Устройство для измерения уровня раздела двух жидкостей с различными плотностями или границы раздела жидкость-газ в подземном резервуаре Советский патент 1988 года по МПК E21B47/04 B65G5/00 

4 4: 4

Изобретение относится к горному делу и м. б. использовано в газовой и нефтедобывающей промышленности при эксплуатации подземных резервуаров. Цель - повышение точности измерений и увеличение рабочего объема резервуара. Уст-во включает размещенные внутри скважины и подземного резервуара внешнюю и внутреннюю колонны (К), измерительную трубку (ИТ) 5, измеритель перепада давлений, узел нагнетания и обводную линию. Диаметр его нижнего участка ИТ 5 больше диаметра внутренней К 4, а диаметр отверстия в дне равен или меньше диаметра К 4, которая расположена внутри нижнего участка ИТ 5 с контактированием кромок ее торца с дном расширенного участка по периметру отверстия в дне участка. Посредством штуцера 8 ИТ 5 соединяется с участком 6 с измененным проходным сечением. Для удобства спуска в скважину этот участок выполнен совместно с К 4 и имеет верхний и нижний обтекатели 7. Совмещение нижнего участка ИТ 5 с К4 позволяет увеличить отношение площади проходного сечения нижнего участка ИТ 5 к площади проходного сечения ИТ 5. Большая величина этого отношения повышает точность определения уровня при расчетах. 3 ил. i (Я

Изобретение относится к rojjiioMv делу и может быть нсио.льзовано при эксплуатации подземных ()e:ve)Byai)OB для определения положения хранимого продукта, например нефтен;) луктов, газового конденсата и др, а тмк/гд- - газовой п нефтедобываюп1ей отр ас л я X i 10 м ы 11 i. i е н пост и.

Цс;1ыо пзопретепия яв; яется повьпнемие точн;;сти и:,мереиий и увеличение рабочего об ьема резервуара.

На фиг. 1 представлена схема нижней маХ ти устройства; на фиг. 2 - схема ует- 1И)йства в рабочем состоянии в подземпом резервуаре; на (})иг. 3 - дпагра.мма региетра- Hiiii перепада давления в iiiioiu cce измере).

На фиг. 1 и фиг. 2 соответет1 еппо обозначено; 1 - подземный резервуар; 2 - еква- жина,оборудованная обсадной колоппой; 3-- внешняя колопна рабочих труб; 4 - внутренняя колонна рабочих труб; 5 - измерительная трубка; 6 - участок измерительной трубки с измененным диаметром; 7 - обтекатели; 8 - штуцер; 9 - сквозные отверстия; 10 - верхняя граница нерабочего объема подземпого резервуара и нерабочий объе.м; 11- положение этой же границы для случая использования известного устройства; 12 - измеритель перепада давления; 13 - обводная линия; 14 - вентиль; 15 - привод вентиля; 16 - нагнетатель.

Устройство работает с. 1ед.у1О1Цим образом.

В подземный резервуар 1, соеднпенный с дневной поверхност1)Ю скважиной 2, опуше- пы внешняя и внутренняя ко.юнны 4 рабочих труб. На внутренней колонне укреплена измерительная трубка 5, н| 1инциниа;1ьно возможна ее установка., как с наружной сто роны колонны е применение. защитных нрн- снособ-лений (фиг. 2), так и внутри KO,,ioinibi. Измерительная трубка посредством 1нтуцера 8 соединяется с участком 6 с измененным проходным сечением, который раснолагается па ни.жпем конце внутренней рабочей ко- „юнны 4. Для удобства спуска в скважину этот участок выполнен как единое целое с рабочей колонной и имеет верхний и нижний обтекатели 7, которые выполняют также несущие функции. Совмещение нижнего участка измерительной трубки с рабочей ко- лонной позволяет увеличить отношение ,

очзм

где S - нроходное сечение нижнего участка измерительной трубки с измене}шым диаметром, S.t.v - площадь проходпого сечепия собственно измерительной трубки. Чем вьипе величина отношения -±-, тем четче на кри5-игн

ВОЙ перепада давлений фиксируетея точка перегиба (т. О;, фиг. 3). что позволяет точнее определять значепие APi, а это сущест- венно повышает точность определения уровня при расчетах но предложенной формуле. Уве.личение площади проходного сечепия в п|)едла1 аемом уетройстве достпгается с од- 1ой стороны тем, что в данной конструкп,ни

s

5

0

0

0 s

.5

0

0

отпадает необходимость во внутренней стенке - эту роль выполпяет рабочая колонна, а также за счет кольцевой формы нижнего участка. На поверхности измерительная труб ка присоединена к измерителю 12 перепада давления и к узлу нагнетания. Выбор узла нагнетания определяется характером сред, заполпяюпдих подземный резервуар. Если в нем размеш,аются две жидкости е различными плотностями, то используется насос, если жидкость и газ, то применяется компрессор.

Вход узла нагнетания подключен к межтрубному пространству обсадной и внешней рабочей колонн, заполненному более легким компонентом, а выход соединен с измерительной трубкой 5, При этом блок нагнетания зашунтирован измерителем перепада давления и обводной линией 13 с вентилем 14, имеющим привод 15, позволяющий периодически открывать и закрывать вентиль.

В пусковой момент вентиль 14 открыт. По обводной линии 13 измерительная трубка 5 свободно сообщается с межколонным нространством, заполненным более легким компонентом. В связи с тем, что давления в измерительной трубке и межтрубье равны, в измерительной трубке устанавливается граница раздела на том же уровне, что и в подземном резервуаре. Узел нагнетания работает в холостую, так как нагнетаемая им фаза по открытой обводпой линии 13 вновь подается на собственный вход. Затем в момент закрьггия венти.ля 14 (момент to, фиг, 3), обво;и1ая ;1иния закрывается и нагнетательный узел начинает перекачивать компоненту :ии;о, 1пяюн1ую межтрубье, в измерительную грубку 5. /давление в ней повышается, что сопровождается вытеспепием тяжелой ком- из 11яжней части измерительной трубки и cooTBCTCTiieHHO появлением перепада давления между измерительной трубкой и межтрубье.м. Эк; фиксируется на диаграмме дифмапометра (интервал ty-1|, фиг. 3). Так как сечение измерительной трубки в верхней части постоянно и постоянна производительность нагнетательного узла, если пренебречь некоторым надением производительности за счет роста нротиводавления, то рост неренада будет линеен во времени до момента достижения границей раздела между компонентами перехода между верхним и нижним участками измерительной трубкп. Здесь резко изменяется величина проходпого сечения, поэтому темп заполнения трубки, а следовательно, и скорость перемещения уровня границы раздела падает, что сопровождается из.менением наклона на анаграмме перепада давлений (интервал,-

tj) и появлением точки перегиба 0 , Чем выSше отношение --, тем резче из.менение накЛ|ЭП

лона на диаграмме и четче фиксирование т. О|. Это позволяет при вычислении точнее считать с диаграм.мы значение перепада APi, соответствующее прохождению границей между компонентами перехода между участками трубки. Рост перепада давления продолжается до момента tg, соответствующего достижению границей между компонентами уровня сквозных отверстий 9. Тогда избыток легкой компоненты в трубке, создаваемый нагнетателем, начинает перетекать из трубки в резервуар через сквозные отверстия и рост перепада давления прекращается (интервал t2-is, на фиг. 3). В момент открытия вентиля 14 (момент 1з) появляется возможность свободного перетока легкой компоненты из измерительной трубки в межтрубье по обводной линии 13, что и происходит под действием избыточного давления в трубке. По мере перетекания давление в трубке падает (интервал iz-14) перепад давления исчезает, измерительный цикл закончен. Через некоторое время, заданное в привод 15 вентиля, вентиль 14 закрывается и начинается новый измерительный цикл, аналогичный предыдущему.

Если составить уравнение равновесия давлений в измерительной трубке и резервуаре относительно уровня сквозных отверстий 9 в моменты времени ti и t2, то будут иметь место следующие соотнощения, в которых в левых частях равенства отображены условия в резервуаре, а в правых - в измерительной трубке

а, (H--h) + , (Н-L) +a2L+APi б,(Н-h)+ бг h б-, Н+ /.,

е Н- глубина расположения уровня сквозных отверстий измерительной трубки в скважине;

h- уровень границы раздела

компонент в резервуаре относительно уровня сквозных отверстий;

L- длина участка с измененным

проходным сечением;

PI и Ризб. - значения перепадов давлений в моменты t| и t2, считанные с диаграммы дифмано- метра.

Решение системы уравнений позволяет вычислить уровень границы раздела в подземном резервуаре по форму.че

0

h --:

L. ДР..6

АР.иб-АР,

Предлагаемое устройство позволяет не прерывать технологический процесс во время проведения измерений, обеспечивать безаварийность эксплуатации подземного резервуара и увеличить объем резервуара за счет снижения уровня возможного заполнения (положение 11 до положения 10, фиг. 2), что достигается более низкой носадко бащмака внутренней рабочей колонны в под- 5 земном резервуаре.

Формула изобретения

Устройство для измерения уровня раздела двух жидкостей с различными плот0 ностями или границы раздела жидкость- газ в подземном резервуаре, включающее размещенные внутри скважины и подземного резервуара внешнюю и внутреннюю рабочие колонны, измерительную трубку с ниж5 ним участком pacnjHpeHHoro диаметра с отверстиями для перетока флюида в его нижней части и верхним и нижним обтекателями, и расположенные на устье скважины измеритель терепада давлениГ, узел нагнетания и обводную линию с вен0 тилем и приводом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и увеличения рабочего объема резервуара, нижний участок измерительной трубки имеет диаметр больше диаметра внутренней рабочей колонны и отверстие в дне диа5 метром, равным или меньще диаметра внутренней колонны, внутренняя рабочая колонна расположена внутри нижнего участка измерительной трубки с контактированием кромок ее торца с дном расширенного участка по

р. периметру отверстия в дне участка, при этом измерительная трубка расположена рядом с поверхностью внутренней рабочей колонны и соединена с ней посредством патрубка и штуцера, а отверстия для перетока флюида выполнены над нижним обтекателем.

дР k

77

Ю

IAP/