Весовой дебитомер Советский патент 1988 года по МПК E21B47/10 

|(21) 4112962/22-03

(22) 18.06.86

(46) 23.03.88. Бнш. 1 11

(71)Научно-исследовательский и про- ектньй институт по комплексной автоматизации нефтяной и химической промышленности

(72)А.Г.Рзаев, З.А.Аббасов и В.И.Лощенов

(53) 681.121 (088.8) (56) Исакович Р,Я. Технологические измерения и приборы. - М.: Недра, 1970, с. 465-466, 472-473.

(54) ВЕСОВОЙ ДЕБИТОМЕР (57) Изобретение относится к .нефтедобывающей и нефтеперерабатывахнцей пром-сти. Цель - повьшение точности измерения. Дебитомер содержит измерительный сепаратор 3, пьезометрические датчики давления 29,30,31 соответственно нефтяной жидкости, пластовой воды (ПВ) и чистой нефти (ЧН), клапаны 9, 10-12 и 13,15 сливной и наливной линий, емкость 7 для слива пластовой воды, два дифманометра 32 и 33, множительно-делительный блок

i4r

27- 28

сл

со

00 ND Ф i4

i4, преобразователь 35 т-ры и сигнализаторы уровня ПВ 25 и ЧН 28, связанные с входами блока управления 1 индикации (БУИ) 8. Внутри сепарато- за 3 установлены-перегородки 17, 21, 3 и 26 с образованием емкости 14 р(Д1я изменения плотности ПВ, емкостей |16 и 27, заполняемых ПВ, и емкостей 22, 24 и 27, заполняемых ЧН. .После заполнения емкости 7 нефтяной жидкостью до верхнего края перегородки 21 и динамического ее расслоения на составляющие (слой 18 ПВ, промежуточный слой 19 и слой 20 ЧН) ЧН переливается в емкость 22, а из нее - в

Изобретение относится к добыче нефти и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промьшшенности. i Целью изобретения является пов№- шение точности измерения.

. На чертеже показана схема функцио- шфования весового дебитомера.

Нефтяная (общая) жидко сть (НЖ) со скважины (не показана), содержащая пластовую воду (ПВ), чистую нефть (ЧН) и газ, по трубопроводу 1 через клапан 2 поступает в измерительный сепаратор 3, где разделяется на газовую и жидкую фазыо Газовая фаза из верхней части сепаратора 3 по трубопроводу 4 параллельно поступает в верхнюю часть цилиндрической вертикальной измерительной емкости 5 и общий коллектор 6, а жидкая фаза накапливается в емкости 7, образованной между стенкой и тремя перегородками, вмонтированными внутри сепаратора. Момент поступления НЖ в сепаратор определяется на блоке 8 управления и индикации (БУИ). По сигналам подаваемым с БУИ 8, закрываются клап ны 9-12, установленные на трубопроводах отвода ЧН соответственно, ПВ и ШХ в коллектор 6, также клапан 13, установленный на трубопроводе отвода ПВ из сепаратора в емкость 14 для измерения плотности ПВ, и открывается клапан 15, установленный на трубопроводе подачи ПВ из емкости 7 в

2940

емкость 24с С образованием минимального уровня- ЧН срабатывает сигнализатор 25 и в БУИ 8 формируется сигнал, который закрывает клапаны 2 и 15 и открывает клапан 13. Из емкости 16 ПВ стекает в емкость 14, После ее заполнения ПВ через перегородку 26 переливается в емкость 27. От минимального уровня ПВ в ней срабатьгоает сигнализатор 28. По его сигналу БУИ 8 опрашивают блок 34 и по.определенному алгоритму рассчитьшает и производит цифровую индикацию значения весового дебита ЧН и ПВ, добьшаемых из скважины. 1 ил.

специальную емкость 16 для сбора ПВ, образованную внутри сепаратора с помощью перегородки 17 и стенкой емкости 7. В связи с тем, что пластовая вода, содержащаяся в НЖ, находится в двух состояниях: эмульсионном (б виде водяных капель, ра.спредёлен- ных в нефтяной среде) и свободном, (сплошном), то в нижней части емко-- сти 7 с поступлением в сепаратор НЖ, появляется свободная вода, которая через открытый клапан 15 поступает в емкость 16. В связи с непрерывньм притоком НЖ, ее уровень в емкости 7 поднимается с образованием слоя 18 ПВ, промежуточного слоя 19, состоящих, в основном, из агрегативно и кинети- чески устойчивых водяных капель, и слоя 20 ЧН. Отстоявшаяся ПВ за счет гидростатического давления через открытый кран 15 стекает в емкость 16. С увеличением уровня в общей плотности жццкости в емкости 7 увеличивается уровень ПВ в емкости 16, причем уровень ПВ в емкости 16 всегда меньше уровня жидкости в емкости 7. После достижения уровня жидкости в емкости 7 верхней части перегородки 21 верхний слой ЧН переливается в емкость 22, образованную между перегородкой ;21 и стенкой сепаратора, и начинает заполнять его ЧН. В процессе заполнения емкости 22 уровень жидкости в емкости 7 стабилен и поднимается только тогда, когда емкость 22 полностью заполнена. После достижения уро «я жидкости верхней части перегородк 23 верхний слой переливается в емкость 24, образованную между перего- родкой 23 и стенкой сепаратора. В нижней части емкости 24 установлен сигнализатор 25 уровня, которьй соединен с БУИ 8. После перелива, с образованием минимального уровня ЧН сигнализатор 25 срабатывает и в БУИ 8 формируется сигнал, на основании которого закрываются клапаны 2 и 15 и открывается клапан 13 и ПВ из емкости 16 стекает в емкость 14, об- разованную внутри цилиндрической вертикальной измерительной емкости 5 между перегородкой 26, вмонтированной внутри емкости 5, и стенкой аппарата. После заполнения емкости 14 ПВ 20 ается до верхнего края перегородки

21 (h 2), ЧН переливается в емкость 24. Появления минимального уровня ЧН в емкости 24 достаточно, чтобы срабатывал- сигнализатор 25 уровня.По

через верхний край перегородки 26 переливается в емкость 27, в нижней части которой установлен сигнализа- т.ор 28 уровня.

В нижних частях емкостей 7, 14 и 22 установлены соответствующие пьезометрические датчики 29-31 давления Высота перегородок 23 и 26 рассчитана таким образом, что уровни НЖ в емкости 7, ЧН в емкости 22 и ПВ в емкости 14 от датчиков одинаковы иравны h. Датчик 29 соединен с положительной камерой дифманометра 32, а датчик 30 - с положительной камерой

дифманометра 33. Отрицательные каме- ,- рез верхнюю часть перегородки (h ,)

ры обоих дифманометров соединены с датчиком 31. Выходы дифманометров 32 и 33 соединены с множительно-дели- тельным блоком 34, выход которого

переливается в емкость 27, причем h, . Появления минимального уровня ПВ в емкости 27 достаточно, чтобы срабатывал сигнализатор

соединен с БУИ Во К последнему так- о уровня. По выработанному сигнали45

же поступает сигнал с преобразователя 35 температуры, вход которого соединен с датчиком 36, БУИ 8 подключает блок 34 и преобразователь 35 к измерению, на основании информа ции, получаемой с блоков 34 и 35, в БУИ 8 по заданному алгоритму рассчитывается дебит ЧН и ПВ, добываемых из скважины, подключенной к измерению 50

После этого в БУИ 8 отображаются результаты измерения и вырабатьюает- ся сигнал опорожнения, на основании которого открываются клапаны 9-12 и емкости- 7, 14, 16, 22, 24 и 27 опорожняются.

Весовой дебитомер работает следующим образом.

затором 28 сигналу БУИ 8 опрашивает множительно-делительный блок 34 и по- следующему алгоритму рассчитывает и производит цифровую индикацию значения весового дебита чистой нефти и пластовой воды, добываемых со скважины, подключенной к измерению.

Сначала в блоке 34 определяется содержание воды в НЖ, находящейся в емкости 7 ( о ) :

55

Рн Р W+ (1-)рчн; PIJH (Рпв - р2н ); ,

JPne 9if4

(1)

(2)

РН Рн gh; РПВ Рп8ё1

Р чн Рч« Sh.(3)

Подставив (3) в (2), получают

В начале цикла в БУИ 8 вьфабаты- ваются единичный сигнал (1), который закрывает клапаны 9-13, и нулевой сигнал (О), который открьгоает клапаны 2 и 15. Таким образом закрываются все клапаны, установленные в наливных линиях, и открываются клапаны, установленные на сливных линиях. НЖ по трубопроводу 1 с подключаемой к измерению скважины поступае в емкость 7 и начинает заполнять ее |И одновременно часть отстоявшейся ПВ 18, через открытый клапан 13 сливается в емкость 14. После заполнения емкости 7 до верхнего края перегородки 21 (hj,) и динамического расслоения Ш{ на составляющие 18, 19 и 20, уровень НЖ в емкости 7 подни ается до верхнего края перегородки

21 (h 2), ЧН переливается в емкость 24. Появления минимального уровня ЧН в емкости 24 достаточно, чтобы срабатывал- сигнализатор 25 уровня.По

сигналу от сигнализатора 25 в БУИ 8 вырабатывается 1, и закрываются клапаны 2 и 15, а О открывает клапан 13. Следовательно, прекращается поступление жидкости и начинается

слив ПВ из емкости 16 в емкость 14. Время от начала поступления до прекращения слива НЖ фиксируется часовым механизмом, установленным в БУИ 8. После заполнения емкости 14 ПВ через верхнюю часть перегородки (h ,)

переливается в емкость 27, причем h, . Появления минимального уровня ПВ в емкости 27 достаточно, чтобы срабатывал сигнализатор

уровня. По выработанному сигнали

затором 28 сигналу БУИ 8 опрашивает множительно-делительный блок 34 и по- следующему алгоритму рассчитывает и производит цифровую индикацию значения весового дебита чистой нефти и пластовой воды, добываемых со скважины, подключенной к измерению.

Сначала в блоке 34 определяется содержание воды в НЖ, находящейся в емкости 7 ( о ) :

5

Рн Р W+ (1-)рчн; PIJH (Рпв - р2н ); ,

JPne 9if4

(1)

(2)

РН Рн gh; РПВ Рп8ё1

Р чн Рч« Sh.(3)

Подставив (3) в (2), получают

(4)

0,05 мЗ; V 5.(h24) ,)

0,005 M J h

g h

НОГО падения; пьез ометричес- кая высота НЖ, ЧН и ПВ в емкостях 7,22 и 14 от точки отбора давления датчиками 29,30 и 31; - гидростатические давления, создаваемые с НЖ,ЧН и ПВ в емкостях 7,-22 и 14.

Затем в БУИ 8 рассчитьшается весовой дебит ЧН и ПВ По следующим формулам

23

м: h

i

плотности ЧН,НЖ

. 10 0.95 м; t ЗО С; f,(30) 1,01;

ускорение свобод- f(30). 1,005; Р„ 860 ;

Р„,к 1000 Р ПВ 4100 С 1 ч.

15

н к

ЧН

пь

20

25

По информации получаемой с датчиков 29, 30 и 31 (Р|,„ 860 кг/м , Р н 1000 кг/м Р пв 1100 кг/м на дифманометрах 32 и 33 и множи- тельно-делительнон блоке 34 по формуле (4) определяется содержание воды в НЖ в емкости 7;

Л

н

- Р.

- Р

0,58К

В и

С учетом этого и исходных данных по формулам (5) - (9) в блоке 8 рассчитывается весовой дебит ЧН и ПВ:

V

(0,581) 0,.1

V

1,507

Ч„ V/1-C/) + У„

V,,(h

пв- V.fcU) + V,, +

г);

V

(5)

Тчн

ЧН

V Lre

fne h V

fi(t); fi(t);

); (6) (7)

(8)

30

ЧН

24

ЧН

С„в де V

V

rt

24

w

TTne;

(9) (10)

ЧН

V

40

ПВ

45

- соответственно общие объемы, занимаемые ЧН и ПВ;

Ч - время заполнения этих объемов;

- объемы жидкостей в соответствующих индексам емкостях; Ь. ,hj-,- уровни ЧН и ПВ от си г- нализаттэров 25 и 28 уровня, которые зада- ются;

Тчн ТпГ удельные веса ЧН и ПВ; t - температура НЖ в емкости 7; (t),f Xt) - операторы коррекции

температуре, вид и коэффициенты которых опре55

35

деляются экспериментально для конкретной ЧН и ПВ,

ичем V ,. -: V :

V,

и V

27

гГ

И р И м е р. V, 3м ; V, V

V..

0,2 V,. 0,01

м ;

V

2-г 23

гз

V2,

0,05 мЗ; V 5.(h24) ,)

0,005 M J h

23

м: h

i

0.95 м; t ЗО С; f,(30) 1,01;

По информации получаемой с датчиков 29, 30 и 31 (Р|,„ 860 кг/м , Р н 1000 кг/м Р пв 1100 кг/м на дифманометрах 32 и 33 и множи- тельно-делительнон блоке 34 по формуле (4) определяется содержание воды в НЖ в емкости 7;

5

0

Л

н

- Р.

- Р

0,58К

В и

С учетом этого и исходных данных по формулам (5) - (9) в блоке 8 рассчитывается весовой дебит ЧН и ПВ:

V

14

(0,581) 0,.1

V

ЧН

1,507;

Vne 1,858; 7 чн 0,8686 1,1055 т/м.; G 31,42 т/сут; G пв 49,3 т/сут.

Шкалы дифманометров 32 и 33 при h 1 м составляют:

макс ЙР Р ле - Р

5 400 кг/м

мин ЧК

h Су

MdKC ПВ

) d ЧК

0

5

5

а в известном устройстве требуется дифманометр со шкалой 1200 кг/м . Как видно, в предлагаемом дебитомере шкала расширена в 3 раза и по сравнению с известным повышены чувствительность дифманометров и точность измерения.

Внедрение предложенного устройства позволит более точно измерить весовой дебит чистой нефти и пластовой воды, поскольку оно автоматически учитывает содержание воды в промежу- ,точном слое н изменение плотности пластовой воды и нефти.

Формула изобретения

Весовой дебитомер, содержащий измерительный сепаратор, пьезометрический датчик давления нефтяной жидкости, клапаны наливной и сливной линий и блок управления и индикации, вход которого соединен с пьезометрическим датчиком, а выходы - с клапанами наливной и сливной линий, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен емкостью для слива плас- ТОБОЙ воды, тремя перегородками, пьезометрическими датчиками давления пластовой воды и чистой нефти, двумя дифманометрами, множительно-делительным блоком, сигнализаторами уровня пластовой воды и чистой нефти, а также преобразователем температуры, причем перегородки установлены внутри сепаратора с образованием полосте отрицательные камеры обоих дифмано- метров соединены с пьезометрическим датчиком давления чистой нефти, положительная камера первого дифманометра соединена с пьезометрическим датчиком давления нефтяной жидкости, а второго дифманометра - с пьезометрическим датчиком давления пластовой воды, входы множительно-делительного блока соединены с выходами дкфманометров, а его выход - с блоком управления и индикации, сигнализаторы уровня пластовой воды и чистой нефти соединены с входами блока управления и индикации, выходы которого соединены с клапанами отвода пластовой воды из сепаратора в емкость для слива пластовой воды, к. чистой нефти и пластовой воды - в общий коллектор, вход преобразователя температуры соединен с датчиком температуры, а выход - с блоком управления и иццикации.