Устройство для отбора проб многофазной жидкости Советский патент 1982 года по МПК E21B47/10 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ МНОГОФАЗНОЙ

: i ,Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважины, а именно для исследования многофазной жидкости.

Известно устройство для отбора j проб MHoro0a3Hovi жидкости, состоящее из корпуса с верхней и нижней крышками, выполненными с каналами, связывающими камеру пробы с внешней средой, и датчика раздела уровней сред .10

Недостатком указанного устройства является то, что при различной скорости; истечения каждой файы отбираемой пробы не достаточно возможно представить содержание присутствующих |8 фаз в заданный момент на уровне отбора образца.

Цель изЬбретения - осуществление разделения пробы на срезе в процес- . се ее отбора.,20

Указанная цель достигается тем, что каналы выполнены таким образам, что выходные отверстия каналов в верхней крькоке направлены вниз, а в нижней - вверх.26 ЖИДКОСТИ

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства, погружаемого в эксплуатационную скважину и содержащего сначала только одну фазу внешней смеси; на фиг. 2 то же когда устанавливается равновесие между внутренней и внешней средой; на фиг. 3 возможные конструктивные детали устройства; на фиг. k конструкция устройства, снабженного детектором уровня межфаэовой noBepX ности с соединенными электри №скими цепями.

Устройство содержит вертикальную скважину 1, местонахождение двухфазного потока, состоящего из тяжелей фазы, такой как вода 2, в которой перемечаются пузырьки легкой фазы 3f . такой как нефть. В этот поток погружается продольно удлиненный зонд 4, который выключает прицепное устройЬтво 5, фиксирующее трос 6, спускающийся в скваткину 1 с поверхности, к концу которого подвешен этот зонд для тогб, чтобы его можно было пере3912мещать в скважине 1. Зонд k содержит трубопровод 7, имеющий верхний конец 8 и нижний конец 9 Внутренняя стенка трубопровода ограничивает сбоку сагрегационную камеру 10, отделенную от внешней среды, в трубопроводе 7. но предусматривающую постоянные соммуникационные каналы для сообщения с этой последней. Концы 8 и 9 трубопровода 7 закрываются наконечниками 11. Каждый из этих наконечников имеет дно, образованное из попег 1речной стенки 12, находящейся на padстоянии против сторон соответствующий концов 8 и 9 трубопровода 7. От этой -поперечной стенки 12 каждый из наконечников 11 имеет боковое трубчатое удлинение 13, которое окружает на расстояний по высоте трубопровод около его концов. Между удлинениями 13 и трубопроводом 7 имеется пространство, достаточное для образования кольцевых каналов 1 и 15. Канал (фиг. За) для наконечника 11 имеет круглую насадку 16 с внешней, стороны трубопровода, которая находится здесь Q в , перпендикулярной к . оси трубопровода 7. Канал переходит в верхний конец 8 трубопровода 7 на высоте li над уровнем насадки 16, Кроме того, наконечник 11 (фиг. 1 и 2) закрывает в противоположном направлении нижний конец 9 трубопровода 7 с целью ограничения канала 15, который открывается в нижний конец 9 трубопррвода на расстоянии 1. ниже плоскости Р его насадки 17 с внешней сто роны. Таким образом, камера 10, ограниченная трубопроводом 7, сОЪбщается с внешней средой через два противоположных прохода, расположенных на различных уровнях, один верхний и другой Нижний, включая соответственно каналы 1 и 15. Верхний проход обеспечивает сообщение обеих частей плосКОСТИ RJ , расположенных соответственно внутри и с внешней стороны трубопровода 7 а нижний проход обеспечивает сообщение обеих частей плоскости Rj, расположенных cooTBetcTBeHHo внутри и с внешней стороны трубопровода 7. Эти два прохода имеют каждый изогнутую часть, вверх дли верхнего прохода и вниз для нижнего прохода, с целью образования двух сифонов. Когда зонд находится в положении, представленном на фиг. 1, то любой 4 обмен жидкостью между камерой 10, продольно, ограниченной плоскостями RI и Bj,, и внешней средой должен осуществляться в направлении, согласно .вертикальному направлению. Поэтому если оба прохода находятся погруженными в двухфазную среду, содержащую одну фазу тяжелее, чем другая, сифон верхнего прохода стремится захватить самую легкую фазу, в то время как сифон нижнего прохода - самую тяжелую фазу. / Когда такой зонд погружен в поток двух несмешивающихся жидкостей, сама камера заполняется любой смесью этих , устанавливают, что образуются . уравнивающие потоки между внутренней) и внешней средами этой камеры до момента, когда достигается равновесие, в котором фазы, на 5одящиеся внутри камеры, разделяются самотекрм, уровень их межфазовой поверхности 1 представляет состав жидкости, подаваемой из внешней среды. Предположим, что в момент, когда зонд находится в потоке,он полностыб заполнен самой тяжелой фазой (фиг.1) и является восходящим. Можно рассчитать разность давлений, существующую между плоскостями Rj и Р с внешней стороны зонда, + ip, 1} PZ - р М средняя плотность среды истечения; ускорен1;е силы тяжести; расстояние между плоскостями RI и RI потери напора многйфазного потока между плоскостями f} и В, . Разность давлений между плоскостями Р и 1 при прохождении через трубу 7 может быть записана PZ - Р/ S + Р + Р. (2) где j - плотность тяжелой фазы, заполняющей камеру 9; PQ - динамичное давление, которое появляется в верхней части камеры 8 и результата потока; Pd - динамическая депрессия, возникающая в результате того же действия. Члены4р,рс: и РУ очень незначительны и при больших добычах это приближение вполне допустимо. В связи с этим, путём гипотезы, ,, разность давлений, проходящих повнут5.9 реннему пути (Р -Р) больше разности, которая существует при прохождении по внешнему пути (Р -Rf) . Сле довательно, устанавливается восходящий поток внутри трубопровода, расход которого таков, что потери напора которые он претерпевает, равен разности упомянутых гидростатических давлений. Физический механизм обменов, кото рые устанавливаются между камерой и внешней средой, является следующим: пузырьки легкой фазы проникают в вер НИИ конец трубопровода через насадку 16 после верхней части наконечника 11, в то время как такой же объем тяжелой фазы выходит через насадку 17. В связи с притоком легкой фаз в верхнюю часть камеры 10 колонка . освобождается от жидкости, которая в ней находилась. Разность гидростатических давлений между внутренней и внешней колонками жидкости уменьшается и уменьшается ее расход до нуля в то же время, когда фазы разделяются самотеком и когда межфазовая поверхность устанавливается на уровне г Н, который рассчитывается от плоскости RI , которая остается стабильной, если состав потока внешней среды на уровне, где находится зонд,остается постоянным. I г. в состоянии, показанном на фиг. 2 можно записать равновесие гидростатических давлений, расход внутри трубопровода равен нулю. : . Проходя через трубопровод: - J5i9- ()Рп5+Сн +)) -Чд-ь ()Pna+CH +%ft-.) Н-Н; ll - плотность легкой Проходя с внешней стороны трубопровода:Pi - P-i Нрто где .РД Afib и - соответственна концентрации легких и тяжелых фаз в среде. Записывая равенство В. получают Яп-Trf, ir Из формул (5) и С6) следует, что концентрации 5 и 5э фаз пропорциональны высотам Н и Н, иначе говоря, мто уровень межфазовой поверхности представляет собой состав внешней среды. 52 -: 6 Потери .напора потока в скважине, давление и депрессия динами.ческие в колонке жидкости, содержавшейся в камере 10, ничтожны, соответствие между, -уровнем межфаэовой поверхйости и соответствую(цими пропорциями жидкостей . в потоке несовершенно., Исполнение сифонов иметь- различные формы. Вариант исполнения (фиг. Зб), в котором соединительные каналы между трубопроводом и внешней средой, вместо абсолютно прюдольных, наклонены поперечно. Верхняя часть этого устройства показана с верхнего . конца 8 трубопровода 7. Наконечник 11 в виде колпачка, внутренний край которого имеет форму, усеченного конуса, устанавливается над усеченной частью верхнего конца трубопровода 7 для образования канала 15, имеющего насадку на конце 16 на нижнем уровне конца 8 трубопровода 7. Другие более сложные варианты исполнения проходов могут иметь место при условии, когда они имеют ориентированный сифон, Форма проходов и opиeнtaция их на-; садки может влиять на быстроту, с кот 1торой стремится устанавливаться рав-/ новесие в камере, когда изменяетсн внешняя среда. Эта быстрота велика при переходах (фиг. 3 а,«б), которые обеспечивают легкий обмен между камерой 10 и внешней средой и позволяют определять нахождение межфазовой поверхнос,ти довольно быстро с целью получения приемлемых измерений, когда такой зонд перемещают непрерывным образом. Сифоны изменяют противоположным образом направление пути следования по вертикали частиц обмена между внутренней и внешней средами камеры сегрегации. Переходы устанавливают нулевую вертикальную скорость по крайней ;мере в одной точке пути следования между внешней и внутренней средами камеры. В этом последнем случае приближают, наклоняя все больше и больше, канал 15 (фиг. 3 б) к горизонтали, высота между насадкой каналрв с внешней стороны и концом трубопровода, ограничивающего камеру замеров, стремится к нулю. Тем не менее, следует опаса.ться, что при отсутствии сифонов в верхнем и нижнем проходах, прорыв капель или пузырьков, в резулЬтате завихрения внешней среды может происходить в камере за счет этих про7ходов, что вызовет нарушение устойчивости межфазовой поверхности в рав новесии. Зонд (фиг, 1 и 2J преимущественно снабжается детектором уровня межфазо вой поверхности. Можно применять для этой цели датчик, который по разному реагирует на различные свойства исследуемых фаз, например емкостный.. Зонд, показанный на фиг. Ц, снабжен емкостным датчиком. Он имеет кор пус зонда 18 на фиг. представлена только одна его часть, содержащего в себе центральную колонку 19 которая соединяет две расширенные части: верхнюю 20 и нижнюю 21. Этот корпус зонда предусматривает о своей верхней части элемент крепления, не пред ставленный для троса, к которому может подвешиваться зонд. Этот корпус зонда может содержать несколько инст рументов, если зонд П{зименяется в со четании с другимиустройствами для исследования эксплуатационной скважи ны. Вокруг колонки 19 и между частями 20 и 21 монтируется трубопровод 2 с верхним диаметром во внешнем диаметре колонки 19 для обеспечения кол цеобразного пространства между этим трубопроводом и этой колонкой и огра ничения сбоку камеры замеров или камеры сегрегации фаз 23 эквивалентной предыдущей камере 10. Верхний конец 2 трубопровода открывается на некотором расстоянии от поперечной стенки 25 верхней-широкой части 20 корпуса зонда 18, в то время как ниж ний конец 26 этого трубопровода открывается на расстоянии от поперечной стенки 27s соединяющейся с широкой частью 21 корпуса зонда 18, труб чатое боковое удлинение 28 охватывае трубопровод 22 около его верхнего конца 2k таким образом, чтобы составить проход, имеющий часть, изогнутую вверх, образующую сифон между внешней и .внутренней средами камеры 23 и, таким образом, трубчатое уд линение охватывает трубопровод 22 около его нижнего конца 2б. Камера представляет собой пространство между электродами емкостного датчика. Трубопровод 22, состоящий из металла, образует электрод с заземлением для датчика. Другой электрод этого дётчика состоит из металлической втулки, смонтированной на колонке 19 и соединенной с источнико 28 напряжения. Эта втулка покрыта толстым слоем 29 изоляционного материала, по возможности не смачивающегося, такого ак политетрафторэтилен. Для питания датчика и измерения электроды 22 соединяются проводниками 30 и 31 с генератором R.C 32, который в свою очередь соединен с постоянным источником 33 питания. Частота колебательного контура, в который включен датчик, изменяется с изменением емкости датчика и посылаемые сигналы частоты передаются прямо через генератор 15С на поверхность по экранированному кабелю, к которому подвешен зонд и по которому передается постоянный ток АЛЯ питания зонд - . , , Соответствующее исполнение (фиг. состоит, например, в предусмотрении рядом с каждым концом камеры 23 на уровне верхнего и нижнего сифонов эталонной емкост.и, способной сообщать ответ , характеризующий жидкую, фазу, заключенную в этом , который позволяет опЕзеделить взятую пробу, каким бы ни был ответ основного датчика в присутствии только этой фазы. Эталонными емкостями являются электрод, состоящий из металлического трубопровода 22 и другой электрод З и 35, который содержит (олонка 19, соответственно в верхнем и нижнем сифонах. Провод .ики 36 и 37, отходящие от электродов 3 и 35. иогут быть поочередно соединены с генератором С 32 посредством входящего искате- .З1я 38, с которым также соединен в Ьтом случае проводник 39. Искатель 38 управляется с поверхности по проводнику 0 кабеля ki для соединения селективно генератора с основным датчиком или с той или другой эталонной емкостью. Полезная длина трубопровода 22 может составлять 500.мм между концами трубчатых удлинений 28 и 2 при диаметре 3 мм. Это устройство пригодно для применения в сочетании с измерительными инструментами в нефтяных скважинах, к которым относятся, например, кроме инструмента для определения состава, расходомер и температурный инструмент. Что касается его применения в скважинах, следует заметить, что это устройство не требует никакой системы

надувной перемычки и минимально на рушает исследуемый поток истечения. После упаковки оно может также применяться в режиме непрерывного перемещения, для томных измерений и для подробного исследования некоторых зон его можно применять для осуществления периодических измерений, останавливая его на каждом анализируемом уровне, в этом случае можно иногда выполнять установку для. каждой из фаз, присутствующих на этом уровне перед осуществлением собственно замеров. Применение устройства не ограничивается некоторыми типами скважин или узким пределом добыч.

Формула изобретения Устройство для отбора проб многофазной жидкости, состоящее из корпуса с верхней и нижней крышками, выполненными с каналами, связывающими камеру для пробы с внешней средой, и датчика раздела уровней сред, о тл и ч а о щ а е с я тем, что, jc целью осуществления разделения пробы на фазе в процессе ее отбора, каналы выполнены таким образом, что выходные отверстия каналов,в верхней крышке направлены вниз, а в нижней . .

Источники информации; принятые во внимание при экспертизе

1. Шамупа В.Н. и др. Глубинные . пробоотборники и их применение. М., Гостоптехиздат, 1961, с. А1.

//

Фиг.

«/г 6

rfff f ff fff ffffff

.

0yf,J