RU207173U1

RU207173U1 - VISCOMETER

Info

Publication number: RU207173U1
Application number: RU2021120225U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Вячеславович Мухаметшин; Ильдар Шамилевич Мингулов; Шамиль Григорьевич Мингулов
Priority date: 2021-07-08
Filing date: 2021-07-08
Publication date: 2021-10-15

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована для измерения вязкости нефти или водонефтяной эмульсии под давлением на устье скважин и в промысловой системе сбора нефти, газа и воды. Вискозиметр, включающий сосуд с размещенными внутри калиброванными трубками разного внутреннего диаметра, выполненные из немагнитного материала и размещенные по окружности, в центре которой проходит валик с поворотным сектором, выведенный наружу для поочередного ввода в калиброванные трубки шариков из ферромагнитного материала, датчики положений шариков, размещенные в корпусе сосуда, стойку со станиной и механизмом поворота оси сосуда на необходимый угол, впускной и выпускной вентили в корпусе сосуда для набора исследуемой жидкости, отличается тем, что на центральном валике установлены два поворотных диска с отверстиями для перетоков исследуемой жидкости в сосуде и ступенчатыми отверстиями для закрепления между дисками калиброванных трубок с размещенными в них шариками, причем в верхней части каждой трубки на отметках расстановки по оси сосуда датчиков положения шарика размещены постоянные магниты, а ступенчатые отверстия в поворотных дисках герметично перекрыты подпружиненными фиксаторами при нижних положениях каждой из калиброванных трубок. Технический результат - повышение точности измерений за счет дополнительного проведения замеров времени движения шарика в калиброванной трубке в обоих направлениях при повороте сосуда на 180°. 2 ил.The proposed utility model relates to the oil industry and can be used to measure the viscosity of oil or water-oil emulsion under pressure at the wellhead and in the field gathering system for oil, gas and water. A viscometer, including a vessel with calibrated tubes of different internal diameters placed inside, made of non-magnetic material and placed around a circle, in the center of which there is a roller with a rotary sector, brought out for alternate introduction of balls made of ferromagnetic material into the calibrated tubes, ball position sensors located in the body of the vessel, a stand with a frame and a mechanism for rotating the axis of the vessel to the required angle, inlet and outlet valves in the body of the vessel for collecting the test liquid, differs in that on the central roller there are two rotary discs with holes for overflows of the test liquid in the vessel and stepped holes for fastening between the disks of the calibrated tubes with balls placed in them, and in the upper part of each tube at the marks of the placement along the axis of the vessel of the ball position sensors there are permanent magnets, and the stepped holes in the rotary disks are hermetically closed by spring-loaded fixation rami at the lower positions of each of the calibrated tubes. The technical result is an increase in the measurement accuracy due to additional measurements of the time of movement of the ball in a calibrated tube in both directions when the vessel is rotated by 180 °. 2 ill.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована для измерения вязкости нефти или водонефтяной эмульсии под давлением на устье скважин и в промысловой системе сбора нефти, газа и воды.The proposed utility model relates to the oil industry and can be used to measure the viscosity of oil or water-oil emulsion under pressure at the wellhead and in the field gathering system for oil, gas and water.

При добыче нефти повышенной вязкости необходимо располагать данными о вязкости как безводной, так и обводненной нефти в целях проектирования и эксплуатации скважин, а также промысловой системы сбора нефти, газа и воды.When producing oil with a high viscosity, it is necessary to have data on the viscosity of both anhydrous and watered oil in order to design and operate wells, as well as a field system for gathering oil, gas and water.

Для измерения вязкости жидкости известен вискозиметр [Вискозиметр. Патент RU №2265204 С2, МПК. G01 №11/10. Заявл. 14.04.2003. Опубл. 10.11.2004], измеряющий время падения шарика в пустотелом цилиндрическом корпусе, заполненном исследуемой жидкостью. Корпус сблокирован с изолированным от жидкости пишущим устройством, а регистрирующее устройство выполнено в виде электронного секундомера.To measure the viscosity of a liquid known viscometer [Viscometer. Patent RU No. 2265204 C2, IPC. G01 No. 11/10. Appl. 04/14/2003. Publ. 10.11.2004], measuring the time of the fall of the ball in the hollow cylindrical body filled with the test liquid. The body is interlocked with a writing device isolated from the liquid, and the recording device is made in the form of an electronic stopwatch.

Недостатки такого вискозиметра состоят в возможности исследования только прозрачных жидкостей, причем при атмосферном давлении.The disadvantages of such a viscometer are the ability to study only transparent liquids, and at atmospheric pressure.

Известен вискозиметр [Вискозиметр. Авторское свидетельство СССР. SU №1746254 А1. кл. G01 №11/10. Заявл. 19.02.1990. Опубл. 07.07.1992. БИ №25], состоящий из сосуда с исследуемой жидкостью и выполненный из немагнитного материала, шарика из ферромагнитного материала, размещенного в сосуде, датчиков верхнего и нижнего положений шарика. По количеству импульсов, сосчитанных счетчиком при прохождении шарика от одного датчика к другому, судят о вязкости исследуемой жидкости.Known viscometer [Viscometer. USSR author's certificate. SU No. 1746254 A1. cl. G01 No. 11/10. Appl. 02/19/1990. Publ. 07.07.1992. BI No. 25], consisting of a vessel with the test liquid and made of a non-magnetic material, a ball of ferromagnetic material placed in the vessel, sensors of the upper and lower positions of the ball. By the number of pulses counted by the counter when the ball passes from one sensor to another, the viscosity of the liquid under investigation is judged.

К недостаткам вискозиметра относятся малый диапазон изменения вязкости исследуемой жидкости при использовании только одной пары шарика и сосуда, а также выполнение измерений при атмосферном давлении.The disadvantages of the viscometer include a small range of changes in the viscosity of the test liquid when using only one pair of a ball and a vessel, as well as performing measurements at atmospheric pressure.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является шариковый вискозиметр [Шариковый вискозиметр. Авторское свидетельство СССР №735966. кл. G01 №11/10. Заявл. 04.11.1977. Опубл. 25.05.80. бюл. 19], состоящий из термостатированного автоклава с затвором, центральный валик, набор калиброванных трубок с шариками, размещенных по окружности. Вращающий с помощью валика сектор с прорезью позволяет поочередно отпускать шарики в калиброванные трубки и измерять время их падения. По измеренному времени движения шарика рассчитывается величина вязкости исследуемой жидкости.The closest to the proposed utility model is a ball viscometer [Ball viscometer. USSR author's certificate No. 735966. cl. G01 No. 11/10. Appl. 11/04/1977. Publ. 05.25.80. bul. 19], consisting of a thermostated autoclave with a shutter, a central roller, a set of calibrated tubes with balls placed around the circumference. A sector with a slot rotating with a roller allows the balls to be released alternately into the calibrated tubes and to measure the time of their fall. The measured time of the ball movement is used to calculate the viscosity of the test fluid.

Недостаток такого вискозиметра состоит в невозможности измерения вязкости при повороте автоклава на 180°, то есть при движении шарика в калиброванной трубке в обратном направлении из-за возникновения перетока исследуемой жидкости из трубки в этот период в полость автоклава. Это увеличивает общее время измерений, поскольку повышение точности измерений достигается количеством произведенных замеров с одной и той же калиброванной трубкой.The disadvantage of such a viscometer is the impossibility of measuring the viscosity when the autoclave is turned 180 °, that is, when the ball moves in the calibrated tube in the opposite direction due to the overflow of the test liquid from the tube during this period into the autoclave cavity. This increases the overall measurement time since the increase in measurement accuracy is achieved by the number of measurements taken with the same calibrated tube.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности измерений за счет дополнительного проведения замеров времени движения шарика в калиброванной трубке в обоих направлениях при повороте сосуда на 180°.The technical task of the proposed utility model is to increase the measurement accuracy due to additional measurements of the time of movement of the ball in the calibrated tube in both directions when the vessel is rotated by 180 °.

Решение технической задачи достигается тем, что в известном устройстве, включающем сосуд с размещенными внутри калиброванными трубками разного внутреннего диаметра, выполненные из немагнитного материала и размещенные по окружности, в центре которой проходит валик с поворотным сектором, выведенный наружу для поочередного ввода в калиброванные трубки шариков из ферромагнитного материала, датчики положений шариков, размещенные в корпусе сосуда, стойку со станиной и механизмом поворота оси сосуда на необходимый угол, впускной и выпускной вентили в корпусе сосуда для набора исследуемой жидкости, согласно полезной модели, на центральном валике установлены два поворотных диска с отверстиями для перетоков исследуемой жидкости в сосуде и ступенчатыми отверстиями для закрепления между дисками калиброванных трубок с размещенными в них шариками, причем в верхней части каждой трубки на отметках расстановки по оси сосуда датчиков положения шарика размещены постоянные магниты, а ступенчатые отверстия в поворотных дисках герметично перекрыты подпружиненными фиксаторами при нижних положениях каждой из калиброванных трубок.The solution to the technical problem is achieved by the fact that in the known device, which includes a vessel with calibrated tubes of different inner diameters placed inside, made of a non-magnetic material and placed around a circle, in the center of which there is a roller with a rotary sector, brought out for alternate introduction of balls into the calibrated tubes from ferromagnetic material, ball position sensors located in the vessel body, a stand with a frame and a mechanism for rotating the vessel axis to the required angle, inlet and outlet valves in the vessel body for collecting the test liquid, according to the utility model, two rotary discs with holes for overflows of the investigated liquid in the vessel and stepped holes for fixing between the disks of the calibrated tubes with balls placed in them, and in the upper part of each tube, at the marks of the placement along the axis of the vessel of the ball position sensors, there are permanent magnets, and the stepped holes in the rotary discs are hermetically sealed by spring-loaded clamps at the lower positions of each of the calibrated tubes.

На фиг.1 и 2 показана схема вискозиметра.Figures 1 and 2 show a schematic diagram of a viscometer.

Сосуд 1, выполненный в виде цилиндра из немагнитного материала, перекрыт с обеих сторон затворами 2 и 3 с крышками. Сосуд 1 имеет входной 4 и выходной 5 игольчатые вентили для заполнения исследуемой жидкостью. Внутри сосуда размещен центральный валик 6, выведенный через сальниковое устройство в затворе 2 наружу для его поворота с помощью ручки. На валике 6 неподвижно закреплены поворотные диски 7 и 8 с отверстиями 9 для перетоков жидкости в сосуде 1 и ступенчатыми отверстиями 10 для крепления калиброванных трубок 11 из немагнитного материала разного внутреннего диаметра с размещенными внутри них ферромагнитными шариками 12 одного диаметра. Малое проходное отверстие ступенчатого отверстия 10 выполнено с диаметром, меньшим диаметра шарика 12. Ступенчатые отверстия при нижних положениях каждой из трубок 11 герметично перекрываются с обеих сторон подпружиненными фиксаторами 13 и 14.Vessel 1, made in the form of a cylinder of non-magnetic material, is closed on both sides by closures 2 and 3 with lids. Vessel 1 has inlet 4 and outlet 5 needle valves for filling with the test liquid. Inside the vessel there is a central roller 6, which is brought out through the stuffing box in the gate 2 to rotate it with a handle. Rotary disks 7 and 8 with holes 9 for liquid overflows in vessel 1 and stepped holes 10 for fastening calibrated tubes 11 made of non-magnetic material of different inner diameters with ferromagnetic balls 12 of the same diameter placed inside them are fixed on the roller 6. The small through hole of the stepped hole 10 is made with a diameter smaller than the diameter of the ball 12. The stepped holes at the lower positions of each of the tubes 11 are hermetically sealed on both sides by spring-loaded clamps 13 and 14.

В нижней образующей сосуда 1 на равных расстояниях от дисков 7 и 8 установлены датчики магнитного поля 15 и 16 положения ферромагнитного шарика 12, а в каждой калиброванной трубке 11 на тех же расстояниях от дисков 7 и 8 размещены постоянные магниты 17 и 18 так, что при нижних расположениях трубок 11 шарик 12 оказывался соответственно между датчиками 15, 16 и магнитами 17 и 18.In the lower generatrix of the vessel 1, at equal distances from the disks 7 and 8, magnetic field sensors 15 and 16 of the position of the ferromagnetic ball 12 are installed, and in each calibrated tube 11 at the same distances from the disks 7 and 8 permanent magnets 17 and 18 are placed so that when In the lower positions of the tubes 11, the ball 12 was, respectively, between the sensors 15, 16 and the magnets 17 and 18.

Каждая из калиброванных трубок 11 предварительно тарируется по времени прохождения шариков 12 от одного датчика к другому на эталонных жидкостях известной вязкости, при разных углах наклона трубок 11.Each of the calibrated tubes 11 is pre-calibrated according to the transit time of the balls 12 from one sensor to another on standard liquids of known viscosity, at different angles of inclination of the tubes 11.

В центральной части сосуда размещено кольцо 19 с фиксатором 20 для установки электрического разъема 21, манометра 22 и держателя 23.In the central part of the vessel, there is a ring 19 with a retainer 20 for installing an electrical connector 21, a pressure gauge 22 and a holder 23.

К держателю 23 закреплен поворотный диск 24 с отверстиями по периферии, в которые входит подпружиненный фиксатор 25. На диске 24 каждое отверстие, в которое входит фиксатор 25, соответствует определенному углу наклона сосуда 1 к горизонтали. Углы наклона сосуда 1 обозначены на диске 24 против каждого отверстия (на рис. не показаны). Подпружиненный фиксатор 25 размещен на опоре 26 с входной осью 27, которая закреплена неподвижно на вертикальной стойке 28. Стойка размещена на горизонтальной станине 29 с регулировочным винтом 30. Датчики 15 и 16 через разъем 21 связаны с электронным блоком регистрации (на рис. не показано).A rotary disc 24 with holes along the periphery, into which a spring-loaded retainer 25 enters, is fixed to the holder 23. On the disc 24, each hole, into which the retainer 25 enters, corresponds to a certain angle of inclination of the vessel 1 to the horizontal. The angles of inclination of the vessel 1 are indicated on the disc 24 opposite each hole (not shown in the figure). A spring-loaded latch 25 is placed on a support 26 with an input axis 27, which is fixed motionlessly on a vertical post 28. The post is placed on a horizontal bed 29 with an adjusting screw 30. Sensors 15 and 16 are connected through a connector 21 to an electronic registration unit (not shown in the figure) ...

Работа вискозиметра заключается в следующем.The work of the viscometer is as follows.

Перед измерениями стойка 28 вискозиметра устанавливается строго вертикально с помощью регулировочного винта 30. Для отбора пробы исследуемой жидкости сосуд 1 вместе с поворотным диском 24 и входной осью 27 временно снимается с опоры 26 и переносится к месту отбора. Вентиль 4 снабжается шлангом высокого давления (на рис. не показан), который с помощью резьбового соединения герметично соединяется с пробоотборным краном на трубопроводе. В холодное время года вискозиметр может быть покрыт мягким теплоизоляционным материалом (на рис. не показан) для сохранения тепла движущейся в трубопроводе жидкости.Before measurements, the stand 28 of the viscometer is installed strictly vertically using the adjusting screw 30. To take a sample of the liquid under study, the vessel 1, together with the rotary disc 24 and the inlet axis 27, is temporarily removed from the support 26 and transferred to the sampling point. Valve 4 is equipped with a high-pressure hose (not shown in the figure), which, by means of a threaded connection, is hermetically connected to a sampling valve on the pipeline. In the cold season, the viscometer can be covered with a soft heat-insulating material (not shown in the figure) to retain the heat of the fluid moving in the pipeline.

Для заполнения сосуда 1 жидкостью вентиль 4 открывают, а вентиль 5 остается закрытым. Далее при частично открытом вентиле 5 производят слив под давлением газожидкостной смеси из сосуда 1 в открытую емкость (на рис. не показан) для постепенного выравнивания температур в трубопроводе и в сосуде 1. После двух или трехкратной смены объема жидкости производят постепенный выпуск свободного газа из сосуда 1 в горизонтальном его положении. Давление при заполнении сосуда контролируется манометром 22.To fill the vessel 1 with liquid, the valve 4 is opened, and the valve 5 remains closed. Further, when valve 5 is partially open, the gas-liquid mixture is drained under pressure from vessel 1 into an open container (not shown in the figure) to gradually equalize the temperatures in the pipeline and in vessel 1. After two or three times the volume of liquid is changed, the free gas is gradually released from the vessel 1 in its horizontal position. The pressure when filling the vessel is controlled by a pressure gauge 22.

Заполненный водонефтяной смесью сосуд 1 далее переносится к месту измерений и крепится на оси 27. Перед креплением сосуд неоднократно встряхивается для предупреждения расслоения водонефтяной смеси, после чего ось 27 вводят в опору 26.The vessel 1 filled with a water-oil mixture is then transferred to the measurement site and attached to the axis 27. Before fastening, the vessel is repeatedly shaken to prevent stratification of the oil-water mixture, after which the axis 27 is introduced into the support 26.

Далее сосуд 1 неоднократно поворачивается вокруг оси 27 для равномерного заполнения калиброванных трубок 11 водонефтяной смеси. При этом валиком 6 устанавливают диски 7 и 8 так, чтобы ни одна из трубок 11 не была перекрыта с торцов подпружиненными фиксаторами 13 и 14. Перетоки исследуемой жидкости в сосуде 1 происходят через отверстия 9 в дисках 7 и 8, а поступление жидкости в калиброванные трубки через обе стороны ступенчатых отверстий 10.Further, the vessel 1 is repeatedly rotated around the axis 27 for uniform filling of the calibrated tubes 11 with the oil-water mixture. In this case, the disks 7 and 8 are installed with the roller 6 so that none of the tubes 11 is blocked from the ends by the spring-loaded clamps 13 and 14. The flow of the liquid under study in the vessel 1 occurs through the holes 9 in the disks 7 and 8, and the flow of liquid into the calibrated tubes through both sides of the stepped holes 10.

Далее поворотом валика 6 устанавливают для измерения вязкости жидкости одну из калиброванных трубок 11. При этом фиксаторы 13 и 14 герметично перекрывают торцы измеряемой трубки 11 для предупреждения истечения жидкости из нее в период падения шарика 12.Next, by turning the roller 6, one of the calibrated tubes 11 is installed to measure the viscosity of the liquid. In this case, the clamps 13 and 14 hermetically overlap the ends of the tube 11 to be measured to prevent the outflow of liquid from it during the fall of the ball 12.

Вначале сосуд 1 устанавливают поворотом вокруг оси 27 в вертикальное положение для того, чтобы шарик 12 оказался на нижнем торце трубки 11. При этом в верхнем положении может оказаться любой из затворов 2 и 3. Далее сосуд 1 быстро поворачивают на 180° и шарик 12 начинает падать вниз по трубке 11, проходя через датчики 15 и 16. В момент прохождения через эти датчики электронная система регистрирует изменение (импульс) магнитного поля, передаваемый постоянными магнитами 17 и 18 датчикам 15 и 16. Система регистрации позволяет с помощью таймера определить время, прошедшее между двумя импульсами, т.е. прохождения шарика от датчика 15 к датчику 16 (или наоборот) и по тарировочным таблицам определить вязкость исследуемой жидкости.Initially, the vessel 1 is set by turning around the axis 27 to a vertical position so that the ball 12 is on the lower end of the tube 11. In this case, any of the closures 2 and 3 can be in the upper position. Then the vessel 1 is quickly turned 180 ° and the ball 12 starts fall down the tube 11, passing through the sensors 15 and 16. At the moment of passing through these sensors, the electronic system registers the change (pulse) of the magnetic field transmitted by the permanent magnets 17 and 18 to the sensors 15 and 16. The registration system allows using a timer to determine the time elapsed between two pulses, i.e. the passage of the ball from the sensor 15 to the sensor 16 (or vice versa) and determine the viscosity of the test liquid using the calibration tables.

Далее, поворотом сосуда 1 на 180° фиксируют время прохождения шарика 12 от одного датчика к другому и повторно определяют вязкость жидкости. Таким образом, за короткое время производят многократные измерения для получения устойчивого усредненного значения вязкости.Further, by turning the vessel 1 by 180 °, the time of passage of the ball 12 from one sensor to another is recorded and the viscosity of the liquid is determined again. Thus, multiple measurements are taken in a short time to obtain a stable average viscosity value.

При длительном времени движения шарика 12 в трубке 11, т.е. при значительной вязкости исследуемой жидкости поворотом валика 6 устанавливают на измерение другую трубку 11 с большим внутренним диаметром и производят аналогичные операции. И, напротив, при малых значениях вязкости измерения производят на трубке меньшего внутреннего диаметра.With a long time of movement of the ball 12 in the tube 11, i.e. with a significant viscosity of the liquid under study, by turning the roller 6, another tube 11 with a large inner diameter is set for measurement and similar operations are performed. Conversely, at low viscosities, measurements are made on a tube with a smaller inner diameter.

При исследованиях вязкости легких нефтей измерения производят в наклонных положениях сосуда 1 перестановкой подпружиненного фиксатора 25 в другое отверстие поворотного диска 24. В наклонных положениях сосуда 1 время движения шарика 12 в трубке 11 увеличивается, и точность измерений возрастает.When studying the viscosity of light oils, measurements are made in the inclined positions of the vessel 1 by displacing the spring-loaded retainer 25 into another opening of the rotary disk 24. In the inclined positions of the vessel 1, the time of movement of the ball 12 in the tube 11 increases, and the measurement accuracy increases.

Технико-экономическими преимуществами предложенного вискозиметра являются возможность переноса прибора к точке отбора нефти из трубопровода, быстрота и оперативность исследований благодаря возможности проведения измерений в обоих направлениях движения шарика в калиброванной трубке поворотом сосуда вокруг оси на 180°, а также измерения вязкости при давлениях и температурах жидкостей в трубопроводах.The technical and economic advantages of the proposed viscometer are the ability to transfer the device to the point of oil extraction from the pipeline, the speed and efficiency of research due to the possibility of measuring in both directions of the ball movement in a calibrated tube by rotating the vessel around the axis by 180 °, as well as measuring the viscosity at pressures and temperatures of liquids. in pipelines.

Claims

A viscometer, including a vessel with calibrated tubes of different internal diameters placed inside, made of non-magnetic material and placed around a circle, in the center of which there is a roller with a rotary sector, brought out for alternate introduction of balls made of ferromagnetic material into the calibrated tubes, ball position sensors located in the body of the vessel, a stand with a frame and a mechanism for rotating the axis of the vessel to the required angle, inlet and outlet valves in the body of the vessel for collecting the test liquid, characterized in that two rotary discs are installed on the central roller with holes for overflows of the test liquid in the vessel and stepped holes for fastening between the disks of calibrated tubes with balls placed in them, and in the upper part of each tube at the marks of the alignment of the ball position sensors along the axis of the vessel, permanent magnets are placed, and the stepped holes in the rotary disks are hermetically closed by spring-loaded fixation tori at the lower positions of each of the calibrated tubes.