RU146226U1

RU146226U1 - DEVICE FOR RESEARCH OF REFRACTION INDICATORS AND DISPERSION OF OIL ON THE MOUTH OF THE PRODUCING WELL

Info

Publication number: RU146226U1
Application number: RU2013157986/03U
Authority: RU
Inventors: Рамис Нурутдинович Бурханов
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2014-10-10

Abstract

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для геолого-промыслового контроля разработки нефтяного месторождения оптическими методами и исследования нефтедобывающих скважин, и касается измерения показателей преломления и дисперсии добываемых жидкостей, дебита по нефти и воде и обводненности непосредственно на устье добывающей скважины в режиме реального времени. Целью полезной модели является создание устройства для увеличения надежности контроля разработки нефтяного месторождения, повышения точности и достоверности оптического метода оперативного исследования параметров и изменений свойств нефти на устье добывающей скважины в режиме реального времени. Заданная цель решается предлагаемым устройством для исследования показателей преломления и дисперсии нефти на устье добывающей скважины. Устройство для исследования показателей преломления и дисперсии нефти на устье добывающей скважины содержит теплоизоляционный корпус, разделенный на приемный, питания, измерительный, фотоэлектрический, преобразования, хранения и передачи данных, выкидной блоки и соединительные элементы. Новым является то, что устройство выполнено в виде блоков (съемных модулей), заключенных каждый в собственный корпус с возможностью из комплектования в зависимости от задач и назначения в накопитель, расходомер или устьевой пробоотборник, а измерительный блок оснащен съемными измерительными призмами, выполненными с возможностью исследования непрозрачной нефти или непрозрачной жидкости с газом одной из призм на отраженном свете, а прозрачных сред другой из призм на преломленном свете, при этом измерительный блок содержит фоточувствительные стекла и термопластины, а фотоэлектрический блок включает фотометрические сенсоры, усилители и счетчики сигналов с возможностью определения относительного дебита по нефти и воде и обводненности добываемой продукции. Предлагаемое устройство характеризуется следующими преимуществами. Комплексный характер устройства позволяет использовать его для измерения показателей преломления и средней дисперсии сырой нефти, расходомера, пробоотборника или обычного сборника (накопителя) или в различных сочетаниях, в зависимости от решаемых задач. Возможность модульного исполнения, когда комплектация отдельных модулей и их количество определяется назначением устройства. Измерение свойств сырой нефти (неизмененной в процессе транспортировки и хранения в лаборатории) непосредственно на устье скважины. Возможность одновременного исследования среды в отраженном и преломленном свете и в широком спектральном диапазоне, что не ограничивает возможности использования устройства в зависимости от плотности, прозрачности, других физико-химических свойств нефти. Возможность сканирования нефти в широком спектральном диапазоне длин волн или определения показателя преломления для излучения заданной длины волны. Это позволяет определить и использовать затем в геолого-промысловых целях показатели преломления для светового излучения той длины волны, которые наилучшим образом коррелируются с геолого-промысловыми данными скважины или месторождения в целом. Возможность одновременного определения показателей преломления и средней дисперсии исследуемой среды, а также возможность определения средней дисперсии в заданном интервале длин волн светового излучения. Это позволяет использовать в геолого-промысловых целях показатели средней дисперсии такого интервала длин волн светового излучения, которые наилучшим образом коррелируется с геолого-промысловыми данными скважины или месторождения в целом. Возможность получения данных с заданной дискретностью в заданном интервале времени исследования добывающей скважины, что позволяет получить наиболее достоверные сведения об изменении свойств жидкостей в процессе эксплуатации скважины. Возможность получения данных в режиме on-line для дальнейшей корреляции их с другими геолого-промысловыми данными. Возможность использования устройства в качестве расходомера для определения относительного дебита скважины по нефти, воде и определения обводненности продукции. Устройство может быть использовано для исследования плотности и других физико-химических свойств добываемой нефти и их изменения во времени, для оценки эффективности применения различных видов геолого-технических мероприятий, в том числе направленных на повышение нефтеотдачи пластов. Исследования добывающих скважин с использованием устройства в комплексе с геофизическими и гидродинамическими методами исследований скважин значительно увеличит надежность контроля разработки нефтяного месторождения. The utility model relates to the oil industry and can be used for geological and field monitoring of oil field development using optical methods and to study oil wells, and concerns the measurement of refractive indices and dispersions of produced fluids, oil and water flow rates and water cut directly at the mouth of a producing well in real time time. The purpose of the utility model is to create a device for increasing the reliability of monitoring the development of an oil field, increasing the accuracy and reliability of the optical method for the operational study of parameters and changes in the properties of oil at the mouth of a producing well in real time. The goal is solved by the proposed device for the study of refractive indices and dispersion of oil at the mouth of the producing well. A device for studying the refractive indices and dispersion of oil at the mouth of a producing well contains a heat-insulating casing, divided into receiving, power, measuring, photoelectric, converting, storing and transmitting data, flow blocks and connecting elements. New is that the device is made in the form of blocks (removable modules), each enclosed in its own housing with the possibility of completing, depending on the tasks and purpose, into a storage device, flowmeter or wellhead sampler, and the measuring unit is equipped with removable measuring prisms made with the possibility of research an opaque oil or an opaque liquid with gas of one of the prisms in reflected light, and transparent media of another of the prisms in refracted light, while the measuring unit contains photosensitive nye termoplastiny glass, and a photovoltaic unit includes photometric sensors, amplifiers and signal counters to determine the relative flow rate of oil and water and water cut. The proposed device is characterized by the following advantages. The complex nature of the device allows you to use it to measure the refractive indices and the average dispersion of crude oil, a flow meter, a sampler or a conventional collector (accumulator), or in various combinations, depending on the tasks. The possibility of modular execution, when the equipment of individual modules and their number is determined by the purpose of the device. Measurement of the properties of crude oil (unchanged during transportation and storage in the laboratory) directly at the wellhead. The ability to simultaneously study the medium in reflected and refracted light and in a wide spectral range, which does not limit the possibility of using the device depending on the density, transparency, and other physicochemical properties of the oil. The ability to scan oil in a wide spectral range of wavelengths or to determine the refractive index for radiation of a given wavelength. This allows you to determine and then use for geological exploration purposes the refractive indices for light radiation of that wavelength that are best correlated with the geological exploration data of the well or the field as a whole. The ability to simultaneously determine the refractive indices and the average dispersion of the investigated medium, as well as the ability to determine the average dispersion in a given interval of wavelengths of light radiation. This makes it possible to use for geological exploration purposes the indicators of the average dispersion of such an interval of wavelengths of light radiation that are best correlated with the geological and exploratory data of the well or the field as a whole. The ability to obtain data with a given discreteness in a given time interval of the study of the producing well, which allows you to get the most reliable information about changes in the properties of fluids during the operation of the well. Possibility of receiving data on-line for their further correlation with other geological and field data. The ability to use the device as a flow meter to determine the relative flow rate of a well in oil, water and determine the water cut of a product. The device can be used to study the density and other physico-chemical properties of oil produced and their changes over time, to assess the effectiveness of various types of geological and technical measures, including those aimed at increasing oil recovery. Researches of producing wells using the device in combination with geophysical and hydrodynamic methods of well research will significantly increase the reliability of monitoring the development of an oil field.

Description

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для геолого-промыслового контроля разработки нефтяного месторождения оптическими методами и исследования нефтедобывающих скважин, и касается измерения показателей преломления и дисперсии добываемых жидкостей, дебита по нефти и воде и обводненности непосредственно на устье добывающей скважины в режиме реального времени.The utility model relates to the oil industry and can be used for geological and field monitoring of oil field development using optical methods and to study oil wells, and concerns the measurement of refractive indices and dispersions of produced fluids, oil and water flow rates and water cut directly at the mouth of a producing well in real time time.

Известно, что нефть характеризуется сильной неоднородностью по физико-химическим свойствам, в том числе плотности и особенно оптическим характеристикам. Оптические свойства нефти сопоставляются с содержанием в нефти асфальтно-смолистых углеводородов влияющих на плотность, вязкость и иные физические характеристики и параметры нефти.It is known that oil is characterized by strong heterogeneity in physicochemical properties, including density and especially optical characteristics. The optical properties of oil are compared with the content in the oil of asphalt-resinous hydrocarbons affecting the density, viscosity and other physical characteristics and parameters of the oil.

Известен способ исследования действующих скважин и устройство для его осуществления, содержащее автономный скважинный прибор, включающий корпус с отсеками, в которых размещены датчики измерения и регистрации (Патент РФ №2172826, Кл. E21B 47/00).A known method of researching existing wells and a device for its implementation, comprising an autonomous downhole tool, comprising a housing with compartments, in which the sensors are measured and registered (RF Patent No. 2172826, CL. E21B 47/00).

Недостатками известного способа является сложность и трудоемкость использования, так как применяется спускаемый прибор для осуществления исследования действующих скважин, что ведет к значительным затратам средств и времени, а также отсутствие мобильности прибора.The disadvantages of this method is the complexity and complexity of use, since a descent device is used to conduct research on existing wells, which leads to significant costs and time, as well as the lack of mobility of the device.

Существует автоматический рефрактометр, содержащий источник света, формирующую линзу и измерительную призму, причем в рефрактометр введен узел, состоящий из концентрирующей линзы и рассеивающего матового стекла и преобразующий отраженный модулированный световой поток, при этом концентрирующая линза предназначена для сбора отраженного модулированного светового потока на рассеивающее матовое стекло и в рефрактометре предусмотрен фотодиод, воспринимающий яркость свечения матового стекла (заявка на изобретение №2002130730/28, Кл. G02B 17/00).There is an automatic refractometer containing a light source forming a lens and a measuring prism, and a node consisting of a concentrating lens and diffusing frosted glass and converting the reflected modulated light flux is introduced into the refractometer, while the concentrating lens is designed to collect the reflected modulated light flux on the diffusing frosted glass and a photodiode is provided in the refractometer, perceiving the brightness of the frosted glass (application for invention No. 2002130730/28, Cl. G02B 17/00).

Недостатком данного рефрактометра является то, что он не предназначен для определения дисперсии добываемой жидкости, а отсутствие разделения светового потока по волнам препятствует определению показателей преломления светового излучения.The disadvantage of this refractometer is that it is not designed to determine the dispersion of the produced fluid, and the absence of separation of the light flux by the waves prevents the determination of the refractive indices of light radiation.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является мобильное устройство автоматизированного измерения оптических свойств нефти на устье нефтедобывающей скважины, содержащее цилиндрический корпус, разделенный на блоки, запорную арматуру и соединительные элементы, при этом цилиндрический корпус выполнен термостойким с возможностью поддержания стандартной температуры измерений, а приемный блок оснащен клапанно-редукторным механизмом, служащим дозатором, с возможностью автоматического регулирования давления и расхода газожидкостной смеси, подаваемой в устройство, при этом приемный блок разделен на водяную и газовую камеры и снабжен соответственно поглотителями воды и газа, а также клапанными узлами для организации регулируемого поступления жидкости и газа в камеры (Патент РФ №123455, Кл. E21B 47/00).The closest in technical essence to the proposed device is a mobile device for automated measurement of optical properties of oil at the mouth of an oil well, containing a cylindrical body divided into blocks, shutoff valves and connecting elements, while the cylindrical body is made heat-resistant with the ability to maintain a standard measurement temperature, and the receiving the unit is equipped with a valve-gear mechanism serving as a dispenser, with the possibility of automatic pressure control and the flow rate of the gas-liquid mixture supplied to the device, the receiving unit is divided into water and gas chambers and equipped with water and gas absorbers, as well as valve assemblies for organizing a controlled flow of liquid and gas into the chambers (RF Patent No. 123455, Cl. E21B 47/00).

Вышеуказанное устройство не отвечает требованиям измерения и исследования показателей преломления и дисперсии нефти.The above device does not meet the requirements of measuring and studying the refractive indices and dispersion of oil.

Целью полезной модели является создание устройства для увеличения надежности. контроля разработки нефтяного месторождения, повышения точности и достоверности оптического метода оперативного исследования параметров и изменений свойств нефти на устье добывающей скважины в режиме реального времени.The purpose of the utility model is to create a device to increase reliability. monitoring oil field development, improving the accuracy and reliability of the optical method of operational research of parameters and changes in oil properties at the mouth of a producing well in real time.

Заданная цель решается предлагаемым устройством для исследования показателей преломления и дисперсии нефти на устье добывающей скважины.The goal is solved by the proposed device for the study of refractive indices and dispersion of oil at the mouth of the producing well.

Устройство для исследования показателей преломления и дисперсии нефти на устье добывающей скважины содержит теплоизоляционный корпус, разделенный на приемный, питания, измерительный, фотоэлектрический, преобразования, хранения и передачи данных, выкидной блоки и соединительные элементы.A device for studying the refractive indices and dispersion of oil at the mouth of a producing well contains a heat-insulating casing, divided into receiving, power, measuring, photoelectric, converting, storing and transmitting data, flow blocks and connecting elements.

Новым является то, что устройство выполнено в виде блоков (съемных модулей), заключенных каждый в собственный корпус с возможностью из комплектования в зависимости от задач и назначения в накопитель, расходомер или устьевой пробоотборник, а измерительный блок оснащен съемными измерительными призмами, выполненными с возможностью исследования непрозрачной нефти или непрозрачной жидкости с газом одной из призм на отраженном свете, а прозрачных сред другой из призм на преломленном свете, при этом измерительный блок содержит фоточувствительные стекла и термопластины, а фотоэлектрический блок включает фотометрические сенсоры, усилители и счетчики сигналов с возможностью определения относительного дебита по нефти и воде и обводненности добываемой продукции.New is that the device is made in the form of blocks (removable modules), each enclosed in its own housing with the possibility of completing, depending on the tasks and purpose, into a storage device, flowmeter or wellhead sampler, and the measuring unit is equipped with removable measuring prisms made with the possibility of research an opaque oil or an opaque liquid with gas of one of the prisms in reflected light, and transparent media of another of the prisms in refracted light, while the measuring unit contains photosensitive nye termoplastiny glass, and a photovoltaic unit includes photometric sensors, amplifiers and signal counters to determine the relative flow rate of oil and water and water cut.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлено заявляемое устройство.The utility model is illustrated by the drawing, which shows the inventive device.

Устройство включает корпус 1 и следующие основные блоки (или съемные модули) - приемный 2, питания 3, измерительный 4, фотоэлектрический 5, преобразования, хранения и передачи данных 6 и выкидной 7.The device includes a housing 1 and the following main blocks (or removable modules) - receiving 2, power 3, measuring 4, photoelectric 5, conversion, storage and transmission of data 6 and flip 7.

Корпус 1 может быть изготовлен из теплоизоляционного материала или иметь теплоизоляционный кожух 8 для снижения теплообмена между внутренним пространством устройства и внешней средой с целью уменьшения влияния неблагоприятных внешних температур на результаты измерений.The housing 1 can be made of heat-insulating material or have a heat-insulating casing 8 to reduce heat transfer between the internal space of the device and the external environment in order to reduce the influence of adverse external temperatures on the measurement results.

Приемный блок 2 служит для приема и подготовки скважинной жидкости к измерениям, а также отбора контрольных проб. Включает переходное устройство (муфту) 9 для присоединения к отводу отбора проб нефти на выкидной линии скважины (на фигуре не обозначен), клапанно-редукторный механизм 10 автоматического регулирования давления и расхода жидкости, подаваемой в устройство. Включает также поглотители газа 11 и воды 12 и водяную 13 и газовую 14 камеры. Клапанные узлы 15 и 16 служат для регулирования давления поступления жидкости и газа в камеры, а краны 17 и 18 для отбора контрольных проб.The receiving unit 2 is used for receiving and preparing well fluid for measurements, as well as for taking control samples. It includes a transition device (clutch) 9 for connection to an oil sampling tap on the flow line of the well (not indicated in the figure), a valve-gear mechanism 10 for automatically controlling the pressure and flow rate of the liquid supplied to the device. It also includes gas absorbers 11 and water 12 and water 13 and gas chamber 14. Valve assemblies 15 and 16 are used to control the pressure of the fluid and gas entering the chambers, and the valves 17 and 18 for the control sampling.

Блок питания 3 может комплектоваться съемным источником питания 19 и (или) иметь разъем для подсоединения к внешнему источнику питания 20. Служит для генерации и подачи электрического тока в источник светового излучения 21, блок преобразования, хранения и передачи данных 6, электрическую цепь, обеспечивающей синхронную работу клапанов и других узлов.The power supply 3 can be equipped with a removable power source 19 and / or have a connector for connecting to an external power source 20. Serves to generate and supply electric current to the light source 21, the conversion, storage and data transmission unit 6, an electrical circuit that provides synchronous operation of valves and other components.

Измерительный блок 4 служит для непосредственного измерения показателей преломления и дисперсии добываемых жидкостей и дебита по нефти и воде и обводненности продукции скважины. Включает источник светового излучения 21, монохроматор 22, прободержатель 23, съемные измерительные призмы 24 и 25, фоточувствительные стекла 26 и 27 с известной площадью активной поверхности. При необходимости блок 4 может комплектоваться термопластинами 28 и 29 для компенсации влияния температуры на результаты измерений или термодатчиком 30, в случаях, если возникает необходимость изучения влияния температуры на результаты измерений или необходимости определения показателей средней дисперсии и преломления среды при заданной температуре. Клапанно-выпускной механизм 32 обеспечивает выпуск жидкости по отводной трубке 31 из измерительного 4 в выкидной блок 7 после окончания измерений.The measuring unit 4 is used to directly measure the refractive indices and dispersion of the produced fluids and the oil and water production rates and the water cut of the well production. It includes a light source 21, a monochromator 22, a sample holder 23, removable measuring prisms 24 and 25, photosensitive glasses 26 and 27 with a known active surface area. If necessary, block 4 can be equipped with thermoplates 28 and 29 to compensate for the effect of temperature on the measurement results or a temperature sensor 30, in cases where it becomes necessary to study the effect of temperature on the measurement results or the need to determine the average dispersion and refraction of the medium at a given temperature. The valve-exhaust mechanism 32 provides the release of fluid through the outlet pipe 31 from the measuring 4 to the flow unit 7 after the measurement.

Фотоэлектрический блок 5 включает фотометрические сенсоры 33 и 34, усилители 35 и 36, служащие для преобразования яркости свечения фоточувствительных стекол 26 и 27 в электрические сигналы и их усиления, а также счетчики сигналов 37 и 38 для определения относительного дебита по нефти и воде и обводненности продукции.The photovoltaic unit 5 includes photometric sensors 33 and 34, amplifiers 35 and 36, used to convert the luminance of the photosensitive glasses 26 and 27 into electrical signals and their amplifications, as well as signal counters 37 and 38 to determine the relative oil and water flow rate and water cut of the product .

Блок преобразования, хранения и передачи данных 6 включает аналогово-цифровой преобразователь 39, съемную память 40 и устройство передачи данных 41. Блок преобразует аналоговые измерения в цифровой вид для их длительного хранения в съемной памяти 40 и (или) передачи проводными и беспроводными методами в электронную базу данных, содержащую постоянно обновляющиеся сведения по показателям работы скважин и другие показатели разработки месторождения.The unit for converting, storing and transmitting data 6 includes an analog-to-digital converter 39, removable memory 40 and a data transfer device 41. The unit converts analog measurements into digital form for long-term storage in removable memory 40 and (or) transmission by wire and wireless methods to electronic a database containing constantly updated information on well performance indicators and other field development indicators.

Выкидной блок 7 включает накопитель 42 и кран для слива или отбора контрольных проб нефти 43.Flip block 7 includes a drive 42 and a valve for draining or sampling oil samples 43.

Устройство может быть использовано в качестве расходомера, позволяющего определить относительный дебит скважины по нефти и воде и обводненность продукции. Все измерения проводятся в непрерывном режиме с заданной дискретностью в требуемом промежутке времени эксплуатации скважины. Физический принцип измерений основывается на явлениях отражения и преломления светового излучения. Устройство может служить в качестве устьевого пробоотборника. Отбор скважинной пробы производится с разделением на фазы, может отбираться как при атмосферном, так и при устьевом давлении.The device can be used as a flow meter, which allows to determine the relative flow rate of the well in oil and water and the water cut of the product. All measurements are carried out in a continuous mode with a given discreteness in the required period of time for well operation. The physical principle of measurements is based on the phenomena of reflection and refraction of light radiation. The device can serve as a wellhead sampler. Downhole sampling is carried out with phase separation, can be taken both at atmospheric and wellhead pressure.

При модульном исполнении каждый из блоков устройства представляет собой съемный модуль, заключенный в собственный корпус. В зависимости от назначения может комплектоваться необходимыми модулями, соединенными в единое устройство резьбовыми соединениями. Комплектация самих модулей также определяется решаемыми задачами и назначением устройства.With a modular design, each of the device units is a removable module enclosed in its own housing. Depending on the purpose, it can be equipped with the necessary modules connected to a single device by threaded connections. The complete set of the modules themselves is also determined by the tasks to be solved and the purpose of the device.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Устройство монтируется на устьевой арматуре скважины и присоединяется к отводу для отбора устьевых проб с помощью переходной муфты 9. Посредством клапанно-редукторного механизма 10 осуществляется автоматическая с заданной дискретностью подача необходимого объема нефти в приемный блок 2 устройства. Добываемая скважинная жидкость проходит через поглотители газа 11 и воды 12. Газ поступает в газовую камеру 14, вода в водяную камеру 13. Клапанные узлы 15 и 16 регулируют поступление жидкости и газа в камеры. Для отбора пробы газа используется кран 17, воды 18, нефти 43. В камеры 14 и 13 контрольные пробы газа и воды могут поступать и сохраняться при устьевом давлении и в таком виде доставляться в лабораторию для дальнейших исследований их физико-химических свойств и корреляции их с показателями преломления и средней дисперсии добываемой нефти и с другими показателями работы скважины или месторождения в целом. Отбор пробы нефти возможен только при атмосферном давлении. В случае добычи безводной продукции, состоящей из нефти, ее предварительная подготовка, заключающаяся в обезвоживании и дегазации, не требуется. В этом случае приемный блок 2 может быть исключен из конструкции устройства. При модульном исполнении, приемный блок 2 может использоваться как самостоятельный модуль-пробоотборник. Приемный модуль (блок) 2 может быть исключен из конструкции также в случаях его использования в качестве расходомера. При этом измерительный блок 4 непосредственно подсоединяется к отводу для отбора проб через клапанно-редукторный механизм 10 и скважинная жидкость непосредственно поступает в измерительный блок 4.The device is mounted on the wellhead reinforcement and connected to the well for sampling of wellhead samples using the adapter sleeve 9. By means of the valve-gear mechanism 10, the required amount of oil is automatically supplied with the given discreteness to the receiving unit 2 of the device. The produced well fluid passes through the absorbers of gas 11 and water 12. Gas enters the gas chamber 14, water into the water chamber 13. Valve assemblies 15 and 16 control the flow of liquid and gas into the chambers. For sampling a gas, a valve 17, water 18, oil 43 is used. In the chambers 14 and 13, control samples of gas and water can be supplied and stored at wellhead pressure and delivered to the laboratory in this form for further studies of their physicochemical properties and their correlation with refractive indices and average dispersion of produced oil and with other indicators of the operation of the well or the field as a whole. Oil sampling is possible only at atmospheric pressure. In the case of the extraction of anhydrous products consisting of oil, its preliminary preparation, consisting in dehydration and degassing, is not required. In this case, the receiving unit 2 may be excluded from the design of the device. With a modular design, the receiving unit 2 can be used as an independent sampler module. The receiving module (block) 2 can be excluded from the design also in cases of its use as a flow meter. In this case, the measuring unit 4 is directly connected to the outlet for sampling through the valve-gear mechanism 10 and the borehole fluid directly enters the measuring unit 4.

Продукция скважины (или предварительно подготовленная сырая нефть) поступает в измерительный блок 4 в прободержатель 23, включающий две измерительные съемные призмы 24 и 25, которые непосредственно контактируют с нефтью. Прободержатель 23 имеет переменное сечение, в том числе функцию создания сверхтонкой пленки, что особенно актуально для тяжелой нефти с большим содержанием смол и асфальтенов и поэтому не прозрачной. Отметим, что для проведения однократного исследования требуется незначительное количество жидкости - не более 1-2 капель. Для исследования непрозрачных сред, например, тяжелой непрозрачной нефти, используется измерительная съемная призма 24. В этом случае измерения проводятся для отраженного света. Для исследования прозрачных сред, например воды или легкой нефти, может использоваться измерительная съемная призма 25 и в этом случае измерения проводятся для преломленного света. Съемное исполнение измерительных призм 24 и 25 позволяет производить периодическую очистку их поверхностей специальными чистящими растворами, не допускающими их царапания или разрушения.Well production (or pre-prepared crude oil) enters the measuring unit 4 in the sample holder 23, which includes two removable measuring prisms 24 and 25, which are in direct contact with the oil. Sample holder 23 has a variable cross-section, including the function of creating an ultra-thin film, which is especially important for heavy oil with a high content of resins and asphaltenes and therefore not transparent. Note that for a single study, a small amount of liquid is required - no more than 1-2 drops. To study opaque media, for example, heavy opaque oil, a measuring removable prism 24 is used. In this case, measurements are made for reflected light. To study transparent media, such as water or light oil, a removable measuring prism 25 can be used, in which case measurements are made for refracted light. The removable design of measuring prisms 24 and 25 allows periodic cleaning of their surfaces with special cleaning solutions that prevent them from being scratched or destroyed.

Свет от источника 21 попадает в монохроматор 22, который позволяет получить монохроматический свет, т.е. излучение с определенной длиной волны, который затем направляется на съемные измерительные призмы 24 и 25. Это позволяет сканировать нефть в широком интервале длин волн излучения и изучить влияние длины волны на показатели преломления и средней дисперсии среды, поскольку известно, что с увеличением длины волны показатели преломления сред уменьшаются. Спектральный диапазон исследований определяется типом используемого источника.The light from the source 21 enters the monochromator 22, which allows you to get monochromatic light, i.e. radiation with a specific wavelength, which is then sent to removable measuring prisms 24 and 25. This allows you to scan oil in a wide range of radiation wavelengths and study the effect of wavelength on the refractive indices and average dispersion of the medium, since it is known that with increasing wavelength refractive indices environments are reduced. The spectral range of studies is determined by the type of source used.

Тяжелую нефть лучше сканировать в отраженном свете или в проходящем (преломленном) свете в интервале длин волн ближней ультрафиолетовой зоны спектра.It is better to scan heavy oil in reflected light or in transmitted (refracted) light in the wavelength range of the near ultraviolet region of the spectrum.

Легкую прозрачную нефть можно исследовать как в отраженном, так и в преломленном свете. Свет, отраженный на контакте исследуемой среды с поверхностью съемной измерительной призмы 24 направляется на фоточувствительное стекло 26. Свет, преломленный на границе исследуемой жидкости со съемной измерительной призмой 25, направляется на фоточувствительное стекло 27. На поверхности фоточувствительных стекол при этом возникают светотени, граница раздела между освещенной и неосвещенной частью. Освещенная часть стекол начинает светиться, так как стекла 26 и 27 покрываются фоточувствительным веществом. Положение границы светотени, интенсивность свечения и спектральная яркость фоточувствительных стекол 26 и 27 будут определяться показателем преломления исследуемой среды. Показатель средней дисперсии определяется обычно по разнице показателей преломления для синей и красной частей спектра. Так как устройство работает в широком диапазоне излучения, средняя дисперсия может быть определена на любом другом спектральном диапазоне, так, чтобы достигнуть наилучшей корреляции с геолого-промысловыми данными.Light transparent oil can be examined in both reflected and refracted light. The light reflected at the contact of the test medium with the surface of the removable measuring prism 24 is directed to the photosensitive glass 26. The light refracted at the interface of the test liquid with the removable measuring prism 25 is sent to the photosensitive glass 27. At the same time, chiaroscuro occurs on the surface of the photosensitive glasses, the interface between illuminated and unlit part. The illuminated part of the glasses begins to glow, since the glasses 26 and 27 are coated with a photosensitive substance. The position of the chiaroscuro boundary, the luminous intensity, and the spectral brightness of the photosensitive glasses 26 and 27 will be determined by the refractive index of the medium under study. The average dispersion index is usually determined by the difference in refractive indices for the blue and red parts of the spectrum. Since the device operates in a wide range of radiation, the average dispersion can be determined on any other spectral range, so as to achieve the best correlation with geological data.

Спектральная яркость фоточувствительных стекол 26 и 27 определяется как отношение интенсивности свечения к площади поверхности стекол. Яркость свечения стекол воспринимается фотометрическими сенсорами 33 и 34 и преобразуется в электрические сигналы, которые затем поступают в усилители 35 и 36. Счетчики сигналов 36 и 37 вычисляют количество сигналов, соответствующих по уровню показаний нефти или воде, по которым затем в автоматическом режиме вычисляются относительный дебит скважины по нефти и воде.The spectral brightness of photosensitive glasses 26 and 27 is defined as the ratio of the intensity of the glow to the surface area of the glasses. The brightness of the glass is sensed by photometric sensors 33 and 34 and converted into electrical signals, which are then fed to amplifiers 35 and 36. Signal counters 36 and 37 calculate the number of signals corresponding to the level of oil or water readings, which then automatically calculate the relative flow rate oil and water wells.

Обводненность продукции определяется по отношению количества сигналов по воде к общему количеству регистрируемых сигналов за единицу времени. Уровень сигналов, соответствующих воде и нефти, определяется на этапе настройки и калибровки устройства путем заполнения прободержателя 23 эталонными жидкостями. Показатели преломления среды будут вычисляться автоматически по величине продуцируемого тока. При калибровке устройства также определяется зависимость между величиной спектральной яркости фоточувствительных стекол 26 и 27, зависящей от преломления среды и величиной тока. В конструкцию модуля 4 возможно включение термометаллических пластин 28 и 29, соединяющих съемные измерительные призмы 24 и 25 и фоточувствительные стекла 26 и 27 и предназначенные для учета влияния температуры на результаты измерения. Термопластины 28 и 29 растягиваются или сжимаются в зависимости от температуры, плавно передвигая оптическую систему в зависимости от ее изменения. Длина термопластин 28 и 29 и величины их сжатия и растяжения определяются на этапе их калибровки. В случае же необходимости изучения влияния температуры на результаты измерения в конструкцию устройства может быть включен термодатчик 30, монтируемый на входе в прободержатель 23. При этом термопластины 28 и 29 могут быть исключены из конструкции устройства, а определение показателей преломления и дисперсии сред при стандартной температуре (или необходимой температуре) будет производиться автоматически.The water content of the product is determined by the ratio of the number of signals on water to the total number of recorded signals per unit time. The level of signals corresponding to water and oil is determined at the stage of adjustment and calibration of the device by filling the sample holder 23 with reference liquids. The refractive indices of the medium will be calculated automatically by the magnitude of the produced current. When calibrating the device, the dependence between the spectral brightness of the photosensitive glasses 26 and 27, which depends on the refraction of the medium and the magnitude of the current, is also determined. The design of module 4 may include thermometallic plates 28 and 29 connecting removable measuring prisms 24 and 25 and photosensitive glasses 26 and 27 and designed to take into account the effect of temperature on the measurement results. Thermoplates 28 and 29 are stretched or compressed depending on the temperature, smoothly moving the optical system depending on its change. The length of the thermoplates 28 and 29 and their compression and extension are determined at the stage of their calibration. If it is necessary to study the effect of temperature on the measurement results, a temperature sensor 30 mounted at the inlet of the sample holder 23 can be included in the device design. In this case, thermoplates 28 and 29 can be excluded from the device design, and the determination of refractive indices and dispersion of media at standard temperature ( or the required temperature) will be done automatically.

Аналогово-цифровой преобразователь 39 преобразует аналоговые результаты измерений в цифровой формат, которые могут непосредственно храниться в съемной памяти 40 устройства. В случаях, если устройство смонтировано на устье скважины на определенный период в блок 6 включают устройство передачи данных 41 проводными или беспроводными методами в режиме on-line в постоянно обновляемую электронную базу.An analog-to-digital Converter 39 converts the analog measurement results into digital format, which can be directly stored in the removable memory 40 of the device. In cases where the device is mounted at the wellhead for a certain period, unit 6 includes a data transmission device 41 by wire or wireless methods on-line to a constantly updated electronic database.

Блоки 3, 4, 5 и 6 могут быть исполнены как самостоятельный модуль-расходомер, при этом из конструкции исключаются приемный 2 и может быть исключен выкидной 7 блоки. В случае исключения выкидного блока 7, клапанно-выпускной механизм 32 соединяется с емкостью (амбаром или желобом (на фигуре не показан)) для слива жидкостей. После окончания измерений нефть поступает в выкидной блок 7. Кран 43 может быть использован для отбора контрольных проб нефти для лабораторных исследований и сравнения лабораторных и промысловых исследований, исследования других физико-химических свойств нефти и корреляции их с показателями преломления и дисперсии нефти. Выкидной блок 7 также может использоваться как самостоятельный модуль-накопитель для отработанных или высвобождающихся при любых других операциях на устье скважины жидкостей для предотвращения попадания их на земную поверхность, тем самым обеспечивая выполнение условий охраны окружающей среды.Blocks 3, 4, 5, and 6 can be implemented as an independent flowmeter module, while receiving 2 is excluded from the design and the flow-through 7 blocks can be excluded. In the case of exclusion of the flow block 7, the valve-outlet mechanism 32 is connected to a container (barn or trough (not shown in the figure)) for draining liquids. After completing the measurements, the oil enters the flow block 7. Crane 43 can be used to take control oil samples for laboratory research and comparison of laboratory and field studies, study other physical and chemical properties of oil and correlate them with refractive indices and oil dispersion. The flip block 7 can also be used as a standalone storage module for liquids that are spent or released during any other operations at the wellhead to prevent them from reaching the earth's surface, thereby ensuring that environmental conditions are met.

Программное обеспечение устройства может включать 4 уровня программных продуктов.The device software may include 4 levels of software products.

Первый уровень - встроенная программа, обеспечивающая синхронную работу клапанов, измерительных устройств, термометра, аналогово-цифрового преобразователя с заданной дискретностью, а также операции по калибровке устройства и внутренние автоматизированные расчеты и операции и их сохранение во встроенной памяти.The first level is an integrated program that provides synchronous operation of valves, measuring devices, a thermometer, an analog-to-digital converter with a given discreteness, as well as operations for calibrating the device and internal automated calculations and operations and storing them in the built-in memory.

Второй уровень - программный продукт для экспорта полевых данных из устройства в компьютер.The second level is a software product for exporting field data from a device to a computer.

Третий уровень - программный продукт для постобработки данных, построения полученных корреляций и любых других геолого-промысловых данных.The third level is a software product for post-processing data, building the obtained correlations and any other geological and field data.

Четвертый уровень - программные продукты моделирования и электронные базы комплексного использования геолого-промысловых и технико-технологических данных по месторождению (по предприятию) в целом.The fourth level - modeling software products and electronic databases for the integrated use of geological and production and technical and technological data on the deposit (for the enterprise) as a whole.

Предлагаемое устройство характеризуется следующими преимуществами.The proposed device is characterized by the following advantages.

Комплексный характер устройства позволяет использовать его для измерения показателей преломления и средней дисперсии сырой нефти, расходомера, пробоотборника или обычного сборника (накопителя) или в различных сочетаниях, в зависимости от решаемых задач. Возможность модульного исполнения, когда комплектация отдельных модулей и их количество определяется назначением устройства.The complex nature of the device allows you to use it to measure the refractive indices and the average dispersion of crude oil, a flow meter, a sampler or a conventional collector (accumulator), or in various combinations, depending on the tasks. The possibility of modular execution, when the equipment of individual modules and their number is determined by the purpose of the device.

Измерение свойств сырой нефти (неизмененной в процессе транспортировки и хранения в лаборатории) непосредственно на устье скважины.Measurement of the properties of crude oil (unchanged during transportation and storage in the laboratory) directly at the wellhead.

Возможность одновременного исследования среды в отраженном и преломленном свете и в широком спектральном диапазоне, что не ограничивает возможности использования устройства в зависимости от плотности, прозрачности, других физико-химических свойств нефти.The ability to simultaneously study the medium in reflected and refracted light and in a wide spectral range, which does not limit the possibility of using the device depending on the density, transparency, and other physicochemical properties of the oil.

Возможность сканирования нефти в широком спектральном диапазоне длин волн или определения показателя преломления для излучения заданной длины волны. Это позволяет определить и использовать затем в геолого-промысловых целях показатели преломления для светового излучения той длины волны, которые наилучшим образом коррелируются с геолого-промысловыми данными скважины или месторождения в целом.The ability to scan oil in a wide spectral range of wavelengths or to determine the refractive index for radiation of a given wavelength. This allows you to determine and then use for geological exploration purposes the refractive indices for light radiation of that wavelength that are best correlated with the geological exploration data of the well or the field as a whole.

Возможность одновременного определения показателей преломления и средней дисперсии исследуемой среды, а также возможность определения средней дисперсии в заданном интервале длин волн светового излучения. Это позволяет использовать в геолого-промысловых целях показатели средней дисперсии такого интервала длин волн светового излучения, которые наилучшим образом коррелируется с геолого-промысловыми данными скважины или месторождения в целом.The ability to simultaneously determine the refractive indices and the average dispersion of the investigated medium, as well as the ability to determine the average dispersion in a given interval of wavelengths of light radiation. This makes it possible to use for geological exploration purposes the indicators of the average dispersion of such an interval of wavelengths of light radiation that are best correlated with the geological and exploratory data of the well or the field as a whole.

Возможность получения данных с заданной дискретностью в заданном интервале времени исследования добывающей скважины, что позволяет получить наиболее достоверные сведения об изменении свойств жидкостей в процессе эксплуатации скважины.The ability to obtain data with a given discreteness in a given time interval of the study of the producing well, which allows you to get the most reliable information about changes in the properties of fluids during the operation of the well.

Возможность получения данных в режиме on-line для дальнейшей корреляции их с другими геолого-промысловыми данными.Possibility of receiving data on-line for their further correlation with other geological and field data.

Возможность использования устройства в качестве расходомера для определения относительного дебита скважины по нефти, воде и определения обводненности продукции.The ability to use the device as a flow meter to determine the relative flow rate of a well in oil, water and determine the water cut of a product.

Устройство может быть использовано для исследования плотности и других физико-химических свойств добываемой нефти и их изменения во времени, для оценки эффективности применения различных видов геолого-технических мероприятий, в том числе направленных на повышение нефтеотдачи пластов. Исследования добывающих скважин с использованием устройства в комплексе с геофизическими и гидродинамическими методами исследований скважин значительно увеличит надежность контроля разработки нефтяного месторождения.The device can be used to study the density and other physico-chemical properties of oil produced and their changes over time, to assess the effectiveness of various types of geological and technical measures, including those aimed at increasing oil recovery. Researches of producing wells using the device in combination with geophysical and hydrodynamic methods of well research will significantly increase the reliability of monitoring the development of an oil field.

Claims

A device for studying the refractive indices and dispersion of oil at the mouth of a producing well, comprising a heat-insulating casing, divided into receiving, power, measuring, photoelectric, transformations, data storage and transmission, flip blocks and connecting elements, characterized in that the device is made in the form of blocks ( removable modules), each enclosed in its own enclosure with the possibility of completing them depending on the tasks and purpose in the drive, flowmeter or wellhead sampler, and measure The unit is equipped with removable measuring prisms designed to study opaque oil or an opaque liquid with gas from one of the prisms in reflected light, and transparent media from another of the prisms in refracted light, while the measuring unit contains photosensitive glasses and thermoplates, and the photoelectric unit includes photometric sensors, amplifiers and signal counters with the ability to determine the relative flow rate of oil and water and water cut of extracted products.