УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НЕФТЕГАЗОВОДЯНОГО ПОТОКА

Полезная модель относится к области нефтедобычи и может быть использовано для работы в составе измерительных установок и передачи данных о параметрах нефтегазоводяного потока в вычислительный блок измерительной установки для корректировки данных, участвующих в вычислении дебита продукции нефтяных скважин.
Известен влагомер жидкости продукции нефтяных скважин, содержащий систему получения представительной пробы с пробоотборником, уровнемер, выполненный с возможностью определять положение линий раздела сред жидкость-газ и вода-нефть, с вертикальным цилиндрическим резервуаром, обвязанным трубопроводной арматурой, позволяющей осуществлять наполнение, отсечение жидкости в резервуаре уровнемера и ее слив, обеспечивая при этом свободный выход газа в сепаратор измерительной установки, датчики гидростатического и избыточного давлений, термометр, таймер, дозатор подачи химреагентов /RU 72507 U1, МПК Е21В 47/10 (2006.01)/.
Однако известное устройство не обеспечивает требуемую метрологическую точность измерений, так как погрешность межфазного уровнемера (микроволнового) зависит от правильного задания многих параметров (в частности диэлектрической проницаемости), что усложняет настройку и значительно влияет на погрешность.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка устройства, обеспечивающего измерение параметров нефтегазоводяной смеси с учетом современных технологических требований.
При осуществлении полезной модели поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении точности измерений параметров нефтегазоводяной смеси в системах герметизированного сбора.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для определения параметров нефтегазоводяного потока, содержащим измерительный цилиндр, обвязанный трубопроводной арматурой, датчик перепада давления, датчики избыточного давления и температуры, дозатор подачи химреагента, новым является то, что оно дополнительно снабжено дифференциальными датчиками верхнего и нижнего уровня давления, микроконтроллером, связанным с указанными датчиками, дозатором подачи химреагентов и насосом, установленным на линии, соединяющей верхнюю и нижнюю части измерительного цилиндра. Кроме того, в устройстве в верхней части измерительного цилиндра установлена поверхность, выполненная в виде полусферы.
Заявляемая полезная модель имеет метрологическое преимущество, которое заключается в более точном определении параметров нефтегазоводяной смеси, благодаря применению дифференциальных датчиков давления по сравнению с межфазным уровнемером.
Также погрешность межфазного уровнемера (микроволнового) зависит от правильного задания многих параметров (в частности диэлектрической проницаемости), что усложняет настройку и значительно влияет на погрешность. С использованием дифференциальных датчиков давления можно измерять как минимальный, так и максимальный уровень с одинаковой минимальной погрешностью (что обеспечивает компактность устройства), а у межфазного уровнемера погрешность зависит от высоты (удовлетворительная погрешность возникает от 2 метров высоты и выше).
На фиг. представлена общая схема устройства.
Устройство содержит измерительный цилиндр 7 с входной линией 2 и выходной линией 17, каждая из которых снабжена запорной арматурой, например, в виде электромагнитных клапанов 4, 10, а также дросселями 5, 16. Устройство соединено от пробоотборника патрубком 1 входной линии 2 через клапан электромагнитный 4 и дроссель 5 с подающей линией 6. Через патрубок 12 измерительный цилиндр 7 соединен трубопроводом с сепаратором измерительной установки (не показан на фиг). Внутри измерительного цилиндра 7 установлена поверхность в виде полусферы 8. Через выходную линию 17 и патрубок 18 устройство соединено с выходным коллектором измерительной установки (не показана на фиг.). Устройство оборудовано датчиком перепада давления 9, дифференциальными датчиками давления верхнего 20 и нижнего 11 уровня, а также датчиком избыточного давления 15 и датчиком температуры 25, сигналы от которых поступают на микроконтроллер 3. Устройство через трубопровод 21 подачи химреагента соединено с дозатором подачи химреагента 13, сигналы на который поступают от микроконтроллера 3. На линии 19, соединяющей верхнюю часть измерительного цилиндра 7 с нижней частью установлен насос 14.
Устройство работает следующим образом.
По команде "пуск" микроконтроллера 3 открывается клапан электромагнитный 4, при этом клапан электромагнитный 10 закрыт. Нефтегазоводяная смесь от пробоотборника по трубопроводу, соединенному с патрубком 1 по входной линии 2 через клапан электромагнитный 4 через дроссель 5 по подающей линии 6 поступает на поверхность полусферы 8, растекается по ней и стекает вниз по стенкам измерительного цилиндра 7. Это приводит к уменьшению помех, при измерении перепада давления датчиками 9, 11, 20 в процессе наполнения. Дроссель 5 служит для ручной установки скорости наполнения измерительного цилиндра 7 нефтегазоводяной смесью. Патрубок 12 измерительного цилиндра 7 соединен трубопроводом с сепаратором измерительной установки для выравнивания избыточного давления между измерительным цилиндром 7 и сепаратором измерительной установки.
2
с
Рост уровня в измерительном цилиндре 7 приводит к росту перепада давления датчика 11. Когда уровень нефтегазоводяной смеси в измерительном цилиндре 7 достигает уровня Н, рост перепада давления датчика 11 прекращается. Микроконтроллер 3 вычисляет окончание роста перепада давления и вычисляет плотность нефтегазоводяной смеси ρ в измерительном цилиндре 7 по формуле (1):
,
где:
с
ρ - плотность нефтегазоводной смеси в измерительном цилиндре 7;
2
2
dρ - перепад давления датчика 11 уровня Н в измерительном цилиндре 7;
g - ускорение свободного падения;
2
Н - уровень нефтегазоводной смеси в измерительном цилиндре 7.
с
1,2…n
По окончанию измерения плотности нефтегазоводной смеси ρ, вычисленной по формуле (1) микроконтроллер 3 вычисляет текущие значение уровней H нефтегазоводяной смеси в измерительном цилиндре 7 по формуле (2):
,
где:
1, 2…n
H - текущие значения уровней нефтегазоводяной смеси в измерительном цилиндре 7;
1, 2…n
1, 2…n
dρ - перепады давления датчика 9 уровней H в измерительном цилиндре 7;
g - ускорение свободного падения;
с
ρ - плотность нефтегазоводной смеси в измерительном цилиндре 7, вычисленная по формуле (1).
1, 2…n
n
В микроконтроллере 3 предварительно устанавливается необходимое значение уровня  и сравнивается с текущими значениями уровней H нефтегазоводяной смеси, вычисляемых по формуле (2). Когда значение уровней  и Н будут равны, по команде микроконтроллера 3 закроется клапан электромагнитный 4, который прекратит подачу нефтегазоводяной смеси в измерительный цилиндр 7.
n
Ввиду того, что плотность нефтегазоводяной смеси по высоте измерительного цилиндра 7 различна, то при вычислении уровня по формуле (2) возникает ошибка. Для уменьшения ошибки вычисления уровня Н нефтегазоводяной смеси необходимо, чтобы плотность нефтегазоводяной смеси по высоте измерительного цилиндра 7 была одинаковой.
Для выравнивания плотности нефтегазоводяной смеси по высоте измерительного цилиндра 7 по команде микроконтроллера 3 включается насос 14, который перекачивает нефтегазоводяную смесь по линии 19 из верхней части измерительного цилиндра 7 в нижнюю часть. В результате этого происходит перемешивание нефтегазоводяной смеси в измерительном цилиндре 7.
Перемешивание ускоряет процесс выхода пузырькового газа из нефтегазоводяной смеси и после его выхода в измерительном цилиндре 7 остается нефтеводяная жидкость.
После перемешивания (время перемешивания устанавливается в микроконтроллере 3) по команде микроконтроллера 3 насос 14 останавливается и нефтеводяная жидкость проверяется на однородность плотности по высоте измерительного цилиндра 7.
ж
ж
Для этого измеряются значения перепадов давления датчиков 11 и 20, и если эти значения перепадов давления равны, то вычисляется плотность жидкости ρ, если - нет, процесс перемешивания необходимо продолжать дальше, до тех пор пока значения перепадов давлений датчиков 11 и 20 будут равны. Плотность нефтеводяной однородной жидкости ρ вычисляется по формуле (3):
,
где:
ж
ρ - плотность нефтеводяной однородной жидкости в измерительном цилиндре 7;
2ж
2
dρ - перепад давления датчика 11 уровня Н жидкости в измерительном цилиндре 7;
g - ускорение свободного падения;
2
Н - уровень жидкости в измерительном цилиндре 7.
ж
nж
После вычисления плотности нефтеводяной однородной жидкости ρ микроконтроллер 3 вычисляет уточненный уровень жидкости Н по формуле (4):
,
где:
nж
Н - уровень нефтеводяной однородной жидкости в измерительном цилиндре 7;
nж
nж
dρ - перепад давления датчика 9 уровня H в измерительном цилиндре 7;
g - ускорение свободного падения;
ж
ρ - плотность нефтеводяной однородной жидкости в измерительном цилиндре 7, вычисленная по формуле (3).
После вычисления уточненного уровня по команде микроконтроллера включается устройство 13 дозирования химреагента и по трубопроводу 21 происходит подача дозы химреагента в измерительный цилиндр 7.
Для уменьшения времени разделения нефтеводяной жидкости на нефть и воду ее необходимо перемешать. Для этого по команде микроконтроллера 3 включается насос 14 и происходит перемешивание нефтеводяной жидкости (время перемешивания устанавливается в микроконтроллере 3).
Дальнейшее нахождения перемешанной нефтеводяной жидкости с химреагентом в измерительном цилиндре 7 приведет к разделению жидкости на нефть и воду. Это разделение будет происходить постепенно, вода будет скапливаться внизу измерительного цилиндра 7, а нефть - поверх воды.
Замещение водонефтяной жидкости водой привет к росту величины перепада давления датчика 11, а замещение водонефтяной жидкости нефтью приведет к постепенному падению величины перепада давления датчика 20 и когда разделение жидкости закончится, закончится рост перепада давления датчиков 11, 20.
в
Микроконтроллер 3 вычисляет окончание роста и падение перепада датчиков давления 11, 20, вычисляет и запоминает в памяти плотность воды в рабочих условиях ρ при значении температуры T1 датчика 25 и избыточного давления Р1 датчика 15.
Плотность воды в рабочих условиях вычисляется по формуле (5):
где:
в
ρ - плотность воды в рабочих условиях в измерительном цилиндре 7;
2в
2в
dρ - перепад давления дифференциального датчика 11 уровня Н в измерительном цилиндре 7;
g - ускорение свободного падения;
2в
Н - уровень воды в измерительном цилиндре 7.
После вычисления плотности воды микроконтроллер 3 вычисляет и запоминает плотность нефти в рабочих условиях по формуле (6):
,
н
где: ρ - плотность нефти в рабочих условиях в измерительном цилиндре 7;
зн
зн
dρ - перепад давления дифференциального датчика 20 уровня Н в измерительном цилиндре 7;
g - ускорение свободного падения;
зн
Н - уровень нефти в измерительном цилиндре 7.
После вычисления плотности нефти и воды в рабочих условиях по команде микроконтроллера 3 открывается клапан электромагнитный 10 и содержимое измерительного цилиндра 7 через клапан электромагнитный 10, дроссель 16 по выходной линии 17 через патрубок 18 поступает в трубопровод, который соединен с контроллером измерительной установки.
в
2
Дроссель 16 служит для ручной установки скорости опорожнения содержимого измерительного цилиндра 7. Уровень нефтеводяной однородной жидкости, вычисленной по формуле (4) будет уменьшаться, также будет уменьшаться уровень воды H. Микроконтроллер 3 будет постоянно вычислять плотность уровня H по формуле (7):
.
н
н
В памяти микроконтроллера уже есть значения плотности нефти ρ в рабочих условиях, вычисленной по формуле (6). Это значение плотности ρ сравнивается с текущими значениями плотности, вычисляемыми по формуле (7). Когда эти значения плотностей будут равны, микроконтроллер 3 закроет клапан электромагнитный 10 и в измерительном цилиндре 7 останется нефть в рабочих условиях.
Микроконтроллер 3 вычисляет уровень нефти в измерительном цилиндре 7 по формуле: (8)
,
где:
н
H - уровень нефти в измерительном цилиндре 7 после слива воды;
н
ρ - плотность нефти в рабочих условиях в измерительном цилиндре 7 после слива воды;
н
2
dρ - перепад давления дифференциального датчика 11 уровня Н в измерительном цилиндре 7 после слива воды;
g - ускорения свободного падения.
Уровень воды в измерительном цилиндре 7 вычисляется по формуле (9):
в
ж
н
Н=H-H,
где:
в
H - уровень воды в измерительном цилиндре 7;
ж
H - уровень жидкости, вычисленной по формуле (4);
н
H - уровень нефти, вычисленной по формуле (8).
Объемное содержание воды вычисляется по формуле (10):
,
где:
o
W - объемное содержание воды жидкости в измерительном цилиндре 7;
в
Н - уровень воды в измерительном цилиндре 7, вычисленной по формуле (9);
ж
Н - уровень жидкости в измерительном цилиндре 7, вычисленной по формуле (4).
Значение перепада давления воды в измерительном цилиндре 7 вычисляется по формуле (11):
в
ж
н
dρ=dρ-dρ,
где:
в
dρ - значение перепада давления воды в измерительном цилиндре 7;
ж
ж
dρ - значение перепада давления жидкости датчика 9 уровня H в измерительном цилиндре 7 (из формулы (4));
н
2
dρ - значение перепада давления датчика 11 уровня Н в измерительном цилиндре 7 после слива воды (из формулы (8)).
Массовое содержание воды вычисляется по формуле (12):
.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет осуществить определение параметров нефтегазоводяного потока.