Устройство для измерения содержания газа и жидкости в газожидкостном потоке трубопровода

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в системах измерения, сбора и транспорта нефти на эксплуатируемых месторождениях, а также при измерении и контроле дебита скважин на объектах нефтедобычи.
Известно устройство для измерения дебита продукции куста нефтяных скважин (патент на ПМ RU № 138833, МПК E21B 47/10, G01F 1/74, опубл. 27.03.2014 в Бюл. № 9), содержащее связанную с кустом нефтяных скважин групповую замерную установку (ГЗУ), выход которой подсоединен к нефтесборному коллектору, причем устье затрубного пространства каждой скважины куста нефтяных скважин через предохранительный клапан подсоединено к промежуточному трубопроводу с установленным на нем расходомером-счетчиком суммарного по всем скважинам куста нефтяных скважин свободного газа и соединенному с выходом ГЗУ и нефтесборным коллектором соответственно через обратные клапаны.
Недостатками данного устройства являются осуществление измерения каждой скважины, что требует большого количества объемных расходомеров, а содержание газа измеряют суммарно, что приводит в совокупности к большим погрешностям измерения.
Известна также установка для измерения дебита нефтяной скважины (патент RU № 2326241, МПК E21B 47/10, опубл. 10.06.2008 в Бюл. № 16), содержащая сепаратор, вход которого соединен с трубопроводом подвода из магистрали газожидкостной смеси, а выходы соединены с трубопроводами нефти, воды и газа, при этом трубопровод газа присоединен к верхней части сепаратора и в нем установлен первый расходомер, соединенный с устройством управления, контроля и отображения информации, к которому подключены датчики давления и температуры сепаратора, а трубопровод воды выполнен с клапаном сброса воды и присоединен к нижней части сепаратора, причем она снабжена вторым и третьим расходомерами, гомогенизатором и модулем коррекции, при этом трубопровод нефти с одной стороны присоединен к средней части сепаратора, а с другой - через гомогенизатор соединен со вторым расходомером, выход которого соединен с модулем коррекции, один выход которого связан обратной связью со вторым расходомером, а другой - с клапаном сброса воды, причем модуль коррекции представляет собой корпус, внутри которого последовательно расположены зона измерения относительного содержания газа в анализируемом потоке, включающая диаметрально расположенные источник и приемник ультразвукового излучения, и зона измерения относительного содержания воды в анализируемом потоке в виде области с высокочастотным полем, образованным пластинами конденсатора, перед и после которой расположены датчики температуры, причем выход приемника ультразвукового излучения и датчиков температуры через устройство управления, контроля и отображения информации связаны со вторым расходомером.
Недостатками данной установки являются большие погрешности в определении расхода каждой фазы, связанные с установкой непосредственно на трубопроводе и неполной сепарацией свободного газа, а применение гомогенизатора, характеризующегося недолговечностью, приводит к частым остановкам трубопровода на проведение технологических и ремонтных операций.
Наиболее близким по технической сущности является установка для измерения дебита продукции нефтяных скважин (патент на ПМ RU № 124309, МПК E21B 47/10, опубл. 20.01.2013 в Бюл. № 2), содержащая измерительную систему с сепарационной емкостью, гидроциклоном и уровнемером, сообщенную с выходным коллектором газовым и жидкостным измерительными участками с массовыми расходомерами, и измерительную систему для определения разности давления между газовой и жидкостной средами сепарационной емкости, причем она снабжена преобразователем дифференциального давления, соединенным своими входами соответственно с нижним жидкостным уровнем сепарационной емкости и верхним газовым уровнем последней, при этом уровнемер выполнен с возможностью определения границы раздела сред сепарационной емкости, а жидкостный измерительный участок дополнительно оснащен объемным расходомером, установленным последовательно с массовым.
Недостатками данной установки являются наличие измерительного участка (измерительного трубопровода), устанавливаемого без учета поддержания турбулентного однородного потока газожидкостной смеси, и дублирования измерений по газожидкостной смеси и по газу, которые значительно осложняют анализ полученных результатов.
Общим недостатком всех устройств является сложность изготовления и обслуживания, связанная с большим количеством конструктивных элементов и измерительных датчиков.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание простой конструкции устройства для измерения содержания газа и жидкости в газожидкостном потоке трубопровода, позволяющей производить измерения с небольшими погрешностями за счет работы с однородным потоком с использованием измерительной линии трубопровода.
Техническая задача решается устройством для измерения содержания газа и жидкости в газожидкостном потоке трубопровода, содержащим измерительный участок с последовательно установленными объемным и массовым расходомерами.
Новым является то, что объемный и массовый расходомеры установлены на технологическом патрубке, сообщенном с измерительным участком и установленном с отклонением при входе от измерительного участка под углом 30°±5° для поддержания равномерного турбулентного потока, причем технологический патрубок с обоих концов оснащен задвижками для изоляции от измерительного участка, который между входом и выходом технологического патрубка оснащен запорным механизмом.
На чертеже изображена схема установки устройства.
Устройство для измерения содержания газа и жидкости в газожидкостном потоке трубопровода (не показан), содержащие измерительный участок 1 с последовательно установленными объемным 2 и массовым 3 расходомерами. Объемный 2 и массовый 3 расходомеры установлены на технологическом патрубке 4, сообщенным с измерительным участком 1 и установленным с отклонением при входе 5 от измерительного участка под углом α=30°±5° для поддержания равномерного турбулентного потока. Технологический патрубок 4 с обоих концов оснащен задвижками 6 и 7 для изоляции от измерительного участка 1, который между входом 5 и выходом 8 технологического патрубка 4 оснащен запорным механизмом 9.
На конструкцию объемного 2 и массового 3 расходомера и способы обработки, полученной с них информации, авторы не претендуют. Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность устройства, на чертеже не показаны.
Устройство работает следующим образом.
Трубопровод для измерения содержания газа и жидкости в перекачиваемом по нему газожидкостном потоке оснащают измерительным участком 1 - байпасным трубопроводом с тарированным проходным сечением, расположенным горизонтально. Перед установкой измерительный участок 1 оснащают технологическим патрубком 4 с отклонением при входе 5 от измерительного участка под углом α=30°±5°. Технологический патрубок 4 снабжен при этом последовательно установленными объемным 2 и массовым 3 расходомерами. После установки измерительного патрубка 1 через него перенаправляют часть газожидкостного потока из трубопровода при открытом запорном механизме 9. После получения стабильного потока через измерительный участок 1, открывают задвижки 6 и 7, а запорный механизм 9 закрывают, перенаправляя поток через технологический патрубок 4 от входа 5 через расходомеры 2 и 3 к выходу 8. При этом регулировкой величины открытия и закрытия запорного механизма 9 в технологическом патрубке 4 создают равномерный турбулентный поток, благодаря чему точность измерения содержания газа и жидкости объемным 2 и массовым 3 расходомерами, как показала практика, увеличилась на 7 – 12 %, что очень существенно влияет на суммарный результат при больших объемах перекачки газожидкостного потока. При этом для ремонта и обслуживания расходомеров 2 и 3 достаточно перекрыть задвижки 6 и 7 при открытом запорном механизме 9 отсоединить технологический патрубок 4 и установить на его место аналогичный, например, при помощи быстросъемных соединений. Замену, обслуживание или ремонт расходомеров 2 и 3 можно производить в условиях специализированных мастерских, что улучшает качество проводимых работ.
Предлагаемое устройство для измерения содержания газа и жидкости в газожидкостном потоке трубопровода просто в изготовлении и применении, позволяет производить измерения с небольшими погрешностями за счет работы с однородным турбулентным потоком с использованием измерительной линии трубопровода.