ВИЗУАЛЬНО-АКУСТИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР И СПОСОБ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Российский патент 2025 года по МПК G01F15/08 

Область техники

[1] Настоящее изобретение относится к измерительной технике и может применяться в любых областях, где необходимо определять положения границ разделов флюидов.

Уровень техники

[2] Визуально-акустический сепаратор представляет из себя совокупность элементов и механизмов, обеспечивающих воздействие на текучее вещество с целью определения положения границы раздела фаз или различных флюидов. Данная технология обычно применяется при проведении лабораторных исследовании свойств образцов породы керна по многофазной фильтрации флюидов.

[3] В проведении исследований многофазного течения смесей флюидов через пористую среду сепаратор необходим для определения объемов жидкостей, вытесненных из образца горной породы под давлением и температурами, близкими к пластовым условиям, для определения коэффициента нефтеизвлечения, чтобы посчитать сколько нефти можно взять с месторождения, откуда был взят образец. Определение объемов осуществляется при помощи уровнемеров, определяющих положение границы раздела флюидов в сепараторе, с известными геометрическими данными. Оптимальный режим нефтеизвлечения подбирается путем варьирования состава вытесняющего агента, давления и расхода, и потом применяется на самом месторождении.

[4] В процессе проведения этих исследований крайне важными факторами является качество и возможность определения границы раздела флюидов или фаз в широком диапазоне условий измерений, например, при критических температурах и давлениях, в условиях визуально неразличимой границы раздела фаз и тд., и контроль правильности результатов измерений.

[5] На данный момент для проведения фильтрационных экспериментов используются системы с одним типом уровнемеров для определения положения границы раздела флюидов или фаз. Такие уровнемеры могут быть оптическими (визуальными), ультразвуковыми (акустическими), резистивными, емкостными или иными, как будет представлено из уровня техники ниже. Обычно у таких уровнемеров ограничены диапазоны условий измерений в связи с их конструктивными особенностями. Для сепараторов с визуальными уровнемерами определение положения границы раздела затруднено или невозможно если используются две жидкости, которые отличаются по плотности, но трудно различимы на вид, к примеру керосин и вода, или если один из флюидов, при движении границы раздела, загрязняет внутреннюю поверхность измерительной емкости. Также при измерении малых объемов в узких измерительных емкостях может происходить искривление границы раздела жидкостей или фаз вследствие ее соприкосновения с внутренней поверхностью этой емкости, что также называется мениском, это ухудшает точность определения положения границы раздела. Для сепараторов с акустическими уровнемерами отсутствует возможность определения границы раздела фаз во время дегазации флюидов в измерительной емкости. На данный момент известны несколько устройств и способов определения границы раздела флюидов или фаз в сепараторах или емкостях, основанных на оптических, ультразвуковых или иных методах, позволяющих провести исследования свойств образцов породы керна по многофазной фильтрации флюидов.

[6] Известно изобретение (RU 2529672 C1; опубл. 27.09.2014 г.; МПК: G01F 15/08), раскрывающее устройство, выполненное в виде двух вертикальных камер, гидравлически соединенных между собой в верхних и нижних частях, в нижней части первой камеры расположен входной порт, в котором установлена заглушенная сверху трубка с перфорированными стенками для подачи смеси флюидов, а также выходной порт для отбора тяжелой фазы, во второй камере расположено устройство для определения положения границ раздела фаз, в верхней части одной из камер расположен выходной порт для отбора легкой фазы.

[7] Недостатки данного изобретения состоят в том, что при использовании ультразвукового датчика невозможно определить положение границы раздела фаз в сепараторе во время дегазации жидкостей. В результате устройство не может работать при температурах и давлениях, когда в флюидах в измерительных объемах начинается процесс дегазации. Также невозможно контролировать правильность измерений в случае ошибки или сбоя.

[8] Другое изобретение (RU 2352908 C2; опубл. 20.04.2009 г.; МПК: G01F 23/02), раскрывающее устройство указателей уровня жидкости и/или газожидкости под давлением, которое относится к контрольно-измерительной технике, а именно к средствам измерения уровня и определения объема жидкости или газожидкости в процессах добычи, транспорта, хранения и реализации нефти и нефтегазовых продуктов, и может быть использовано в других отраслях промышленности, и расширение функциональных возможностей которого достигается благодаря выполнению устройства по первому варианту: в виде коллектора, устанавливаемого вертикально и параллельно столбу жидкости под давлением в емкости и соединенного с верхом и низом этой емкости верхним и нижним соединительными трубопроводами, оборудованными запорными устройствами в виде и/или кранов, и/или задвижек и вентилями, боковая поверхность коллектора снабжена измерительной шкалой с отсчетным устройством, коллектор снабжен также секцией, включающей прозрачную трубку, установленную торцами в запорных устройствах, и защитный экран, закрепленный на этих запорных устройствах, при этом прозрачная трубка расположена в одной плоскости с измерительной шкалой, параллельна коллектору и соединена с ним вверху и внизу через запорные устройства и штуцера, а коллектор для обеспечения снятия давления и отключения устройства от емкости снабжен запорными устройствами в верхнем трубопроводе для выпуска газа, в нижнем трубопроводе для слива жидкости; и по второму варианту: в виде секции из прозрачной трубки с защитным экраном, при этом трубка установлена торцами в запорных устройствах вертикально и параллельно столбу жидкости в емкости и снабжена дополнительно верхним и нижним соединительными трубопроводами с возможностью подсоединения устройства к емкости через фланцы или муфты.

[9] К недостаткам данного изобретения можно отнести отсутствие возможности или уменьшении точности определения границы раздела флюидов при использовании трудно различимых на вид жидкостей, при загрязнении внутренней поверхности измерительной емкости, при появлении менисков, если измеряются малые объемы флюидов. Также прозрачные трубки выдерживают меньшее давление и температуры, чем непрозрачные, что также уменьшает диапазон допустимых условий измерений.

[10] Известен также серийно выпускаемый сепаратор с акустическим контролем AMS-900-20K компании «Core Laboratories Inc» который описывается как двухпроходной механический сепаратор, выдерживающий давление 20 000 фунтов на квадратный дюйм, оснащенный ультразвуковым преобразователем для обнаружения границ раздела жидкость-жидкость/газ-жидкость, в нем относительная доля флюидов определяется методом отражения звука, в котором используется акустический импульс, запускаемый на дне измерительной емкости, импульс проходит вверх через более плотную жидкость, занимающую нижнюю часть, и отражается от границы раздела, объем флюидов определяется путем сравнения времени прохождения отраженного импульса от границы раздела и одновременного отраженного импульса от репера на известной высоте, таким образом выполняя непрерывную калибровку, позволяющую системе определять точные объемы даже при изменении температуры и давления, это устройство также можно использовать для измерения акустической скорости различных жидкостей в пластовых условиях. Конструкция устройства позволяет осуществлять сбор и сепарацию жидкости в одной измерительной емкости, которое находится в постоянном сообщении сверху и снизу со второй измерительной емкостью. Устройство включает в себя пульсар/приемник на базе ПК в сочетании с операционным программным обеспечением на базе Windows.

[11] Недостатки данного изобретения также состоят в том, что при использовании ультразвукового датчика невозможно определить положение границы раздела фаз в сепараторе во время дегазации флюидов, и в результате устройство не может работать при температурах и давлениях, когда во флюидах в измерительных объемах начинается процесс дегазации. В случае ошибки или сбоя также нет возможности контролировать правильность проведённых измерений.

[12] Известно другое изобретение «Сепаратор визуальный СМП-СВ» выпускаемый компанией ООО «Кортех» предназначенный для определения положения уровня раздела фаз двух/трёх несмешивающихся флюидов с помощью видеофиксации в измерительном объеме сепаратора.

[13] В число недостатков данного изобретения также входит отсутствие возможности или уменьшении точности определения границы раздела флюидов если они трудно различимы на вид, если есть загрязнение внутренней поверхности измерительной емкости, если появляются менисков, при измерении малых объемов флюидов. Также прозрачные трубки выдерживают меньшее давление и температуры, чем непрозрачные, что также уменьшает диапазон допустимых условий измерений.

[14] Недостатками всех упомянутых решений является недостаточно высокий диапазон условий измерений границ раздела флюидов или фаз, связанный с конструктивными особенностями воплощения визуальных и акустических сепараторов. Это приводит как к снижению точности, так и к невозможности проведения измерений при определенных условиях. Также во всех упомянутых решениях отсутствует возможность контролировать правильность и точность проведенных измерений, что может привести к ошибкам в исследованиях.

Сущность изобретения

[15] Задачей настоящего изобретения является создание сепаратора, обладающего возможностью взаимного контроля результатов уровнемеров и высокой надежностью измерений. Данная задача решается за счет достижения заявляемым изобретением технического результата, заключающегося в повышении достоверности определения границ разделов флюидов или фаз. Повышение достоверности определения границ разделов флюидов или фаз обеспечивается за счет наличия у сепаратора двух типов уровнемеров – визуального и акустического, которые могут работать как одновременно, с возможностью контроля показаний каждого уровнемера, так и в условиях, когда один из уровнемеров в принципе не способен определять положение границ разделов флюидов или фаз, или, по крайней мере, с необходимой точностью.

[16] Сами сепараторы работают следующим образом. В емкости сепаратора через подающую трубку поступает смесь флюидов и под действием силы гравитации флюиды, в следствии их различных плотностей, расслаиваются за некоторое время, при этом флюиды имеют температуры и давления близкие к пластовым, а регулятор противодавления поддерживает пластовое давление в самом сепараторе. Далее при помощи уровнемеров определяется положение границы раздела закачанных в сепаратор флюидов. Акустический уровнемер определяет положение границы раздела путем измерения времени прохода акустической волны от УЗ датчика до этой границы. Скорость распространения акустической волны в нижнем, более тяжелом флюиде определяется при помощи измерения времени прохождения этой волны от УЗ датчика до репера, который находится на определенном фиксированном расстоянии от него. При использовании визуального уровнемера положение границы раздела может определяться человеком при помощи градуированной шкалы или видеокамеры, которая может перемещаться при помощи сервомотора. В зависимости от положения границы раздела, зная геометрические размеры измерительных емкостей сепаратора определяются объемы, занятые каждым флюидом в сепараторе.

[17] Визуально-акустический сепаратор включает в себя по крайней мере две емкости, для определения границы раздела между по крайней мере двумя флюидами или фазами, расположенные вертикально и сообщенные между собой каналами, в одну из которых подается смесь флюидов, а в по крайней мере одной другой проводятся измерения, причем измерительные емкости могут заменяться как на емкости выполненные из прозрачных материалов, так и из непрозрачных. Одну подводящую трубку с клапаном для подачи смеси флюидов, по крайней мере две отводящих порта для вывода отсепарированных флюидов, по одной на каждый флюид соответственно, причем отводящие порты имеют клапаны. В, по крайней мере одной, измерительной емкости находится ультразвуковой датчик (УЗ датчик), находящийся в нижней части измерительной емкости, и репер, находящийся на определенном расстоянии от УЗ датчика, внутри измерительной емкости. Также используется по крайней мере одно устройство визуального определения положения границ разделов флюидов или фаз, которое может быть выполнено в виде по крайней мере одной видеокамеры, направленной на измерительную емкость, и вертикальное положение которой может контролироваться с помощью по крайней мере одного сервомотора, или в виде по крайней мере одной градуированной шкалы, нанесенной на поверхность прозрачной измерительной емкости или расположенной рядом с ней.

[18] Емкости сепаратора являются основными объемами, в которых расслаиваются флюиды. В одну из емкостей поступает смесь флюидов, а в других проводятся измерения положений границ разделов флюидов или фаз. Флюиды перетекают из одной емкости в другую по каналам, сообщающим емкости. При этом границы разделов будут находиться на одной высоте во всех емкостях, согласно принципу сообщающихся сосудов. Сами измерительные емкости могут быть выполнены из непрозрачных материалов, способных выдерживать большие давления и температуры, так и из прозрачных, к примеру из сапфира, которые обычно выдерживают меньшие давления и температуры. При этом сами емкости съемные и можно менять прозрачные и непрозрачные, в зависимости от условий исследований, так как не всегда прозрачные материалы способны выдерживать давления и температуры, необходимые для исследований. Возможность менять емкости в зависимости от условий напрямую влияют на достижение технического результата, заключающегося в повышении достоверности определения границ разделов флюидов или фаз за счет наличия у сепаратора двух типов уровнемеров, которые могут работать как одновременно, с возможностью контроля показаний каждого уровнемера, так и в условиях, когда один из уровнемеров в принципе не способен определять положение границ разделов флюидов или фаз, или, по крайней мере, с необходимой точностью. При этом, такое устройство сепаратора расширяет его возможности по обнаружению границ разделов флюидов или фаз при различных условиях измерений. Также, если исследования проводятся с малыми объемами флюидов и для измерений используется сепаратор с узкими измерительными емкостями, то в следствии соприкосновения флюидов с внутренней стороной стенок емкостей возможно искривление границ разделов флюидов или фаз, что приводит к погрешностям и ошибкам в результатах измерений при использовании только визуального уровнемера, однако использование акустического уровнемера о приводит к более точным результатам. Это позволяет контролировать точность измерений одного уровнемера другим, что также влияет на достижение технического результата, заключающегося в повышении достоверности измерений.

[19] Через трубку для подвода флюидов смесь попадает в емкости сепаратора, а через порты для отвода флюидов из емкостей отбираются отсепарированные флюиды или фазы. Подводящая трубка находится в нижней части емкости сепаратора, в которую подается смесь флюидов, а отводящие могут находиться как в измерительных емкостях, так и в емкости, в которую подается смесь. Каждый отводящий порт отбирает только один флюид или фазу и располагается в верхней или нижней части одной из емкости, в зависимости от флюида, который она отбирает. Также все порты и трубка снабжены клапанами, способными выдерживать большие давления и температуры, подходящими для исследований при пластовых условиях. Если одним из флюидов является жидкость, которая может оставлять разводы или пятна, или как-либо еще загрязнять внутренние поверхности емкостей сепаратора, к примеру нефть, то определение границы раздела между этой жидкостью и другим флюидом при помощи визуального уровнемера может происходить с меньшей точностью или в принципе невозможно. Однако одновременное использование с визуальным уровнемером акустического позволяет проводить измерения даже при таких условиях, что влияет на достижения результата.

[20] В частном случае, по крайней мере один отводящий порт может быть подключен к регулятору противодавления для поддержания необходимого давления внутри емкостей сепаратора, к примеру для поддержания пластового давления, которое увеличивает диапазон условий эксплуатации сепаратора.

[21] В сепаратор входят акустический и визуальный уровнемеры, которые определяют положение границы раздела флюидов или фаз в измерительных емкостях. Основными частями акустического уровнемера являются УЗ датчики, которые расположены в нижней части каждой измерительной емкости, и реперы, которые расположены на некотором известном расстоянии от датчиков, внутри этих емкостей. УЗ датчики генерируют ультразвуковые акустические волны в флюидах, которые распространяются по ним вверх, отражаются от границ разделов и возвращаются обратно. Визуальные уровнемеры могут содержать как градуированные шкалы, так и видеокамеры, которые могут быть соединены с сервомоторами, регулирующими их положения по вертикали. При использовании видеокамер, их направляют на прозрачные емкости сепаратора, в которых находятся отсепарированные флюиды, и визуально определяют положения границ разделов. При этом с помощью акустических уровнемеров невозможно определить положение границы раздела во время дегазации флюидов, или при условии достижения тройной точки в емкостях сепаратора для того или иного флюида. Однако граница раздела все еще может быть видна и ее можно определить с помощью визуального уровнемера. А в случаях, когда используются две оптически похожие или неразличимые жидкости, к примеру керосин и вода, граница раздела между ними может быть не видна для глаза или камеры, но различима для акустического уровнемера. Эти свойства уровнемеров и их возможности взаимно дополнять друг друга также влияют на достижение технического результата.

[22] В частном выполнении визуально-акустического сепаратора измерительных емкостей может быть больше, в зависимости от количества различных флюидов или фаз, находящихся в изначальной смеси. К примеру, если подается смесь из трех флюидов, то для определения границ разделов флюидов необходимо три емкости, одна, в которую подается смесь, и две измерительные. Соответственно в каждой измерительной емкости могут находиться УЗ датчики и реперы, и для каждого отсепарированного флюида будет свой отводящий порт с клапаном, а снаружи могут находиться видеокамеры или градуированные шкалы. Причем необходимо чтобы в каждой измерительной емкости находилась только одна граница раздела флюидов или фаз, так как присутствие второй границы может привести к ошибкам в определении объемов флюидов. Для этого измерительные емкости стоит располагать на разной высоте, к примеру, одна емкость, где происходит обнаружение границы раздела тяжелого и среднего флюидов, должна находиться ниже емкости, где происходит обнаружение границы раздела среднего и легкого флюидов, и при этом следует контролировать отвод каждого флюида из сепаратора при помощи клапанов.

[23] Также в данном изобретении заявляется способ применения визуально-акустического сепаратора для достижения технических результатов.

[24] Способ состоит из следующих последовательных этапов:

[25] Сначала устанавливают по крайней мере одну измерительную емкость для проведения экспериментов.

[26] Затем осуществляют закачку смеси флюидов в измерительные емкости и емкость для смеси флюидов сепаратора через подводящую трубку, под необходимыми для измерений давлением и температурой, до заполнения объемов емкостей сепаратора.

[27] После закрывают клапан подводящей трубки.

[28] Далее отстаивают до расслоения закачанных флюидов на отдельные флюиды или фазы.

[29] Затем регулируют количество каждого флюида или фазы в сепараторе при помощи клапанов отводящих портов.

[30] После этого определяют положения границы разделов флюидов или фаз емкостях сепаратора визуально и/или с помощью ультразвукового датчика и репера.

[31] Затем проводят анализ и корректировку полученных данных.

[32] Причем для визуального определения границ разделов флюидов или фаз могут использоваться градуированные шкалы, нанесенные на поверхности измерительных емкостей или расположенные рядом с ними, или видеокамеры, направленные на измерительную емкость, и положение которых может дополнительно регулироваться сервомоторами.

[33] Также способ отличается тем, что дополнительно регулируется давление внутри емкостей сепаратора при помощи регулятора противодавления.

[34] Также, дополнительно, на основании по крайней мере температуры и давления предварительно выбирают измерительную емкость, которая будет лучше подходить под условия проведения измерений.

Описание чертежей

[35] Объект притязаний по настоящей заявке описан по пунктам и четко заявлен в формуле изобретения. Упомянутые выше задачи, признаки и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания, в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых показано:

[36] На Фиг. 1 показана принципиальна схема визуально-акустического сепаратора согласно настоящему изобретению с использованием видеокамеры и сервомотора.

[37] На Фиг. 2 показана принципиальна схема визуально-акустического сепаратора согласно настоящему изобретению с использованием градуированной шкалы, нанесенной на поверхность измерительной емкости.

[38] На Фиг. 3 показана принципиальная схема визуально-акустического сепаратора в частном воплощении с двумя измерительными емкостями и регуляторами противодавления согласно настоящему изобретению, с использованием видеокамер и сервомоторов.

[39] На Фиг. 4 показана блок-схема, изображающая способ использования визуально-акустического сепаратора согласно настоящему изобретению.

[40] На Фиг. 5 показана блок-схема, изображающая способ использования визуально-акустического сепаратора в случае выбора только одного из способов определения границ разделов согласно настоящему изобретению.

[41] На Фиг. 6 представлена схема, которая дополнительно включает предварительный этап выбора измерительной емкости на основании по крайней мере температуры и давления

[42] Указанные чертежи поясняются следующими позициями: Емкость для смеси флюидов – 1; Измерительная емкость – 2; Каналы – 3; Подводящая трубка – 4; Отводящие порты – 5; Клапаны – 6; УЗ датчики – 7; Реперы – 8; Видеокамеры – 9; Сервомоторы – 10; Границы разделов флюидов или фаз – 11; Регулятор противодавления – 12; Градуированная шкала – 13.

Подробное описание изобретения

[43] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях, хорошо известные методы, процедуры и компоненты не описаны подробно, чтобы не затруднять излишнее понимание особенностей настоящего изобретения.

[44] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.

[45] На Фиг.1 показана принципиальная схема одного из вариантов выполнения визуально-акустического сепаратора. Визуально-акустический сепаратор включает в себя по крайней мере две емкости 1 и 2, для определения границы раздела между по крайней мере двумя флюидами или фазами 11, расположенные вертикально и сообщенные между собой каналами 3, в одну из которых подается смесь флюидов 1, а в по крайней мере одной другой проводятся измерения 2, причем измерительные емкости могут заменяться как на емкости выполненные из прозрачных материалов, так и из непрозрачных, одну подводящую трубку 4 с клапаном 6, для подачи смеси флюидов, по крайней мере два отводящих порта 5 для вывода отсепарированных флюидов, по одному на каждый флюид соответственно, причем отводящие порты 5 имеют клапаны 6, в по крайней мере одной измерительной емкости 2 находится ультразвуковой датчик (УЗ датчик) 7, находящийся в нижней части измерительной емкости 2, и репер 8, находящийся на определенном расстоянии от УЗ датчика 7, а снаружи находится по крайней мере одна видеокамера 9, направленная на измерительную емкость 2, положение которой может контролироваться с помощью по крайней мере одного сервомотора 10, или по крайней мере одна градуированная шкала 13, нанесенная на поверхность прозрачной измерительной емкости 2 или расположенная рядом с ней, как изображено на Фиг. 2.

[46] Емкости сепаратора являются основными объемами 1 и 2, в которых расслаиваются флюиды. В одну из емкостей поступает смесь флюидов через подводящую трубку 4, а в других проводятся измерения положений границ разделов флюидов или фаз 11. Флюиды перетекают из одной емкости в другую по каналам 3, сообщающим емкости. При этом границы разделов 11 будут находиться на одной высоте во всех емкостях, согласно принципу сообщающихся сосудов. Измерительные емкости 2 могут быть выполнены из непрозрачных материалов, способных выдерживать большие давления и температуры, так и из прозрачных, к примеру из сапфира, которые обычно выдерживают меньшие давления и температуры. Непрозрачные емкости 2 подходят для использования с УЗ датчиками 7, а прозрачные емкости 2 подходят как для использования с УЗ датчиками 7, так и для использования с визуальными уровнемерами, использующими видеокамеры 9 или градуированные шкалы 13, так как для их использования необходима возможность оптически наблюдать границы разделов 11 снаружи. При этом емкости 2 съемные и можно менять прозрачные и непрозрачные, в зависимости от условий исследований, так как не всегда прозрачные материалы способны выдерживать давления и температуры, необходимые для исследований. Для этого перед проведением исследований определяют, при каких условиях будут проводиться эти исследования и подбирают емкости 2, которые лучше для них подходят. Возможность менять емкости 2 в зависимости от условий напрямую влияют на достижение технического результата, заключающегося в повышении достоверности определения границ разделов флюидов или фаз 11 за счет наличия у сепаратора двух типов уровнемеров, которые могут работать как одновременно, с возможностью контроля показаний каждого уровнемера, так и в условиях, когда один из уровнемеров в принципе не способен определять положение границ разделов флюидов или фаз 11, или, по крайней мере, с необходимой точностью. При этом, такое устройство сепаратора расширяет его возможности по обнаружению границ разделов флюидов или фаз 11 при различных условиях измерений. За счет наличия УЗ датчиков 7 в сепараторе, при условиях, когда прозрачную измерительную емкость необходимо заменить на непрозрачную, в следствии чего визуальные уровнемеры не подходят для исследований, расширяется диапазон условий измерений сепаратора. Также, если исследования проводятся с малыми объемами флюидов и для измерений используется сепаратор с узкими измерительными емкостями 2, то в следствии соприкосновения флюидов с внутренней стороной стенок емкостей возможно искривление границ разделов флюидов или фаз 11, что приводит к погрешностям и ошибкам в результатах измерений при использовании только визуальных уровнемеров. Однако при использовании УЗ датчиков 7 возможно более точное определение границ разделов флюидов или фаз 11 в таких условиях так как акустическому сигналу достаточно небольшой площади границы раздела чтобы от нее отразиться и попасть обратно на датчик, что приводит к более точным результатам. Это позволяет контролировать точность измерений одного уровнемера другим, что также влияет на достижение технического результата, заключающегося в повышении достоверности измерений.

[47] Через трубку для подвода флюидов 4 смесь попадает в емкости сепаратора, а через порты для отвода флюидов 5 из емкостей 1 и 2 отбираются отсепарированные флюиды или фазы. Подводящая трубка 4 находится в нижней части емкости сепаратора 1, в которую подается смесь флюидов, а отводящие 5 могут находиться как в измерительных емкостях 2, так и в емкости 1, в которую подается смесь. Каждый отводящий порт 5 отбирает только один флюид ли фазу и располагается в верхней или нижней части одной из емкости, в зависимости от флюида, который она отбирает. Также все порты и трубка снабжены клапанами 6, способными выдерживать большие давления и температуры, подходящими для исследований при пластовых условиях, причем уровень открытия клапанов может быть регулируемым. При этом границы разделов 11 могут двигаться вниз или вверх, в зависимости от состояния клапанов. Если одним из флюидов является жидкость, которая может оставлять разводы или пятна, или как-либо еще загрязнять внутренние поверхности измерительных емкостей сепаратора 2, к примеру нефть, то определение границы раздела 11 между этой жидкостью и другим флюидом при помощи видеокамеры 9 или градуированной шкалы 13 может происходить с меньшей точностью или в принципе невозможно. Однако загрязненность поверхностей измерительных емкостей 2 не влияет на работу УЗ датчиков 7, и в таких условиях они с той же точностью смогут определять положения границ разделов 11, что также влияет на достижение технического результата и расширяет диапазон условий применимости сепаратора.

[48] В сепаратор входят акустический и визуальный уровнемеры, которые определяют положение границы раздела флюидов или фаз в измерительных емкостях двумя разными методами. Основными частями акустического уровнемера являются УЗ датчики 7, которые расположены в нижней части каждой измерительной емкости 2, и реперы 8, которые расположены на некотором определенном расстоянии от УЗ датчиков 7, внутри этих емкостей 2. УЗ датчики 7 генерируют ультразвуковые акустические волны в флюидах, которые распространяются по ним вверх вдоль измерительных емкостей 2, отражаются от границы раздела флюидов или фаз 11 и возвращаются обратно на датчик. УЗ датчики 7 замеряют время от генерации волны до ее возвращения. Часть каждой акустической волны, сгенерированной УЗ датчиком 7, отражается от репера 8, который находится на фиксированном известном расстоянии от датчика, и попадает обратно на УЗ датчик 7, что позволяет рассчитать скорость распространения волны во флюиде по времени прохождения волны туда и обратно. Часть этой акустической волны распространяется дальше вдоль емкости 2, отражается от границы раздела и попадает обратно, что позволяет рассчитать высоту, на которой находится граница раздела, за счет времени прохождения волны туда и обратно и ее скорости. Если датчик находится на некотором известном расстоянии от дна, то высота, на которой находится граница раздела состоит от расстояния от датчика до границы раздела и расстояния от датчика до дна емкости.

[49] Визуальные уровнемеры могут содержать как градуированные шкалы 13, так и видеокамеры 9, которые могут дополнительно быть соединены с сервомоторами 10, регулирующими их положения. При использовании видеокамер, их направляют на прозрачные измерительные емкости сепаратора 2, в которых находятся отсепарированные флюиды, и визуально определяют положения границ разделов 11. Положение видеокамер 9 может регулироваться с помощью сервомоторов 10 так, чтобы они стояли на против границ разделов 11, и по положениям видеокамер 9 определяют положение границ разделов 11. При этом с помощью УЗ датчиков 7 невозможно определить положение границы раздела 11 флюидов во время процесса дегазации, или, к примеру, при условии достижения тройной точки в емкостях сепаратора для того или иного флюида, так как акустические волны не отражаются от границы раздела флюидов во время дегазации. Однако граница раздела все еще может быть видна оптически, пусть и с меньшей точностью, и ее положение можно определить с помощью визуальных уровнемеров, а именно с помощью видеокамеры 9 или градуированной шкалы 13. А в случаях, когда используются две оптически похожие или неразличимые жидкости, к примеру керосин и вода, граница раздела 11 между ними может быть не видна для глаза или видеокамеры 9, но различима для УЗ датчика 7. Условия, при которых один из уровнемеров работает стабильно, а второй может не работать, или работает хуже, не ограничиваются лишь приведенными выше примерами. Эти свойства уровнемеров и датчиков, и их возможности взаимно дополнять друг друга, в условиях, когда один работает хуже другого, или не работает вообще, также влияют на достижение технического результата и расширяет диапазон условий применимости сепаратора.

[50] В частном выполнении визуально-акустического сепаратора, как изображено на Фиг. 3, измерительных емкостей 2 может быть больше, в зависимости от количества различных флюидов или фаз, находящихся в изначальной смеси. К примеру, если подается смесь из трех флюидов, то для определения границ разделов 11 флюидов необходимо три емкости, одна, в которую подается смесь 1, и две измерительные 2. В каждой измерительной емкости 2 находятся УЗ датчики 7 и реперы 8, и для каждого отсепарированного флюида будет свой отводящий порт 5 с клапаном 6, а снаружи будут находиться видеокамеры 9 с сервомоторами 10. Измерительные емкости могут 2 располагаться на разных высотах так, чтобы внутри находилось только два флюида или фазы. Емкость, в которую поступает смесь 1 соединена с каждой измерительной емкостью 2 каналами 3, сообщающими эти емкости. Такое расположение емкостей может быть использовано для получения более точных или правильных результатов измерений, так как если в измерительной емкости 2 окажется три или более флюида, то с помощью УЗ датчика может не удастся определить положение второй границы раздела флюидов 11, что, в свою очередь, может привести к ошибкам в расчетах объемов одного или нескольких флюидов или фаз, причем также следует контролировать объем каждого флюида в сепараторе при помощи клапанов 6, чтобы не допустить попадания третьего флюида в одну измерительную емкость.

[51] Также, в частном случае, по крайней мере один из отводящих портов 5 может быть дополнительно подключен к регулятору противодавления 12, для поддержания необходимого давления внутри емкостей сепаратора, к примеру для поддержания пластового давления. Использование регуляторов противодавления увеличивает диапазон условий эксплуатации сепаратора, которые могут быть необходимы для изучения свойств керна или флюидов, к примеру, в пластовых условиях, давлениях выше пластовых и так далее.

[52] Важно отметить, что любые дополнительные элементы визуально-акустического сепаратора, описанные выше, могут использоваться в сепараторе по отдельности, все вместе одновременно, а также в любой комбинации. Реализация визуально-акустического сепаратора с любым дополнительным элементом будет приводить к достижению дополнительных технических результатов, описанных в заявке, наряду с основным техническим результатом. Помимо этого, любой из дополнительных признаков сепаратора может быть интерпретирован как дополнительный признак способа использования сепаратора. Аналогично любой из дополнительных признаков способа использования сепаратора может быть интерпретирован как дополнительный признак конструкции визуально-акустического сепаратора.

[53] На Фиг. 4 представлена блок-схема, изображающая способ использования визуально-акустического сепаратора. Согласно нему, сначала устанавливают по крайней мере одну измерительную емкость 2 для проведения экспериментов.

[54] Затем осуществляют закачку смечи флюидов в измерительные емкости 2 и емкость для смеси флюидов 1 сепаратора через подводящую трубку 4, под необходимыми для измерений давлением и температурой, до заполнения объемов емкостей сепаратора.

[55] После закрывают клапан 6 подводящей трубки 4

[56] Далее отстаивают до расслоения закачанных флюидов на отдельные флюиды или фазы. Под действием силы гравитации, разные флюиды или фазы, входящие в смесь, в силу их различных плотностей, начинают расслаиваться. Между расслоенными частями смеси появляется граница раздела, положение которой может быть определено с помощью различных методов и устройств.

[57] Затем регулируют количество каждого флюида или фазы в сепараторе при помощи клапанов 6 отводящих портов 5. Регулировка необходима для поддержания определенных условий внутри емкостей 1 и 2 сепаратора или для того чтобы не допустить попадание более чем двух флюидов в одну измерительную емкость 2, так как это может привести к ошибкам, как было описано выше.

[58] После этого определяют положения границы разделов флюидов или фаз емкостях сепаратора визуально и/или с помощью ультразвукового датчика и репера. Принцип работы УЗ датчиков, реперов, и визуальных уровнемеров, и примеры условий, при которых их применение невозможно, описаны выше.

[59] Затем проводят анализ и корректировку полученных данных. Полученные данные могут анализироваться и корректироваться оператором или автоматизированной системой за счет сравнения и выбора наиболее правдоподобных результатов, накопления и анализа статистики, расчета среднего значения или других методов исследования данных.

[60] Причем для визуального определения границ разделов флюидов или фаз могут использоваться градуированные шкалы, нанесенные на поверхности измерительных емкостей или расположенные рядом с ними, или видеокамеры, направленные на измерительную емкость, и положение которых может дополнительно регулироваться сервомоторами.

[61] Также способ отличается тем, что дополнительно регулируется давление внутри емкостей сепаратора при помощи регулятора противодавления, для поддержания необходимого давления внутри емкостей сепаратора, к примеру для поддержания пластового давления.

[62] Также, дополнительно, на основании по крайней мере температуры и давления предварительно выбирают измерительную емкость, которая будет лучше подходить под условия проведения измерений, условия от которых зависит выбор емкостей также описаны выше в настоящей заявке.

[63] На Фиг. 5 представлена блок-схема, изображающая способ использования визуально-акустического сепаратора в случае выбора одного из методов определения границ разделов в случае, если условия измерений не подходят для второго. Конкретно на блок схеме изображен выбор между визуальным и акустическим способом определения границ разделов флюидов на основании возможности использования визуального метода определения границ разделов флюидов. Однако выбор метода также может определяться на основании возможности использования акустического метода определения положений границ разделов флюидов.

[64] На Фиг. 6 представлена схема, которая дополнительно включает предварительный этап выбора измерительной емкости на основании по крайней мере температуры и давления, которая будет лучше подходить под условия проведения измерений, условия от которых зависит выбор емкостей также описаны выше в настоящей заявке.

[65] В наилучшей реализации визуально-акустический сепаратор, рассчитанный на три флюида или фазы, работает следующим образом. Сначала определяются условия, при которых будут проходить исследования, и устанавливают подходящие емкости. В емкость сепаратора 1 через подающую трубку 3 поступает смесь флюидов, которая попадает в измерительные емкости 2 сепаратора по каналам 3. Под действием силы гравитации флюиды, в следствии их различных плотностей, расслаиваются за некоторое время, при этом флюиды имеют температуры и давления близкие к пластовым, а регулятор противодавления 12 поддерживает пластовое давление в самом сепараторе. УЗ датчики 7 в каждой измерительной емкости генерируют ультразвуковые акустические волны в флюидах, которые распространяются по ним вдоль измерительных емкостей 2, отражаются от границы раздела флюидов или фаз 11 и реперов, и возвращаются обратно на датчики. УЗ датчики 7 замеряют время от генерации волн до возращения волн, отраженных от реперов, за счет чего рассчитывают скорость распространения акустических волн, и до возвращения волн отраженных от границ разделов, за счет чего определяют ее положение в емкости. Видеокамеры 9, направлены на прозрачные измерительные емкости сепаратора 2, в которых находятся отсепарированные флюиды, их положение регулируется сервомоторами 10 так, чтобы они были расположены напротив границ. По положению видеокамер 9 определяют положение границ разделов 11. Далее эти данные анализируются оператором или компьютером. В зависимости от положения границ разделов, зная геометрические размеры измерительных емкостей сепаратора определяются объемы, занятые каждым флюидом или фазой в сепараторе.

[66] Таким образом, упомянутые элементы напрямую влияют на достижение заявляемым изобретением технического результата, заключающегося в повышении достоверности определения границ разделов флюидов или фаз.

[67] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки запрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов соответствующей области техники.

Использование: для определения положения границы раздела фаз и последующего разделения газожидкостной смеси на фракции. Сущность изобретения заключается в том, что визуально-акустический сепаратор включает емкость для смеси флюидов, включающую трубку с клапаном для подвода смеси, по крайней мере одну измерительную емкость, по крайней мере один ультразвуковой датчик, расположенный в нижней части измерительной емкости и выполненный с возможностью акустического определения положения границ разделов флюидов или фаз, репер, расположенный на расстоянии от ультразвукового датчика, по крайней мере два отводящих порта с клапанами для отвода каждого флюида или фазы из емкости для смеси флюидов и измерительных емкостей, емкость для смеси флюидов и измерительные емкости соединены между собой гидравлически с помощью каналов, измерительная емкость выполнена с возможностью ее замены, а указанный сепаратор выполнен с возможностью использования визуального и акустического определения положения границ разделов флюидов или фаз, причем сепаратор выполнен с возможностью только акустического определения положения границ разделов флюидов или фаз в случае использования непрозрачной измерительной емкости, загрязнения стенок измерительной емкости или использования оптически похожих или неразличимых жидкостей, а также сепаратор выполнен с возможностью только визуального определения положения границ разделов флюидов или фаз в случае достижения тройной точки в сепараторе или во время процесса дегазации. Технический результат: повышение достоверности определения границ разделов флюидов. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Визуально-акустический сепаратор, включающий

- емкость для смеси флюидов, включающую трубку с клапаном для подвода смеси,

- по крайней мере одну измерительную емкость,

- по крайней мере один ультразвуковой датчик, расположенный в нижней части измерительной емкости и выполненный с возможностью акустического определения положения границ разделов флюидов или фаз,

- репер, расположенный на расстоянии от ультразвукового датчика,

- по крайней мере два отводящих порта с клапанами для отвода каждого флюида или фазы из емкости для смеси флюидов и измерительных емкостей,

причем емкость для смеси флюидов и измерительные емкости соединены между собой гидравлически с помощью каналов,

причем измерительная емкость выполнена с возможностью ее замены, а указанный сепаратор выполнен с возможностью использования визуального и акустического определения положения границ разделов флюидов или фаз,

причем сепаратор выполнен с возможностью только акустического определения положения границ разделов флюидов или фаз в случае использования непрозрачной измерительной емкости, загрязнения стенок измерительной емкости или использования оптически похожих или неразличимых жидкостей, а также сепаратор выполнен с возможностью только визуального определения положения границ разделов флюидов или фаз в случае достижения тройной точки в сепараторе или во время процесса дегазации.

2. Визуально-акустический сепаратор по п.1, отличающийся тем, что включает в себя видеокамеру, направленную на измерительную емкость, для визуального определения положения границ разделов флюидов или фаз.

3. Визуально-акустический сепаратор по п.2, отличающийся тем, что включает в себя сервомотор для регулировки положения видеокамеры.

4. Визуально-акустический сепаратор по п.1, отличающийся тем, что включает в себя градуированную шкалу, нанесенную на измерительную емкость или расположенную рядом с ней, для визуального определения положения границ разделов флюидов или фаз.

5. Визуально-акустический сепаратор по п.1, отличающийся тем, что отводящие порты подключены к регуляторам противодавления.

6. Визуально-акустический сепаратор по п.1, отличающийся тем, что измерительная емкость выполнена прозрачной.

7. Визуально-акустический сепаратор по п.1, отличающийся тем, что измерительная емкость выполнена непрозрачной.

8. Способ определения положения границ разделов флюидов или фаз, при котором:

- устанавливают по крайней мере одну измерительную емкость сепаратора,

- осуществляют закачку смеси флюидов в измерительные емкости и емкость для смеси флюидов сепаратора через подводящую трубку, под необходимыми для измерений давлением и температурой, до заполнения объемов емкостей сепаратора,

- закрывают клапан подводящей трубки,

- отстаивают до расслоения закачанных флюидов на отдельные флюиды или фазы,

- регулируют объем каждого флюида или фазы в сепараторе при помощи клапанов отводящих портов,

- определяют положение границ разделов флюидов или фаз в емкостях сепаратора визуально и акустически с помощью ультразвукового датчика и репера,

- проводят анализ и корректировку полученных данных,

причем в случае использования непрозрачной измерительной емкости, загрязнения стенок измерительной емкости или использования оптически похожих или неразличимых жидкостей положения границ разделов флюидов или фаз определяют акустически, а в случае достижения тройной точки в сепараторе или во время процесса дегазации положения границ разделов флюидов или фаз определяют визуально.

9. Способ определения положения границ разделов флюидов или фаз по п.8, отличающийся тем, что для визуального определения положения границ разделов флюидов или фаз используют видеокамеру, направленную на измерительную емкость.

10. Способ определения положения границ разделов флюидов или фаз по п.8, отличающийся тем, что для визуального определения положения границ разделов флюидов или фаз используют градуированную шкалу, нанесенную на измерительную емкость или расположенную рядом с ней.

11. Способ определения положения границ разделов флюидов или фаз по п.8, отличающийся тем, что перед закачкой предварительно выбирают измерительную емкость на основании по крайней мере температуры и давления.

12. Способ определения положения границ разделов флюидов или фаз по п.8, отличающийся тем, что дополнительно регулируют давление внутри емкостей сепаратора при помощи регулятора противодавления.