RU13841U1 - Дебитомер нефтяных скважин - Google Patents

Description

ДЕБИТОМЕР НЕФТЯ11ЫХ СКВАЖИ1-1

/7 Oj7f3-i -j /-/

Изобретение- относится к областм нефте- газодобычи и может быть использована для получения информации о дебите скважины или куста скважин раздельно по фракциям нефти, воды и газа с целью принятия объективных решений о дальнейшем режиме эксплуатации.

Известно несколько разновидностей дебитомеров с различными принципами действия способных производить подобные измерения.

К наиболее ранним относится установка типа Спутник основанная на

принципе механической сепарации фракций потока с последующим измерением отдельных фракций по массе или объему.

Подобные установки по многим параметрам не удовлетворяют требованиям эксплуатационников поскольку они гpo юздки, имеют недостаточную точность измерений и экологически ненадежны вс; е;1ствие необходимости коммутации гидравлической арматуры высокого давления.

Последней отечественной разработкой на основе указанного принципа является передвижная установка АСМА-Т, зарегистрированная в Госреестре средств измерений за номером N Г.Р. 14055-94.

Принцип действия установки основан на взвешивании фиксированного объема продукции скважины с отфильтрованной компонентой твердых частиц, накопленного в измерительной емкости за время измерен1 я.

Газовая компонента из верхней части измерительной емкости отводится в вьнчидной коллектор. .

По данным источника погрешность измерения расхода нефти по мае- , се составляет 2,5 % и погрешность измерения расхода воды по объему также составляет 2,5 %. Указанные погрешноети обеспечиваютея только при условии наличия механических примесей в продукции скважины не более 0,05 % по массе, что существенно снижает вoз южнocти использования установки.

При потребляемой мощности около 6-и кВА установка не имеет собственного источника энергоснабжения и должна подключаться к энергооборудованию контролируемой екважины.

Источником информации об установке является рекламный проспект АО Нефтеавтоматика Бащкортостан,450005,г.Уфа,тел:(3472)28-44-1 Г

Эта установка имеет значительные массогабаритные характеристики вследствие компоновки на транспортном устройстве высокой проходи.мости. требует постоянного обслуживающего персонала, не обеспечивает измерений дебита газовой компоненты и не может стационарно устанавливаться на отдельные скважины из-за высокой .

в качестве примера зарубежных дебитомеров основанных на нрименении механических счетчиков расхода камерного типа следует упомянуть усройство SCROLLFLO фирмы ISA Control Ltd.

Это относительно малогабаритное устройство, в котором измерение объемного расхода производится контактными механическими узлами счетчика камерного типа с присущими ему известными недостатками, основными из которых являются низкая надежность устройства при измерении расходов потоков, содержащих механические примеси, и малый ресурс работы из-за механического износа деталей.

Профилактическое обслуживание счетчика камерного типа требует полной разборки конструкции.

Принцип действия указанного устройства заключается в следующем.

Продукция скважины в виде нефти, воды и газа через механический распылитель потока поступает в сдвоенную турбинную секцию датчика объемного расхода камерного типа. Скорость вращения турбин через механический редуктор преобразовывается в частоту следования импульсов с нормализованным уровнем тока или напряжения поступающую на счетчик, показания которого проградуированы в единицах объемного расхода.

В центральной зоне турбин датчика происходит выравнивание плотности многофазного потока, среднее значение которой измеряется радиационным гамма-денситометром и в совокупности с измеренным значением объемного расхода используется для расчета расхода по массе.

Измерение отнощений фракций потока может осуществляться дополнительной замкнутой системой отбора микропроб, подключаемой через предусмотренные щтуцера к центральной зоне турбинной секции датчика.

В состав системы отбора микропроб входят: фильтр механических частиц, насос, микро ячеечное устройство отбора проб, микросепаратор с наддувом от насоса, приемный резервуар с наддувом, монитор содержания влаги, контроллер, обратные клапана жидкости и газа, соединительная арматура высокого давления.

Точность измерений расхода по объему по данным источника составляет + 5% при отсутствии данных о точности измерений отнощений фракций.

Датчик объемного расхода сконструирован исходя из условий эксплуатации под водой, однако при этом измерение отношений фракций в потоке практически невозможно.

Источником информации об устройстве является рекламный проспект фирмы ISA Control Ltd.

MPFM-301 фирмы AGAR Софога11оп, который обеспечивает приемлемую точность измерений параметров фракций потока современными методами с применением алгоритмов обработки результатов измерений основанных на последних исследованиях в области гидродинамики.

Несомненным достоинством этого устройства является также возможность работы при всех типах потоков при широком диапазоне отношений фракций.

Отдельные узлы устройства защищены патентами США: N4503383; N5099697; N5101367.

. Основным недостатком устройства является применение для измерения суммарного расхода контактного счетчика камерного типа, как и в предыдущем описанном устройстве.

Потребляемая устройством мощность составляет порядка 40 ватт, что несколько сужает границы возможного применения устройства.

Предлагаемый дебитомер отличается от вышеописанных устройств прежде всего тем, что в нем отсутствуют вращающиеся и подвижные детали, а измерения скорости потока, средней плотности и процентного отношения фракций производится бесконтактными методами, основанными на теории ядерно-магнитного резонанса с использованием стабильных ядерно-физических констант веществ находящихся в объеме измерительного преобразователя.

Измерительный преобразователь представляет собой отрезок трубы из немагнитного материала охваченный обмотками, расположенными определенным образом, и помещенный в постоянные магнитные поля заданной структуры.

В конструкции преобразователя реализован ряд оригинальных рещений, обеспечивающих достаточно высокую точность измерений в широком диапазоне температур окружающей среды при значительном изменении параметров потока. Ресурс работы измерительного преобразователя определяется используемыми при изготовлении технологиями и в связи с предельной простотой конструкции может составлять порядка 100000 часов.

Управление преобразователем осуществляется электронным блоком, реализующим необходимый алгоритм управления измерениями, преобразование измерительной информации в цифровую форму, вычисление расхода и процентного отношения фракций в потоке, а также обеспечивающим выдачу накопленной информации по унифицированному последовательному интерфейсу.

На основании рассмотренных авторами источников информации не удалось обнаружить прототип устройства дебитомера использующий вышеописанный принцип измерений.

Наиболее близким по принципу действия является расходомер жидкости по авторскому свидетельству СССР N 978677, структурная схема которого показана на Фиг. 1.

Обозначения на рисунке соответствуют:

1- постоянный магнит поляризатора;

2- трубопровод из немагнитного материала;

3- постоянный магнит анализатора;

4- устройство введения магнитной метки(отметчик);

5- обмотка спиндетектора;

6- генератор радиочастоты возбуждения отметчика;

7- схема электронного ключа;

8- усилитель мощности радиоимпульса отметчика;

9- генератор радиочастоты возбуждения сигнала свободной индукции

(ССИ);

10- формирователь радиоимпульса возбуждения ССИ;

11- усилитель мощности радиоимпульса возбуждения ССИ;

12- усилитель-ограничитель принимаемого ССИ;

13- детектор принятого сигнала ССИ;

14- устройство вычитания двух последовательных видеоимпульсов ССИ;

15 - генератор управляемый напряжением (ГУН);

16- делитель частоты ГУН;

17- формирователь сигнала управления ГУН. 4

Принцип действия устройства заключается в измерении времени прохождения магнитной меткой, вносимой в поток измеряемой жидкости, измерительной длинны L с последующим расчетом объемного расхода Qo по формуле:

где S -сечение трубопровода преобразователя, Т- период следования меток.

Устройство работает следующим образом:

Qo SL/T,

вается и, сохраняя это состояние, ходит в область рассеянного магнитного поля постоянного магнита анализатора 3, которое имеет значительный градиент вдоль трубопровода.

В этой зоне расположено устройство введения магнитной метки 4, представляющее собой обмотку на диэлектрической вставке трубопровода, вектор напряженности магнитного поля которой ортогонален вертикальной составляющей поля магнита анализатора 3.

Основной функцией отметчика является размагничивание жидкости протекающей через его сечение во время действия возбуждающего радиоимпульса, частота заполнения которого равна ларморовской частоте при действующем значении вертикальной составляющей поля магнита анализатора 3. Параметры отметчика выбираются исходя из условия обеспечения максимального градиента поля на границах объемов жидкости с разным уровнем намагниченности.

Частота повторения радиоимпульсов возбуждения отметчика определяется генератором 15 и триггером 16, выходной сигнал которого управляет электронным ключом 7, пропускающим сигнал частоты заполнения от генератора 6 на вход усилителя мощности 8.

Обмотка спиндетектора 5 размещается на диэлектрической вставке трубопровода в центральной части магнита анализатора 3.

Частота генератора 9 соответствует ларморовской частоте при напряженности магнитного поля в центре обмотки ССИ. На формирователь длительности радиоимпульса возбуждения ССИ 10 поступает сигнал от генератора 15, определяющий период повторения радиоимпульсов. Выходной сигнал формирователя 10 подается на усилитель мощности 11.

После окончания радиоимпульса в обмотке 5 индуцируется наведенный ССИ, который принимается усилителем 12 и с выхода детектора 13 выделенные видеоимпульсы ССИ поступают на вход вычитающего устройства 14, которое осуществляет вычитание уровней видеоимпульсов, формируя сигнал ошибки слежения. Этот сигнал подается на формирователь сигнала управления ГУН 17, выходной сигнал которого изменяет частоту генератора 15 (ГУН) таким образом, чтобы минимизировать сигнал ошибки слежения.

Установившееся значение частоты ГУН соответствует постоянному расходу жидкости, протекающей в трубопроводе, причем период сигнала ГУН равен времени прохождения меткой измерительной длинны преобразователя.

Педостаток способа в данном прототипе заключается в том, что предлагается регистрировать сигнал в тот момент, когда в центре датчика находится центр метки, а это не так, так как вторая метка в это время, т.е. через время Т/2 может вообще не попасть в обмотку датчика, что неизбежно вызовет сбой в работе устройства.

Вторым недостатком является то, что при наличии помех, например импульсов от газовых включений, расходомер может перескочить на вторую гармонику, завысив показания вдвое.

Кроме того в формуле изобретения допущена ошибка, в результате которой расходомер неработоспособен. Фраза ...проводя интегрирование со знаком противоположным предыдущему, оба результата суммируют и по отклонению суммы от нуля подстраивают частоту нанесения меток является ощибочной, так как это приводит лишь к удвоению результата одного измерения, а фазовая чувствительность, на чем и основана вся работа расходомера, пропадает.

Описанный расходомер при наличии в жидкости газовых включений, до определенного процентного соотношения, продолжает работать и показания его соответствуют объемному расходу смеси.

При этом осциллограмма ССИ регистрирует колебания амплитуды сигнала, вызванные присутствием газа.

Основным недостатком описанного расходомера при использовании его в качестве дебитомера является зависимость амплитуды ССИ от скорости течения смеси и от соотношения ее компонент.

При испытаниях опытного образца расходомера на сильно загазованных жидкостях (более 50% газа по объему) наблюдались сбои в работе.

Рассмотренный расходомер не предназначался для измерений процентного отношения различных фракций многофазного потока, в то время как потенциальные возможности использования метода ЯМР позволяют выполнить подобные измерения.

Согласно классификации класс приборов GO 1 (расходомеры) не может служить прототипом для классов Е21В, Е21Б (дебитомеров),среди которых обнаружить прототип не удалось, ак как в предлагаемом дебитомере используются другие физические явления и аппаратные методы.

Таким образом предлагаемый дебитомер является естественным развитием методик измерений расхода реализованных в упомянутом авторском свидетельстве и в других источниках путем включения новых функциональных узлов в схему управления устройством, реализующих дополнительные алгоритмы управления измерительным преобразователем и обработки измерительной информации.

Наличие механических примесей в измеряемом потоке практически не оказывает влияния на ресурс работы устройства, гидравлические удары в трубопроводе не влияют на надежность работы измерительного преобразователя, который может длительное время эксплуатироваться без профилактического обслуживания.

Цифровые обозначения на схеме означают:

1- постоянный магнит поляризатора;

2- трубопровод из диэлектрического материала; 3,8,10- полюсные наконечники;

4,11,26 - обмотки индикации намагниченности контролируемой смеси ;

5- датчик температуры смеси в трубопроводе;

6- датчик давления в трубопроводе;

7,9,25 - обмотки изменения намагниченности контролируемой смеси;

12- обмотка спиндетектора;

13- оболочка с опорной жидкостью;

14- постоянный магнит анализатора; 15,16,17 - управляемые генераторы радиочастоты;

18 - - усилитель мощности радиоимпульсов возбуждения ССИ ;

19.21.23- управляемые генераторы радиочастоты;

20.22.24- усилители мощности радиочастот;

27 -приемо-усилительный блок сигнала ССИ;

28 -генератор возбуждения ССИ;

29-устройство управления и обработки;

30-панель управления;

31-датчик окружающей температуры.

Принцип действия дебитометра заключается в следующем. Многофазный поток (смесь воды, ефти и газа) протекает по трубопроводу 2 выполненному из диэлектрического материала последовательно через область магнитного поля постоянного магнита поляризатора 1, а затем через область магнитного поля постоянного магнита анализатора 14, проходя области, охваченные обмотками 7,9,25 и обмоткой спиндетектора 12.

Обмотки 7,9,25 совместно с полюсными наконечниками из магнитного материала обеспечивает изменение вектора намагниченности смеси потока, обмотки 4,11,26 осуществляют контроль этих изменений.

Узкая зона изменения намагниченности в смеси обусловлена применением полюсных наконечников специальной формы, изменяющих лишь локальную область поля поляризатора и создающих градиент поля. Благодаря этому можно изменять намагниченность потока в плоскостях, отстоящих друг от друга на несколько миллиметров без взаимного влияния полей высокой частоты на зоны поворота векторов намагниченности смеси. Пары обмоток 4/25; 7/26; 9/11 могут перемещаться вдоль трубы.

Обмотка спиндетектора 12 последовательно во времени вначале служит для возбуждения ССИ в объеме смеси охваченной обмоткой под воздействием радиоимпульса усилителя 18, а затем для считывания этого сигнала блоком усиления и преобразования сигнала 27.

Обмотка 12 размещается в цилиндрической кювете 13, заполненной опорной жидкостью при том же давлении, что и в трубопроводе 2, которая охватывает трубу датчика в центральной области полюсных наконечников магнита анализатора.

В результате особенностей конструктивного исполнения температура опорной жидкости практически совпадает с температурой смеси в трубе преобразователя, сохраняя неизменным соотношение амплитуд сигналов ССИ полезной компоненты в трубе преобразователя и «опорной жидкости . В фазе возбуждения ССИ высокочастотное магнитное поле обмотки воздействует на вещество потока внутри трубы датчика и на вещество «опорной жидкости , в следствии чего в фазе считывания ССИ будет регистрироваться суммарный сигнал от обеих указанных компонент.

Поскольку магнит анализатора конструируется специально для получения высокой степени однородности магнитного поля в зазоре, фазовый сдвиг между сигналами ССИ от опорной жидкости и от измеряемой смеси практически отсутствует, что позволяет методом амплитудной селекции выделить сигнал от опорной жидкости и использовать его в качестве опорного сигнала синхронного детектора, применение которого позволяет получить сигнал о ничтожном количестве протекающей жидкости при соотношении сигнал/шум порядка минус 100 дб.

Подобная операция позволяет измерить скорость потока жидкостного тумана, сопровождающего поток газа.

Другая функция опорной жидкости состоит в том, что она является встроенной мерой при количественных измерениях фракции нефти в потоке.

Обеспечение высокой точности измерений в предлагаемом дебитомере возможно только при стабилизации параметров приемно-усилительного тракта ССИ,а также параметров возбуждения спин-системы в измеряемой смеси.

Жесткие условия эксплуатации дебитомеров, вызывающие необходимость обеспечения высокой степени стабилизации параметров аппаратуры приводит к существенному ее удорожанию. По этой причине введение опорной жидкости на входе тракта усиления и преобразования сигнала позволяет нейтрализовать влияние климатических факторов и тем самым снизить стоимость аппаратуры.

При измерении расхода многокомпонентного потока (нефть, вода, газ) в предлагаемом дебитомере сигналы свободной индукции возникают от всех компонент потока, включая газ при условии достаточного давления.

Указанные сигналы будут суммироваться с ССИ от вещества встроенной меры (опорной жидкости).

Сигнал от опорной жидкости предварительно измеряется при отсутствии смеси в трубе преобразователя и запоминается в памяти устройства управления и обработки 29 при действующих значениях температуры и давления для последующего использования в вычислительном алгоритме определения процентного отношения компонент смеси. Он может быть получен также при размагничивании смеси обмоткой 9.

Датчик давления 6 обеспечивает измерение рабочего давления в трубопроводе, значение которого затем используется для нормированных вычислений газового фактора на основании измеренного значения объемного расхода газа при рабочем давлении.

Датчик температуры 5 обеспечивает измерение температуры смеси для выполнения аналогичных вычислений.

Требуемые уровни намагниченности смеси в объемах обмоток 7, 9, 25 обеспечивают усилители мощности радиочастоты 20, 22, 24, возбуждаемые от генераторов радиочастот, соответственно, 19, 21, 23, значения частот которых задается от устройства управления и обработки 29.

Усилитель мощности радиоимпульса возбуждения ССИ 18 выдает короткий радиоимпульс в обмотку 12 для возбуждения ССИ от смеси.

Блок усиления и преобразования считанного ССИ 27 представляет собой узкополосный супергетеродинный приемник с синхронным детектором, в качестве опорной частоты которого используется сигнал ССИ от опорной жидкости, выделенный из суммарного сигнала ССИ методом амплитудной селекции. Выходной сигнал детектора преобразуется в цифровую форму встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и поступает в устройство управления и обработки 29.

Панель управления 31 обеспечивает задание режимов работы устройства и индикацию результатов измерений компонент смеси.

Работа устройства происходит следующим образом:

При включении питания устройство управления и обработки 29 выполняет программу начальной инициализации, включающую в себя диагностику отдельных подсистем устройства и установку начальных параметров для выполнения режима измерения частоты ССИ от опорной жидкости оболочки 13.

Функциональные узлы устройства 29 формируют комбинацию управляющих сигналов, обеспечивающих возбуждение спин-системы опорной жидкости в объеме охваченном обмоткой 12 и корректное усиление возбужденного сигнала ССИ в блоке 27.

а - импульсы запуска формирователя радиоимпульса возбуждения ССИ,

следующие с начальной частотой опроса намагниченности смеси;

б - радиоимпульсы возбуждения ССИ и следующие за ними ССИ;

в - нормированные по длительности импульсы синхронные с фронтами

импульсов запуска Фиг.За, обеспечивающие блокировку входных каскадов приемо-усилительного блока на время действия радиоимпульса возбуждения ССИ и окончания переходных процессов;

г - нормированные по длительности импульсы фиксирующие временной

интервал обработки ССИ в блоке 27;

д - сигнал управления выборкой ССИ;

е - выходной сигнал синхронного детектора.

Управляемый генератор-формирователь 28 устанавливается в режим непрерывной генерации удвоенного значения частоты Лармора для опорной жидкости при выбранном значении напряженности магнитного поля анализатора 14. При поступлении импульса запуска формирователь выдает радиоимпульс фиксированной длительности с частотой заполнения равной ожидаемому значению частоты Лармора, который поступает через усилитель мощности 18 на обмотку 12, начиная цикл возбуждения ССИ.

По спаду импульса временной диаграммы Фиг.Зв разрешается прием наведенного в обмотке 12 ССИ от спин-системы опорной жидкости.

Динамический диапазон ССИ на входе составляет порядка +40 дБ относительно уровня 5 мкВ.

Управляющая подпрограмма устройства 29 выполняет начальную установку частоты генератора 28 и контролирует выходной уровень сигнала блока 27, изменяя частоту генератора с целью определения максимального значения выходного сигнала. В этой точке частота возбуждения спин-системы опорной жидкости соответствует значению частоты Лармора при существующей напряженности магнитного поля анализатора 14.

Частота гетеродина блока 27 стабилизирована кварцевым резонатором с малым значением ТКЧ и не требует подстройки в интервале рабочих температур дебитомера.

Операция 2 Калибровка тракта усиления и преобразования ССИ.

Эта операция производится при отсутствии потока смеси в трубе измерительного преобразователя в текущих климатических условиях перед выполнением измерений.

Для выполнения калибровки используется двумерный массив зависимости выходного уровня ССИ от температуры опорной жидкости полученный экспериментально для используемого образца измерительного преобразователя в рабочем диапазоне температур и измеренное значение температуры опорной жидкости от датчика 5.

Указанный массив хранится в постоянном запоминающем устройстве ПЗУ) устройства 29.

.Подпрограмма выполнения калибровки по измеренному значению температуры осуществляет выборку из массива ожидаемого кода уровня ССИ, который сравнивается с кодом измеренного уровня ССИ и в зависимости от результата сравнения вычисляет и загружает в регистр управления усилением блока усиления и преобразования 27 код коррекции коэффициент усиления.

Указанная процедура позволяет стабилизировать коэффициент усиления блока 27 в изменяющихся климатических условиях несмотря на наличие температурного дрейфа параметров аппаратуры.

Установленное значение коэффициента усиления сохраняется неизменным до тех пор, когда изменение температуры окружающей среды потребует его коррекции для обеспечения требуемой точности измерений.

Контроль температуры окружающей среды осуществляется датчиком температуры 31. Для выполнения коррекции необходимо, чтобы зависимость коэффициента усиления блока 27 от температуры также была записана в ПЗУ устройства 29 (в случае когда отсутствует термостабилизация блока 27).

Эта коррекция может выполнятся автоматически в процессе измерений.

Операция 3.

Измерение объемного расхода смеси производится следующим образом:

В обмотку 7, находящуюся в градиенте магнитного поля, направленном вдоль трубы 2, подается высокочастотное напряжение с усилителя 22.

Специально сформированный градиент магнитного поля создает резкий перепад намагниченности соседних зон - фронт. В предлагаемом дебитомере в один момент времени он означает изменение больщей намагниченности на меньшую, а в другой момент времени - изменение меньщей намагниченности на больщую.

11

Так как длительность генерации зон с разной намагниченностью устанавливается одинаковой, то число частиц в них, обладающих разной намагниченностью одинаково.

При постоянной скорости движения смеси зоны, естественно, движутся с

зтой же скоростью, макроскопическая намагниченность их на несколько порядков меньше энергии движения и поэтому повлиять на гидродинамические силы не может.

Фронт метки после его генерации начинает деформироваться профилем течения. Деформации одинаковы в одни и те же моменты времени для зон разной намагниченности.

К моменту регистрации фронтов обмоткой 12 спиндетектора они становятся разными ,так как предыдущая зона генерирована раньше чем последующая и процесс перемешивания зон уменьшил вклад ее намагниченности в обмотке 12. Таким образом выходящая из обмотки 7 зона в момент действительного нахождения фронта в центре обмотки 12 даст меньший вклад в ССИ, чем следующая за ней входящая.

В последующий момент времени, соответствующий действительному времени транспортирования, входящая зона становится выходящей и ее вклад становится меньшим. Иными словами амплитуды и знаки ССИ на выходе синхронного детектора, различающего знак намагниченности при опросе обмоткой 12, через действительное время транспортирования будут чередоваться.

В единственном случае их амплитуды равны по абсолютной величине, когда время опроса намагниченности в обмотке 12 равно времени транспортирования. Этот случай соответствует методу полного уравновешивания.

Измерения возможно проводить и при неполном уравновешивании, но и погрешность, естественно, увеличивается.

Итак, чтобы измерить действительное время транспортирования, равное полупериоду генерации зон, достаточно выбрать частоту генерации зон, так чтобы в моменты опроса, соответствующие моментам изменения намагниченности, абсолютные значения ССИ были бы равны.

Далее при заданном сечении трубы S расход Q вычисляется по известной формуле

Q 2SL/T,(1)

где L - расстояние между центрами обмоток 7 и 12, Т - период переключения зон.

12

Определение количества нефти при отсутствии воды и газа.

Нефть имеет время продольной релаксации Т наименьшее из сопутствующих ей компонент и не представляет трудностей намагничивать ее практически до насыщения, когда время намагничивания равно(3-5)Т.

В этом режиме работы обмотка 9 изменяет намагниченность потока за время кратное 2-6 временам транспортирования, а опрос производится с той же частотой. Таким образом на плоскую часть каждой метки ( а она соответствует полной намагниченности) приходится несколько опросов.

Сравнение усредненных результатов этих опросов с значением сигнала меры, занесенным в память при операции 2 перемноженная на величину объемного расхода дает значение количества нефти.

Если в качестве опоры использована та же самая нефть, которая протекает по трубопроводу дебитомера, то при известной ее плотности расход получают в единицах массы

где р - плотность нефти. Операция 5.

Определение газового фактора при отсутствии в смеси воды.

Используя результаты определения массы нефти проходящей в единицу времени через дебитомер, пренебрегая массой газа (его вклад в сигнал составляет при обычных условиях менее 1%) вычисляем объемный расход нефти:

,(3)

где р - плотность нефти.

Разность общего объемного расхода QQB и объемного расхода нефти

QM даст объемный расход газа Qr при рабочем давлении, измеренном датчиком 6. Стандартный пересчет определяет газовый фактор.

Операция 6.

Определение количества нефти при наличии в смеси воды.

Выбираем такое расстояние между обмоткой 12 и обмотками 9,11 с полюсным наконечником 10, чтобы при известной скорости течения из операции 3 нефть успевала намагнитится полностью. Измеряем амплитуду

13

QM QO р,(2)

сигнала A , которая состоит из амплитуды опорного образца, амплитуды нефти и амплитуды воды. Амплитуда опоры измерена в-операции 2. Амплитуда воды неизвестна. Чтобы ее вычислить производят следующее: в обмотку 9 подают напряжение высокой частоты, которое по мере своего роста поворачивает вектор суммарной намагниченности. В результате ССИ падает и при каком- то напряжении на обмотке 9 суммарный магнитный момент в этом сечении обращается в ноль. Это означает, что вклад в суммарный сигнал вода, получившая намагниченность левее обмотки 9 не вносит, вносит в сигнал только та ее часть, которая намагничивается на калиброванном по длине участке между обмотками 9 и 12. Чтобы проконтролировать нулевую намагниченность на выходе обмотки 9 служит обмотка 11, в которую подается высокочастотное напряжение, модулированное низкой частотой.

Если намагниченность на выходе обмотки 9 равна нулю - ССИ от воды отсутствует. При колебаниях расхода суммарный вектор намагниченности приобретает либо положительное (относительно магнита 14),либо отрицательное значение. При синхронном детектировании на низкой частоте на выходе синхронного детектора имеют тот или иной знак сигнала, используемый для поддержания нулевого значения намагниченности в сечении обмотки 9.

Для вычисления вклада в ССИ той части воды, которая приобретает намагниченность на участке между обмотками 9 и 12 обесточивают обмотки 9 и 11, а размагничивание точно таким же способом производят обмотками 7 и 26.

Вода теперь проходит от обмотки 7 до обмотки 12 другое время t оно известно из операции 3, так же как и время t от обмотки 9 до обмотки 12, которое вычисляют точно также как в операции 3.

Таким образом суммарный сигнал А получает некоторре приращение, вызванное большим временем транспортирования воды t .

Амплитуда сигнала намагничивания воды между обмотками 9 и 12

89-12 Амплитуда сигнала намагничивания воды

А в 7-12 Ао(1-е-)(5) 14

Ао(1-е- )(4) между обмотками 7 и 12

АВ7-12 (1- е ) / (1- е ) (6)

в 9-12

Подставляя в (6) времена транспортирования, вычисляем вклад воды в суммарный сигнал А. Зная амнлитуду сигнала опоры и вклад воды на участке между обмотками 9 и 12 вычитаем их из А и получаем значение ССИ от нефти. Это значение с учетом протонного содержания воды и нефти используется при вычислении их процентного соотношения.

Операция 7.

Определение количества воды. Точное определение воды в смеси, особенно при малой ее доле, требует отсутствия компонент с близкими временами релаксации, или достаточно большего количества размагничиваюш;их сечений вдоль пути следования смеси, чтобы идентифицировать экспоненту.

Нет необходимости намагничивать воду до насыщения. Достаточное количество точек экспоненты можно получить за время поляризации порядка одного Т , точки в этой части экспоненты наиболее информативны.

Используя выражение (6 ) для воды и получив достаточное количество точек воспроизводим всю экспоненту и вычисляем А в магнитном поле анализатора по текуш;ему значению ССИ.

15

Claims (4)

1. Дебитомер нефтяных скважин, состоящий из диэлектрической трубы, размещенной в межполюсном зазоре магнитов, расположенных на ней обмотками попарно в обоймах, создающих локальный градиент магнитного поля, направленный вдоль трубы, обмотки спиндетектора в однородной области магнитного поля, охваченной жидкостью, заключенной в экран, формирующий величину и форму поля в этой жидкости, играющей роль встроенной меры количества вещества, радиочастотных генераторов и усилителей, подключенных к указанным выше обмоткам, датчиков температуры и давления смеси в трубе, микропроцессорного устройства управления и обработки, задающего алгоритм управления функциональными узлами и вычисление объемных расходов смеси, воды и газа, а также массового расхода нефти без сепарации компонентов.

2. Дебитомер по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между обмоткой спиндетектора и предшествующей ей парой обмоток в магнитном поле анализатора выбирают такой длины, чтобы нефть или ее репрезентативная компонента с наименьшим временем продольной релаксации намагничивалась полностью, а обмотки упомянутой выше пары совместно с полюсными наконечниками создают зоны изменения намагниченности текущей смеси с минимальным расстоянием между ними много меньшим упомянутой длины намагничивания.

3. Дебитомер по п.1, отличающийся тем, что обмотки, расположенные попарно в одной обойме, создающей градиент магнитного поля, выполняют функции: первая обмотка по ходу смеси осуществляет изменение величины вектора суммарной намагниченности смеси как в непрерывном, так и в режиме модуляции при изменении скорости протекания смеси, вторая обмотка совместно с устройством управления и обработки выполняет регулирование тока высокой частоты в первой обмотке для осуществления контролируемого поворота вектора суммарной намагниченности при выполнении операций вычисления процентного состава воды или других компонент в смеси.

4. Дебитомер по п.1, отличающийся тем, что действительное время транспортирования от сечения образования фронтов равных по длине зон до центра обмотки спиндетектора с симметричной характеристикой преобразования по ее длине определяют по равенству значений сигналов, возникающих в обмотке спиндетектора синхронно с моментами генерации фронтов.