МОБИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕФТИ НА УСТЬЕ НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ

Предлагаемая полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для геолого-промыслового контроля разработки нефтяного месторождения оптическими методами и исследования нефтедобывающих скважин, и касается измерения оптических свойств (коэффициентов светопоглощения и оптической плотности) нефти непосредственно на устье нефтедобывающей скважины, в том числе и в режиме реального времени.
Предпосылки для создания полезной модели.
Анализ существующего уровня техники в данной области показал следующее.
Известно, что нефть характеризуется сильной неоднородностью по физико-химическим свойствам, в том числе плотности и особенно оптическим характеристикам. Оптические свойства нефти сопоставляются с содержанием в нефти асфальто-смолистых углеводородов влияющих на плотность, вязкость и иные физические характеристики и параметры нефти. Существует взаимосвязь физических и оптических свойств нефти, определенных на лабораторных пробах. Для определения плотности нефти используется набор стандартных ареометров АОН. Вязкость определяется с помощью капиллярных вискозиметров ВПЖ-2. Исследование коэффициентов светопоглощения осуществляется на фотоколориметре UNICO 1200. После завершения исследований производится статистическая обработка лабораторных данных и построение спектральных кривых.
Данные процедуры производятся в стандартных лабораторных условиях, что препятствует их применению непосредственно на производственных объектах.
Существуют системы регистрации оперативной информации на скважине, содержащие группу наземных датчиков промысловых и каротажных технологических параметров, источники питания, скважинные приборы и персональные компьютеры (Патент РФ №72723, Кл. Е21В 47/01; Патент РФ №2369740, Кл. Е21В 47/12).
Недостатками этих систем являются сложность конструкции, обусловленная наличием наземных датчиков и скважинного прибора, расположенного в скважине, низкая надежность, невозможность использования для измерения оптических свойств нефти и отсутствие мобильности.
Известен способ исследования действующих скважин и устройство для его осуществления, содержащее автономный скважинный прибор, включающий корпус с отсеками, в которых размещены датчики измерения и регистрации (Патент РФ №2172826, Кл. Е21В 47/00).
Недостатками известного способа является сложность и трудоемкость использования, так как применяется спускаемый прибор для осуществления исследования действующих скважин, что ведет к значительным затратам средств и времени, а также невозможность измерения оптических свойств нефти и отсутствие мобильности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для отбора проб жидкости и газа и приспособление к нему, содержащее цилиндрический корпус со средоразделителем, запорной арматурой (тройником и вентилем) и соединительными элементами (Патент РФ №63441, Кл. Е21В 49/08).
Вышеуказанное устройство не отвечает требованиям измерения и исследования оптических свойств нефти, в связи с тем, что оно малоприменимо для этих целей.
Целью полезной модели является создание компактного, мобильного (переносного) устройства для повышения точности и надежности оптического метода оперативного исследования параметров и изменений свойств нефти на устье нефтедобывающей скважины, в том числе и в режиме реального времени.
Заданная цель решается предлагаемым мобильным устройством автоматизированного измерения оптических свойств нефти на устье нефтедобывающей скважины.
Мобильное устройство автоматизированного измерения оптических свойств нефти на устье нефтедобывающей скважины включает термостойкий цилиндрический корпус, разделенный на приемный, измерительный фотометрический и выкидной блоки.
Приемный блок оснащен переходным устройством для присоединения к отводу отбора проб нефти на выкидной линии скважины и клапанно-редукторным механизмом, служащим дозатором. Приемный блок разделен на водяную и газовую камеры и оснащен соответственно поглотителями воды и газа, клапанными узлами и кранами для отбора проб.
Измерительный фотометрический блок включает блок питания, источник светового излучения, монохроматор и прободержатель переменного сечения, призму, фотометрический сенсор и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП).
Выкидной блок состоит из корпуса, представляющего собой герметичный резервуар и крана.
Новым является то, что устройство выполнено переносным (мобильным), а цилиндрический корпус мобильного устройства выполнен термостойким для поддержания стандартной температуры измерений.
Новым является и то, что приемный блок оснащен клапанно-редукторным механизмом (дозатором) автоматического регулирования давления и расхода газожидкостной смеси, подаваемой в устройство, при этом приемный блок разделен на водяную и газовую камеры и снабжен соответственно поглотителями воды и газа, а также клапанными узлами для регулируемого поступления жидкости и газа в камеры.
Предлагаемое мобильное устройство автоматизированного измерения оптических свойств нефти на устье нефтедобывающей скважины поясняется чертежом на фиг.1.
Мобильное устройство состоит из термостойкого цилиндрического корпуса 1, с приемным 2, измерительным фотометрическим 3 и выкидным 4 блоками. Для присоединения к отводу отбора проб нефти на выкидной линии добывающей скважины (на фиг. не обозначены) в приемном блоке 2 имеется переходное устройство (муфта) 5, а для автоматического регулирования давления и расхода жидкости, подаваемой в устройство предусмотрен клапанно-редукторный механизм (дозатор) 6. Приемный блок 2 разделен на водяную 7 и газовую 8 камеры с размещенными в них соответственно поглотителями воды 9 и газа 10, с клапанными узлами 11 и 12 необходимыми для регулируемого поступления жидкости и газа, а также кранами 13 и 14 для отбора проб.
Измерительный фотометрический блок 3 включает блок питания 15, источник светового излучения 16, монохроматор 17 и прободержатель переменного сечения 18, призму 19, фотометрический сенсор 20 и аналогово-цифровой преобразователь 21. Измерительный фотометрический блок 3 имеет трубку для слива нефти 22 и клапанный узел 23, для соединения фотометрического блока 3 с выкидным блоком 4.
В выкидном блоке 4 предусмотрен кран 24, предназначенный для слива нефти.
Мобильное устройство автоматизированного измерения оптических свойств нефти на устье нефтедобывающей скважины работает следующим образом.
Мобильное устройство монтируется на устьевой арматуре нефтедобывающей скважины к отводу отбора проб нефти на выкидной линии посредством переходного устройства 5. После окончания монтажных работ и готовности к пуску в работу, производится открытие клапанно-редукторного механизма 6 мобильного устройства. Мобильное устройство заполняется добываемой газожидкостной смесью в необходимом объеме. Затем газожидкостная смесь поступает в камеры 7 и 8 приемного блока 2 и проходит соответственно через поглотители воды 9 и газа 10, после чего обезвоженная и сепарированная в приемном блоке 2 нефть попадает в измерительный фотометрический блок 3, в котором предусматривается возможность автоматизированной регистрации ее оптических параметров в заданном интервале длин волн и при необходимости автоматизированная аппроксимация с плотностью нефти. Для определения коэффициентов светопоглощения по методу минимизированных измерений необходимо незначительное количество обезвоженной нефти, достаточно исследовать сверхтонкую пленку. Измерительный фотометрический блок 3 включает блок питания 15 и источник светового излучения 16, свет которого проходит через монохроматор 17 для получения светового луча заданной длины волны и проходит через исследуемую нефть в прободержателе переменного сечения 18. Монохроматический свет, проходя через нефть, частично отражается и частично поглощается, а прошедшее световое излучение направляется с помощью призмы 19 в фотометрический сенсор 20, где измеряется его интенсивность. Оптические характеристики нефти определяются автоматически по отношению интенсивностей прошедшего и падающего светового излучений.
Нефти с низкой плотностью обычно отличаются низкими значениями коэффициентов светопоглощения и поэтому нередко их исследуют без разбавления в органических растворителях в спектральном диапазоне 400-900 нм.
Нефти с высокой плотностью и вязкостью исследуют в ближней инфракрасной и инфракрасной зонах. Оптимальным является наличие источника в широком диапазоне электромагнитного излучения и автоматизированный выбор мобильным устройством наиболее подходящего для исследуемой нефти спектрального диапазона. Наличие термостойкого цилиндрического корпуса 1 позволяет получать результаты измерений и исследований при стандартной, установленной температуре.
Точность определения толщины слоя исследуемой нефти влияет на точность определения оптических свойств, поэтому прободержатель 18 выполнен переменного сечения. Наличие прободержателя переменного сечения 18 с функцией создания и исследования сверхтонкой пленки нефти особенно актуально в случае исследования тяжелой и экстратяжелой нефти. В этом случае исследуется поток без разделения его на фазы, а устройство в автоматическом режиме отбраковывает данные, полученные при поступлении в прободержатель переменного сечения 18 газа, воды или различных по составу смесей.
Аналогово-цифровой преобразователь 21 производит перевод аналоговых результатов измерений свойств добываемой нефти в цифровой вид для длительного хранения и передачи проводными или беспроводными методами в электронную базу данных, содержащую постоянно обновляющиеся сведения по показателям работы скважин и другие показатели разработки месторождения.
После завершения заданного цикла измерений и обработки результатов исследований мобильное устройство демонтируется и транспортируется на другой производственный объект.
Преимущества мобильного устройства следующие:
- оперативная одновременная регистрация и обработка скважинных технологических параметров в режиме реального времени и пространстве позволяет получать достоверные сведения об изменении свойств добываемой нефти, проводить постоянный мониторинг, вследствие чего повышается эффективность исследований и снижаются затраты на их проведение;
- предлагаемое мобильное устройство является автономным, компактным и имеет небольшой вес, что позволяет эксплуатировать его одному специалисту;
- устройство является переносным, может применяться в любых производственных условиях, что позволяет использовать его на нескольких скважинах за небольшое время;
- нет необходимости держать на устье нефтедобывающей скважины оборудованную точку измерения и исследования параметров нефти на объектах, например, на вводимых в эксплуатацию скважинах, и там, где невыгодно устанавливать стационарное измерительное оборудование;
- невысокая стоимость и простота конструкции мобильного устройства позволяют изготавливать его серийно;
- устройство экологично и соответствует всем условиям охраны окружающей среды.
Использование мобильного устройства позволит повысить эффективность технологических процессов, связанных с исследованиями и измерениями характеристик добываемой нефти, что может значительно улучшить систему геолого-промыслового контроля и управления разработкой нефтяного месторождения.
Ограничивающие факторы к применению устройства в промысловых условиях нефтяного производства отсутствуют, а выполнение цилиндрического корпуса в термоизолированном варианте позволяет эксплуатировать устройство в любых погодных условиях без ущерба точности измерений.
Мобильное устройство автоматизированного измерения оптических свойств нефти на устье нефтедобывающей скважины просто по изготовлению и монтажу, надежно в эксплуатации, исследования проводятся на работающей скважине без остановки процесса добычи, устройство не требует квалифицированного обслуживания и не зависит от других технических и технологических факторов, т.е. достигается устойчивый положительный эффект.