RU209441U1 - Универсальная ячейка фазовых равновесий - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области аппаратурно-технологического обеспечения экспериментальных термодинамических исследований фазовых равновесий и физического моделирования поведения реальных пластовых и искусственных углеводородных смесей. Универсальная ячейка фазовых равновесий содержит полый цилиндр, выполненный из сапфирового стекла, катетометр с видеокамерой и поршень, выполненный в форме цилиндра, переходящего в усеченный конус, который делит внутреннюю полость цилиндра на гидравлическую камеру и камеру PVT. В поршне выполнен сквозной канал, соединенный с отводящей капиллярной трубкой и с узкой частью полости, образованной между частью поршня, выполненной в виде усеченного конуса и стенкой цилиндра. В части поршня, выполненной в виде усеченного конуса, размещен первый датчик температуры. Между цилиндром и прозрачной цилиндрической обечайкой образована термостатирующая полость, закрытая со стороны камеры PVT первым металлическим фланцем, снабженным вторым датчиком температуры, турбинной мешалкой и кольцевым термостатирующим каналом, а со стороны гидравлической камеры - вторым металлическим фланцем, снабженным третьим датчиком температуры. Техническим результатом является расширение области применения ячейки фазовых равновесий и повышение ее технико-технологических характеристик. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Полезная модель относится к области аппаратурно-технологического обеспечения экспериментальных термодинамических исследований фазовых равновесий и физического моделирования поведения реальных пластовых и искусственных углеводородных смесей на PVT-установке, в частности - конструкций ячеек фазовых равновесий (бомб PVT, сосудов высокого давления).

Известно устройство исследования фазовых равновесий, включающее вертикальный прозрачный цилиндр из оптического стекла высокого давления, заключенный в металлическую рубашку со смотровыми стеклами по всей высоте ячейки. Верхняя и нижняя часть цилиндра и рубашки закреплены металлическими фланцами. Термостатирование внутреннего цилиндра осуществляется с помощью прозрачной гидравлической жидкости. Перемешивание исследуемой пробы и гидравлической жидкости осуществляется с помощью магнитной мешалки, установленной на валу, с целью ее перемещения по всей высоте ячейки. Измерение уровня жидкости осуществлено при помощи катетометра, установленного снаружи ячейки (см. патент US 2966055, B01J 3/04, опубл. 27.12.1960).

К недостаткам упомянутого выше устройства можно отнести: беспоршневое исполнение камеры PVT, что неизбежно приводит к контакту пробы с гидравлической жидкостью; низкую точность измерения объема системы и объема выпавшей жидкой фазы (при малых количествах); недостаточный максимальный объем камеры PVT для исследования тощих газоконденсатных систем; несовершенство системы термостатирования, связанное, во-первых, с отсутствием контроля температуры по всей высоте ячейки, а во-вторых - с массивностью конструкции, в частности, фланцевых соединений, не включенных в контур термостатирования.

Известна ячейка, входящая в состав установки PVT-8, являющаяся одной из первых безртутных ячеек для исследования пластовых нефтей. Ячейка представляет собой цилиндр с рабочим объемом 600 см³, в котором помещены два поршня с выходящими через крышки штоками. Объем пробы, помещенной между поршнями, определяют по шкалам, нанесенным на штоках. Внутри штоков расположены запорные вентили, рукоятки которых выведены наружу. При помощи нижнего вентиля отбирают пробу жидкости и заполняют ею камеру, при помощи верхнего вентиля впускают и выпускают газ (см. Установка для исследования пластовых нефтей PVT-8 - ВНИИКАЗНЕФТЕГАЗ. - Готоптехиздат, 1961).

Несмотря на потенциальную универсальность упомянутой выше ячейки, к ее явным недостаткам можно отнести низкую точность измерения объемов фаз и большой мертвый объем.

Известно устройство для проведения термодинамических исследований многофазных флюидов при очень высоких давлениях и температурах, включающее одну или две ячейки переменного объема, причем одна из них снабжена торцевым стеклом для визуального наблюдения за фазовыми переходами и измерением уровня жидкости, датчиком давления с разделительной мембраной, установленным непосредственно в поршень в ячейке PVT; оптическим устройством для измерения перемещения поршня, сапфировым торцевым стеклом (см. патент US 5747674, G01N 25/00, G01N 33/24, G01N 33/28, опубл. 05.05.1998).

К существенным недостаткам упомянутого устройства можно отнести отсутствие эффективных систем перемешивания и термостатирования.

Известна конструкция ячейки, примененная в составе специальной установки для исследования пенистой и тяжелой нефти, представляющая собой цилиндр высокого давления, снабженный эффективным механическим перемешивающим устройством (которое позволяет оперативно перемещать мешалку по высоте камеры PVT), поворотный механизм (обеспечивающий поворот ячейки на 180°), плавающий поршень, термостатирующий шкаф и металлический каркас (раму). Сама ячейка и терморубашка имеют соответствующие удлиненные секции, выполненные из прозрачного материала с возможностью визуального контроля уровня жидкости во внутреннем пространстве вдоль всего продольного направления (см. US 2015117488 A1, G01N 25/02; G01N 33/24, опубл. 30.04.2015).

К недостаткам упомянутой выше ячейки можно отнести то, что она не является универсальной, а также массивность ее конструкции, что создает проблемы с термостатированием пробы внутри ячейки.

Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является устройство, состоящее из стеклянной колбы, помещенной в стальной кожух со смотровыми окошками из закаленного стекла. Специальный плавающий поршень и турбинная мешалка с магнитным приводом помещены внутри камеры. Объем и давление пластового флюида поддерживается поршневым насосом высокого давления, который обеспечивает подачу или прием гидравлической жидкости. Специальная прозрачная вытесняющая жидкость, в свою очередь, подается внутрь стального кожуха для компенсации давления внутри стеклянной колбы. Конструкция ячейки дополняется поворотным механизмом, позволяющим вращать камеру на 180°. Подставка с ячейкой размещены в термошкафу, который оснащен воздушным термостатированием. Ячейка является универсальной и пригодной для исследования большинства типов пластовых флюидов, в т.ч. находящихся при высоких термобарических условиях (см. Staby A., Mollerup J. Measurement of Solutibilities of 1-Pentanol in Supercritical Ethene // The Journal of Supercritical Fluids. -№4. - 1991. - P. 233-237).

К недостаткам конструкции упомянутого устройства можно отнести: небольшой объем камеры PVT (не пригодна для изучения тощих газоконденсатных систем), неравномерность распределения температурного поля по телу ячейки PVT, присущая воздушному типу термостатирования, необходимость компенсации давления в основной колбе путем создания давления гидравлической жидкости в терморубашке.

Для проведения экспериментальных исследований, как правило, применяются ячейки с объемом камеры PVT не менее 100 см³. В этой связи, большинство конструкций, которые имеют некоторые существенные преимущества (например, высокую точность определения давления начала конденсации или давления насыщения нефти газом), позволяют проводить только ограниченный перечень исследований и не могут использоваться в качестве основной ячейки PVT. С другой стороны, применение ячеек со значительными объемами камер PVT (более 1000 см³) влечет за собой увеличение сложности и длительности термостатирования пробы. Общие недостатки известных конструкций касаются следующих аспектов: неуниверсальность применения по отношению к исследуемому пластовому флюиду, несовершенство системы термостатирования, несовершенство системы перемешивания, несовершенство системы измерения малых объемов фаз, неоптимальный объем камеры PVT для проведения стандартного комплекса PVT-исследований, большой мертвый объем, недостаточные максимальные рабочие давления и температуры (характерно для устаревших конструкций).

Задачей полезной модели является создание универсальной ячейки фазовых равновесий, позволяющей эффективно проводить полный комплекс PVT-исследований газоконденсатных и нефтяных систем.

Техническим результатом заявленной полезной модели является расширение области применения ячейки фазовых равновесий, повышение ее технико-технологических характеристик, касающихся точности измерения малых объемов фаз и отбора малых объемов проб, и повышение ее практичности применительно к PVT-исследованиям реальных пластовых и искусственных углеводородных смесей.

Технический результат обеспечивается тем, что универсальная ячейка фазовых равновесий содержит корпус, представляющий собой полый цилиндр, выполненный из толстостенного сапфирового стекла и заключенный в прозрачную цилиндрическую обечайку, а также содержит поворотный механизм, трубопровод для подвода пробы исследуемого флюида, отводящую капиллярную трубку, поршень, выполненный в форме цилиндра, переходящего в усеченный конус, размещенный внутри полого цилиндра и делящий внутреннюю полость полого цилиндра на гидравлическую камеру и камеру PVT, при этом часть поршня, выполненная в виде цилиндра, обращена в сторону гидравлической камеры, а часть поршня, выполненная в виде усеченного конуса, обращена в сторону камеры PVT, в поршне выполнен сквозной канал, одним концом соединенный с отводящей капиллярной трубкой, а вторым концом - с узкой частью полости, образованной между частью поршня, выполненной в виде усеченного конуса и стенкой полого цилиндра, причем между полым цилиндром и прозрачной цилиндрической обечайкой образована термостатирующая полость, подключенная к жидкостному термокриостату, заполненная оптически прозрачной термостатирующей жидкостью и закрытая со стороны камеры PVT первым металлическим фланцем, а со стороны гидравлической камеры - вторым металлическим фланцем, при этом в части поршня, выполненной в виде усеченного конуса, размещен первый датчик температуры, в первом металлическом фланце установлен второй датчик температуры и турбинная мешалка с магнитным приводом, а во втором металлическом фланце установлен третий датчик температуры и, кроме того, в первом и втором металлических фланцах закреплен катетометр, на котором размещена видеокамера, а в серединной части первого металлического фланца выполнен кольцевой термостатирующий канал, сообщенный с термостатирующей полостью.

Часть сквозного канала, проходящая через часть поршня, выполненную в виде усеченного конуса, может иметь наклон под углом 45° к вертикали, а часть сквозного канала, проходящая через цилиндрическую часть поршня, может быть расположена параллельно оси поршня.

Турбинная мешалка с магнитным приводом может состоять из механической турбины, цилиндрического корпуса, закрепленного шпильками, соленоида и муфты, оборудованной отверстием для загрузки пробы, сообщенным с трубопроводом для подвода пробы исследуемого флюида.

Поворотный механизм может представлять собой сервопривод с безлюфтовым планетарным редуктором, снабженным системой зубчатых шкивов и зубчатого ремня, при этом вал редуктора прикреплен к платформе, которая закреплена в первом и втором металлических фланцах.

Применение толстостенного цилиндра из сапфирового стекла в качестве основы универсальной ячейки фазовых равновесий, устойчивого к высоким давлениям и температурам, агрессивным средам, обеспечивает повышение визуального обзора исследуемого флюида, находящегося в камере PVT, что существенно сказывается на точности определения границ раздела фаз при проведении экспериментов, таких как дифференциальное разгазирование для нефтяных систем и опыта дифференциальной и контактно-дифференциальной конденсации для газоконденсатных систем.

Расширение области применения ячейки фазовых равновесий и повышение ее практичности применительно к PVT-исследованиям реальных пластовых и искусственных углеводородных смесей обеспечивается возможностью исследования как газоконденсатных, так и нефтяных систем, а также глубинных проб воды, за счет выполнения плавающего поршня в виде цилиндра, переходящего в усеченный конус.

Для обеспечения точности измерения малых объемов фаз и отбора малых объемов проб при исследовании газоконденсатных систем применен поршень в виде цилиндра, переходящего в усеченный конус, вкупе с видеокамерой, размещенной на катетометре. Значение объема устанавливается на основе измерения линейного положения видеокамеры с учетом геометрии поршня. В зависимости от объема выпавшей жидкости измерения могут осуществляться под различными углами с целью повышения чувствительности измерений малых объемов жидкости.

Применение турбинной мешалки с магнитным приводом, установленной в первом металлическом фланце, обеспечивает эффективное перемешивание флюида для быстрого достижения равновесного состояния между газообразными и жидкими фазами исследуемого флюида.

Система термостатирования (термостатирующая полость и кольцевой термостатирующий канал), обеспечивает равномерное поле температур пробы пластового флюида, повышает точность термостатирования, при этом контроль точности термостатирования обеспечивается за счет показаний датчиков температуры, установленных в первом и во втором фланцах, и датчика температуры, установленного непосредственно в поршне. Жидкостное термостатирование ускоряет стабилизацию температуры пробы.

Заявленная полезная модель поясняется чертежами.

На Фиг. 1 показано схематичное изображение универсальной ячейки фазовых равновесий (ячейка показана в положении, когда при проведении исследований газоконденсатного флюида турбинная мешалка находится вверху).

На Фиг. 2 показано схематическое изображение плавающего поршня.

На Фиг. 3 показано схематическое изображение турбинной мешалки вид сверху.

На Фиг. 4 показано схематическое изображение турбинной мешалки.

На Фиг. 5 показан разрез ячейки фазовых равновесий с поршнем (ячейка показана в положении, для проведения исследований газоконденсатного флюида, когда часть поршня, выполненная в виде усеченного конуса, находится вверху).

На фиг. 1 элементы ячейки фазовых равновесий обозначены следующими позициями: полый цилиндр 1 из сапфирового стекла, первый фланец 2, второй фланец 3, плавающий поршень 4, шток 5, датчик 6 линейного перемещения, турбинная мешалка 7, магнитный привод 8 мешалки 7, поворотный механизм с сервоприводом 9, видеокамера 10, термостатирующая полость (термостатирующая рубашка) 11, датчик давления 12, мановакууметр 13, третий датчик температуры 14, первый датчик температуры 15, второй датчик температуры 16, камера PVT 17, первый вентиль 18, второй вентиль 19, гидравлическая камера 20, третий вентиль 21, четвертый вентиль 22.

На фиг. 2 позициями обозначены следующие элементы поршня 4: часть поршня в виде усеченного конуса 23, шток 5, уплотнения герметизирующие 24, направляющие 25, входной фитинг 26, отводящая капиллярная трубка 27, намотанная на часть штока 5, проходящую через гидравлическую камеру 20, сквозной канал 28 для стекания жидкости.

На фиг. 3 позициями обозначены следующие элементы турбинной мешалки: механическая турбина 29, цилиндрический корпус 30, шпильки 31.

На фиг. 4 позициями обозначены следующие элементы турбинной мешалки: механическая турбина 29, цилиндрический корпус 30, закрепленный шпильками 31, соленоид 32, муфта 33, оборудованная отверстием 34 для загрузки пробы.

На фиг. 5 позициями обозначены следующие элементы: поршень 4, выпавшая жидкость 36, уплотнения герметизирующие 24, направляющие 25, входной фитинг 26, отводящая капиллярная трубка 27, шток 5, полый цилиндр 1 из сапфирового стекла, цилиндрическая обечайка 37, выполненная из оргстекла, и выходной фитинг 35, установленный во втором металлическом фланце 3.

В качестве основы для универсальной ячейки фазовых равновесий использован корпус, представляющий собой полый цилиндр 1 из толстостенного сапфирового стекла с плавающим металлическим поршнем 4 внутри. Полый цилиндр 1 рассчитан на воздействие высокого давления и температуры и выдерживает напряжения, возникающие при давлениях до 100 МПа без применения компенсаторов давления (путем создания противодавления во внешнем контуре термостатирования).

Плавающий металлический поршень 4 выполнен в виде цилиндра, переходящего в усеченный конус 23, и снабжен штоком 5, уплотнениями герметизирующими 24, направляющими 25, входным фитингом 26, установленным на торцевой поверхности части поршня 4 выполненной в виде цилиндра (см. фиг. 2). Поршень 4 делит внутреннюю полость цилиндра 1 на гидравлическую камеру 20 и камеру PVT 17. Цилиндрическая часть поршня 4 обращена в сторону гидравлической камеры 20, а часть, выполненная в виде усеченного конуса, обращена в сторону камеры PVT 17. В части поршня 4, выполненной в виде усеченного конуса размещен первый датчик температуры 15. Поршень 4 имеет шток 5, расположенный со стороны цилиндрической части поршня 4. С помощью штока 5 передается положение линейного перемещения на датчик 6 линейного перемещения.

Для отбора проб малых количеств жидкости, образовавшейся при проведении исследования газоконденсатных систем, в поршне 4 выполнен сквозной канал 28 для стекания жидкости. Выходной конец сквозного канала 28 через входной фитинг 26 соединен с отводящей капиллярной трубкой 27, которая соединена через выходной фитинг 35 со вторым вентилем 19, являющимся вентилем высокого давления. Входной конец сквозного канала 28, выполненного в поршне 4, сообщен с узкой частью полости, образованной между частью поршня 4, представляющей собой усеченный конус 23, и стенкой полого цилиндра 1. В упомянутой узкой части полости собирается жидкость 36, которая образовывается при проведении исследования газоконденсатных систем и отводится из камеры PVT 17 через сквозной канал 28 и соединенную с ним отводящую капиллярную трубку 27. Часть упомянутого сквозного канала 28, проходящая через часть поршня 4, выполненную в виде усеченного конуса, имеет наклон под углом 45° к вертикали, а часть сквозного канала, проходящая через часть поршня, выполненную в виде цилиндра, расположена параллельно оси поршня.

Корпус ячейки снабжен терморубашкой, представляющей собой термостатирующую полость 11, образованную между полым цилиндром 1 и прозрачной цилиндрической обечайкой 37, выполненной из оргстекла. В термостатирующей полости 11 находится оптически прозрачная термостатирующая жидкость. Термостатирование обеспечивается жидкостным термокриостатом, к которому подключена термостатирующая полость 11 (на чертеже не показан).

Цилиндрическая обечайка 37 (см. фиг. 5) установлена коаксиально полому цилиндру 1 и закрыта с торцевых сторон первым 2 и вторым 3 металлическими фланцами. Во втором металлическом фланце 3 установлен третий датчик температуры 14, а в первом металлическом фланце 2 установлен второй датчик температуры 16 и перемешивающее устройство, представляющее собой турбинную мешалку 7.

Турбинная мешалка 7, обеспечивает перемешивание пробы исследуемого флюида в камере PVT 17 и приводится в действие магнитным приводом 8. Турбинная мешалка 7 состоит из механической турбины 29, цилиндрического корпуса 30, закрепленного шпильками 31, соленоида 32, муфты 33, оборудованной отверстием 34 для загрузки пробы, которое сообщено с трубопроводом для подвода пробы исследуемого флюида. Турбинная мешалка 7 сконструирована таким образом, чтобы обеспечивать эффективное перемешивание исследуемого флюида для быстрого достижения равновесного состояния между газообразными и жидкими фазами исследуемого флюида. Особенностью применяемой конструкции является отсутствии нагрева турбинной мешалки 7, вызванного электромагнитной индукцией. Турбинная мешалка 7 выполнена с возможностью регулирования скорости перемешивания, что создает перспективы разработки и применения новых методов определения термодинамических характеристик при условии равномерного низкоинтенсивного перемешивания.

Трубопровод для подвода пробы исследуемого флюида, а также входной фитинг 26 и выходной фитинг 35 снабжены системой термостатирования, выполненной в виде полых термостатирующих трубок, которыми обмотан упомянутый трубопровод и фитинги. При этом полые термостатирующие трубки (на чертеже не показаны) сообщены с термостатируемой полостью 11, заполненной термостатирующей жидкостью, и образуют с ней единый контур термостатирования.

Термостатирование первого металлического фланца 2 осуществляется за счет выполнения в его серединной части кольцевого термостатирующего канала, сообщенного посредством отверстия, выполненного в первом металлическом фланце 2, с термостатирующей полостью 11. При этом упомянутый кольцевой канал имеет общую ось с полым цилиндром 1.

Термостатирующая полость 11 подключена к жидкостному термокриостату погружного типа (на чертеже не показан), посредством которого термостатирующая жидкость приводится к необходимой температуре. Термостатирующая жидкость непрерывно циркулирует между термостатируеющей полостью 11, кольцевым термостатирующим каналом (на чертеже не показан) и полыми термостатирующими трубками (на чертеже не показаны), обеспечивая достижение необходимой температуры флюида в ячейке. Циркуляция термостатирующей жидкости обеспечивается посредством насосов термокриостата (на чертеже не показаны). Достижение заданной температуры осуществляется с помощью ПИД- регуляции по первому датчику температуры 15, встроенному в поршень 4.

Ячейка фазовых равновесий снабжена трубопроводом для подвода пробы исследуемого флюида, трубопроводом, обеспечивающим вакуумирование камеры PVT 17 с помощью вакуумного насоса (на чертеже не показан), трубопроводом подачи гидравлической жидкости в гидравлическую камеру 20, отводящей капиллярной трубкой 27. Трубопровод для подвода пробы исследуемого флюида снабжен вентилем 18. На входном конце трубопровода, обеспечивающего вакуумирование камеры PVT 17, установлен вентиль 22 и мановакуумметр 13. Входной конец трубопровода подачи гидравлической жидкости в гидравлическую камеру 20 снабжен вентилем 21. Выходной конец отводящей капиллярной трубки 27 снабжен вторым вентилем 19, представляющим собой вентиль высокого давления.

Трубопровод для подвода пробы исследуемого флюида, снабжен датчиком давления 12, с помощью которого измеряется давление в ячейке фазовых равновесий.

Ячейка фазовых равновесий снабжена поворотным механизмом, представляющим собой сервопривод 9 с безлюфтовым планетарным редуктором, снабженным системой зубчатых шкивов и зубчатого ремня, при этом вал планетарного редуктора прикреплен к платформе, которая закреплена в первом 2 и втором 3 металлических фланцах. Поворотный механизм может обеспечивать положение ячейки фазовых равновесий под строго определенным углом относительно вертикали и позволяет поворачивать ячейку на угол до 180° в обе стороны.

Ячейка фазовых равновесий снабжена цифровым катетометром, закрепленным одним концом на первом металлическом фланце 2, а другим концом - на втором металлическом фланце 3. На катетометре установлена видеокамера 10.

Насос высокого давления (на чертеже не показан) предназначен для точного управления давлением в PVT ячейке, создает и точно поддерживает заданное значение давления, как в условиях окружающей среды, так и в пластовых условиях. Насос эксплуатируется либо в режиме поддержания постоянного давления, либо в режиме поддержания постоянного расхода.

Ячейка имеет управление при помощи компьютерной рабочей станции с программным обеспечением для сбора данных и управления системой в автоматическом режиме.

Заявленная универсальная ячейка фазовых равновесий работает следующим образом.

Ячейки предназначены для исследования термодинамических характеристик углеводородных смесей в широких термобарических условиях, в том числе при высоких давлениях и температурах, а также при наличии агрессивных сред. Основное отличие ячейки PVT от иных бомб равновесия заключается, прежде всего, в достаточности объема камеры PVT для возможности измерения объемов и отбора фаз, выделившихся из загруженной пробы, на различных ступенях давления.

Ячейка сконфигурирована как для выполнения исследований проб нефти, так и для исследований проб газа/газовых конденсатов. Для исследования газа/газовых конденсатов ячейку поворачивают таким образом, что мешалка расположена вверху, а для исследования нефтяных систем ячейку поворачивают таким образом, что мешалка расположена внизу.

Перед началом работы камеру PVT 17 и гидравлическую камеру 20 опрессовывают на давление, превышающее на 5 МПа пластовое давление исследуемой смеси (при пластовой температуре).

Камеру PVT 17 очищают с применением растворителей, после чего ее очищают от растворителей и продувают воздухом. Камеру PVT 17 вакуумируют с помощью вакуумного насоса (на чертеже не показан) через вентиль 22. Глубину вакуума измеряют мановакуумметром 13.

Предварительно определяют мертвый объем камеры PVT 17 и осуществляют калибровку датчика линейных перемещений 6 и катетометра.

Осуществляют подготовку проб пластовых флюидов и переводят поршень 4 в крайнее положение, соответствующее мертвому объему камеры PVT 17.

Осуществляют перевод необходимого количества пробы в камеру PVT 17 при открытом первом вентиле 18.

Отбор пробы жидкости осуществляют через отводящую капиллярную трубку 27 при открытом вентиле 19, а подачу гидравлической жидкости в гидравлическую камеру 20 осуществляют через трубопровод подачи гидравлической жидкости в гидравлическую камеру при открытом третьем вентиле 21.

Осуществляют термостатирование и перемешивание пробы исследуемого флюида посредством турбинной мешалки 7 вплоть до достижения фазового равновесия, а затем приступают непосредственно к проведению исследований.

Для исследования газоконденсатных систем (например, для исследования влияния газа на вязкость флюида), ячейку располагают вертикально, так чтобы камера PVT 17 с турбинной мешалкой находилась вверху. Систему приводят к термобарическим условиям выше давления начала конденсации исследуемого флюида.

Создание и поддержание давления осуществляют автоматическим гидравлическим насосом высокого давления (на чертеже не показан). Измерение давления осуществляется по датчику давления 12, а измерение температуры - по датчику температуры 15, установленному непосредственно на поршне 4. Измерение объема камеры PVT 17 осуществляют с помощью датчика 6 измерения линейного перемещения поршня 4.

Значение объема устанавливается на основе измерения линейного положения видеокамеры 10 с учетом геометрии поршня 4. В зависимости от объема выпавшей жидкости измерения могут осуществляться под различными углами с целью повышения чувствительности измерений малых объемов жидкости.

Для отбора проб малых количеств жидкости в поршне 4 выполнен сквозной канал для стекания жидкости в отводящую капиллярную трубку 27. Возможность измерения и отбора малых объемов проб жидкости позволяет исследовать тощие газоконденсатные системы.

Измерение давления начала конденсации осуществляется визуальным методом с помощью видеокамеры 10, установленной на катетометре.

Термостатирование ячейки осуществляется с помощью жидкостного термокриостата погружного типа (на чертеже не показан). Контур термостатирования охватывает полый цилиндр 1, первый 2 металлический фланец, а также трубопровод для подвода пробы исследуемого флюида и входной 26 и выходной 35 фитинги. Циркуляция термостатирующей жидкости происходит таким образом, чтобы полностью исключить застойные зоны. Контроль точности термостатирования исследуемого флюида осуществляется по отклонению показаний второго датчика температуры 16 и третьего датчика температуры 14, установленных в первом 2 и во втором 3 металлических фланцах, от показаний первого датчика температуры 15, установленного непосредственно в поршне 4.

Уровень раздела фаз измеряется цифровым катетометром. Измерение объема жидкости осуществляется с учетом измерений произведенных катетометром, и с учетом градуировочной зависимости, которую получают в результате калибровки камеры PVT 17, расположенной под определенным углом к нормали, для каждого отдельного значения угла наклона следующим образом. При проведении калибровки ячейку PVT 17, находящуюся под определенным углом к нормали, и трубопровод для подвода пробы заполняют калибровочной смесью-эталоном (например, дистиллированной водой), находящейся в однофазном состоянии, с известной плотностью. Универсальная ячейка фазовых равновесий имеет управление при помощи компьютерной рабочей станции с программным обеспечением для сбора данных и управления в автоматическом режиме.

При исследовании нефтяных систем, а также при проведении исследований глубинных проб воды ячейку поворачивают из положения, при котором мешалка находится вверху, на угол 180° вертикали, так чтобы мешалка оказалась внизу и проводят исследования аналогично схеме проведения исследований газоконденсатных систем описанной выше.

Универсальная ячейка фазовых равновесий найдет широкое применение в нефтегазовой промышленности. Конструктивные особенности ячейки позволят проводить полный комплекс PVT-исследований газоконденсатных (включая контактную, дифференциальную и контактно-дифференциальную конденсацию) и нефтяных систем (включая контактное и дифференциальное разгазирование), а также глубинных проб воды. Благодаря тому, что измерительная система ячейки включает датчики давления, температуры, линейного положения поршня, катетометра и видеокамеру, а обеспечение необходимых условий измерения достигается применением автоматизированных насоса высокого давления и термокриостата, возможны прецизионные измерения давления фазового перехода (давления начала конденсации, давления насыщения) не только пластовых, но и искусственных смесей с помощью визуального и объемного методов измерений, в т.ч. в качестве эталонной установки для определения свойств и изучения фазового поведения стандартных образцов.

Практическая значимость установки связана с ее универсальностью, высокой точностью измеряемых величин, надежностью, простотой обслуживания и эксплуатации.

Claims (4)

1. Универсальная ячейка фазовых равновесий содержит корпус, представляющий собой полый цилиндр, выполненный из толстостенного сапфирового стекла и заключенный в прозрачную цилиндрическую обечайку, а также содержит поворотный механизм, трубопровод для подвода пробы исследуемого флюида, отводящую капиллярную трубку, поршень, выполненный в форме цилиндра, переходящего в усеченный конус, размещенный внутри полого цилиндра и делящий внутреннюю полость полого цилиндра на гидравлическую камеру и камеру PVT, при этом часть поршня, выполненная в виде цилиндра, обращена в сторону гидравлической камеры, а часть поршня, выполненная в виде усеченного конуса, обращена в сторону камеры PVT, в поршне выполнен сквозной канал, одним концом соединенный с отводящей капиллярной трубкой, а вторым концом - с узкой частью полости, образованной между частью поршня, выполненной в виде усеченного конуса и стенкой полого цилиндра, причем между полым цилиндром и прозрачной цилиндрической обечайкой образована термостатирующая полость, подключенная к жидкостному термокриостату, заполненная оптически прозрачной термостатирующей жидкостью и закрытая со стороны камеры PVT первым металлическим фланцем, а со стороны гидравлической камеры - вторым металлическим фланцем, при этом в части поршня, выполненной в виде усеченного конуса, размещен первый датчик температуры, в первом металлическом фланце установлен второй датчик температуры и турбинная мешалка с магнитным приводом, а во втором металлическом фланце установлен третий датчик температуры и, кроме того, в первом и втором металлических фланцах закреплен катетометр, на котором размещена видеокамера, а в серединной части первого металлического фланца выполнен кольцевой термостатирующий канал, сообщенный с термостатирующей полостью.

2. Универсальная ячейка по п. 1, отличающаяся тем, что часть сквозного канала, проходящая через часть поршня, выполненную в виде усеченного конуса, имеет наклон под углом 45° к вертикали, а часть сквозного канала, проходящая через цилиндрическую часть поршня, расположена параллельно оси поршня.

3. Универсальная ячейка по п. 1, отличающаяся тем, что турбинная мешалка с магнитным приводом состоит из механической турбины, цилиндрического корпуса, закрепленного шпильками, соленоида и муфты, оборудованной отверстием для загрузки пробы, сообщенным с трубопроводом для подвода пробы исследуемого флюида.

4. Универсальная ячейка по п. 1, отличающаяся тем, что поворотный механизм представляет собой сервопривод с безлюфтовым планетарным редуктором, снабженным системой из зубчатых шкивов и зубчатого ремня, при этом вал редуктора прикреплен к платформе, которая закреплена в первом и втором металлических фланцах.

Images