Устройство для измерения жидких компонентов продукции скважины Советский патент 1986 года по МПК E21B47/10 

Изобретение относится к устройствам измерения и учета продукции неф тяных скважин по компонентам, т.е. по компонентам смеси нефть - пласто вая вода - попутный газ. Цель изобретения - повышение опе ративности учета изменения соотноше ния жидких компонентов в продукции скважины. На фиго 1 представлена конструкIция устройства с продольным разрезом по оси корпуса-сепаратора; на фиг.2 структурная схема измерительного блока. Устройство содержит первичный преобразователь 1, состоящий из измерительной камеры 2 с чувствительным элементом 3 (его вертикальная ось отдельной позицией не показана) элемент преобразования времени заполнения измерительной камеры, элемент 5 преобразования уровня в измерительной камере (этой же позицией обозначена внутрикамерная часть элемента преобразования уровня), корпус-сепаратор 6 с патрубками ввода 7 и вывода 8 продукции (позиция 8 показана на фиг. 1 дважды с учетом вывода жидкой и газообразной частей продукции), измерительный блок 9 и опорный диск 10 для чувствительного элемента. Измерительный блок соединен с эле ментом 4 преобразования времени заполнения измерительной камеры и элементом 5 преобразования уровня в ней линиями связи 11 и 12 и состоит (см. фиг. 2) из восьми умножителей 13 - 20, семи уставок 21 - 27 суммирующего блока 28, двух вычитающих блоков 29 и 30 и двух делителей 31 и 32. Измерительная камера 2 образована опорным диском и чувствительным элементом, 3 в виде сквозной конической усеченной обечайки с вертикальной осью. Обечайка (чувствительный элемент) свободно, с возможностью вертикального перемещения вверх от опор ного диска, надета нижней тпирокой частью на опорньт диск 10, которьй жестко закреплен на внутрикорпусном участке подводящего патрубка 7. Вну ри измерительной камеры 2 помещен зонд элемента 5 преобразования уровня (обозначен на фиг. 1 той же позицией) 29 Устройство работает следующим об- разом. Измеряемую продукцию (нефтъ+пластовая вода+газ) периодически подают через входной патрубок 7 в измерительную камеру 2 с одновременным запуском элементов преобразования времени заполнения 4 и уровня 5„ При достижении такого уровня продукции В камере 2, когда вертикальная составляющая F силы F гидростатического давления Р продукции будет равна весу чувствительно.го элемента 3 (с осью), наступает момент подъема (отрыва) чувствительного элемента вверх от опорного диска. В этот момент времени чувствительный элемент разрешает функционально связанным с ним элементам 4 и 5 выдачу сигналов, характеризующих величины контролируемых ими параметров, в измерительный блок устройства. По замеренному элементом 4 промежутку времени t, а также уровню продукции h,,, измеренному элементом 5 в момент отрыва чувствительного элемента от опорного диска, измерительная схема определяет расход жидкой части продукции как в целом q, так и покомпонентно q, q о Для этого измерительный блок оперирует электрическими эквивалентами величин, учитывающих конструктивное исполнение измерительной камеры (таких, как диаметр D опорного диска; диаметр d малого усечения чувствительного элемента} высоту Н чувствительного элемента над плоскостью опорного диска; угол ой наклона образующей чувствительного элемента к его оси; вес G чувствительного элемента, учитывающих физифеские свойства компонентов измеряемой продукции (таких, как плотность нефти PHI плотность воды /)g с учетом ее минерализации, объемное соотнощение этих компонентов продукции в долях единицы, Хц и Xg соответственно, а также плотность продукции р ) Так как плотность смеси в течение эксплуатации скважины меняется в диапазоне от р ц до ре н от 1,0 до О (для воды пределы изменения Xg обратные), то текущую плотность продукции определяют по общеизвестной формуле P.V«+PeVe p«VH+p,( где У„ , Vg, Vj, - объем нефти, воды продукции в целом. Принимая , V(l-Vg)X- объемная доля каждого из компонент с учетом формулы 1, получим .X rrflilfi В момент отрыва чувствительного элемента от опорного диска имеет м то равновесие между весом (G) чувс вительного элемента и вертикальной составляющей (F) силы (F) гидрост тического давления (Р) на его стен G-F,,,P,,.S,, ( где РО(, - гидростатическая (осредненная по площади чувствительного элемента) составляющая давления Р продукции, нормального к контактирующей с продукцией поверхности S чувствительного элемента и изменяющегося линейно от до .Ьд С учетом этого можно Ррд записат так Р . -fixgh siijo РОС 2-sine; Подставляя выражение (5) в (4), получим qh-S sinot qsinof, S,h, s;:h; где C 2G/qsino(,: const (для каждого конкретного устройства)о Далее, выражая 8ц через геометри ческие размеры обечайки и учитывая, что ее боковая поверхность есть поверхность коническая и по общеизвес ной формуле равная . 7(D+dJ DIJ -- tg. где 2д - Длина образующей, равная h /cosoC , а dg D-2hQ-tgoC, получим jI J:i2l21}ot§«l h,27Dh, 2cosot 2coso6 - ,. 5cos oT ( или Зк аЪд-ЪЬ, где a-ITD/cosc H b tga;/cosci, т.во константы (для каждого конкретного устройства). Из формулы (6) и (9) плотность продукции определяется, как ГаЬ ъБПйГаНЙБГ ° где hg - уровень продукции в измерительной камере в момент отрыва чувствительного элемента от опорного диска. Учитывая формулу (Ю) можно формулу (2) записать следуницим образом: X ,, Pe-pH рб-рн Рв-рн Рб-рГ (ShГъhП Таким образом, в формуле (П) есть две константы: /7g и с/рв-Рн. Далее устанавливают (вычисляют) объем, занимаемый продукцией в измерительной камере на момент отрыва чувствительного элемента от опорного диска по общеизвестной формуле объема для усеченного конуса ), (12) где d D-2hotgoi - диаметр уровня смеси в измерительной камере. После соответствующих преобразований, аналогичных произведенным по формуле (8), формула (Ю) принимает вид V,kh -irii +nh . (15) где k 7D /4 const; ./2 const; n iit g ai/3 const (для каждого конкретного устройства). Из анализа (6), (9), (Ю), (II) и (13) видно, что все константы, входящие в них, .могут быть определены заблаговременно с необходимой для практики точностью, а для определения расхода (или количества) продукции в целом (или по компонентам) достаточно произвести ряд математических действий. Предлагаемое устройство реализует следующий алгоритм (формулу) по определению (измерению) ч :идких компонентов продукции скважин в общем ,-r,h,. khn-iiihn+nho для жидкости в целом- q 1t. для нефти Гр.-рнТГаЬГ-ЪЬ Т где k, m, п, а, Ь, с, .р,, и Ри пос тоянные величины (константы), представляемые в измерительном блоке вы ходными сигналами соответствующих уставок, а именно: уставка 21 выдает сигнал, характеризующий К ; уставка 7.2 выдает сигнал, характеризующий П1 ; уставка 23 выдает сигнал, характеризующий ; уставка 24 выдает сигнал, характ ризующий 01 ; уставка 2- выдает сигнал, характеризующий Ь ; уставка l.- выдает сигнал, характеризуюищй pg уставка 27 выдает сигнал, характ ризующий C/pg-pHНапример, расход (производительност скважины по нефтяной компоненте измерительный блок 9 (фиг, 2) определяет в следующем порядке (с учетом того, что все уставки определены и йадапы)„ Сигнал преобразователя 5 уровня поступает одновременно на первый, второй и третий умножители 13, 1 и 15 соответственно. Умножитель 13 производит умножение константы k, представленной (за данной) сигналом соответствующей формы, на сигнал, характеризующий уровень в измерительной камере h. Умножитель 14 производит возведение сигнала, характеризующего h во вторую степен Умножитель 15 производит определение h. Выходной сигнал с умножителя 14 характеризующий h, одновременно поступает на умножители четвертый и пятый 16 и 18, при этом четвертый умножитель производит умножение си нала у ставки 22 FUI h, а пятый умножитель производит умножение сигн ла уставки; 24 на ту же величину, т,е. h. Выходной сигнал с умножителя 15 характеризующий h, одновременно п ступает на шестой и седьмой умножи тели 17 и 19, при этом шестой умно житель производит определение прои ведения nh , а седьмой умножитель ьь:Суммирующий блок 28 производит вычисление по определению количества продукции в измерительной камере по формуле V kh -mhjj-t-nh, оперируя выходными сигналами умножителей 13, 16 и 17. Выход ые сигналы умножителе:й 18 и 19 поступают на первыйвы-читающий блок 29, который формирует и сигнал, характеризующий разность , Выходной сигнал с первого вычита-ющего блока 29 поступает на делитель 31, который производит деление сигнсчла уставки 26, характеризующего величину с/ря-р„, на выходной сигнал вычитающего блока 29, Выходной сигнал делителя 31 характеризует величину РР/рв-РИ,являющуюся вычитаемым в формуле (2)., Из выходного сигнала уставки 27, характеризующего в формуле (2) величину Рд второе в 1читающее устройство 30 вычитает выходной сигнал с делителя 31 и выдает выходной сигнал, характеризующий количество нефти в продукции, т,е. Хц . Выходной сигнал суммирующего блока 28 первый делитель 32 делит на сигнал преобразователя времени 4 и выдает на выходе сигнал,характеризующий расход продукции в единицу наб- людаемого интервала времени, т,е, q, Умножитель 20, умножая выходные сигналы с делителя 32 и вычитающего блока 30, выдает сигнал расхода по нефтяной компоненте продукции. Формула изобретения 1, Устройство для измерения жидких компонентов продукции скважины, содержащее первичный преобразователь, состоящий из сепаратора измерительной камеры с чувствительным элементом и элементом преобразования времени ее заполнения и уровня в ней, размещенных внутри корпуса-сепаратора, имеющего патрубки ввода и вывода продукции, а также измерительный блок, отличающееся тем, что, с целью повышения оперативности измерений за счет учета изменений соотношения компонентов в продукции скважины, измерительная камера образована жестко закрепленном на внут

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и позволяет повысить оперативность учета изменения соотношения жидких компонентов в продукции (П) скважины.. Измеряемую П (нефть+пластовая вода+ +газ) периодически подают через патрубок 7 ввода в измерительную камеру (ИК) 2 первичного преобразовате-ля 1. Образована ИК 2 жестко закрепленным на внутрикорпусном участке патрубка 7 опорным диском 10 и чувствительным элементом (ЧЭ) в виде конической усеченной обечайки свободно надетой на диск 10 нижней широкой частью. Кинематически ЧЭ 3 соединен с элементами 4 и 5 преобразования времени заполнения ИК 2 и уровня П в ней. Элементы 4 и 5 подключены к измерительному блоку 9. При достижении в ИК 2 уровня П, при котором гидростатическое давление будет рав.но весу ЧЭ 3, он отрывается от диска 10о В этот момент ЧЭ 5 управляет передачей сигналов времени t заполнения ИК 2 и уровня hp в ней с ментов 4 и 5 в блок 9. Здесь проис(Л ходит определение расхода жидкой части П в целом Ч „ и покомпонентно П q., qg с Для этого блок 9 оперирует электрическими эквивалентами величин, учитывающих конструктивное исполнение ИК 2 и физические свойства компонентов измеряемой П. Блок 9 выполнен на элементах микроэлектроники. 1 з.По ф-лы, 2 ил.