УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕБИТА РАЗЛИЧНЫХ ТЕКУЧИХ СРЕД, ПРИСУТСТВУЮЩИХ В МНОГОФАЗНЫХ ПОТОКАХ
APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING FLOW-RATE OF DIFFERENT FLUIDS PRESENT IN MULTIPHASE STREAMS

Настоящее изобретение относится к устройству для измерения дебита различных текучих сред, присутствующих во множестве различных многофазных потоков, при прохождении каждого через соответствующий основной трубопровод, не являющийся частью этого устройства.
Также объект настоящего изобретения относится к способу измерения дебита каждой из различных фаз многофазных потоков, которые протекают по соответствующим различным основным трубопроводам.
Объект настоящего изобретения относится к нефтяной промышленности, и, в частности, он подходит для измерения дебита фаз многофазных потоков при прохождении по соответствующим трубопроводам, которые сосредоточены на шельфе или шельфовых платформах с кустом скважин.
Как известно, в процессе добычи нефти и газа в трубопроводе, транспортирующем углеводороды, проводят измерения для определения дебита многофазного потока и отдельных фаз, многофазный поток состоит из бифазной или трехфазной комбинации нефть-вода-газ.
Измерение дебита различных фаз в соответствующем трубопроводе, транспортирующем нефть/углеводороды, необходимо для контроля и регулирования добычи углеводородов, и также для оценки содержания воды и газа в многофазном потоке.
Для точного определения дебита течения различных фаз в многофазном потоке нефть-вода-газ может быть использовано многофазное устройство для измерения (MPFM), которое может работать в различных режимах течения.
Некоторые из многофазных устройств для измерения дебита используются только в нефтяной промышленности, некоторые базируются на ионизирующем излучении, некоторые базируются на использовании микроволнового излучения. Однако эти устройства характеризуются значительной неточностью измерений.
Традиционные способы измерения многофазных текучих сред предполагают разделение текучей среды при использовании бифазного или трехфазного сепаратора и измерение дебита каждой выходящей фазы.
Поскольку эти сепараторы по существу дорогие, громоздкие, а также тяжелые, как правило, для измерения различных линий или расположенных рядом друг с другом трубопроводов используют только один трехфазный сепаратор.
При использовании подходящей комбинации клапанов, названной манифольдом, любая из линий или многофазных трубопроводов может иметь сообщение по текучей среде с трехфазным сепаратором для осуществления измерений потока, выходящего из конкретной скважины, при этом все другие многофазные трубопроводы остаются в режиме эксплуатации скважины. Измерение, проводимое в соответствии с этим процессом, не является непрерывным измерением дебита фаз анализируемых многофазных потоков. Другими словами, это измерение проводят на пробах потока, забираемых непосредственно из соответствующих линий или многофазных трубопроводов.
Дополнительно к манифольду для сообщения с сепаратором эта система также обеспечена дополнительным эксплуатационным манифольдом, к которому идут все линии и трубопроводы, выходящие из соответствующих скважин.
В документах WO 2005/031311 и WO 2007/060386 описываются и приводятся иллюстрации многофазных устройств для измерения дебита, которые используют изокинетический отбор проб, в паре с устройством для измерения общего дебита. Устройство для измерения общего дебита работает независимо от изокинетического отбора проб, позволяя охарактеризовать дебит жидкости и газа многофазной смеси.
Также известны устройство и способ простого измерения дебита многофазной текучей среды, основанный на изокинетическом отборе проб, позволяет работать с жидкостями с высокой объемной долей фракций, то есть (LVF)>10%, в любом режиме течения, таком как ламинарный, с пузырьками, глобулярный и тому подобное.
Как правило, эту систему применяют для каждой линии или трубопровода, выходящих из скважин, чтобы проводить непрерывное измерение нефти, газа и воды только из одной скважины.
Хотя различные технологии измерения многофазных потоков имеют конкретные преимущества, заявитель обнаружил, что они не лишены недостатков, и многие аспекты могут быть улучшены, главным образом, в отношении точности проводимых измерений, выделения значительных масс многофазных потоков, требуемым устройством трудозатрат дополнительно к общей стоимости последнего.
В частности, заявитель обнаружил, что традиционные многофазные способы измерения с использованием группировки линий предусматривают общий сбор дебита каждой линии. Таким образом, весь собранный многофазный поток отправляют в трехфазный сепаратор, который должен иметь подходящие размерные параметры, что вызывает значительные трудозатраты и характеризуется значительной стоимостью.
В качестве альтернативы, известен способ перемещения всего многофазного потока в многофазное измеряющее устройство известного типа. Способ подразумевает такие размерные параметры многофазного устройства для измерения, которые полностью покрывают возможные пределы измерений в течение срока эксплуатации всех скважин, чей поток текучей среды должен быть измерен при использовании устройства для измерения известного типа, условие, которое трудно достижимо без большой потери в точности измерения.
Другие способы, с другой стороны, предусматривают непрерывное измерение дебита многофазной текучей среды, требующее измерительную систему для каждой линии. Конечно, стоимость и трудозатраты, требуемые для каждой системы, должны быть умножены на каждую предусмотренную линию потока.
Основной объект настоящего изобретения относится к устройству и способу измерения дебита различных текучих сред, присутствующих во множестве различных многофазных потоков, позволяющим решить проблемы предшествующего уровня техники.
Объект настоящего изобретения гарантирует точное измерение дебита фаз многофазных потоков.
Дополнительно, объект настоящего изобретения позволяет оптимальное полунепрерывное измерение многофазных потоков в группированных линиях с многофазными потоками.
Другой объект настоящего изобретения относится к сокращению разделяемых дебитов многофазных потоков.
Другой объект настоящего изобретения относится к упрощению устройства для измерения.
Дополнительный объект настоящего изобретения относится к снижению общих трудозатрат, требуемых устройством для измерения.
Дополнительный объект настоящего изобретения относится к снижению общих затрат на устройство для измерения.
Указанные выше объекты и другие по существу достигаются при использовании устройства и способа для измерения дебита различных текучих сред, присутствующих во множестве различных многофазных потоков, как изложено в приложенной формуле изобретения.
Далее настоящее изобретение будет описано со ссылкой на предпочтительные, но неограничивающие варианты воплощения устройства и способа по настоящему изобретению для измерения дебита различных текучих сред, присутствующих во множестве различных многофазных потоков. Ниже описание приведено со ссылкой на приложенную Фигуру только для целей иллюстрации и не ограничивает объем притязаний настоящего изобретения, где на Фигуре 1 приведено схематическое изображение устройства для измерения дебита различных текучих сред, присутствующих во множестве различных многофазных потоков по настоящему изобретению.
Как схематично представлено на приложенной Фигуре 1, устройство 1 функционально соединено со множеством основных трубопроводов 2 или линий с многофазным потоком, выходящих, например, из соответствующей добывающей углеводородной скважины (не показано).
В частности, устройство 1 представлено функционально соединенным с четырьмя основными трубопроводными линиями 2, предназначенными для транзита соответствующих многофазных потоков С, выходящих из соответствующих добывающих скважин.
Указанное выше число основных трубопроводов течения 2 является естественной группировкой труб, которая может варьировать в зависимости от конкретных случаев от минимум 2 до максимального установленного числа N, например от 5 до 15.
Согласно конфигурации, приведенной на Фигуре 1, устройство 1 подходит для проведения измерения дебита различных текучих сред, в частности, воды, нефти и газа, присутствующих во множестве различных многофазных потоков С, во время транзита каждого по соответствующему основному трубопроводу 2.
Как видно из Фигуры 1, устройство 1 включает по меньшей мере один блок для измерения 3, функционально соединенный с каждым основным трубопроводом 2.
Согласно решению, приведенному на Фигуре 1, каждый блок для измерения 3 коаксиально пересечен первой частью 2а и последующей второй частью соответствующего основного трубопровода 2.
Каждый блок для измерения 3 преимущественно включает устройство для отбора проб 4, в частности изокинетически, для отбора проб заранее заданного количества соответствующего многофазного потока С, транспортируемого по соответствующему основному трубопроводу 2.
Устройство для изокинетического отбора проб 4 имеет функцию сбора дебита Р каждого многофазного потока С при транспортировке по соответствующему основному трубопроводу 2, выделяя аликвоту Q дебита Р указанного многофазного потока С на входе соответствующего основного трубопровода 2.
Первые средства для измерения 5, в частности, устройство для измерения перепада давления известного типа расположено в соответствии с устройством для изокинетического отбора проб 4, для измерения перепада давления после отбора проб между аликвотами или отобранными пробами фракции Р, и многофазным потоком С или фракцией с неотобранными пробами. Этот перепад давления должен быть равен нулю для гарантии того, что отбор проб является изокинетическим.
Каждый блок для измерения 3 также включает вдоль соответствующего основного трубопровода 2 и ниже по технологической линии соответствующего устройства для изокинетического отбора проб 4 ограничение потока 6, которое таково, чтобы создать падение давления, необходимое для проведения заданного отбора проб.
Вторые средства измерения 7, которые могут быть предусмотрены в соответствии с ограничением потока 6, преимущественно представляют устройство для измерения перепада давления известного типа, подходящее для измерения падения давления при прохождении потока через ограничение потока 6.
Могут быть использованы известные альтернативные способы измерения, такие как, например, ультразвуковые, вихревые устройства для измерения или устройства для измерения объемной скорости, используемые для определения объемной скорости течения. Также приведенное на Фигуре 1 устройство 1 включает по меньшей мере один сепаратор 8, предпочтительно компактный сепаратор, еще более предпочтительно обладающий высокой эффективностью, функционально соединенный с блоком для измерения 3 для разделения фаз воды, нефти и газа, присутствующих в соответствующих отобранных пробах фракций Р, собранных при использовании соответствующих устройств для отбора проб 4.
В частности, устройство для изокинетического отбора проб 4 каждого блока для измерения 3 сообщается по текучей среде с указанным выше сепаратором 8, в который подают с помощью общего подающего канала 9 собранный дебит соответствующей фракции Р, для разделения на жидкие и газообразные компоненты.
Жидкие фазы выходят из дна сепаратора 8 по меньшей мере через одну трубу 10, а газообразная фаза выходит из верхней части сепаратора 8 через по меньшей мере одну трубу 11.
Также для выгрузки жидких фаз могут быть предусмотрены две нижние отводящие трубы, каждая относится к соответствующему типу жидкости, присутствующей в указанных выше многофазных потоках, то есть, воде и нефти.
Также приведенное на Фигуре 1 устройство 1 включает третьи средства для измерения 12, преимущественно устройства для измерения 12а дебита жидкости известного типа, и устройство для измерения 12b дебита газа известного типа, функционально соединенные с сепаратором 8, для соответствующего измерения дебита выходящих различных текучих сред, присутствующих в соответствующих отобранных пробах фракции Р.
Устройство для измерения дебита 12а преимущественно функционально расположено между сепаратором 8 и соединением 13 для объединения разделенных текучих сред. В таком случае трубопровод 10 выполнен таким образом, чтобы подать жидкости, параметры дебита которых измерены, в трубу 11 газовой фазы через указанное выше соединение 13 для объединения.
Как видно на Фигуре 1, соединение 13 для объединения жидкой и газообразной фаз расположено выше по технологической линии соответствующего соединения на участке 2b соответствующего основного трубопровода 2 и ниже по технологической линии соответствующего блока для измерения 3.
Клапан 14, который может быть закрыт, для проведения непрерывных измерений преимущественно функционально расположен между соединением 13 для объединения и устройством для измерения дебита жидкостей 12а третьих средств для измерения 12.
По меньшей мере одно устройство для измерения уровня 15, предпочтительно дифференциального типа, преимущественно соединено с сепаратором 8.
Также приведенная на Фигуре 1 труба 11, относящаяся к газообразной фазе, пересечена выше по технологической линии соединением 13 для объединения при использовании устройства для измерения дебита газа 12b третьих средств для измерения 12.
Также устройство включает средства регуляции 16, функционально расположенные ниже по технологической линии соединения 13 для объединения разделенных текучих сред на выходе из сепаратора 8, для контроля проб дебита, отобранных при использовании соответствующего устройства для отбора проб 4, соответствующего блока для измерения 3.
Также приведенное на Фигуре 1 устройство 1 обеспечивает для каждого предусмотренного основного трубопровода 2 соответствующий транспортирующий канал 17, который по текучей среде сообщается с соединением 13 для объединения. Каждый транспортирующий канал 17 преимущественно снабжен по меньшей мере одним клапаном 16а, предпочтительно двумя, расположенными последовательно, образуя часть регулирующих средств 16, указанных выше.
Каждый клапан 16а является изменяемым в зависимости от условий, в закрытых условиях он блокирует соответствующий транспортирующий канал 17, а в открытых условиях он позволяет проходить текучим средам, выходящим из указанного соединения 13 для объединения, по направлению к соответствующему основному трубопроводу 2.
Согласно преимущественному аспекту настоящего изобретения устройство 1 также снабжено средствами отбора 18, функционально расположенными между каждым из предусмотренных блоков для измерения 3 и сепаратором 8, обеспечивая последнему сообщение по текучей среде с выбранным устройством для отбора проб 4 по меньшей мере одного выбранного блока для измерения 3.
В частности, средства отбора 18 зависят от условий: условий выключения, в которых устройство для отбора проб 4 каждого блока для измерения 3 не сообщается по текучей среде с сепаратором 8, и условий включения отбора, в которых устройство для отбора проб 5 по меньшей мере одного блока для измерения 3 сообщается по текучей среде с сепаратором 8, при этом устройство для отбора проб 4 другого блока для измерения 3 не сообщается по текучей среде с сепаратором 8.
Согласно альтернативному варианту воплощения настоящего изобретения потоки, собранные из основного трубопровода 2, не подают повторно обратно, а подают в общую линию транспортировки добываемого сырья (не показано на Фигуре), в которую осуществляют подачу основные трубопроводы 2.
Согласно такой конфигурации каждый основной трубопровод 2 напрямую сообщается по текучей среде с общей линией транспортировки добываемого сырья.
Соединение 13 для сепаратора 8 также напрямую по текучей среде сообщается с общей линией транспортировки добываемого сырья ниже по технологической линии соединения между основными трубопроводами 2 и общей линией транспортировки добываемого сырья 2.
Может быть предусмотрен один или более клапан, прерывающий прохождение потока между соединением 13 для сепаратора 8 и общей линией транспортировки добываемого сырья, который может быть главным образом использован для изолирования сепаратора 8 от всей системы, когда требуется проведение указанной технологической операции.
Средства отбора 18 преимущественно функционально расположены вдоль сливной трубы 19, которая расположена между устройством для отбора проб 4 каждого предусмотренного блока для измерения 3 и подающим каналом 9 сепаратора 8.
В частности, средства отбора 18 включают для каждой сливной трубы 19 по меньшей мере один клапан подачи 18а, расположенный выше по течению соответствующего соединения соответствующей сливной трубы 19 с подающим каналом 9 сепаратора 8.
Устройство 1 преимущественно включает средства обработки данных (не показаны, поскольку они уже известны), подходящие для получения по определенным электрокабелям 20 и электрическим разъемным соединителям 21 данных, полученных первыми средствами измерения 5 каждого блока для измерения 3, вторыми средствами измерения 7 каждого блока для измерения 3, третьими средствами для измерения 12 сепаратора 8 и средствами для регулирования 16, расположенными ниже по технологической линии соединения 13 для объединения.
Средства обработки данных также подходят для передачи по соответствующим электрокабелям 20 и электрическим разъемным соединителям 21 соответствующих рабочих сигналов на средства регулирования 16 для варьирования дебита отобранных проб фракции Р в устройстве для отбора проб 4 каждого блока для измерения 3.
Средства обработки данных преимущественно контролируют также путем использования электрокабеля 20 и электрических разъемных соединителей 21, средств отбора 18 между условиями выключения/включения для проверки, проводимой в основных трубопроводах 2 и соответственно в определенных добывающих скважинах.
Дополнительно, выше по технологической линии блока для измерения 3, соединенного с каждым из основных трубопроводов 2, устройство 1 может включать по меньшей мере одно устройство для измерения абсолютного давления (не показано) и устройство для измерения температуры (не показано) для соответствующего мониторинга давления Р и температуры Т многофазного потока С, который проходит внутри соответствующего основного трубопровода 2.
Также объект настоящего изобретения относится к способу измерения дебита каждой фазы, присутствующей в каждом из потоков С, который проходит по указанному выше основному трубопроводу 2.
Способ по настоящему изобретению включает фазу отбора блока для измерения 3, сообщающегося по текучей среде с сепаратором 8.
В частности, фазу отбора проводят, обеспечивая устройство для отбора проб 4 блока для измерения 3, соединенного с основным трубопроводом 2, в котором проводят измерение дебита, сообщением по текучей среде, при использовании подходящего гидравлического соединения с сепаратором 8 для разделения фаз собранного дебита Р соответствующего многофазного потока С. Когда выбрано соединение между устройством для отбора проб 4 и сепаратором 8, происходит селективное разъединение соединения между устройствами для отбора проб 4, примененными на других основных трубопроводах, и сепаратором 8.
Когда выбрано соединение между устройством для отбора проб 4 и сепаратором 8, действие происходит за счет переключения соответствующего клапана 18а, гидравлически расположенного между сепаратором 8 и соответствующим устройством для отбора проб 4 между закрытыми условиями и открытыми условиями.
В случае, когда выбрано сообщение устройства для отбора проб 4 с сепаратором 8, проводится фаза отбора проб заранее заданного количества для определения дебита соответствующего многофазного потока С по площади сечения соответствующего основного трубопровода 2, в котором по существу есть изокинетические условия. Таким образом, сепаратор 8 принимает фракцию Р многофазного потока С одного единственного трубопровода 2.
После отбора проб фракцию отобранных проб Р подходящим образом подвергают разделению на фазы, образующие соответствующий многофазный поток, для измерения дебита каждой отделенной текучей среды, то есть газа, воды и нефти.
Затем последовательно измеряют дебит каждой отделенной в сепараторе 8 фазы.
Как только измерен дебит каждой фазы, последнюю обратно объединяют при использовании соответствующего соединения 13 для объединения для конечной подачи в основной трубопровод 2, из которого она была ранее извлечена.
Устройство и способ по настоящему изобретению решают проблемы предшествующего уровня техники и обеспечивают важные преимущества.
Первое из них состоит в том, что указанное выше устройство позволяет не проводить громоздкий, тяжелый и дорогостоящий отбор при использовании манифольда, заменив его множеством клапанов с ограниченными размерными параметрами. Такая замена возможна, потому что отбор фракции проводят из многофазных потоков, поступающих из соответствующих добывающих скважин в соответствии с ее аликвотой и варьирует относительно общего дебита соответствующего потока.
В частности, поскольку фракцию отбирают из каждого многофазного потока в соответствии с установленной аликвотой, которая предпочтительно варьирует от 1/5 до 1/10 идеального заранее заданного максимального дебита, отобранная аликвота варьирует относительно дебита каждого потока.
Для потоков, имеющих значительный дебит, близкий к или соответствующий идеальному заранее заданному максимальному дебиту, отобранная аликвота соответствует показателю в указанных выше пределах.
Для потоков с ограниченным дебитом отобранная аликвота соответствует максимальной аликвоте соответствующих многофазных потоков.
Таким образом, без инструментов для измерения дебита одной единственной фазы, которая покрывает различные пределы показателей, соотношение между нижним значением шкалы и самым низким полученным показателем, то есть пределы изменений регулируемой величины, могут быть расширены. Следовательно, конфигурация указанного выше устройства позволяет значительно снизить дебит отобранных проб фракций Р, подвергаемых разделению фаз. Следовательно, оба, и средства отбора с соответствующими клапанами, и сепаратор со средствами измерения и клапанами, соединенными с ним, имеют размерные параметры, позволяющие работать на общем дебите, который значительно снижен. Оба, и средства отбора, и сепаратор, следовательно, имеют снижение уровня трудозатрат и уменьшенную массу относительно таковых по предшествующему уровню техники, что в результате приводит к снижению общих трудозатрат и массы устройства для измерения.
Также следует отметить, что указанное выше устройство позволяет получить точные измерения дебита фаз с точки зрения значительного снижения общих расходов, поскольку средства отбора состоят из клапанов для каждого блока для измерения, при этом сепаратор имеет размерные параметры, подходящие для ограниченного исследуемого дебита.