. Этот тест, как и тест на контактное испарение, обычно проводится в корпусе ячейки 26, изолированной от остальных элементов (входной 9 и выходной 10 вентили закрыты). Обычно, объем газа, выведенный на каждой ступени, должен быть измерен при комнатной температуре (окружающей среды) и барометрическом давлении с помощью внешнего устройства - газометра, а пробу газа нужно отобрать для анализа его композиции и/или плотности на каждой ступени;

- тест на точку росы (Dew Point Test), известный как Расширение постоянной массы или Расширение постоянной композиции - СМЕ (Constant-Mass Expansion, or Constant-Composition Expansion), или Давление от Объема - P-V (Pressure-vs.-Volume), проводимый на газе или газоконденсате.

Тест на Точку росы проводят на газовой или газоконденсатной пробе при постоянной температуре (обычно при температуре залежи). Для проведения этого теста, в корпус ячейки 26 загружают пробу в пределах от 50 до 200 см³ газа. Если необходимо, объем корпуса ячейки 26 уменьшают для сжатия пробы исследуемого пластового газа или газоконденсата до начального давления, которое выше максимального давления залежи. Объем корпуса ячейки 26 расширяют ступенчатым отбором пробы исследуемого пластового газа или газоконденсата внешним насосом, при этом магнитный миксер в корпусе ячейки 26 должен быть включен для приведения газа или газоконденсата в равновесие в каждой точке объема пробы. Данные давления, объема и температуры измеряют и записывают в каждой точке объема пробы. Если газ имеет в составе достаточно жидкости, давление в какой-то момент будет понижено до точки росы (давления насыщения - минимального давления, при котором флюид остается растворенным в газе, и газовая проба находится в однофазном состоянии). Давление точки росы, при определенной температуре, измеряется наблюдением, при которой первая капля жидкости видна в смотровом окне.

Если в корпусе ячейки 26 достигается давление, при котором не проявляется точка росы, тест повторяется, начиная с меньшего начального объема пробы. Для этого объем пробы уменьшают и сжимают ее выше ее точки росы, для получения однофазного флюида, а затем поддерживая давление выше точки росы, удаляют часть пробы из корпуса ячейки 26.

Это называется расширение постоянной массы (Constant-Mass Expansion), потому что, масса газовой пробы остается постоянной в процессе теста: изменяются только объем и давление, соответственно. Ни один вентиль 9 или 10 не открывается или закрывается, обеспечивая данные Давление от Объема (Pressure-vs-Volume).

Ретроградный конденсатный флюид проявляет свое поведение, в котором жидкий конденсат может появиться, а затем исчезнуть по мере прохождения через определенную для этой цели зону давления. Тест на Точку росы может быть также проведен при постоянном давлении, но изменяющейся температуре, для измерения температуры точки росы при этом давлении. Многие сухие газы настолько сухи, что не проявляют точку росы никогда, поэтому в смотровом окне 3 со стеклом из сапфира не будет видно капель жидкости;

- тест на Истощение постоянного объема (Constant-Volume Depletion известный как тест CVD, проводится на пробах газа или газоконденсата при постоянной температуре (обычно температуре залежи), в опционном газо- газоконденсатного корпуса ячейки 26 ячейке. Он моделирует отбор газа из залежи, с оставлением некоторого количества жидкого конденсата в залежи.

Устройство, в том числе и корпус ячейки 26, позволяет проводит тесты проб большего объема по сравнению с известными. Газовая проба загружается в корпус ячейки 26. Если необходимо, объем корпуса ячейки 26 уменьшается для сжатия пробы флюида до начального давления выше максимального давления залежи. Объем корпуса ячейки 26 расширяется ступенчато, при этом магнитный миксер должен быть включен для приведения пробы в равновесие в каждой точке. Давление, объем и температура в корпусе ячейки 26 измеряют и записывают для каждой точки данных. Давление -Объем. На каждой ступени Давление и Объем, газ отбирается из корпуса ячейки 26 при постоянном давлении через выходной вентиль 10 до достижения начального объема корпуса ячейки 26. Это повторяется ступенчато до снижения давления до атмосферного. Объем любой видимой жидкости регистрируется для каждой ступени.

Описанный тест не является расширением постоянной массы, потому что масса газа уменьшается на каждой ступени. Объем газа, удаленного на каждой ступени должен быть измерен при комнатной температуре (окружающей среды) и барометрическом давлении с помощью газометра. На каждой ступени должны быть отобраны пробы для определения композиционного анализа и/или плотности.

Пример.

Устройство было смонтировано с корпусом ячейки 26 с рабочим объемом 400 см³,

при этом корпус ячейки 26 с пробой выдерживал рабочее давление до 100 МПа и рабочую температуру до 150°С в процессе исследования.

После подготовки и загрузки рекомбинированной пробы в корпус ячейки 26, температуру доводят до пластовой температуры исследуемой пробы путем ее сжатия посредством поршня 20 и использования системы контроля температуры.

Затем объем корпуса ячейки 26 расширяют посредством поршня 20 по ступеням, приводят пробу в равновесие миксером в каждой точке объема, при этом перемешивая смесь пробы, повышают давление до пластового уровня. После приведения пробы к пластовым термобарическим условиям ее оставляют на расчетное время без перемешивания в состоянии покоя и оценивают ее фазовое состояние по изображению, получаемому с видеокамеры 27 и отправленному в блок управления с ЭВМ. Если в корпусе ячейки 26 нет нерастворенной жидкой фазы, то рекомбинированную пробу считают аналогичной первоначальной пластовой и готовой к дальнейшему исследованию. Наличие в корпусе ячейки 26 нерастворенной углеводородной жидкости указывает на проникновение пластового флюида в жидкой фазе в скважину или на ошибку при определении газоконденсатного коэффициента.

После достижения пластового давления внутри корпуса ячейки 26, медленно снижают давление, изменяя объем посредством поршня 20 до максимально допустимого увеличения объема корпуса ячейки 26. Вплоть до момента начала конденсации среда пробы внутри корпуса ячейки 26 и среда в однородном состоянии. Как только начинается конденсация, среда внутри корпуса ячейки 26 становится неоднородной, что видно на изображении - снимке с видеокамеры 27. Термобарические условия (данные давления, объема и температуры пробы), при которых произошло это изменение среды измеряют датчиками давления 7, температуры и записывают для каждой точки объема корпуса ячейки 26, запись осуществляют посредством программного обеспечения ЭВМ блока управления как условия начала процесса конденсации. Наблюдают за давлением и температурой пробы, при котором первые пузырьки газа в пробе можно увидеть в смотровом окне 3 и, соответственно снимать видеокамерой 27.

Заявленное Устройство может проводить предварительные PVT-исследования прямо на месте добычи, что не только увеличивав! скорость получения информации по пробе, но также помогает решать технологические задачи контроля и оптимизации процесса разработки месторождений, расширяя при этом спектр устройств для PVT-исследований.

Например, получение данных PVT-исследований непосредственно на месте позволяет настроить условия отбора проб для обеспечения их максимальной репрезентативности, быстро контролировать изменение фазового состояния пластовой системы при изменении условий эксплуатации, проведении гидротермического моделирования, внедрении химических реагентов и решать другие технологические задачи по оптимизации разработки скважины.

Так, предлагаемое Устройство отличается надежностью своей конструкции, гарантирует эффективное перемешивание образца пробы по всему объему корпуса ячейки для точной оценки фазового состояния образца - пробы в корпусе ячейки и определения объемов жидкой фазы при расчетных условиях, позволяя успешно выполнить поставленные технические задачи при проведении исследований и расширить набор схожих технических средств.

Заявленное Устройство обеспечивает возможность проведения исследований на различных типах пластовых флюидов, включая сырую нефть, летучие нефти, газоконденсатные смеси, а также газы в условиях высокого давления и температуры, обеспечивая полноценную оценку залежей нефти и газа, повышая надежность, качество и точность измерений пробы пластового флюида, газа или газоконденсата, и решает техническую проблему, которая заключается в модернизации системы измерения температуры, давления и объема для исследования термодинамических свойств флюидов для определения PVT - соотношений глубинных и рекомбинированных проб пластовых флюидов, в том числе критических газоконденсатных систем, приведенных к термобарическим условиям их залегания, с повышением ее технико-технологических характеристик.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для изучения физических свойств пластовых флюидов с помощью PVT-анализа. Предложено устройство для проведения термодинамических исследований свойств и фазового поведения пластовых флюидов в пластовых условиях, которое содержит корпус ячейки (26) с оправой, поршень (20), уплотнительные элементы (2, 6, 23), перемешивающее устройство, расположенное с возможностью перемешивания пробы внутри корпуса ячейки (26), датчик давления (7) и датчик температуры, расположенные с возможностью измерения параметров пробы внутри корпуса ячейки (26), входной (9) и выходной (10) вентили, измерительное устройство, расположенное с возможностью определения положения поршня, механический привод поршня, электрический нагреватель (11), охлаждающее устройство (12), систему наклона корпуса ячейки и блок управления с программным обеспечением ЭВМ. Причем устройство дополнительно снабжено датчиком температуры, входным и выходным вентилями, оправой, прижимной гайкой, механическим приводом поршня, кожухом, электрическим нагревателем, охлаждающим устройством, системой наклона корпуса ячейки и блоком управления с программным обеспечением ЭВМ. Технический результат - повышение надежности, качества и точности измерений пробы, например пробы пластового флюида в виде газового конденсата. 4 ил.

Устройство для проведения термодинамических исследований свойств и фазового поведения пластовых флюидов в пластовых условиях, содержащее корпус ячейки, поршень, уплотнительные элементы, перемешивающее устройство, расположенное с возможностью перемешивания пробы внутри корпуса ячейки, датчик давления, расположенный с возможностью измерения давления пробы внутри корпуса ячейки, и измерительное устройство, расположенное с возможностью определения положения поршня, при этом корпус ячейки выполнен с возможностью герметичного расположения внутри него поршня, обеспечивая ему возвратно-поступательное перемещение, поршень выполнен с возможностью герметичного расположения и возвратно-поступательного перемещения внутри корпуса ячейки, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено датчиком температуры, входным и выходным вентилями, оправой, прижимной гайкой, механическим приводом поршня, кожухом, электрическим нагревателем, охлаждающим устройством, системой наклона корпуса ячейки и блоком управления с программным обеспечением ЭВМ, при этом перемешивающее устройство представляет собой магнитный миксер, состоящий из ведущего ротора, ведущего и ведомого магнитов и ведомого ротора, расположенный в поршне и снабженный приводом, закрепленным на редукторе с возможностью взаимодействия с магнитным миксером, датчик давления соединен с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью передачи данных измерения, измерительное устройство представляет собой оптическую линейку, соединенную с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью передачи данных измерения положения поршня, уплотнительные элементы представляют собой комбинированное защитное уплотнение и комбинированные уплотнения, датчик температуры расположен с возможностью измерения температуры пробы внутри корпуса ячейки и соединен с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью передачи данных измерения, входной и выходной вентили установлены в корпус ячейки с возможностью обеспечения перемещения пробы исследуемого пластового флюида в корпус ячейки и из корпуса ячейки, оправа состоит из корпуса оправы, смотрового окна, прижимного фланца, корпус оправы выполнен с возможностью герметичного расположения внутри него смотрового окна в виде стекла из сапфира и с возможностью герметичного закрепления на торцевой поверхности корпуса ячейки посредством прижимной гайки, механический привод поршня состоит из винта шарико-винтовой передачи, толкателя, ограничителя перемещения хода поршня, редуктора и серводвигателя, обеспечивая перемещение поршня на расстояние расчетного хода внутри корпуса ячейки, при этом винт шарико-винтовой передачи выполнен с возможностью соединения с редуктором с одной стороны и с толкателем с другой стороны, с возможностью размещения на нем ограничителя перемещения, соединенного с толкателем, и снабжен отверстием для соединения с приводом магнитного миксера, ограничитель перемещения выполнен с возможностью расположения и закрепления на винте шарико-винтовой передачи и с возможностью расположения и фиксации крепления для оптической линейки на нем, кожух состоит из двух фланцев, соединенных между собой боковой поверхностью, которая выполнена с отверстиями или отверстием и с возможностью закрепления ее на боковых поверхностях фланцев посредством разъемного соединения, и снабжен по меньшей мере четырьмя направляющими, расположенными внутри боковой поверхности и закрепленными на внутренних торцевых поверхностях фланцев, выполненными с возможностью обеспечения расчетной жесткости, с возможностью обеспечения расположения внутри кожуха винта шарико-винтовой передачи с толкателем, ограничителя перемещения с креплением для оптической линейки, с возможностью обеспечения соосности положения поршня и корпуса ячейки и обеспечения ограничения вращения винта шарико-винтовой передачи вокруг своей оси, при этом с одним фланцем соединен корпус ячейки, а со вторым фланцем соединен редуктор, электрический нагреватель соединен с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью управления температурой нагрева и представляет собой электрический нагреватель хомутового типа, установленный с возможностью обеспечения нагрева корпуса ячейки поверх охлаждающего устройства, которое расположено поверх корпуса ячейки с возможностью его охлаждения и с возможностью соединения с внешним устройством охлаждения и соединено с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью управления температурой охлаждения и представляет собой герметичную емкость, снабженную входом, обеспечивающим поступление рабочей среды в нее, и выходом, обеспечивающим слив рабочей среды из нее, и выполненную формой, имеющей внутреннюю поверхность, повторяющую форму внешней поверхности корпуса ячейки, система наклона корпуса ячейки расположена с возможностью взаимодействия с корпусом ячейки, обеспечивая угол его наклона, и включает опорную раму, сервопривод с редуктором, вал которого закреплен на опорной раме, ось вращения, опорные подшипники, взаимодействующие с осью вращения, и датчик определения угла наклона, обеспечивающий расчетный угол положения корпуса ячейки относительно его горизонтального положения, при этом ось вращения соединена с редуктором сервопривода и закреплена на боковой поверхности кожуха с возможностью размещения ее на опорной раме, которая представляет собой металлоконструкцию, обеспечивающую расположение кожуха с осью вращения на ней с возможностью вращения кожуха, датчик определения угла наклона расположен и закреплен с возможностью измерения угла наклона корпуса ячейки и соединен с блоком управления с программным обеспечением ЭВМ с возможностью передачи данных угла наклона, блок управления с программным обеспечением ЭВМ включает в себя видеокамеру, установленную с возможностью фронтального ее расположения по отношению к смотровому окну, и компьютер, снабженный контроллером, драйвером, программным обеспечением ЭВМ, соединенный с видеокамерой и расположенный с возможностью обеспечения получения данных измерения и изображений, их анализа и фиксации, контроля за данными давления, температуры, угла наклона и объема пробы, осуществления расчетов и управления устройствами и параметрами, корпус ячейки выполнен с возможностью герметичного расположения внутри него поршня с магнитным миксером, толкателя, обеспечивающего возвратно-поступательное перемещение поршня внутри корпуса ячейки, с возможностью закрепления оправы на торцевой поверхности корпуса ячейки, с возможностью закрепления внутри фланца кожуха, с возможностью закрепления охлаждающего устройства на боковой его поверхности и снабжен отверстиями, выполненными с возможностью закрепления в них датчиков давления и температуры, входного и выходного вентилей, поршень выполнен из титана, с возможностью герметичного расположения внутри него магнитного миксера и с возможностью закрепления с толкателем.