RU2065603C1

RU2065603C1 - Method of determination of water content in water-oil mixture of oil wells

Info

Publication number: RU2065603C1
Application number: RU93000564A
Authority: RU
Inventors: С.А. Бургун; В.А. Гершгорен; А.Г. Грачев
Original assignee: Конструкторское бюро производственного объединения "Саратовнефтегаз"
Priority date: 1993-01-06
Filing date: 1993-01-06
Publication date: 1996-08-20

Abstract

FIELD: measuring equipment, oil industry. SUBSTANCE: AC voltage is applied to a variable-capacitance transducer, using a central electrode with a dielectric coating, 0.4-to 0.6-mm thick, dependence of transducer current signal on water content in the mixture for the water-oil mixture of the given type is determined, calibration chart is plotted. The transducer is placed in the mixture under check, and the current signal is measured; using the valve of this signal, water content in the mixture under check is determined by reference to the calibration chart. In the region of emulsion transition the ends of the curves on the calibration chart are connected by a straight line. EFFECT: facilitated procedure. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в нефтяной промышленности для определения содержания воды и нефти в продукции (водонефтяной смеси) нефтяных скважин. The invention relates to the field of measuring equipment and can be used in the oil industry to determine the water and oil content in the production (oil-water mixture) of oil wells.

В настоящее время, особенно в связи с все более широким использованием при добыче нефти метода повышения нефтеотдачи пласта путем законтурного заводнения нефтяной залежи и, следовательно, с ростом добычи сильно обводненной нефти, остро стоит задача создания способа достаточно точного определения содержания воды в продукции нефтяных скважин, обводненность которой изменяется в широких пределах и может приближаться к 100%
Трудность решения данной задачи обусловлена тем, что с ростом содержания воды в водонефтяной смеси при достижении определенной величины влажности (от 35 до 75% в зависимости от конкретных условий) происходит обращение эмульсии, в результате чего непрерывной фазой смеси становится пластовая вода, не являющаяся диэлектриком. Это делает невозможным применение при содержании в нефти воды, превышающем указанные значения, традиционных способов определения влажности нефти, основанных на использовании зависимости диэлектрической проницаемости среды, находящейся в межэлектродном пространстве емкостного датчика, от соотношения количеств содержащихся в ней воды и нефти [1]
Определение влажности нефти в диапазоне от 0 до 100% содержания воды обеспечивает способ, заключающийся в том, что на емкостный датчик, содержащий центральный электрод с диэлектрическим покрытием, подают напряжение переменного тока, определяют для данного типа водонефтяной смеси зависимость токового сигнала датчика от процентного содержания воды в водонефтяной смеси, строят калибровочный график, помещают датчик в контролируемую смесь и измеряют токовый сигнал, по величине которого по калибровочному графику определяют содержание воды в контролируемой смеси [2]
В связи с тем, что в указанном диапазоне изменения содержания воды водонефтяная смесь образует два типа эмульсии, у одного из которых непрерывной фазой является нефть (обратная эмульсия), а у другого вода (прямая эмульсия), то получаемый при использовании данного способа калибровочный график представляет собой две кривые, одна из которых характеризует зависимость токового сигнала в области обратной, а другая в области прямой эмульсии.At present, especially in connection with the increasing use of the method of increasing oil recovery in oil production by circulating waterflooding of oil deposits and, consequently, with the increase in production of heavily flooded oil, there is an urgent task to create a method for sufficiently accurate determination of the water content in oil well products, the water content of which varies widely and can approach 100%
The difficulty in solving this problem is due to the fact that with an increase in the water content in the oil-water mixture when a certain moisture content is reached (from 35 to 75%, depending on the specific conditions), the emulsion is reversed, as a result of which the non-dielectric formation water becomes a continuous phase of the mixture. This makes it impossible to use when the oil content exceeds the specified values, traditional methods for determining the moisture content of oil, based on the use of the dependence of the dielectric constant of the medium located in the interelectrode space of the capacitive sensor, on the ratio of the amounts of water and oil contained in it [1]
Determination of oil moisture in the range from 0 to 100% of the water content provides a method consisting in the fact that an ac voltage is applied to a capacitive sensor containing a central electrode with a dielectric coating, the dependence of the current signal of the sensor on the percentage of water is determined for this type of oil-water mixture in the water-oil mixture, build a calibration graph, place the sensor in a controlled mixture and measure the current signal, the value of which from the calibration graph determines the water content in controlled mixture [2]
Due to the fact that in the specified range of changes in the water content, the oil-water mixture forms two types of emulsion, one of which is a continuous phase oil (reverse emulsion), and the other water (direct emulsion), then the calibration graph obtained using this method represents two curves, one of which characterizes the dependence of the current signal in the inverse region, and the other in the region of direct emulsion.

На стадии измерения компаратор влагомера, осуществляющего данный способ, на основании сравнения измеренного значения токового сигнала с некоторым заданным значением (в рассматриваемом примере 5 мА) выбирает одну из двух кривых калибровочного графика (при значении тока меньше 5 мА кривую, представляющую эмульсию воды в нефти, а при большем значении кривую, представляющую эмульсию нефти в воде), по которой по значению токового сигнала микропроцессор прибора определяет затем процентное содержание воды в контролируемой водонефтяной смеси. At the measurement stage, the comparator of the hygrometer implementing this method, on the basis of comparing the measured value of the current signal with a certain set value (in the considered example, 5 mA) selects one of the two curves of the calibration graph (for a current value of less than 5 mA, a curve representing the emulsion of water in oil, and with a larger value, a curve representing the emulsion of oil in water), from which the microprocessor of the device then determines the percentage of water in the controlled oil-water mixture from the value of the current signal.

Используемая в данном способе процедура определения типа эмульсии, проходящей через датчик, и выбора соответствующей кривой калибровочного графика предполагает наличие перекрытия кривых по току в области обращения эмульсий, а это имеет место, как показали исследования, только в том случае, если центральный электрод датчика имеет диэлектрическое покрытие толщиной не более 150 мкм. The procedure used in this method for determining the type of emulsion passing through the sensor and selecting the corresponding curve of the calibration graph assumes the presence of overlapping current curves in the circulation area of the emulsions, and this, as shown by studies, only occurs if the central electrode of the sensor has a dielectric coating with a thickness of not more than 150 microns.

Между тем по ряду причин, например по тому, что при этом существенно упрощается технология нанесения диэлектрического покрытия и значительно уменьшается влияние на точность измерения отложений смол и парафинов на центральном электроде при измерениях в прямых эмульсиях, желательно, чтобы центральный электрод датчика имел диэлектрическое покрытие большей толщины (порядка 0,4 0,6 мм), при которой использование рассматриваемого способа по указанной выше причине становится невозможным. Meanwhile, for a number of reasons, for example, because the technology of applying a dielectric coating is greatly simplified and the effect on the measurement accuracy of deposits of resins and paraffins on the central electrode when measuring in direct emulsions is significantly reduced, it is desirable that the central electrode of the sensor has a thicker dielectric coating (of the order of 0.4 to 0.6 mm), in which the use of the considered method for the above reason becomes impossible.

Настоящее изобретение решает задачу создания способа определения содержания воды в водонефтяной смеси нефтяных скважин, допускающего использование емкостных датчиков с толщиной диэлектрического покрытия центрального электрода 0,4 0,6 мм. The present invention solves the problem of creating a method for determining the water content in the oil-water mixture of oil wells, allowing the use of capacitive sensors with a dielectric coating thickness of the Central electrode of 0.4 to 0.6 mm

Для этого в способе определения содержания воды в водонефтяной смеси нефтяных скважин, заключающемся в том, что на емкостный датчик, содержащий центральный электрод с диэлектрическим покрытием, подают напряжение переменного тока, определяют для данного типа водонефтяной смеси зависимость токового сигнала датчика от содержания воды в смеси, строят калибровочный график, содержащий две кривые, одна из которых представляет зависимость в области обратной, а другая в области прямой эмульсии, помещают датчик в контролируемую смесь и измеряют токовый сигнал, по величине которого по калибровочному графику определяют содержание воды в контролируемой смеси, при использовании емкостного датчика с диэлектрическим покрытием центрального электрода от 0,4 до 0,6 мм концы кривых в области обращения эмульсии на калибровочном графике соединяют прямой линией. For this, in the method for determining the water content in the oil-water mixture of oil wells, which consists in the fact that an alternating current voltage is supplied to the capacitive sensor containing a central electrode with a dielectric coating, the dependence of the current signal of the sensor on the water content in the mixture is determined for this type of oil-water mixture, build a calibration graph containing two curves, one of which is the dependence in the inverse region, and the other in the region of direct emulsion, place the sensor in a controlled mixture and measure the current signal, the magnitude of which determines the water content in the controlled mixture from the calibration graph, when using a capacitive sensor with a dielectric coating of the central electrode from 0.4 to 0.6 mm, the ends of the curves in the emulsion in the calibration graph are connected by a straight line.

Благодаря тому, что получаемый таким образом калибровочный график представляет собой непрерывную ломаную линию без скачков и разрывов в значениях тока и однозначно определяет по измеренному значению тока процент влажности нефти, дешифрирование измеренных значений токового сигнала в значения влажности может осуществляться без предварительного определения типа эмульсии, протекающей через датчик, а значит, снимается существующее для известного способа ограничение по толщине слоя диэлектрического покрытия центрального электрода датчика. Due to the fact that the calibration graph obtained in this way is a continuous broken line without jumps and gaps in the current values and uniquely determines the percentage of oil moisture from the measured current value, interpretation of the measured current signal values into humidity values can be carried out without first determining the type of emulsion flowing through the sensor, and therefore, the existing limitation on the thickness of the dielectric coating layer of the central electrode of the sensor existing for the known method is removed ika.

На чертеже представлен калибровочный график, получаемый при реализации предлагаемого способа определения содержания воды в водонефтяной смеси нефтяных скважин. The drawing shows a calibration graph obtained by implementing the proposed method for determining the water content in a water-oil mixture of oil wells.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Из нефти с данного объекта эксплуатации точным дозированием воды в нефти и нефти в воде при фиксированных соотношениях нефти и воды в диапазоне от 0 до 100% влажности с шагом через 10 20% готовят образцовые эмульсии. Используя полученные образцовые эмульсии, с помощью первичного преобразователя влагомера с емкостным датчиком, центральный электрод которого имеет диэлектрическое покрытие толщиной 0,4 0,6 мм, при подаче на датчик напряжения переменного тока снимают кривые зависимости i f(W) токового сигнала i датчика от процентного содержания воды W в водонефтяной смеси в диапазоне влагосодержания от 0 до значения W₁ и соответствующего тока i₁, где происходит обращение обратной эмульсии в прямую, и от 100% до значения W₂ и соответствующего тока i₂, где происходит обращение прямой эмульсии в обратную. Вследствие увеличенной толщины диэлектрического покрытия центрального электрода датчика полученные кривые не перекрываются по току, поэтому, в соответствии с предлагаемым способом, их концы (точки i₁ и i₂) в области обращения эмульсий соединяют прямой линией. Заданные значения влажности и соответствующие им значения токового сигнала заносят в память микропроцессора. Туда же заносят значения i и W, соответствующие прямой, соединяющей значения токов i₁ и i₂ на кривых калибровочного графика. В результате в памяти прибора оказываются данные калибровочного графика, идентичного тому, который представлен на чертеже. Как видно из чертежа, этот график представляет собой непрерывную ломаную линию, состоящую из двух кривых, одна из которых (левая) относится к области обратной эмульсии, а другая (правая) к области прямой эмульсии, и прямой линии, соединяющей точки i₁ и i₂ кривых, в которых начинается обращение эмульсий.Exemplary emulsions are prepared from the oil from this facility for precise dosing of water in oil and oil in water at fixed ratios of oil and water in the range from 0 to 100% humidity in increments of 10 20%. Using the obtained model emulsions, using a primary transducer of a moisture meter with a capacitive sensor, the central electrode of which has a dielectric coating 0.4-0.6 mm thick, when the AC voltage is applied to the sensor, the curves of if (W) of the current signal of the sensor i from the percentage are taken water W in the water-oil mixture in the range of moisture content values from 0 to W ₁ and corresponding current i _1, wherein the inverse emulsion is accessed in a straight line, and from 100% to the value W ₂ and the respective current i _2, where originating ie direct emulsion treatment in reverse. Due to the increased thickness of the dielectric coating of the Central electrode of the sensor, the obtained curves do not overlap in current, therefore, in accordance with the proposed method, their ends (points i ₁ and i ₂ ) in the circulation area of the emulsions are connected by a straight line. The set humidity values and the corresponding current signal values are recorded in the microprocessor memory. The values i and W are entered there, corresponding to the straight line connecting the values of currents i ₁ and i ₂ on the curves of the calibration graph. As a result, the calibration graph data identical to that shown in the drawing appear in the device memory. As can be seen from the drawing, this graph is a continuous polygonal line consisting of two curves, one of which (left) refers to the region of the inverse emulsion, and the other (right) refers to the region of the direct emulsion, and a straight line connecting the points i ₁ and i ₂ curves in which the circulation of emulsions begins.

На стадии измерения через датчик пропускают водонефтяную смесь, влажность которой необходимо определить. С датчика снимается токовый сигнал, по значению которого микропроцессор прибора, используя введенные в память прибора данные калибровочного графика, определяет процентное содержание воды в контролируемой водонефтяной смеси. At the measurement stage, a water-oil mixture is passed through the sensor, the moisture content of which must be determined. A current signal is taken from the sensor, by the value of which the microprocessor of the device, using the calibration graph data entered in the device's memory, determines the percentage of water in the monitored oil-water mixture.

Пример. Способ опробован на нефти Соколовогорского месторождения с использованием влагомера сырой нефти ВСН-1 с диапазоном измерения влажности от 0 до 100% Влагомер функционально состоит из первичного измерительного преобразователя с емкостным датчиком и соединенного с ним кабелем микропроцессорного блока обработки. Емкостный датчик выполнен прямоточным с коаксиально расположенными электродами, из которых внутренний имеет диэлектрическое покрытие с толщиной слоя 0,5 мм. Example. The method was tested on oil from the Sokolovogorsk field using a VSN-1 crude oil moisture meter with a moisture measurement range from 0 to 100%. The moisture meter functionally consists of a primary measuring transducer with a capacitive sensor and a microprocessor processing unit connected to it by a cable. The capacitive sensor is made direct-flow with coaxially arranged electrodes, of which the inside has a dielectric coating with a layer thickness of 0.5 mm.

По представленной выше методике из нефти с данного месторождения были приготовлены 9 образцов обратной эмульсии с шагом изменения влажности 10% и 3 образца прямоугольной эмульсии, содержащих соответственно 40, 80 и 100% воды. Для каждого образца эмульсии с помощью первичного преобразователя влагомера был определен токовый сигнал, снимаемый с емкостного датчика. Величины влажности образцовых эмульсий и соответствующие значения токового сигнала датчика приведены в таблице. According to the above methodology, 9 samples of reverse emulsion with a moisture change step of 10% and 3 samples of a rectangular emulsion containing 40, 80 and 100% water, respectively, were prepared from oil from this field. For each emulsion sample, a current signal recorded from a capacitive sensor was determined using a primary transducer of a hygrometer. The moisture values of the model emulsions and the corresponding values of the sensor current signal are given in the table.

По данным, приведенным в таблице, был построен калибровочный график, рассмотренный выше при описании предлагаемого способа. Данные этого графика были введены в память блока обработки. According to the data given in the table, a calibration graph was constructed, considered above in the description of the proposed method. The data of this graph was entered into the memory of the processing unit.

На этапе измерений через емкостный датчик прибора прокачивалась нефть с различным содержанием воды, которое контролировалось также лабораторным методом. At the measurement stage, oil with different water contents was pumped through the capacitive sensor of the device, which was also controlled by the laboratory method.

В процессе исследований, которые охватывали диапазон содержаний воды в нефти от 0 до 100% максимальная погрешность измерения не превышала 4% а в зоне обратных эмульсий была менее 2,5%
Таким образом, представление зависимости токового сигнала в области обращения эмульсий в виде прямой линии, соединяющей точки начала обращения эмульсий кривых калибровочного графика, устраняет необходимость получения перекрывающихся по току кривых, чем снимается ограничение по толщине слоя диэлектрического покрытия на центральном электроде датчика и обеспечивается возможность использования емкостных датчиков с толщиной диэлектрического покрытия центрального электрода 0,4 0,6 мм. Такие датчики проще в изготовлении и менее чувствительны к отложениям смол, парафинов и других загрязнений на их внутренних поверхностях.In the process of research, which covered the range of water contents in oil from 0 to 100%, the maximum measurement error did not exceed 4% and in the zone of inverse emulsions was less than 2.5%
Thus, the representation of the dependence of the current signal in the area of circulation of emulsions in the form of a straight line connecting the points of the beginning of circulation of emulsions of the curves of the calibration graph eliminates the need for current-overlapping curves, thereby removing the limitation on the thickness of the dielectric coating layer on the central electrode of the sensor and the possibility of using capacitive sensors with a dielectric coating thickness of the central electrode of 0.4 to 0.6 mm Such sensors are easier to manufacture and less sensitive to deposits of resins, paraffins and other contaminants on their internal surfaces.

Однозначность функциональной зависимости i f(W) в области обращения эмульсий, обеспечиваемая представлением ее в виде прямой линии, позволяет получить более достоверные данные о влажности контролируемой среды, чем при использовании известного способа, где погрешность при измерениях в области вблизи значения тока, с которым сравнивается токовый сигнал при определении подлежащей использованию кривой калибровочного графика, может достигать 40 - 50%
Отсутствие необходимости предшествующего дешифрированию токового сигнала определения типа эмульсии, протекающей через датчик, и выбора соответствующей ему кривой калибровочного графика упрощает способ определения содержания воды в водонефтяной смеси нефтяных скважин и используемые для осуществления способа аппаратные средства, т.к. позволяет исключить компаратор. ТТТ1The uniqueness of the functional dependence if (W) in the area of circulation of emulsions, provided by representing it in a straight line, allows one to obtain more reliable data on the humidity of the controlled environment than when using the known method, where the error in measurements in the region near the current value with which the current is compared the signal when determining the curve of the calibration graph to be used can reach 40 - 50%
The absence of the necessity of decoding the current signal prior to decoding the type of emulsion flowing through the sensor and selecting the corresponding calibration curve curve simplifies the method for determining the water content in the oil-water mixture of oil wells and the hardware used to implement the method, since eliminates the comparator. TTT1

Claims

A method for determining the water content in a water-oil mixture of oil wells, which consists in the fact that an alternating voltage is applied to a capacitive sensor containing a central electrode with a dielectric coating, the dependence of the current signal of the sensor on the water content in the mixture is determined for this type of oil-water mixture, a calibration graph is built containing two curves, one of which is a dependence in the inverse region, and the other in the region of direct emulsion, place the sensor in a controlled mixture, measure the current signal l, the magnitude of which is determined from the calibration curve of water content in a controlled mixture, characterized in that when using a capacitive sensor with the dielectric coating of the center electrode 0.4 0.6 mm ends of the curves in reference to the calibration curve emulsion connected by a straight line.