RU129554U1

RU129554U1 - Устройство для определения параметров нефтегазоводяного потока

Info

Publication number: RU129554U1
Application number: RU2013100931/03U
Authority: RU
Inventors: Валерий Витальевич Котлов; Сергей Геннадьевич Никулин; Валерий Митрофанович Демьянов; Антон Александрович Кириченко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Нефтесервисные технологии"
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2013-06-27

Abstract

1. Устройство для определения параметров нефтегазоводяного потока, содержащее измерительный цилиндр, обвязанный трубопроводной арматурой, датчик перепада давления, датчики избыточного давления и температуры, дозатор подачи химреагента, отличающееся тем, что дополнительно снабжено дифференциальными датчиками верхнего и нижнего уровня давления, микроконтроллером, связанным с указанными датчиками, дозатором подачи химреагентов и насосом, установленным на линии, соединяющей верхнюю и нижнюю части измерительного цилиндра.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в верхней части измерительного цилиндра установлена поверхность, выполненная в виде полусферы.

Description

Полезная модель относится к области нефтедобычи и может быть использовано для работы в составе измерительных установок и передачи данных о параметрах нефтегазоводяного потока в вычислительный блок измерительной установки для корректировки данных, участвующих в вычислении дебита продукции нефтяных скважин.

Известен влагомер жидкости продукции нефтяных скважин, содержащий систему получения представительной пробы с пробоотборником, уровнемер, выполненный с возможностью определять положение линий раздела сред жидкость-газ и вода-нефть, с вертикальным цилиндрическим резервуаром, обвязанным трубопроводной арматурой, позволяющей осуществлять наполнение, отсечение жидкости в резервуаре уровнемера и ее слив, обеспечивая при этом свободный выход газа в сепаратор измерительной установки, датчики гидростатического и избыточного давлений, термометр, таймер, дозатор подачи химреагентов /RU 72507 U1, МПК Е21В 47/10 (2006.01)/.

Однако известное устройство не обеспечивает требуемую метрологическую точность измерений, так как погрешность межфазного уровнемера (микроволнового) зависит от правильного задания многих параметров (в частности диэлектрической проницаемости), что усложняет настройку и значительно влияет на погрешность.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка устройства, обеспечивающего измерение параметров нефтегазоводяной смеси с учетом современных технологических требований.

При осуществлении полезной модели поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении точности измерений параметров нефтегазоводяной смеси в системах герметизированного сбора.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для определения параметров нефтегазоводяного потока, содержащим измерительный цилиндр, обвязанный трубопроводной арматурой, датчик перепада давления, датчики избыточного давления и температуры, дозатор подачи химреагента, новым является то, что оно дополнительно снабжено дифференциальными датчиками верхнего и нижнего уровня давления, микроконтроллером, связанным с указанными датчиками, дозатором подачи химреагентов и насосом, установленным на линии, соединяющей верхнюю и нижнюю части измерительного цилиндра. Кроме того, в устройстве в верхней части измерительного цилиндра установлена поверхность, выполненная в виде полусферы.

Заявляемая полезная модель имеет метрологическое преимущество, которое заключается в более точном определении параметров нефтегазоводяной смеси, благодаря применению дифференциальных датчиков давления по сравнению с межфазным уровнемером.

Также погрешность межфазного уровнемера (микроволнового) зависит от правильного задания многих параметров (в частности диэлектрической проницаемости), что усложняет настройку и значительно влияет на погрешность. С использованием дифференциальных датчиков давления можно измерять как минимальный, так и максимальный уровень с одинаковой минимальной погрешностью (что обеспечивает компактность устройства), а у межфазного уровнемера погрешность зависит от высоты (удовлетворительная погрешность возникает от 2 метров высоты и выше).

На фиг. представлена общая схема устройства.

Устройство содержит измерительный цилиндр 7 с входной линией 2 и выходной линией 17, каждая из которых снабжена запорной арматурой, например, в виде электромагнитных клапанов 4, 10, а также дросселями 5, 16. Устройство соединено от пробоотборника патрубком 1 входной линии 2 через клапан электромагнитный 4 и дроссель 5 с подающей линией 6. Через патрубок 12 измерительный цилиндр 7 соединен трубопроводом с сепаратором измерительной установки (не показан на фиг). Внутри измерительного цилиндра 7 установлена поверхность в виде полусферы 8. Через выходную линию 17 и патрубок 18 устройство соединено с выходным коллектором измерительной установки (не показана на фиг.). Устройство оборудовано датчиком перепада давления 9, дифференциальными датчиками давления верхнего 20 и нижнего 11 уровня, а также датчиком избыточного давления 15 и датчиком температуры 25, сигналы от которых поступают на микроконтроллер 3. Устройство через трубопровод 21 подачи химреагента соединено с дозатором подачи химреагента 13, сигналы на который поступают от микроконтроллера 3. На линии 19, соединяющей верхнюю часть измерительного цилиндра 7 с нижней частью установлен насос 14.

Устройство работает следующим образом.

По команде "пуск" микроконтроллера 3 открывается клапан электромагнитный 4, при этом клапан электромагнитный 10 закрыт. Нефтегазоводяная смесь от пробоотборника по трубопроводу, соединенному с патрубком 1 по входной линии 2 через клапан электромагнитный 4 через дроссель 5 по подающей линии 6 поступает на поверхность полусферы 8, растекается по ней и стекает вниз по стенкам измерительного цилиндра 7. Это приводит к уменьшению помех, при измерении перепада давления датчиками 9, 11, 20 в процессе наполнения. Дроссель 5 служит для ручной установки скорости наполнения измерительного цилиндра 7 нефтегазоводяной смесью. Патрубок 12 измерительного цилиндра 7 соединен трубопроводом с сепаратором измерительной установки для выравнивания избыточного давления между измерительным цилиндром 7 и сепаратором измерительной установки.

Рост уровня в измерительном цилиндре 7 приводит к росту перепада давления датчика 11. Когда уровень нефтегазоводяной смеси в измерительном цилиндре 7 достигает уровня Н₂, рост перепада давления датчика 11 прекращается. Микроконтроллер 3 вычисляет окончание роста перепада давления и вычисляет плотность нефтегазоводяной смеси ρ_с в измерительном цилиндре 7 по формуле (1):

,

где:

ρ_с - плотность нефтегазоводной смеси в измерительном цилиндре 7;

dρ₂ - перепад давления датчика 11 уровня Н₂ в измерительном цилиндре 7;

g - ускорение свободного падения;

Н₂ - уровень нефтегазоводной смеси в измерительном цилиндре 7.

По окончанию измерения плотности нефтегазоводной смеси ρ_с, вычисленной по формуле (1) микроконтроллер 3 вычисляет текущие значение уровней H_1,2…n нефтегазоводяной смеси в измерительном цилиндре 7 по формуле (2):

,

где:

H_{1, 2…n} - текущие значения уровней нефтегазоводяной смеси в измерительном цилиндре 7;

dρ_{1, 2…n} - перепады давления датчика 9 уровней H_{1, 2…n} в измерительном цилиндре 7;

g - ускорение свободного падения;

ρ_с - плотность нефтегазоводной смеси в измерительном цилиндре 7, вычисленная по формуле (1).

В микроконтроллере 3 предварительно устанавливается необходимое значение уровня

и сравнивается с текущими значениями уровней H_{1, 2…n} нефтегазоводяной смеси, вычисляемых по формуле (2). Когда значение уровней

и Н_n будут равны, по команде микроконтроллера 3 закроется клапан электромагнитный 4, который прекратит подачу нефтегазоводяной смеси в измерительный цилиндр 7.

Ввиду того, что плотность нефтегазоводяной смеси по высоте измерительного цилиндра 7 различна, то при вычислении уровня по формуле (2) возникает ошибка. Для уменьшения ошибки вычисления уровня Н_n нефтегазоводяной смеси необходимо, чтобы плотность нефтегазоводяной смеси по высоте измерительного цилиндра 7 была одинаковой.

Для выравнивания плотности нефтегазоводяной смеси по высоте измерительного цилиндра 7 по команде микроконтроллера 3 включается насос 14, который перекачивает нефтегазоводяную смесь по линии 19 из верхней части измерительного цилиндра 7 в нижнюю часть. В результате этого происходит перемешивание нефтегазоводяной смеси в измерительном цилиндре 7.

Перемешивание ускоряет процесс выхода пузырькового газа из нефтегазоводяной смеси и после его выхода в измерительном цилиндре 7 остается нефтеводяная жидкость.

После перемешивания (время перемешивания устанавливается в микроконтроллере 3) по команде микроконтроллера 3 насос 14 останавливается и нефтеводяная жидкость проверяется на однородность плотности по высоте измерительного цилиндра 7.

Для этого измеряются значения перепадов давления датчиков 11 и 20, и если эти значения перепадов давления равны, то вычисляется плотность жидкости ρ_ж, если - нет, процесс перемешивания необходимо продолжать дальше, до тех пор пока значения перепадов давлений датчиков 11 и 20 будут равны. Плотность нефтеводяной однородной жидкости ρ_ж вычисляется по формуле (3):

,

где:

ρ_ж - плотность нефтеводяной однородной жидкости в измерительном цилиндре 7;

dρ_2ж - перепад давления датчика 11 уровня Н₂ жидкости в измерительном цилиндре 7;

g - ускорение свободного падения;

Н₂ - уровень жидкости в измерительном цилиндре 7.

После вычисления плотности нефтеводяной однородной жидкости ρ_ж микроконтроллер 3 вычисляет уточненный уровень жидкости Н_nж по формуле (4):

,

где:

Н_nж - уровень нефтеводяной однородной жидкости в измерительном цилиндре 7;

dρ_nж - перепад давления датчика 9 уровня H_nж в измерительном цилиндре 7;

g - ускорение свободного падения;

ρ_ж - плотность нефтеводяной однородной жидкости в измерительном цилиндре 7, вычисленная по формуле (3).

После вычисления уточненного уровня по команде микроконтроллера включается устройство 13 дозирования химреагента и по трубопроводу 21 происходит подача дозы химреагента в измерительный цилиндр 7.

Для уменьшения времени разделения нефтеводяной жидкости на нефть и воду ее необходимо перемешать. Для этого по команде микроконтроллера 3 включается насос 14 и происходит перемешивание нефтеводяной жидкости (время перемешивания устанавливается в микроконтроллере 3).

Дальнейшее нахождения перемешанной нефтеводяной жидкости с химреагентом в измерительном цилиндре 7 приведет к разделению жидкости на нефть и воду. Это разделение будет происходить постепенно, вода будет скапливаться внизу измерительного цилиндра 7, а нефть - поверх воды.

Замещение водонефтяной жидкости водой привет к росту величины перепада давления датчика 11, а замещение водонефтяной жидкости нефтью приведет к постепенному падению величины перепада давления датчика 20 и когда разделение жидкости закончится, закончится рост перепада давления датчиков 11, 20.

Микроконтроллер 3 вычисляет окончание роста и падение перепада датчиков давления 11, 20, вычисляет и запоминает в памяти плотность воды в рабочих условиях ρ_в при значении температуры T1 датчика 25 и избыточного давления Р1 датчика 15.

Плотность воды в рабочих условиях вычисляется по формуле (5):

где:

ρ_в - плотность воды в рабочих условиях в измерительном цилиндре 7;

dρ_2в - перепад давления дифференциального датчика 11 уровня Н_2в в измерительном цилиндре 7;

g - ускорение свободного падения;

Н_2в - уровень воды в измерительном цилиндре 7.

После вычисления плотности воды микроконтроллер 3 вычисляет и запоминает плотность нефти в рабочих условиях по формуле (6):

,

где: ρ_н - плотность нефти в рабочих условиях в измерительном цилиндре 7;

dρ_зн - перепад давления дифференциального датчика 20 уровня Н_зн в измерительном цилиндре 7;

g - ускорение свободного падения;

Н_зн - уровень нефти в измерительном цилиндре 7.

После вычисления плотности нефти и воды в рабочих условиях по команде микроконтроллера 3 открывается клапан электромагнитный 10 и содержимое измерительного цилиндра 7 через клапан электромагнитный 10, дроссель 16 по выходной линии 17 через патрубок 18 поступает в трубопровод, который соединен с контроллером измерительной установки.

Дроссель 16 служит для ручной установки скорости опорожнения содержимого измерительного цилиндра 7. Уровень нефтеводяной однородной жидкости, вычисленной по формуле (4) будет уменьшаться, также будет уменьшаться уровень воды H_в. Микроконтроллер 3 будет постоянно вычислять плотность уровня H₂ по формуле (7):

.

В памяти микроконтроллера уже есть значения плотности нефти ρ_н в рабочих условиях, вычисленной по формуле (6). Это значение плотности ρ_н сравнивается с текущими значениями плотности, вычисляемыми по формуле (7). Когда эти значения плотностей будут равны, микроконтроллер 3 закроет клапан электромагнитный 10 и в измерительном цилиндре 7 останется нефть в рабочих условиях.

Микроконтроллер 3 вычисляет уровень нефти в измерительном цилиндре 7 по формуле: (8)

,

где:

H_н - уровень нефти в измерительном цилиндре 7 после слива воды;

ρ_н - плотность нефти в рабочих условиях в измерительном цилиндре 7 после слива воды;

dρ_н - перепад давления дифференциального датчика 11 уровня Н₂ в измерительном цилиндре 7 после слива воды;

g - ускорения свободного падения.

Уровень воды в измерительном цилиндре 7 вычисляется по формуле (9):

Н_в=H_ж-H_н,

где:

H_в - уровень воды в измерительном цилиндре 7;

H_ж - уровень жидкости, вычисленной по формуле (4);

H_н - уровень нефти, вычисленной по формуле (8).

Объемное содержание воды вычисляется по формуле (10):

,

где:

W_o - объемное содержание воды жидкости в измерительном цилиндре 7;

Н_в - уровень воды в измерительном цилиндре 7, вычисленной по формуле (9);

Н_ж - уровень жидкости в измерительном цилиндре 7, вычисленной по формуле (4).

Значение перепада давления воды в измерительном цилиндре 7 вычисляется по формуле (11):

dρ_в=dρ_ж-dρ_н,

где:

dρ_в - значение перепада давления воды в измерительном цилиндре 7;

dρ_ж - значение перепада давления жидкости датчика 9 уровня H_ж в измерительном цилиндре 7 (из формулы (4));

dρ_н - значение перепада давления датчика 11 уровня Н₂ в измерительном цилиндре 7 после слива воды (из формулы (8)).

Массовое содержание воды вычисляется по формуле (12):

.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет осуществить определение параметров нефтегазоводяного потока.

Claims

1. Устройство для определения параметров нефтегазоводяного потока, содержащее измерительный цилиндр, обвязанный трубопроводной арматурой, датчик перепада давления, датчики избыточного давления и температуры, дозатор подачи химреагента, отличающееся тем, что дополнительно снабжено дифференциальными датчиками верхнего и нижнего уровня давления, микроконтроллером, связанным с указанными датчиками, дозатором подачи химреагентов и насосом, установленным на линии, соединяющей верхнюю и нижнюю части измерительного цилиндра.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в верхней части измерительного цилиндра установлена поверхность, выполненная в виде полусферы.