RU2034287C1

RU2034287C1 - Device for conversion of values of moisture content of crude oil and oil products

Info

Publication number: RU2034287C1
Application number: SU925049286A
Authority: RU
Inventors: В.А. Гершгорен; А.Г. Грачев
Original assignee: Конструкторское бюро производственного объединения "Саратовнефтегаз"
Priority date: 1992-06-22
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: analytical instrumentation engineering. SUBSTANCE: device includes tubular electrode with flanges for joining it to pipe-lines and bar electrode located inside it. Rod electrode has lead-out in the form of lead rod of smaller diameter placed radially and made fast to it. Lead rod has length which is smaller in sum with diameter d of rod electrode than internal diameter l + d < D_in.d of tubular electrode D_in.d. Rod electrode and lead rod has insulation in the form of continuous dielectric coat (foam plastic applied by spraying). EFFECT: facilitated manufacture. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в средствах измерения, предназначенных для определения содержания воды и нефти в продукции нефтяных скважин. The invention relates to measuring equipment and can be used in measuring instruments designed to determine the content of water and oil in the production of oil wells.

Для определения содержания воды в жидких углеводородах в настоящее время применяется несколько типов измерительных устройств, из которых наиболее широкое распространение получили диэлькометрические влагомеры, что объясняется их сравнительной простотой, возможностью поточного измерения содержания влаги и достаточно высокой точностью в пределах соответствующего диапазона измерения. Действие этих влагомеров основано на использовании зависимости диэлектрической проницаемости среды от соотношения содержаний в ней воды и нефти. Роль функционального элемента, контролирующего изменение диэлектрической проницаемости среды, выполняют в них устройства для преобразования значений влажности нефти в значение электрической емкости, представляющие собой цилиндрический конденсатор, между двумя электродами которого протекает измеряемая среда, и различающиеся в практическом воплощение конструкцией и взаимным расположением электродов, средствами их крепления, устройством выводов и выполнением изоляции. To determine the water content in liquid hydrocarbons, several types of measuring devices are currently used, of which the most widely used are hygrometer hygrometer, which is explained by their comparative simplicity, the possibility of in-line measurement of moisture content and sufficiently high accuracy within the corresponding measurement range. The action of these moisture meters is based on the use of the dependence of the dielectric constant of the medium on the ratio of the contents of water and oil in it. The role of the functional element that controls the change in the dielectric constant of the medium is performed by devices for converting oil moisture values to the value of electric capacitance, which are a cylindrical capacitor between the two electrodes of which the measured medium flows, and differing in practical embodiment by the design and relative position of the electrodes, their means fastening, terminal device and insulation.

Среди известных устройств для преобразования значений влажности нефти в значение электрической емкости наиболее простую конструкцию имеет устройство, в котором один электрод представляет собой прямой тройник, два выхода которого, расположенные под прямым углом друг к другу, снабжены средствами соединения с трубопроводом, а второй электрод выполнен в виде изолированного стержня, размещенного внутри первого электрода коаксиально с двумя его соосно расположенными патрубками, в который (первый электрод) он входит через третий выход, снабженный соответствующими средствами герметизации [1]
При работе устройства нефть, содержащая влагу, проходит в межэлектродном пространстве, при этом в зависимости от количества воды в нефти меняется диэлектрическая проницаемость среды и пропорционально изменяется электрическая емкость.Among the known devices for converting oil moisture values into electric capacitance values, the simplest design has a device in which one electrode is a straight tee, two outputs of which, located at right angles to each other, are equipped with means for connecting to the pipeline, and the second electrode is made in in the form of an insulated rod placed inside the first electrode coaxially with its two coaxially arranged nozzles, into which (the first electrode) it enters through the third output, provided sealed with appropriate sealing means [1]
During the operation of the device, oil containing moisture passes through the interelectrode space, and the dielectric constant of the medium changes depending on the amount of water in the oil and the electric capacitance changes proportionally.

Недостатком данного устройства является большая величина паразитной емкости, которая определяется частью стержневого электрода, не соприкасающейся с измеряемой средой. Кроме того, нижняя часть стержневого электрода не зафиксирована, свободно висит в межэлектродном пространстве и, следовательно, подвержена действию гидравлических пульсаций прокачиваемой через межэлектродное пространство жидкости, что может привести к нарушению герметичности устройства и повреждению диэлектрического покрытия стержневого электрода. Наконец, поворот потока жидкости на 90^о увеличивает гидравлическое сопротивление потоку и создает застойную зону, в которой происходит отложение смол, парафина и других загрязнений, что вносит большие погрешности в измерения.The disadvantage of this device is the large amount of stray capacitance, which is determined by the part of the rod electrode that is not in contact with the measured medium. In addition, the lower part of the rod electrode is not fixed, hangs freely in the interelectrode space and, therefore, is exposed to hydraulic pulsations of the fluid pumped through the interelectrode space, which can lead to a violation of the device’s tightness and damage to the dielectric coating of the rod electrode. Finally, a rotation of the fluid flow by 90 ^° increases the hydraulic resistance to the flow and creates a stagnant zone in which deposits of tar, paraffin and other contaminants occur, which introduces large measurement errors.

Указанные недостатки в значительной степени устранены в прямоточном датчике влагосодержания, в котором устройство для преобразования значений влажности нефти в значение электрической емкости включает трубчатый электрод с фланцами для соединения его с трубопроводом и коаксиально расположенный внутри него стержневой электрод, поверхности которых, соприкасающиеся с нефтью, покрыты диэлектрическим слоем (тефлоном), средства фиксации стержневого электрода внутри трубчатого электрода и электрически соединенный со стержневым электродом радиально расположенный выводной стержень, снабженный изоляцией и герметизированный относительно трубчатого электрода [2] Это устройство является наиболее близким аналогом к предложенному. These disadvantages are largely eliminated in a direct-flow moisture sensor, in which a device for converting oil moisture values to electric capacitance values includes a tubular electrode with flanges for connecting it to the pipeline and a rod electrode coaxially located inside it, the surfaces of which are in contact with the oil are coated with a dielectric layer (Teflon), means for fixing the rod electrode inside the tubular electrode and electrically connected to the rod electrode radially extending pin shaft equipped with insulated and sealed relative to the tubular electrode [2] This device is the closest analogue to the proposed.

В этом устройстве электрический контакт между выводным стрежнем и стержневым электродом обеспечивает охватывающая внутренний конец выводного стержня разрезная муфта, представляющая собой два упругих лепестка, прикрепленных к винту, который ввинчивается в резьбовое отверстие, находящееся в глубине радиального отверстия большего диаметра, выполненного в стержневом электроде, а изоляция выводного стержня выполнена в виде надетой на него пластмассовой трубки, один конец которой входит в упомянутое отверстие стержневого электрода, а другой в отверстие приваренного к трубчатому электроду корпуса сальника, причем концы пластмассовой трубки уплотнены в упомянутых отверстиях с помощью О-образных колец. In this device, the electrical contact between the output rod and the rod electrode is provided by a split sleeve covering the inner end of the output rod, which is two elastic tabs attached to a screw, which is screwed into a threaded hole located in the depth of a larger diameter radial hole made in the rod electrode, and isolation of the output rod is made in the form of a plastic tube worn on it, one end of which enters the aperture of the rod electrode, and goy hole welded to the tubular electrode of the stuffing box, the plastic tube ends are sealed in said bores by means of O-rings.

Такое решение существенно усложняет конструкцию устройства для преобразования значений влажности нефти и нефтепродуктов в значение электрической емкости, так как при этом значительно увеличивается количество конструктивных элементов, причем некоторые из них имеют довольно сложную форму и должны быть изготовлены с достаточно высокой точностью (например, разрезная муфта, которая должна обеспечивать хороший электрический контакт с выводным стержнем, или пластмассовая трубка с канавками на наружной поверхности, которая должна иметь строго определенную посадку в отверстиях стержневого электрода и корпуса сальника для обеспечения герметичности внутренней полости и предотвращения проникновения жидкости к выводному стержню и к не имеющим диэлектрического покрытия поверхностям в отверстиях стержневого электрода и корпуса сальника). Кроме того, при такой конструкции вывода не обеспечивается надежная работа устройства при большом содержании воды в измеряемой жидкости, так как из-за трудности получения качественного диэлектрического покрытия в отверстиях малого диаметра (в стержневом электроде и корпусе сальника) не гарантирована защита от короткого замыкания по воде между электродами при попадании в устройство свободной воды или эмульсии типа "нефть в воде", в силу чего устройство такого типа может применяться только для измерения содержания эмульгированной воды, т.е. при содержании воды в нефти не более 60%
Техническим результатом является упрощение устройства для преобразования значений влажности нефти и нефтепродуктов в значение электрической емкости и повышение надежности его работы при измерении влагосодержания сильно обводненной нефти (до 100% воды).Such a solution significantly complicates the design of the device for converting the moisture values of oil and oil products into the value of electric capacitance, since this significantly increases the number of structural elements, some of which have a rather complex shape and must be made with sufficiently high accuracy (for example, a split sleeve, which should provide good electrical contact with the output rod, or a plastic tube with grooves on the outer surface, which should have A specific fit in the holes of the rod electrode and the stuffing box housing to ensure the tightness of the internal cavity and to prevent the penetration of liquid to the output shaft and to surfaces that do not have a dielectric coating in the holes of the rod electrode and the stuffing box). In addition, with such an output design, the device does not ensure reliable operation with a high water content in the measured liquid, since due to the difficulty in obtaining a high-quality dielectric coating in small diameter holes (in the rod electrode and the stuffing box), protection against short circuit in water is not guaranteed between electrodes when free water or an oil-in-water emulsion enters the device, whereby a device of this type can only be used to measure the content of emulsified water, .e. when the water content in oil is not more than 60%
The technical result is to simplify a device for converting moisture values of oil and oil products into a value of electric capacity and increase the reliability of its operation when measuring the moisture content of heavily flooded oil (up to 100% water).

Этот технический результат достигается тем, что в устройстве для преобразования значений влажности нефти и нефтепродуктов в значение электрической емкости, содержащем трубчатый электрод со средствами соединения его с трубопроводом, коаксиально расположенный внутри него стержневой электрод, покрытый диэлектрическим слоем, средства фиксации стержневого электрода внутри трубчатого электрода и электрически соединенный со стержневым электродом радиально расположенный выводной стержень, снабженный изоляцией и герметизированный относительно трубчатого электрода, выводной стержень жестко соединен со стержневым электродом и имеет длину, которая в сумме с диаметром стержневого электрода меньше внутреннего диаметра трубчатого электрода, причем изоляция выводного стержня выполнена в виде диэлектрического слоя, и диэлектрический слой стержневого электрода и выводного стержня выполнен в виде сплошного покрытия. This technical result is achieved in that in a device for converting moisture values of oil and oil products into an electric capacitance value, comprising a tubular electrode with means for connecting it to a pipeline, a rod electrode coaxially located inside it, coated with a dielectric layer, means for fixing the rod electrode inside the tubular electrode and radially located output rod electrically connected to the rod electrode, provided with insulation and sealed relative of the tubular electrode, the output rod is rigidly connected to the rod electrode and has a length that, in total, with the diameter of the rod electrode is less than the inner diameter of the tubular electrode, and the insulation of the output rod is made in the form of a dielectric layer, and the dielectric layer of the rod electrode and the output rod is made in the form of a continuous coverings.

Жесткое соединение выводного стержня со стрежневым электродом (с помощью резьбы, пайкой, сваркой,запрессовкой и др.) при указанном соотношении размеров, обеспечивающем возможность ввода и установки этих элементов в сборе в трубчатом электроде, и выполнение изоляции этих деталей в виде сплошного слоя диэлектрического покрытия позволяют исключить из конструкции устройства ряд конструктивных элементов (разрезную муфту, пластмассовую трубку с канавками на наружной поверхности и уплотнительные О-образные кольца), а также повысить надежность контакта выводного стержня со стержневым электродом и изоляции выводного стержня, так как нанесение диэлектрического покрытия на наружные поверхности не представляет трудности. В результате упрощается конструкция устройства для преобразования значений влажности нефти и нефтепродуктов в значение электрической емкости и повышается надежность его работы независимо от содержания воды в контролируемой углеводородной среде. Rigid connection of the output rod with the rod electrode (using thread, soldering, welding, pressing, etc.) with the specified size ratio, which allows the input and installation of these elements in the tubular electrode, and insulation of these parts in the form of a continuous layer of dielectric coating make it possible to exclude from the design of the device a number of structural elements (split sleeve, plastic tube with grooves on the outer surface and O-rings), as well as increase reliability contact of the terminal rod with the rod electrode and insulation of the terminal rod, since applying a dielectric coating to the outer surfaces is not difficult. As a result, the design of the device for converting the moisture values of oil and oil products to the value of electric capacity is simplified and the reliability of its operation increases, regardless of the water content in the controlled hydrocarbon medium.

На чертеже показано предлагаемое устройство для преобразования значений влажности нефти и нефтепродуктов в значение электрической емкости. The drawing shows the proposed device for converting moisture values of oil and petroleum products into the value of electric capacity.

Устройство включает трубчатый электрод 1 со средствами соединения его с трубопроводом, по которому протекает контролируемая углеводородная среда (нефть или продукт ее переработки), которые на чертеже представлены в виде фланцев 2, хотя очевидно, что при необходимости могут применяться и другие типы соединений, например муфтовые, ниппельные или с помощью отрезков гибких шлангов. Внутри трубчатого электрода 1 коаксиально с ним расположен стержневой электрод 3, зафиксированный в требуемом положении с помощью держателя 4, включающего внешнюю втулку 5 с резьбой, с помощью которой держатель крепится к трубчатому электроду 1, и соединенную с ней радиальными перемычками 6 внутреннюю обжимную втулку 7, обеспечивающую закрепление стержневого электрода 3 внутри трубчатого электрода 1 без создания осевых нагрузок и перемещений стержневого электрода вдоль его оси. Со стержневым электродом 3 жестко соединен, например, посредством резьбового соединения либо сваркой, пайкой или запрессовкой, радиально расположенный выводной стержень 8. Такое соединение обеспечивает хороший электрический контакт между соединяемыми деталями и, кроме того, позволяет использовать выводной стержень 8 так же как средство фиксации второго конца стержневого электрода 3, в результате чего отпадает необходимость использования для этого специального второго держателя. Стержневой электрод 3 и выводной стержень 8 имеют изоляцию в виде нанесенного на них в сборе сплошного слоя диэлектрического покрытия (например, напыленного на них пентопласта). Выводной стержень 8 имеет длину l, которая в сумме с диаметром d стержневого электрода 3 меньше внутреннего диаметра D_вн трубчатого электрода 1 (l+d < D_вн), что позволяет ввести и установить стержневой электрод 3 в сборе с выводным стержнем 8 в трубчатый электрод 1 после нанесения на них диэлектрического покрытия. Герметизацию трубчатого электрода 1 в месте прохода выводного стержня 8 обеспечивает охватывающая последний резиновая втулка 9, зажатая посредством накидной гайки 10 и нажимной втулки 11 из электроизоляционного материала в корпусе сальника 12, прикрепленном к трубчатому электроду 1. Стержневой электрод 3 и трубчатый электрод 1, образующие цилиндрический конденсатор, включены в схему измерительного блока 13, закрепленного снаружи на трубчатом электроде 1.The device includes a tubular electrode 1 with means for connecting it to a pipeline through which a controlled hydrocarbon medium (oil or a product of its processing) flows, which are shown in the form of flanges 2, although it is obvious that other types of connections can be used, if necessary, for example , nipple or using pieces of flexible hoses. Inside the tubular electrode 1, a rod electrode 3 is located coaxially with it, fixed in the required position by means of a holder 4, including an external sleeve 5 with a thread, with which the holder is attached to the tubular electrode 1, and an internal crimp sleeve 7 connected to it by radial jumpers 6, providing fixing of the rod electrode 3 inside the tubular electrode 1 without creating axial loads and displacements of the rod electrode along its axis. With the rod electrode 3, for example, a radially located output rod 8 is rigidly connected, for example, by threaded connection or by welding, soldering or pressing, such a connection provides good electrical contact between the parts to be connected and, in addition, allows the output rod 8 to be used in the same way as a means of fixing the second the end of the rod electrode 3, as a result of which there is no need to use a special second holder for this. The rod electrode 3 and the lead rod 8 are insulated in the form of a continuous layer of dielectric coating deposited on them assembly (for example, a pentoplast sprayed on them). The output rod 8 has a length l, which, in total, with the diameter d of the rod electrode 3 is less than the inner diameter D _{int of the} tubular electrode 1 (l + d <D _int ), which allows you to enter and install the rod electrode 3 complete with the lead rod 8 in the tubular electrode 1 after applying a dielectric coating to them. The sealing of the tubular electrode 1 at the passage of the outlet rod 8 is provided by the rubber sleeve 9 covering the last, clamped by means of a union nut 10 and the pressure sleeve 11 of electrical insulation material in the stuffing box 12 attached to the tubular electrode 1. The rod electrode 3 and the tubular electrode 1, forming a cylindrical a capacitor is included in the circuit of the measuring unit 13, mounted externally on the tubular electrode 1.

При работе устройства нефть, содержащая воду, проходит в пространстве между стержневым электродом 3 и трубчатым электродом 1, при этом в зависимости от содержания воды в нефти меняется диэлектрическая проницаемость среды, разделяющей электроды, и пропорционально изменяется электрическая емкость конденсатора, образуемого электродами. Изменение электрической емкости воспринимается измерительным блоком 13, который выдает информацию о содержании воды в нефти. During operation of the device, oil containing water passes in the space between the rod electrode 3 and the tubular electrode 1, while the dielectric constant of the medium separating the electrodes changes depending on the water content in the oil and the capacitance of the capacitor formed by the electrodes proportionally changes. The change in electrical capacitance is perceived by the measuring unit 13, which provides information on the water content in oil.

Благодаря жесткому соединению выводного стержня со стержневым электродом и выполнению их изоляции в виде сплошного слоя диэлектрического покрытия в предлагаемом устройстве исключен ряд конструктивных элементов известного устройства, таких как разрезная муфта, пластмассовая трубка, уплотнительные О-образные кольца и один из держателей стержневого электрода, а также улучшен электрический контакт между выводным стержнем и стержневым электродом и повышена надежность изоляции выводного стержня в месте соединения его со стержневым электродом и в области уплотнения относительно трубчатого электрода, чем гарантирована защита от короткого замыкания по воде между электродами даже при попадании в устройство свободной воды или эмульсии типа "нефть в воде". В результате упрощается конструкция устройства для преобразования значений влажности нефти и нефтепродуктов в значение электрической емкости и повышается надежность его работы независимо от содержания воды в контролируемой углеводородной среде. Due to the rigid connection of the output rod with the rod electrode and their isolation in the form of a continuous layer of dielectric coating in the proposed device, a number of structural elements of the known device are excluded, such as a split sleeve, a plastic tube, O-rings and one of the holders of the rod electrode, as well improved electrical contact between the output rod and the rod electrode and increased reliability of isolation of the output rod at the junction with the rod elec by the electrode and in the area of compaction relative to the tubular electrode, which guarantees protection against short circuit in water between the electrodes even when free water or an oil-in-water emulsion enters the device. As a result, the design of the device for converting the moisture values of oil and oil products to the value of electric capacity is simplified and the reliability of its operation increases, regardless of the water content in the controlled hydrocarbon medium.

Claims

DEVICE FOR TRANSFORMING VALUES OF HUMIDITY OF OIL AND OIL PRODUCTS TO VALUE OF ELECTRIC CAPACITY, containing a tubular electrode with means for connecting it to a pipeline, a rod electrode coaxially located therein, coated with a dielectric layer, means for fixing the rod electrode in a tubular electrode electrode a rod equipped with insulation and sealed from a tubular electrode, characterized in that the output rod is a gesture is connected to the rod electrode and has a length that, in total, with the size of the diameter of the rod electrode is less than the size of the inner diameter of the tubular electrode, the insulation of the output rod is made in the form of a dielectric layer and the dielectric layer of the rod electrode and the output rod is made in the form of a continuous coating.