RU61344U1

RU61344U1 - DEVICE FOR MEASURING OIL WELL DEBIT

Info

Publication number: RU61344U1
Application number: RU2006131537/22U
Authority: RU
Inventors: Генрих Саакович Абрамов; Алексей Васильевич Барычев; Михаил Иванович Зимин; Владимир Михайлович Сахаров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Инженерно-производственная фирма СИБНЕФТЕАВТОМАТИКА" (ОАО ИПФ "СибНА")
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2007-02-27

Abstract

Устройство для измерения дебита нефтяных скважин относится к нефтепромысловому оборудованию и может быть использовано для первичного учета продукции, то есть в области измерения и контроля дебита на объектах нефтедобычи. Устройство (У) содержит вертикальный мерный резервуар-сепаратор с патрубками для подачи в него продукции скважины, отвода из него выделяющегося попутного газа и слива жидкости, датчик температуры в мерном резервуаре-сепараторе, датчики соответственно максимально и минимально допустимого уровня жидкости и, как минимум, один датчик промежуточного уровня жидкости в нем, датчик разности гидростатических давлений, датчик избыточного давления в верхней полости резервуара-сепаратора и контроллер. Содержит также трехходовой кран и переключатель скважин, управляемые контроллером. Новизна У характеризуется конструктивным исполнением переключателя скважин, который представляет собой автономное изделие в виде моноблока, помещенного в специальное технологическое помещение. Устройство обеспечивает более высокие потребительские свойства при их реализации по сравнению с уже известными техническими решениями. 1 н.п.ф., 1 з.п.ф., 1 ил.A device for measuring the flow rate of oil wells relates to oilfield equipment and can be used for primary production accounting, that is, in the field of measuring and controlling the flow rate at oil production facilities. The device (U) contains a vertical metering separator tank with nozzles for supplying well products to it, venting associated gas and draining the liquid from it, a temperature sensor in the metering separator tank, sensors, respectively, of the maximum and minimum allowable liquid level and, at least, one sensor of an intermediate liquid level in it, a differential pressure sensor, an overpressure sensor in the upper cavity of the separator tank and a controller. It also contains a three-way valve and a well switch controlled by a controller. The novelty of U is characterized by the design of the well switch, which is an autonomous product in the form of a monoblock placed in a special technological room. The device provides higher consumer properties in their implementation in comparison with the already known technical solutions. 1 n.p.ph., 1 s.p.ph., 1 ill.

Description

Полезная модель относится к нефтепромысловому оборудованию и может быть использована для первичного учета продукции, то есть в области измерения и контроля дебита на объектах нефтедобычи.The utility model relates to oilfield equipment and can be used for primary production accounting, that is, in the field of measuring and controlling flow rates at oil production facilities.

Известно устройство [1] для измерения дебита нефтяных скважин, содержащее вертикальный цилиндрический сепаратор, датчики давления, температуры, нижнего и верхнего уровней, газовую, впускную (для подачи продукции) и выпускную жидкостные линии, микропроцессор, переключатель для поочередного подключения к сборному коллектору выпускных газовой и жидкостных линий, обратный клапан и насос, установленный на жидкостной линии.A device [1] is known for measuring the flow rate of oil wells, comprising a vertical cylindrical separator, pressure sensors, temperature, lower and upper levels, gas, inlet (for supplying products) and outlet liquid lines, a microprocessor, a switch for alternately connecting to the exhaust manifold gas collector and liquid lines, a check valve and a pump mounted on the liquid line.

Устройства измеряет дебит скважины путем пересчета разности гидростатических давлений в местах установки верхнего и нижнего датчиков уровня на сепараторе с использованием заранее заданных констант (таких как плотность нефти, плотность пластовой воды, площадь поперечного сечения сепаратора) и времени наполнения мерного калиброванного объема сепаратора. Подключение конкретной скважины к устройству на замер дебита производится переключателем скважин по программе, задаваемой микропроцессором. Калиброванный мерный объем сепаратора ограничен датчиками нижнего и верхнего уровней, а измерение и вычисление дебита по жидкости и газу обеспечивается микропроцессором по информационным сигналам датчиков при работе сепаратора в режиме «наполнение-опорожнение».The device measures the flow rate of a well by recalculating the difference in hydrostatic pressure at the installation sites of the upper and lower level sensors on the separator using predetermined constants (such as oil density, formation water density, cross-sectional area of the separator) and filling time of the measured calibrated volume of the separator. A specific well is connected to a device for flow rate measurement by a well switch according to a program specified by a microprocessor. The calibrated measured volume of the separator is limited by the sensors of the lower and upper levels, and the measurement and calculation of the flow rate for liquid and gas is provided by the microprocessor based on the information signals of the sensors during operation of the separator in the "filling-emptying" mode.

Устройство достаточно удобно в эксплуатации и вполне обеспечивает покомпонентное (жидкость, газ) измерение дебита нефтяных скважин, однако это устройство конструктивно перегружено и включает в себя такой элемент как переключатель скважин с подходящими к нему трубопроводами от нефтяных скважин через соответствующие элементы The device is quite convenient in operation and fully provides component-wise (liquid, gas) measurement of oil production rates, however, this device is structurally overloaded and includes such an element as a well switch with suitable pipelines from oil wells through the corresponding elements

запорной арматуры (обратные клапаны, задвижки), что значительно загромождает технологическое помещение устройства, неоправданно увеличивает его металлоемкость (что затрудняет транспортировку изделия в целом) и что очень существенно усложняет проведение ряда технологических процессов, таких, например, как метрологическую аттестацию устройства.shut-off valves (check valves, gate valves), which significantly clutters the technological room of the device, unreasonably increases its metal consumption (which complicates the transportation of the product as a whole) and which greatly complicates the implementation of a number of technological processes, such as, for example, metrological certification of the device.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является решение-прототип в виде устройства [2] для измерения дебита нефтяных скважин, содержащего вертикальный цилиндрический сепаратор с патрубками для подсоединения трубопроводов, трубопровод подачи продукции, трубопровод отведения попутного газа, трубопровод сливания жидкости, узел предварительного отбора газа на трубопроводе подачи в сепаратор продукции скважины, кран трехходовой с электроприводом, три указателя-сигнализатора уровня жидкости, установленные по высоте мерного объема сепаратора, электрический датчик температуры, электрический датчик давления, электрический датчик перепада давления, а также контроллер для управления приводом трехходового крана и для вычисления дебита с соответствующим программным обеспечением.Closest to the claimed technical solution is a prototype solution in the form of a device [2] for measuring oil flow rate, containing a vertical cylindrical separator with pipes for connecting pipelines, a product supply pipeline, a gas outlet pipe, a fluid drain pipe, a gas pre-sampling unit for a pipeline for supplying a well production separator, a three-way valve with an electric drive, three liquid level indicator pointers, installed along the height of the measured separator volume, electric temperature sensor, electric pressure sensor, electric differential pressure sensor, as well as a controller for controlling the drive of a three-way valve and for calculating the flow rate with the appropriate software.

Принцип работы устройства аналогичен принципу работы вышеописанного устройства-аналога, но в отличие от него в устройстве-прототипе установлены три датчика-указателя уровня для деления мерного калиброванного объема сепаратора на, как минимум, два объема - один объем заключен между крайними (по высоте резервуара) датчиками, а второй объем заключен между нижним и промежуточным датчиками уровней, причем наименьший из этих объемов предназначен для измерения дебита малопродуктивных нефтяных скважин. Устройство-прототип более прогрессивно, чем устройство-аналог вследствие его несколько большей адаптивности к работе со скважинами разной производительности.The principle of operation of the device is similar to the principle of the above-described analog device, but in contrast to it, the prototype device has three level sensors for dividing the measured calibrated volume of the separator into at least two volumes - one volume is enclosed between the extreme ones (along the height of the tank) sensors, and the second volume is enclosed between the lower and intermediate level sensors, and the smallest of these volumes is designed to measure the flow rate of unproductive oil wells. The prototype device is more progressive than the analog device due to its slightly greater adaptability to work with wells of different productivity.

Тем не менее, основными недостатками и этого устройства является его перегруженность элементами запорной арматуры, повышенная However, the main disadvantages of this device is its overload elements of valves, increased

металлоемкость, что в конечном итоге затрудняет транспортировку устройства и усложняет его метрологическую аттестацию и эксплуатацию.metal consumption, which ultimately complicates the transportation of the device and complicates its metrological certification and operation.

Таким образом, цель заявляемого устройства (иначе - требуемый технический результат) заключается в обеспечении известному техническому решению более высоких потребительских свойств, а именно: уменьшение металлоемкости устройства и упрощения процедуры его метрологической аттестации.Thus, the purpose of the claimed device (otherwise, the required technical result) is to provide the well-known technical solution of higher consumer properties, namely: reducing the metal consumption of the device and simplifying the procedure for its metrological certification.

Как показывают стендовые и промышленные испытания заявляемого устройства и опыт эксплуатации прототипа-устройства, поставленная цель (технический результат) достигается тем, что устройство для измерения дебита нефтяных скважин, содержащее согласно прототипу, вертикальный мерный резервуар-сепаратор с боковым патрубком для подачи в него продукции скважины, с верхним патрубком для отвода выделяющегося попутного газа и нижним патрубком для слива жидкости, датчик температуры в мерном резервуаре-сепараторе, датчики соответственно максимально и минимально допустимого уровня жидкости и, как минимум, один датчик промежуточного уровня жидкости в нем, датчик разности гидростатических давлений в этом резервуаре-сепараторе, датчик избыточного давления в верхней полости резервуара-сепаратора, а также контроллер с многоканальным по количеству датчиков входом для введения в него электрических информационных сигналов этих датчиков и управляющими выходами, трубопровод подачи продукции, трубопровод отвода попутного газа и трубопровод слива жидкости соответственно, электроуправляемые контроллером трехходовой кран, входы которого соединены с трубопроводами отвода попутного газа и слива жидкости соответственно, а его выход предназначен для подключения через обратный клапан к сборному коллектору нефтепромысла, а переключатель скважин, выполнен отдельным моноблоком, конструктивно расположенным в специальном технологическом помещении. Число входов моноблока (переключателя скважин) для подключения нефтяных скважин определяется As shown by bench and industrial tests of the inventive device and operating experience of the prototype device, the goal (technical result) is achieved by the fact that the device for measuring the flow rate of oil wells, containing, according to the prototype, a vertical metering separator tank with a side pipe for supplying well products to it , with an upper branch pipe for venting associated gas and a lower branch pipe for draining the liquid, a temperature sensor in a measuring tank-separator, sensors respectively maxim the minimum and minimum permissible liquid level and at least one intermediate liquid level sensor in it, a hydrostatic pressure difference sensor in this separator tank, an overpressure sensor in the upper cavity of the separator tank, and a controller with an input input multi-channel for the number of sensors into it the electrical information signals of these sensors and control outputs, the product supply pipeline, the associated gas discharge pipe and the liquid drain pipe, respectively, a three-way valve, the inlets of which are connected to the associated gas discharge and liquid drain pipelines, respectively, and its outlet is designed to be connected through a non-return valve to the oilfield manifold, and the well switch is made by a separate monoblock structurally located in a special technological room. The number of inputs of the monoblock (switch wells) for connecting oil wells is determined

объемом действующих нефтяных скважин конкретного объекта нефтедобычи.the volume of existing oil wells of a particular oil production facility.

Требуемый технический результат обеспечен наличием в совокупности существенных признаков (характеризующих предлагаемую конструкцию устройства для измерения дебита нефтяных скважин) вышеуказанных отличительных признаков, а необнаружение в общедоступных источниках патентной и технической информации эквивалентных технических решений с теми же свойствами и несомненной промышленной применимостью предполагает соответствие заявляемого объекта критериям «полезной модели».The required technical result is ensured by the presence of the essential features (characterizing the proposed design of the device for measuring oil production rates) of the above distinctive features, and the non-detection in the public sources of patent and technical information of equivalent technical solutions with the same properties and undoubted industrial applicability implies that the claimed object meets the criteria " utility model. "

На фигуре приведена принципиальная схема устройства для измерения дебита нефтяных скважин.The figure shows a schematic diagram of a device for measuring the flow rate of oil wells.

Устройство (см. фигуру) состоит из вертикального мерного резервуара 1 с подводящим патрубком 2 и отводящим газ и жидкость патрубками 3 и 4 соответственно. Оно содержит датчик 5 температуры, датчики-сигнализаторы уровня 6 и 7 минимально и максимально допустимого в резервуаре уровня жидкости, ограничивающие по высоте Н резервуара, снизу и сверху, мерную калиброванную его часть, промежуточный датчик-сигнализатор уровня 8, датчик 9 для измерения величины гидростатического давления столба жидкости в мерной части резервуара, датчик 10 для измерения величины избыточного давления в верхней, заполненной газом, части резервуара, а также контроллер 11 с многоканальным входом 12 для электрических информационных сигналов всех датчиков и управляющими выходами 13 и 14, трубопроводы 15, 16 и 17 для подачи в резервуар продукции, отвода газа и слива жидкой фазы соответственно, электроуправляемые контроллером трехходовой кран 18 и моноблок (переключатель скважин) 20, расположенный в специальном технологическом помещении 21, и обратный клапан 18.The device (see figure) consists of a vertical measuring tank 1 with a supply pipe 2 and a gas and liquid outlet pipes 3 and 4, respectively. It contains a temperature sensor 5, level 6 and 7 level sensors, minimum and maximum liquid level in the tank, limiting the height H of the tank, bottom and top, a measured calibrated part thereof, an intermediate level 8 level sensor, a sensor 9 for measuring hydrostatic liquid column pressure in the measured part of the tank, a sensor 10 for measuring the overpressure in the upper gas-filled part of the tank, and also a controller 11 with a multi-channel input 12 for electrical information ion signals of all sensors and control outputs 13 and 14, pipelines 15, 16 and 17 for supplying a product to a reservoir, gas outlet and draining the liquid phase, respectively, electrically controlled by a controller with a three-way valve 18 and a monoblock (well switch) 20 located in a special technological room 21 , and check valve 18.

Устройство работает следующим образом. Посредством контроллера, то есть программным путем, через моноблок производится поочередное The device operates as follows. By means of the controller, that is, by software, through the monoblock, alternating

подключение подсоединенных к нему нефтяных скважин на замер дебита.connection of oil wells connected to it for flow rate measurement.

Продукция одной из скважин через моноблок 20 и трубопровод 15 подачи продукции, который может быть оснащен узлом для предварительного отбора газа (на чертеже не показан), поступает в мерный резервуар-сепаратор 1, где происходит разделение жидкости и попутного газа. Трехходовой электроуправляемый кран 18 находится в положении, при котором попутный газ под избыточным давлением в мерном резервуаре 1 направляется в сборный коллектор, а жидкость заполняет полость мерного резервуара.The production of one of the wells through the monoblock 20 and the product supply pipe 15, which can be equipped with a gas pre-sampling unit (not shown in the drawing), enters the measured separator tank 1, where the liquid and associated gas are separated. The three-way electrically operated valve 18 is in a position in which the associated gas under excessive pressure in the metering tank 1 is sent to the collection manifold, and the liquid fills the cavity of the metering tank.

При достижении уровня У_min контроллер, по сигналу датчика 6, фиксирует значение гидростатического давления P₁ столба жидкости в емкости по величине тока I₁ разности давлений, и начинается отсчет времени измерения t₁.Upon reaching the level U _{min, the} controller, by the signal of the sensor 6, fixes the value of the hydrostatic pressure P ₁ of the liquid column in the tank by the value of the current I _{1 of} the pressure difference, and the countdown of the measurement time t ₁ begins.

При достижении уровня жидкости У_max контроллер, по сигналу датчиков 7 или 8 (определяется программой), фиксирует время измерения и гидростатическое давление столба жидкости Р₂ по значению выходного тока I₂.Upon reaching the liquid level U _{max the} controller, by the signal of sensors 7 or 8 (determined by the program), fixes the measurement time and hydrostatic pressure of the liquid column P ₂ according to the value of the output current I ₂ .

После окончания процесса наполнения полости мерного резервуара от уровня У_min до уровня У_max (или промежуточного) трехходовой электроуправляемый кран 18 по команде с контроллера переключается в положение «слив жидкости», и жидкость начинает вытесняться из мерного резервуара сжатым газом, имеющимся в его мерной части. При этом скважина от мерного резервуара отсечена переключателем по команде контроллера.After the filling process of the cavity of the measuring tank from the level of U _min to the level of U _max (or intermediate), the three-way electrically operated valve 18 switches to the “liquid drain” position upon a command from the controller, and the liquid begins to be displaced from the measuring tank by the compressed gas available in its measured part . In this case, the well from the measuring tank is cut off by the switch on the controller's command.

Пересчет фиксируемых контроллером (по информационным сигналам датчиков) параметров состояния продукции в мерном резервуаре в величину дебита скважины контроллер 11 осуществляет по общеизвестным зависимостям, заложенным в его штатное программное обеспечение (свидетельства РФ на Пр ЭВМ №№990761 и 990762), разработанное Recalculation of the parameters of the state of production recorded in the controller (using information signals from sensors) in the measured reservoir into the well production rate, controller 11 performs according to well-known dependencies laid down in its standard software (RF certificates for other computers No. 990761 and 990762) developed

сотрудниками заявителя ранее и усовершенствованное на дату подачи настоящей заявки.the applicant’s staff earlier and improved on the filing date of this application.

Как видим из описания работы устройства, принцип действия устройства не изменился. Тем не менее, необходимо отметить следующее. Устройство для измерения дебита нефтяных скважин, как средство измерения является законченным изделием и без моноблока (переключателя скважин) и может автономно проходить процедуру его метрологической аттестации, что значительно упрощает технологию изготовления и выпуска продукции. Потребитель, в свою очередь, может заказывать в каждом конкретном случае устройство предложенной нами конструкции, как основное изделие, и дополнительно к нему - моноблок с числом входов к нему, привязанном к конкретному нефтяному объекту (число выходов моноблока всегда постоянно и равняется двум). Возможна и другая ситуация, когда на нефтяном объекте уже имеется моноблок, тогда потребитель может заказать устройство как измерительное средство (без моноблока) и привязать его уже к имеющемуся на объекте моноблоку. Такая конструкция устройства позволяет осуществлять гибкую систему изготовления, метрологической аттестации, реализации продукции и ее эксплуатации.As you can see from the description of the operation of the device, the principle of operation of the device has not changed. However, the following should be noted. A device for measuring the flow rate of oil wells, as a means of measurement is a finished product and without a monoblock (switch wells) and can independently go through the procedure of its metrological certification, which greatly simplifies the technology of manufacturing and production. The consumer, in turn, can order in each case the device of the design we have proposed, as the main product, and in addition to it - a monoblock with the number of inputs to it, tied to a specific oil facility (the number of monoblock outputs is always constant and equals two). Another situation is possible, when a monoblock is already available at the oil facility, then the consumer can order the device as a measuring tool (without a monoblock) and attach it already to the monoblock available at the facility. This design of the device allows for a flexible system of manufacturing, metrological certification, sales of products and their operation.

Совокупность существенных признаков (в том числе и отличительных) заявляемого устройства для измерения дебита нефтяных скважин обеспечивает достижение требуемого технического результата, соответствует критериям «полезной модели» и подлежит защите охранным документом (патентом) РФ в соответствии с просьбой заявителя.The set of essential features (including distinguishing ones) of the claimed device for measuring oil flow rates ensures the achievement of the required technical result, meets the criteria of the “utility model” and is subject to protection by a title of protection of the Russian Federation in accordance with the request of the applicant.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ ПРИ ОФОРМЛЕНИИ НАСТОЯЩЕЙ ЗАЯВКИ:SOURCES OF INFORMATION TAKEN INTO ACCOUNT WHEN DRAWING OUT THIS APPLICATION:

1. РФ, описание полезной модели по свидетельству №9478, МПК⁶ Е 21 В 47/10, приоритет 17.03.97 г.1. RF, description of the utility model according to certificate No. 9478, IPC ⁶ E 21 B 47/10, priority 03.17.97

2. НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. М, ОАО «ВНИИОЭНГ», 2001, №1-2, с.16-18, прототип.2. NTZ “Automation, telemechanization and communication in the oil industry. M, OJSC "VNIIOENG", 2001, No. 1-2, p.16-18, prototype.

Claims

1. A device for measuring the flow rate of oil wells, comprising a vertical metering separator tank with a side nozzle for supplying well products to it, with an upper nozzle for venting associated gas and a lower nozzle for draining the fluid, a temperature sensor in the metering separator tank, sensors, respectively maximum and minimum permissible fluid level and at least one intermediate fluid level sensor in it, hydrostatic pressure difference sensor in this separator tank, excess sensor pressure in the upper cavity of the separator tank, as well as a controller with an input multi-channel by the number of sensors for introducing electric information signals of these sensors into it and control outputs, a product supply pipe, a gas outlet pipe and a liquid drain pipe, respectively, electrically controlled by a three-way valve controller, the inputs of which are connected to the pipelines for associated gas removal and fluid drain, respectively, and its output is designed to be connected via a check valve An to a prefabricated oilfield manifold and a well switch, characterized in that the well switch is made as a separate monoblock structurally located in a special technological room.

2. The device for measuring the flow rate of oil wells according to claim 1, characterized in that the number of inputs of the monoblock (switch wells) for connecting oil wells is determined by the volume of existing oil wells of a particular oil production facility.