УСТРОЙСТВО, УЗЕЛ И СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА ЖИДКОСТИ В ОБРАЗЦЕ ФЛЮИДА
DEVICE, NODE, AND METHOD FOR DETERMINATION OF LIQUID VOLUME IN FLUID SAMPLE

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для определения объема жидкости в образце флюида. Настоящее изобретение также относится к способу определения объема жидкости в образце флюида, который осуществляют в вышеупомянутом устройстве.
Уровень техники
Углеводородные флюиды, содержащиеся в подземных пластах или извлеченные из них, представляют собой сложные флюиды, содержащие множество различных химических соединений.
Для оптимизации извлечения углеводородов в ходе добычи углеводородов из подземного пласта, необходимо знать физические свойства углеводородного флюида, чтобы предвидеть его объемные и фазовые характеристики при его перемещении от подземного пласта к поверхностным инструментам, включающим, например, сепараторы и трубопроводы, а также объемные и фазовые характеристики части жидкости, остающейся в подземном пласте.
Также важно уметь определять количество (объем) извлекаемых нефти и газа, содержащихся в (извлеченных) углеводородных флюидах. Следовательно, важно задавать условия, позволяющие разделять газ и нефть, содержащиеся в углеводородном флюиде. Например, наличие жидкой фазы (нефти) в углеводородном флюиде зависит от условий температуры и давления в пласте, которые обеспечивают конденсацию пара в жидкость.
Поведение углеводородных флюидов можно исследовать с помощью анализа зависимости «давление-объем-температура» (PVT). PVT-анализ обычно выполняют следующим образом:
- берут камеру с регулируемым объемом, например, путем применения поршня;
- в камеру под относительно высоким давлением вводят образец углеводородного флюида и герметизируют камеру;
- увеличивают объем камеры, например, перемещением поршня; и
- измеряют давление и объем в камере.
С помощью этого измерения можно определить различные свойства углеводородного флюида.
Этот традиционный метод сопряжен с рядом практических проблем. В частности, из-за того, что приложенное давление высоко, необходимо использовать большой поршень. Это, в свою очередь, означает, что камера должна иметь большой объем. Следовательно, из-за большого объема камеры оборудование имеет большую мертвую зону, что может привести к снижению точности. Фактически, точность снижается по мере уменьшения объема жидкости, подлежащей обнаружению, что затрудняет измерение малых объемов жидкости.
Кроме того, для обеспечения герметичности часто необходимо наличие уплотнителей  между камерой и средствами, используемыми для визуального наблюдения и контроля содержимого камеры. Однако эти уплотнители также имеют тенденцию создавать мертвые зоны, которые отрицательно влияют на точность измерения.
В документах FR 2856797 и FR 2909770 описано устройство для измерения термодинамических характеристик образца флюида, содержащее ячейку высокого давления, оснащенную поршнем с электроприводом. Ячейка содержит специальную головку, в которой предусмотрена камера вытянутой формы вдоль оси ячейки, предназначенная для сбора жидкости, и средства для визуализации положения границы раздела жидкость/газ.
Документ WO 2012/025840 относится к устройству для измерения термодинамических свойств пластовых флюидов, содержащему модульный узел датчика, предназначенный для оценки образца углеводородсодержащего флюида внутри корпуса ячейки. Модульный узел датчика включает корпус ячейки, имеющий камеру для образца и датчик плотности-вязкости, расположенный на месте, для измерения плотности и вязкости образца в камере для образца в зависимости от давления и температуры.
В документе WO 2016/028378 описано микрожидкостное устройство, содержащее микроканал, который включает в себя один или более вертикально ориентированных сегментов с верхней частью, имеющей относительно широкое отверстие, и нижней частью, имеющей относительно узкое отверстие. Каждый сегмент дополнительно содержит среднюю часть, которая сужается по меньшей мере в одном измерении от верхней части к нижней части. Каждый сегмент действует как ячейка PVT.
Таким образом, существует потребность в устройстве для измерения объема жидкости в образце углеводородного флюида, которое позволило бы эффективно измерять объем жидкости с высокой точностью даже для очень малых объемов жидкости.
Раскрытие сущности изобретения
Первой технической проблемой, решаемой изобретением, является создание устройства для определения объема жидкости в образце углеводородного флюида, содержащего:
- ячейку, имеющую верхнюю часть, образованную трубчатой боковой стенкой, и нижнюю часть, образованную закрытым концом, при этом нижняя часть имеет коническую форму и образует камеру, выполненную с возможностью приема жидкости; и
- поршень, имеющий верхнюю часть и нижнюю часть, причем поршень выполнен с возможностью скольжения в ячейке и закупоривания ячейки газонепроницаемым образом.
Согласно некоторым вариантам осуществления закрытый край ячейки имеет апертуру от 30 до 120°, а предпочтительно от 45 до 75°.
Согласно некоторым вариантам осуществления нижняя часть ячейки содержит по меньшей мере одну метку на периферийной поверхности конического закрытого конца.
Согласно некоторым вариантам осуществления каждая метка имеет форму дуги окружности.
Согласно некоторым вариантам осуществления метки расположены в одном или нескольких конических секторах на периферийной поверхности конического закрытого конца.
В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления метка  может быть расположена в двух конических секторах на периферийной поверхности конического закрытого конца.
Согласно некоторым вариантам осуществления нижняя часть ячейки содержит от 2 до 20 меток, а предпочтительно от 5 до 10 меток.
Согласно некоторым вариантам осуществления нижняя часть поршня имеет форму усеченного конуса так, чтобы иметь возможность частичного скольжения внутри нижней части ячейки.
Согласно некоторым вариантам осуществления поршень содержит окно, ориентированное в направлении конического закрытого конца ячейки.
Согласно некоторым вариантам осуществления нижняя часть поршня имеет верхний конец и нижний конец, а нижний конец имеет диаметр от 5 до 30 мм.
Согласно некоторым вариантам осуществления поршень содержит эндоскоп, выполненный с возможностью соединения окна с системой наблюдения.
Согласно некоторым вариантам осуществления в поршне расположена система для освещения ячейки, предпочтительно оптическое волокно.
Согласно некоторым вариантам осуществления верхняя часть ячейки имеет по меньшей мере один вход для флюида и по меньшей мере один выход для флюида.
Согласно некоторым вариантам осуществления устройство содержит по меньшей мере один датчик давления в ячейке.
Согласно некоторым вариантам верхняя часть ячейки имеет длину от 10 до 50 см.
Согласно некоторым вариантам осуществления верхняя часть ячейки имеет внутренний диаметр от 20 до 50 мм, а предпочтительно от 30 до 40 мм.
Согласно некоторым вариантам осуществления нижняя часть ячейки имеет высоту от 10 до 40 мм, а предпочтительно от 20 до 35 мм.
Согласно некоторым вариантам осуществления верхняя часть поршня имеет длину от 10 до 60 см
Согласно некоторым вариантам осуществления верхняя часть поршня имеет внешний диаметр, равный или меньший 50 мм.
Согласно некоторым вариантам нижняя часть поршня имеет высоту от 2,5 до 37,5 мм, а предпочтительно от 5 до 35 мм.
Другой технической проблемой, решаемой изобретением, является создание узла, содержащего:
- указанное выше устройство; и
- систему наблюдения для визуального наблюдения содержимого камеры, предпочтительно содержащую съемочную камеру.
Согласно некоторым вариантам осуществления, узел содержит корпус с регулируемой температурой, окружающий ячейку, причем система наблюдения предпочтительно расположена вне корпуса.
Согласно некоторым вариантам осуществления упомянутый выше узел или упомянутое выше устройство содержат по меньшей мере один датчик температуры.
Другой технической проблемой, решаемой изобретением, является создание способа определения объема жидкости в образце углеводородного флюида, при этом способ включает этапы, на которых:
- вводят образца углеводородного флюида в ячейку вышеупомянутого устройства или в вышеупомянутый узел;
- снижают давление внутри ячейки путем скольжения поршня в ячейке;
- измеряют объем жидкости, находящейся в камере.
Согласно предпочтительным вариантам осуществления углеводородный флюид представляет собой газовый конденсат.
Согласно некоторым вариантам осуществления давление снижают на одну или несколько ступеней, при этом каждая ступень составляет от 0,1 до 50 бар, предпочтительно от 0,5 до 20 бар и предпочтительно от 1 до 10 бар относительно начального давления внутри ячейки.
Согласно некоторым вариантам осуществления этап измерения объема жидкости выполняют путем визуального наблюдения камеры и определения положения границы раздела жидкость-газ на периферийной поверхности конусовидного закрытого конца.
Согласно некоторым вариантам осуществления визуальное наблюдение камеры осуществляют через окно поршня.
Согласно некоторым вариантам осуществления положение границы раздела жидкость-газ определяют посредством по меньшей мере одной метки, находящейся на периферийной поверхности конического закрытого конца.
Согласно некоторым вариантам осуществления этап снижения давления и этап измерения объема жидкости повторяют множество раз.
Согласно некоторым вариантам осуществления способ осуществляют при постоянной температуре.
Согласно некоторым вариантам осуществления температура в ячейке составляет от 15 до 200° C, предпочтительно от 80 до 180° C.
Согласно некоторым вариантам осуществления начальное давление в ячейке составляет от 10 до 2000 бар, а предпочтительно от 10 до 1500 бар.
Согласно некоторым вариантам осуществления объем жидкости равен или менее 1000 мкл, предпочтительно равен или менее 500 мкл, предпочтительно равен или менее 100 мкл, предпочтительно равен или менее 50 мкл, предпочтительно равен или менее 10 мкл, предпочтительно равен или менее 1 мкл, предпочтительно равен или менее 0,5 мкл, и предпочтительно равно или менее 0,2 мкл.
Настоящее изобретение позволяет решить указанную выше задачу. В частности, изобретением предложено устройство для измерения объема жидкости в образце углеводородного флюида, которое позволяет эффективно измерять объем жидкости с высокой точностью даже для очень малых объемов жидкости.
Это достигается за счет использования устройства, содержащего ячейку, имеющую верхнюю часть и нижнюю часть, при этом нижняя часть образована закрытым концом, имеющим форму конуса и образующим камеру, выполненную с возможностью приема жидкости. Благодаря форме этого закрытого конца становится возможным точное измерение небольших объемов жидкости.
Фактически жидкость скапливается в камере, образованной закрытым концом.
Наличие метки на камере облегчает измерение объема жидкости, что является преимуществом.
Измерение становится возможным, благодаря наличию окна в нижней части поршня и благодаря его соединению с системой контроля, что является преимуществом.
Кроме того, поскольку окно и система наблюдения не расположены в камере, содержащей жидкость, отсутствуют мертвые зоны, которые могли бы повлиять на эффективность и точность измерения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан разрез ячейки устройства согласно одному варианту осуществления изобретения.
На фиг. 2 показан разрез поршня устройства согласно одному варианту осуществления изобретения.
На фиг. 3 в аксонометрии показан конический закрытый конец ячейки в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 4A и 4B показан разрез ячейки и поршня устройства согласно одному варианту осуществления изобретения в двух разных положениях.
Осуществление изобретения
Далее изобретение будет описано более подробно, при этом изобретение не ограничено следующем описанием.
Устройство для определения объема жидкости
Устройство согласно изобретению используется для определения объема жидкости, содержащейся в углеводородном флюиде.
Как показано на фиг. 1 и 2, устройство согласно изобретению содержит ячейку 1 и поршень 2, имеющие общую продольную ось. Во время использования устройство согласно изобретению размещают вертикально (продольная ось ячейки 1 ориентирована в вертикальном направлении), как показано на фиг. 1.
Ячейка 1 имеет верхнюю часть 3 и нижнюю часть 4. Верхняя часть 3 образована трубчатой боковой стенкой 5, которая проходит вдоль продольной оси ячейки 1 между открытым концом 6 и нижней частью 4 ячейки 1. Трубчатая боковая стенка 5 определяет внутреннее пространство 7, в которое может быть помещен образец углеводородного флюида.
Под термином «трубчатый» подразумевается форма цилиндра с круглым или некруглым основанием. Например, основание может быть диском, овалом, квадратом, прямоугольником, правильным или неправильным многоугольником или комбинацией плоских поверхностей и/или криволинейных поверхностей. Предпочтительно основание представляет собой круглый диск.
Верхняя часть 3 ячейки 1 (или, другими словами, трубчатая боковая стенка 5) может иметь длину от 10 до 50 см, а предпочтительно от 20 до 40 см. Например, верхняя часть 3 ячейки 1 может иметь длину от 10 до 15 см; или от 15 до 20 см; или от 20 до 25 см; или от 25 до 30 см; или от 30 до 35 см; или от 35 до 40 см; или от 40 до 45 см; или от 45 до 50 см.
Кроме того, верхняя часть 3 ячейки 1 (или, другими словами, трубчатая боковая стенка 5) может иметь внутренний диаметр от 20 до 50 мм, а предпочтительно от 30 до 40 мм. Этот внутренний диаметр может составлять, в частности, от 20 до 22 мм; или от 22 до 24 мм; или от 24 до 26 мм; или от 26 до 28 мм; или от 28 до 30 мм; или от 30 до 32 мм; или от 32 до 34 мм; или от 34 до 36 мм; или от 36 до 38 мм; или от 38 до 40 мм; или от 40 до 42 мм; или от 42 до 44 мм; или от 44 до 46 мм; или от 46 до 48 мм; или от 48 до 50 мм. Внутренний диаметр верхней части 3 ячейки 1 является максимальным внутренним размером верхней части 3 ячейки 1 в плоскости, ортогональной продольной оси.
Верхняя часть 3 ячейки 1 может иметь по меньшей мере один вход 8 для флюида и по меньшей мере один выход 9 для флюида. Такие вход 8 и выход 9 могут содержать соответствующий клапан. Например, вход может быть соединен с источником углеводородного флюида, таким как резервуар, содержащий углеводородный флюид, через трубку или трубопровод. Аналогично, выход может быть соединен с другим резервуаром или ячейкой, которая позволяет откачивать образец углеводородного флюида из ячейки 1, причем это соединение предпочтительно выполнено через трубку или канал. В качестве альтернативы вход 8 и выход 9 могут использоваться для выполнения этапа промывки, чтобы промыть ячейку 1 жидкостью, которая может поступать в ячейку 1 через вход 8 и выходить из ячейки 1 через выход 9.
Нижняя часть 4 ячейки 1 образована закрытым концом, имеющим форму конуса. Другими словами, нижняя часть 4 сужается - она содержит не сужающийся конец 10 и сужающийся или заостренный конец 11. Таким образом, не сужающийся конец 10 соединен с верхним концом 3 ячейки 1, в то время как сужающийся конец 11 закрыт.
Закрытый конец образует камеру 12, которая выполнена с возможностью приема жидкости, находящейся в ячейке 1. Таким образом, камера 12 сообщается по текучей среде с внутренним пространством 7, ограниченным трубчатой боковой стенкой 5.
Согласно предпочтительным вариантам осуществления верхняя часть 3 и нижняя часть 4 ячейки 1 выполнены как единое целое.
Нижняя часть 4 ячейки 1 может иметь высоту от 10 до 40 мм, а предпочтительно от 20 до 35 мм. Например, нижняя часть 4 ячейки 1 может иметь высоту от 10 до 12 мм; или от 12 до 14 мм; или от 14 до 16 мм; или от 16 до 18 мм; или от 18 до 20 мм; или от 20 до 22 мм; или от 22 до 24 мм; или от 24 до 26 мм; или от 26 до 28 мм; или от 28 до 30 мм; от 30 до 32 мм; или от 32 до 34 мм; или от 34 до 36 мм; или от 36 до 38 мм; или от 38 до 40 мм. Под «высотой» подразумевается вертикальное расстояние от вершины конуса (сужающийся конец 11) до его основания (не сужающийся конец 10).
Поскольку нижняя часть 4 ячейки 1 сужается, ее диаметр уменьшается от не сужающегося конца 10 к сужающемуся концу 11. Диаметр нижней части 4 ячейки 1 на не сужающемся конце 10 предпочтительно равен диаметру верхней части 3 ячейки 1. Апертура камеры 12 может составлять от 30 до 120°, а предпочтительно от 45 до 75°. Например, этот угол может составлять от 30 до 35°; или от 35 до 40°; или от 40 до 45°; или от 45 до 50°; или от 50 до 55°; или от 55 до 60°; или от 60 до 65°; или от 65 до 70°; или от 70 до 75°; или от 75 до 80°; или от 80 до 85°; или от 85 до 90°; или от 90 до 120°. Апертура равна удвоенному углу между периферийной поверхностью 13 камеры 12 и продольной осью ячейки 1.
Благодаря вышеуказанной апертуре может быть достигнута более высокая точность измерения объема жидкости на основании высоты жидкости в камере 12, особенно когда объем мал.
Для облегчения определения объема жидкости в камере 12 нижняя часть 4 ячейки 1 может иметь по меньшей мере одну метку на периферийной поверхности 13 конического закрытого конца. На фиг. 3 показано множество меток 14, присутствующих на периферийной поверхности 13 закрытого конца. Согласно некоторым вариантам осуществления метки выгравированы на периферийной поверхности 13 конического закрытого конца.
Каждая метка 14 может указывать диаметр конуса, образованного коническим закрытым концом, на уровне метки 14, чтобы определить высоту жидкости внутри камеры 12 (или же границу раздела между жидкой и газовой фазой). Под «уровнем» понимается определенная точка вдоль продольной оси на периферийной поверхности 13 конического закрытого конца.
Метка 14 может иметь форму, по меньшей мере, одной дуги окружности (другими словами, сегмента или части круга), покрывающей, по меньшей мере, одну часть периферийной поверхности 13 конического закрытого конца (форма дуги окружности показана на фиг. 3). Плоскость, содержащая дугу окружности, предпочтительно ортогональна продольной оси.
Предпочтительно, нижняя часть 4 ячейки 1 имеет более одной метки 14 (как показано на фиг. 3), а именно от 2 до 20 меток 14 и предпочтительно от 5 до 10 меток 14. Например, нижняя часть 4 ячейки 1 может иметь от 2 до 4; или от 4 до 6; или от 6 до 8; или от 8 до 10; или от 10 до 12; или с 12 до 14; или с 14 до 16; или с 16 до 18; или от 18 до 20 меток 14.
Следовательно, в случае, если на нижней части 4 ячейки 1 имеется более одной метки 14, метки 14 могут быть расположены на периферийной поверхности 13 на разных уровнях. Под «разными уровнями» подразумеваются разные точки вдоль продольной оси на периферийной поверхности 13 конического закрытого конца.
Более конкретно, метки, в частности дуги окружности, могут быть расположены в одном или нескольких конических секторах 14a1, 14a2 на периферийной поверхности 13 конического закрытого конца. В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления метки 14 могут быть расположены в двух конических секторах 14a1, 14a2 на периферийной поверхности 13 конического закрытого конца. Предпочтительно, когда метки 14 расположены в двух конических секторах 14a1, 14a2, эти конические сектора отделены друг от друга двумя другими коническими секторами 14b, не имеющими меток 14 (как показано на фиг. 3).
Кроме того, когда метки 14 расположены в двух (или более) конических секторах 14a1, 14a2, в разных конических секторах 14a1, 14a2 предпочтительно имеются последовательные метки 14 (вдоль продольной оси), например первая метка 14 находится на первом коническом секторе 14a1, вторая метка 14 находится на втором коническом секторе 14a2, третья метка 14 находится на первом коническом секторе 14a1 или на третьем коническом секторе (на чертежах не показано) и так далее. Другими словами, предпочтительно, чтобы последовательные метки 14 не находились на одном и том же коническом секторе 14a1, 14a2, а чередовались между двумя (или более) коническими секторами 14a1, 14a2.
Таким образом, в некоторых вариантах, если метки пронумерованы в соответствии с их расстоянием от нижнего конца конического закрытого конца, нечетные метки находятся в первом коническом секторе 14a1, тогда как четные метки находятся во втором коническом секторе 14a2.
Это упрощает точную оценку высоты жидкости, путем ее сравнения с метками.
Когда метки выполнены в виде дуг окружности, они не образуют полных окружностей на периферийной поверхности 13 конического конца.
Согласно другим вариантам осуществления метки могут быть представлены в виде полных окружностей на периферийной поверхности 13 конического конца.
Каждая метка 14 может находиться на расстоянии от 0,1 до 1 см, а предпочтительно от 0,25 до 0,5 см от следующей метки 14. Например, это расстояние может составлять от 0,1 до 0,2 см; или от 0,2 до 0,3 см; или от 0,3 до 0,4 см; или от 0,4 до 0,5 см; или от 0,5 до 0,6 см; или от 0,6 до 0,7 см; или от 0,7 до 0,8 см; или от 0,8 до 0,9 см; или от 0,9 до 1 см.
Согласно некоторым вариантам осуществления это расстояние одинаково между всеми последовательными метками 14.
Согласно другим (предпочтительным) вариантам осуществления это расстояние (между двумя последовательными метками 14) может отличаться от одной пары следующих друг за другом меток 14 к следующей. В этом случае каждая метка 14 может соответствовать определенному объему в коническом закрытом конце, причем разница между последовательными метками 14 соответствует разнице объемов. Предпочтительно, эта разница в объеме может быть одинаковой между всеми последовательными метками 14.
Эта разница в объеме между последовательными метками 14 может составлять, например, от 0,03 до 0,05 мкл; или от 0,05 до 1 мкл; или от 1 до 5 мкл; или от 5 до 10 мкл; или от 10 до 25 мкл; или от 25 до 50 мкл; или от 50 до 75 мкл; или от 75 до 100 мкл; или от 100 до 150 мкл; или от 150 до 200 мкл; или от 200 до 250 мкл; или от 250 до 300 мкл; или от 300 до 350 мкл; или от 350 до 400 мкл; или от 400 до 450 мкл; или от 450 до 500 мкл.
Например, первая метка 14 (метка, которая находится ближе всего к нижнему концу конического закрытого конца) может соответствовать объему жидкости от 0,03 до 5 мкл, а предпочтительно от 0,03 до 1 мкл.
Кроме того, последняя метка 14 (метка, которая находится дальше всего от конического закрытого конца) может соответствовать объему жидкости от 1500 до 3000 мкл, а предпочтительно от 1500 до 2000 мкл.
Следовательно, когда высота жидкости соответствует определенной метке 14, это может дать возможность напрямую определять объем жидкости в камере 12 без какой-либо дополнительной обработки.
В качестве альтернативы, когда высота жидкости находится между двумя последовательными метками 14, может потребоваться дополнительная обработка, например, с использованием системы обработки, способной выполнять графическую интерполяцию, для экстраполяции и определения объема жидкости в камере 12.
Устройство согласно изобретению предпочтительно выполнено таким образом, чтобы оно могло выдерживать абсолютное давление в ячейке 1, равное по меньшей мере, 1000 бар, более предпочтительно, по меньшей мере, 1500 бар. Следовательно, ячейка 1 может быть изготовлена из такого материала, как нержавеющая сталь, или любого другого стойкого к давлению материала, такого как титан, сплавы на основе никеля (Hastelloy) и аустенитные суперсплавы на никель-хромовой основе (Inconel).
Как упомянуто выше и как показано на фиг. 2, 4A и 4B, устройство также содержит поршень 2, который перемещается в ячейке 1. Следовательно, поршень 2 может быть вставлен в ячейку 1 с открытого конца 6 верхней части 3 ячейки 1. Когда поршень 2 находится в ячейке 1, он герметично закрывает ячейку 1. Следовательно, нет контакта между внутренним пространством 7 (и камерой 12) ячейки 1 и внешней средой. В то время как поршень 2 скользит в ячейке 1, он может перемещаться из первого положения, в котором поршень 2 находится в наиболее удаленном положении от конического закрытого конца (фиг. 4B), во второе положение, в котором поршень 2 находится ближе всего к коническому закрытому концу (фиг. 4А). В этом втором положении часть поршня 2 (его нижняя часть, как подробно описано ниже) может предпочтительно быть вставлена в камеру 12, образованную закрытым концом конической формы. Само собой разумеется, что поршень 2 может принимать все промежуточные положения между первым и вторым положением.
Поршень 2 может приводиться в действие вручную, механически, электрически или гидравлически. Например, поршень 2 может приводиться в действие с помощью системы электрического или гидравлического цилиндра. В случае ручного привода поршня 2 можно использовать червячный привод.
Поршень 2 имеет верхнюю часть 15 и нижнюю часть 16. Верхняя часть 15 поршня 2 может иметь цилиндрическую форму с круглым или некруглым основанием. Предпочтительно основание представляет собой круглый диск.
Верхняя часть 15 поршня 2 может иметь длину от 10 до 60 см, а предпочтительно от 20 до 45 см. Например, верхняя часть 15 ячейки 2 может иметь длину от 10 до 15 см; или от 15 до 20 см; или от 20 до 25 см; или от 25 до 30 см; или от 30 до 35 см; или от 35 до 40 см; или от 40 до 45 см; или от 45 до 50 см.
Верхняя часть 15 поршня 2 может иметь внешний диаметр, который равен или меньше внутреннего диаметра верхней части 3 ячейки 1, так чтобы поршень 2 мог быть вставлен в ячейку 1. Следовательно, внешний диаметр верхней части 15 поршня 2 может быть равен или меньше 50 мм. Например, этот диаметр может составлять от 5 до 10 мм; или от 10 до 15 мм; или от 15 до 20 мм; или от 20 до 25 мм; или от 25 до 30 мм; или от 30 до 35 мм; или от 35 до 40 мм; или от 40 до 45 мм; или от 45 до 50 мм.
Предпочтительно, чтобы внешний диаметр верхней части 15 поршня 2 был равен внутреннему диаметру верхней части 3 ячейки 1.
В некоторых вариантах осуществления внешняя форма верхней части 15 поршня 2 по существу соответствует внутренней форме верхней части 3 ячейки 1 (например, они обе могут иметь цилиндрическую форму с круглым основанием одинакового диаметра). Однако согласно некоторым вариантам осуществления верхняя часть 15 поршня 2 может иметь внешнюю форму, которая по существу не соответствует внутренней форме верхней части 3 ячейки 1 (например, они обе могут иметь цилиндрическую форму с круговым основанием,  при этом основание верхней части 15 поршня 2 имеет внешний диаметр, отличный от внутреннего диаметра основания верхней части 3 ячейки 1, или верхняя часть 3 ячейки 1 может иметь цилиндрическую внутреннюю форму с круглым основанием, а верхняя часть 15 поршня 2 может иметь цилиндрическую внешнюю форму с некруглым основанием). В этом случае, по меньшей мере одна часть длины верхней части 15 поршня 2 и/или по меньшей мере одна часть нижней части 16 поршня 2 может иметь по существу такой же внешний диаметр, что и внутренний диаметр верхней части 3 ячейки 1, так что поршень 2 может закрыть ячейку 1 с обеспечением газонепроницаемости. В предпочтительных вариантах может присутствовать уплотнитель 20, например, охватывающий, по меньшей мере, часть длины поршня 2, как показано на фиг. 2, для обеспечения герметичности ячейки 1 газонепроницаемым образом. Уплотнитель 20 предпочтительно находится на нижнем конце верхней части 15 поршня 2 или рядом с ним.
В соответствии с некоторыми предпочтительными вариантами осуществления и как показано на фиг. 2, верхняя часть 15 поршня 2 имеет внешний диаметр, одинаковыей по ее длине.
Согласно другим вариантам осуществления (не изображенным на фигурах) верхняя часть 15 поршня 2 имеет внешний диаметр, который не является одинаковым по длине верхней части 15.
Нижняя часть 16 поршня 2 может иметь форму усеченного конуса, как показано на фиг.2. Под «формой усеченного конуса» подразумевается форма конуса, усеченного плоскостью, которая предпочтительно параллельна основанию конуса. Форма усеченного конуса позволяет, по меньшей мере, частично перемещать поршень 2 и, в частности, нижнюю часть 16 поршня 2 внутри нижней части 4 ячейки 1. Нижняя часть 16 поршня 2 может иметь верхний конец 17а, который соединен с верхней частью 15 поршня 2, и нижний конец 17b, который наиболее удален от верхней части 15 поршня 2 и ближе всего к коническому закрытому концу, когда поршень 2 находится в ячейке 1. Согласно предпочтительным вариантам осуществления нижний конец 17b может быть плоской поверхностью (как показано на фиг. 2). Согласно другим вариантам осуществления нижний конец 17b может иметь по меньшей мере одно углубление (не показано на фигурах).
Согласно предпочтительным вариантам осуществления верхняя часть 15 и нижняя часть 16 поршня 2 выполнены как единое целое.
Нижняя часть 16 поршня 2 может иметь высоту от 2,5 до 37,5 мм, а предпочтительно от 5 до 35 мм. Например, нижняя часть 16 поршня 2 может иметь высоту от 2,5 до 5 мм; или от 5 до 10 мм; или от 10 до 15 мм; или от 15 до 20 мм; или от 20 до 25 мм; или от 25 до 30 мм; или от 30 до 35 мм; или от 35 до 37,5 мм. Под «высотой» подразумевается расстояние от нижнего конца 17b нижней части 15 поршня 2 до верхнего конца 17а нижней части 15 поршня 2.
Нижняя часть 16 поршня 2 может иметь внешний диаметр, который уменьшается от верхнего конца 17а к нижнему концу 17b. Внешний диаметр на верхнем конце 17а поршня 2 предпочтительно может быть равен диаметру нижней части 4 ячейки 1 на не сужающемся конце 10.
Нижняя часть 16 поршня на своем нижнем конце 17b может иметь диаметр от 5 до 30 мм.
Когда поршень находится во втором положении (и, как упомянуто выше, см. фиг. 4A), нижняя часть 16 поршня 2 (по крайней мере частично) предпочтительно расположена в камере 12 ячейки 1.
Согласно некоторым вариантам осуществления отношение высоты нижней части 16 поршня 2 к высоте нижней части 4 ячейки 1 (по продольной оси) составляет от 0,1 до 0,8, а предпочтительно от 0,3 до 0,7. Например, это соотношение может составлять от 0,1 до 0,2; или от 0,2 до 0,3; или от 0,3 до 0,4; или от 0,4 до 0,5; или от 0,5 до 0,6; или от 0,6 до 0,7; или от 0,7 до 0,8.
Как объяснено выше, когда верхняя часть 15 поршня 2 имеет внешнюю форму, которая не соответствует внутренней форме верхней части 3 ячейки 1, и более конкретно, когда верхняя часть 15 поршня 2 имеет меньший внешний диаметр, чем внутренний диаметр верхней части 3 ячейки 1, по крайней мере одна часть нижней части 16 поршня 2 может иметь внешний диаметр, равный внутреннему диаметру верхней части 3 ячейки 1, так что поршень 2 может герметично закрывать ячейку 1.
Например, нижняя часть 16 поршня 2 может иметь внешний диаметр на верхнем конце 17а, который равен внутреннему диаметру верхней части 15 ячейки 1.
Кроме того, нижняя часть 16 поршня 2 и, в частности, нижний конец 17b поршня 2 может содержать окно 18. Это окно 18 может быть ориентировано в направлении конического закрытого конца и, следовательно, в направлении камеры 12. Наличие окна 18 позволяет снаружи наблюдать содержимое ячейки 1 с помощью системы наблюдения (которая описана ниже). Таким образом, окно 18 (вместе с системой наблюдения) позволяет визуально наблюдать камеру 12, содержащую жидкость, для определения уровня жидкости в камере 12. Это может быть выполнено, например, путем считывания меток 14 на периферийной поверхности 13 конического закрытого конца.
Окно 18 может быть, например, выполнено из сапфира или любого другого прозрачного или полупрозрачного материала, способного выдерживать высокое давление, высокую температуру и коррозию.
Согласно некоторым вариантам осуществления и как показано на фиг. 2, нижний конец 17b поршня 2 представляет собой плоскую поверхность, а окно 18 закрывает часть этой плоской поверхности.
Согласно другим вариантам осуществления окно 18 может быть расположено в углублении, образованном на нижнем конце 17b.
Согласно другим вариантам осуществления окно 18 закрывает всю поверхность нижнего конца 17b поршня 2.
Устройство может дополнительно содержать эндоскоп 19, расположенный внутри поршня 2. Эндоскоп может быть выполнен с возможностью соединения окна 18 с системой наблюдения, подробно описанной ниже, чтобы установить оптическое соединение между окном 18 и системой наблюдения. Под «эндоскопом» понимается трубчатая система, содержащая ряд линз, позволяющих «передавать» изображение из окна 18 в систему наблюдения. Устройство также может содержать систему для освещения ячейки 1, расположенную в поршне 2, такую как оптическое волокно (не показано на фигурах), которое может пропускать свет между системой наблюдения и окном 18, чтобы облегчить визуальное наблюдение содержимого ячейки 1. Освещение может выполняться белым светом или небелым светом. Спектр света, используемый для освещения, можно регулировать, чтобы облегчить визуализацию жидкого мениска. Когда камера используется для записи изображений ячейки 1, может выполняться обработка изображения, такая как регулировка контрастности.
Кроме того, устройство согласно изобретению и, в частности, ячейка 1, описанная выше, может содержать по меньшей мере один датчик давления, который может определять давление в ячейке 1.
Опционально, устройство может содержать продувочную систему для очистки внутренней части ячейки 1 от любого материала, присутствующего в ней.
Согласно некоторым вариантам осуществления устройство согласно изобретению может быть частью узла. Этот узел может включать, например, устройство, а также систему наблюдения (не показанную на фигурах), такую как, например, камера, для визуального наблюдения содержимого ячейки 1. Согласно предпочтительным вариантам осуществления система наблюдения расположена вне камеры 1.
Предпочтительно, тот факт, что окно 18, система наблюдения и/или эндоскоп 19 не расположены в камере 12 ячейки 1, позволяет минимизировать любые мертвые зоны и, следовательно, повысить точность измерения.
Узел может дополнительно содержать корпус (не показан на фигурах), который может окружать ячейку 1. Корпус может быть изготовлен из материала, выбранного из стали, алюминия или композитного материала. Желательно, чтобы корпус был изолирован, например, во избежание потери температуры. Корпус позволяет обеспечить регулируемую и равномерную температуру в ячейке 1. Следовательно, внутренняя часть камеры 12 имеет ту же температуру, что и внутреннее пространство 7, ограниченное трубчатой боковой стенкой 5 верхней части 3 ячейки 1. Это позволяет избежать, например, возможной нежелательной конденсации углеводородного флюида.
В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления описанная выше система наблюдения расположена за пределами корпуса, чтобы защитить ее от высоких температур.
Узел в соответствии с изобретением может содержать, по меньшей мере, один датчик температуры (например, термопары) и/или систему регулирования температуры, которая может содержать систему нагрева и/или охлаждения. Например, можно использовать контур хладагента и/или резистивный нагрев. Согласно некоторым вариантам осуществления датчик (и) температуры и/или система регулирования температуры могут быть расположены в ячейке 1. Согласно другим вариантам осуществления датчик (и) температуры и/или система регулирования температуры могут быть расположены вне ячейки 1 и внутри корпуса. Тем не менее, согласно другим вариантам осуществления, как ячейка 1, так и корпус могут быть снабжены датчиком температуры и/или системой регулирования температуры.
Согласно некоторым вариантам осуществления узел и, в частности, корпус может содержать одну или несколько дополнительных ячеек (отличных от ячейки 1). Эти ячейки могут использоваться, например, для измерений, проводимых на углеводородном масле или газе, поступающем из углеводородного флюида. Эти дополнительные ячейки могут быть соединены с ячейкой 1 так, чтобы, по меньшей мере, некоторое количество образца углеводородного флюида могло быть перенесено из ячейки 1 в дополнительную ячейку (и) или наоборот.
Устройство в соответствии с изобретением или узел также могут содержать модуль анализа и/или модуль управления  или быть связаны в более крупной системе.
Модуль анализа может получать данные от датчиков давления и/или температуры, от системы наблюдения, от пользователя и/или от модуля управления и предоставлять данные анализа в качестве выходных данных.
Модуль управления может получать данные от пользователя и/или от модуля анализа и может отправлять инструкции, которые позволяют приводить в действие поршень, а также различные клапаны устройства. Можно управлять устройством в автоматическом или полуавтоматическом режиме с использованием соответствующего компьютерного оборудования и программного обеспечения.
Способ определения объема жидкости
Изобретением также предложен способ определения объема жидкости в образце углеводородного флюида. Этот способ осуществляется в описанном выше устройстве.
Углеводородный флюид предпочтительно представляет собой углеводородный флюид, извлеченный из подземного пласта. Предпочтительно это сложная текучая среда, содержащая различные углеводородные соединения и, опционально, воду, а также загрязнители или химические вещества, используемые в процессе извлечения углеводородов (поверхностно-активные вещества, диоксид углерода, азот и т.д.).
Согласно предпочтительным вариантам углеводородный флюид представляет собой газовый конденсат. Под «газовым конденсатом» подразумевается смесь жидких углеводородов с низкой плотностью, которые присутствуют в виде газообразных компонентов в сыром природном газе, извлеченном из подземного пласта. Например, газовый конденсат может содержать диоксид углерода и/или азот, а также углеводородные соединения, содержащие от 1 до 500 атомов углерода.
Однако следует понимать, что устройство согласно изобретению может также использоваться для других типов текучих сред, в частности сложных текучих сред, содержащих смесь различных химических соединений.
Способ содержит первый этап введения образца углеводородного флюида в ячейку 1, описанную выше. Вместе с тем перед введением образца углеводородного флюида в ячейку 1 ячейка 1 может быть нагрета (например, с помощью системы регулирования температуры, упомянутой выше), чтобы, например, получить во внутреннем пространстве 7 (и камере 12) ячейки 1 температуру, близкую к температуре подземного резервуара. Следовательно, ячейка 1 может поддерживаться и, в частности, может быть нагрета до температуры от 15 до 200°C, а предпочтительно от 80 до 180°C. Например, эта температура может составлять от 15 до 20°C; или от 20 до 30°С ; или от 30 до 40°С; или от 40 до 50°С; или от 50 до 60°С; или от 60 до 70°С; или от 70 до 80°С; или от 80 до 90°С; или от 90 до 100°С; или от 100 до 110° С; или от 110 до 120°С; или от 120 до 130°С; или от 130 до 140°С; или от 140 до 150°С; или от 150 до 160°С; или от 160 до 170°С; или от 170 до 180°С; или от 180 до 190°С; или от 190 до 200°С.
Кроме того, при введении образца углеводородного флюида в ячейку 1 ячейка 1 может находиться под давлением. Например, в ячейке 1 может быть повышено давление до начального давления от 10 до 2000 бар, а предпочтительно от 10 до 1500 бар. В ячейке, в частности, может быть повышено давление до начального давления от 10 до 100 бар; или от 100 до 200 бар; или от 200 до 300 бар; или от 300 до 400 бар; или от 400 до 500 бар; или от 500 до 600 бар; или от 600 до 700 бар; или от 700 до 800 бар; или от 800 до 900 бар; или от 900 до 1 000 бар; или от 1 000 до 1 100 бар; или от 1 100 до 1 200 бар; или от 1 200 до 1 300 бар; или от 1 300 до 1 400 бар; или от 1 400 до 1 500 бар; или от 1 500 до 1 600 бар; или от 1600 до 1700 бар; или от 1 700 до 1 800 бар; или от 1 800 до 1 900 бар; или от 1 900 до 2 000 бар.
Согласно предпочтительным вариантам осуществления это начальное давление выше, чем давление, наблюдаемое в подземном пласте. Предпочтительно начальное давление в ячейке 1 выше давления, наблюдаемого в подземном пласте, по меньшей мере на 100 бар, а предпочтительно по меньшей мере на 150 бар.
Давление углеводородного флюида в ячейке 1 на этапе ввода может быть достигнуто непосредственно за счет давления источника углеводородного флюида, особенно если устройство размещено внутри добывающей скважины для сбора углеводородного флюида из подземного пласта по месту проведения работ, или если ячейка 1 соединена через вход  8 для флюида и через трубопровод или трубу с сосудом под давлением, содержащим углеводородный флюид.
На этом этапе углеводородный флюид в ячейке 1 предпочтительно представляет собой газовую фракцию; он предпочтительно не содержит жидкой фракции.
После этапа введения способ содержит этап снижения давления внутри ячейки 1 для образования некоторого количества жидкости в камере 12. На этом этапе предпочтительно, чтобы температура в ячейке 1 оставалась постоянной. Например, эта температура может составлять от 15 до 200°C, а предпочтительно от 20 до 180°C.
Уменьшение давления может быть достигнуто перемещением поршня 2 в направлении из второго положения (как показано на фиг. 4A) в первое положение (как показано на фиг. 4B). Давление может быть уменьшено на одну или несколько ступеней. Каждое уменьшение может составлять, например, от 0,1 до 50 бар, предпочтительно от 0,5 до 20 бар и предпочтительно от 1 до 10 бар относительно начального давления внутри ячейки 1. Например, каждое уменьшение может составлять от 0,1 до 0,5 бар; или от 0,5 до 1 бар; или от 1 до 5 бар; или от 5 до 10 бар; или от 10 до 15 бар; или от 15 до 20 бар; или от 20 до 25 бар; или от 25 до 30 бар; или от 30 до 35 бар; или от 35 до 40 бар; или от 40 до 45 бар; или от 45 до 50 бар относительно начального давления внутри ячейки 1.
Из-за этой декомпрессии из образца углеводородного флюида (газообразной фракции) образуется некоторое количество жидкости (жидкая фракция). В частности, расширение углеводородного флюида продолжается до тех пор, пока углеводородные соединения в газовой фракции не начнут конденсироваться. Точка, при которой углеводородные компоненты начинают конденсироваться из газообразной фракции, называется «точкой росы».
В предпочтительном случае, когда углеводородный флюид представляет собой газовый конденсат, жидкость сначала включает только часть углеводородов, содержащих от 1 до 100 атомов углерода, а остальные углеводороды, содержащие от 1 до 100 атомов углерода, остаются в составе газовой фракции вместе с газом (N2 и/или CO2). Чем больше снижается давление, тем больше увеличивается количество жидкости в камере 12.
Далее способ включает этап измерения объема жидкости, присутствующей в ячейке 1. Это измерение может быть выполнено путем визуального наблюдения камеры 12 и, в частности, путем наблюдения за уровнем жидкости в камере 12 (в коническом закрытом конце), другими словами, путем определения положения границы раздела между жидкостью и газовой фракцией на периферийной поверхности 13 конического закрытого конца, который подключен к системе наблюдения через эндоскоп 19.
Это визуальное наблюдение может осуществляться через окно 18 поршня 2.
В частности, метки 14 на периферийной поверхности 13 конического закрытого конца облегчают считывание (визуальное наблюдение) диаметра конуса, соответствующего высоте жидкости в камере 12 (границы раздела между жидкостью и газовой фракцией). Затем, используя этот диаметр, можно рассчитать объем жидкости, содержащейся в камере 12.
Наличие меток 14 позволяет повысить точность способа. Фактически, при высокой температуре эндоскоп 18, содержащийся в поршне 2, может деформироваться и, следовательно, также деформируется изображение камеры 12, полученное системой наблюдения. Метки 14, таким образом, облегчают калибровку устройства для повышения точности измерения.
Этап уменьшения давления в ячейке 1, а также этап измерения объема жидкости, образовавшейся в камере 12, может повторяться множество раз, например от 5 до 500 раз, предпочтительно от 10 до 400 раз, и более предпочтительно от 20 до 200 раз. Во время каждого повторения давление в ячейке 1 уменьшается, как объяснено выше, для образования другого количества жидкости в камере 12.
Согласно некоторым предпочтительным вариантам осуществления во время этих повторений температура в ячейке постоянна.
Согласно другим вариантам осуществления во время этих повторений температура в ячейке может изменяться, например, температура может повышаться или понижаться.
Согласно другим вариантам осуществления способ осуществляется не по меступроведения работ. В этом случае способ реализуется с использованием углеводородного флюида, который был извлечен из подземного пласта.
Способ позволяет измерять объемы жидкости, равные или меньшие 1000 мкл, предпочтительно равные или меньшие 500 мкл, предпочтительно равные или меньшие 100 мкл, предпочтительно равные или меньшие 50 мкл, предпочтительно равные или меньшие 10 мкл, предпочтительно равные или меньшие 1 мкл, предпочтительно равные или меньшие 0,5 мкл и предпочтительно равные или меньшие 0,2 мкл. Например, измеренный объем может составлять от 0,1 до 0,2 мкл; или от 0,2 до 0,5 мкл; или от 0,5 до 1 мкл; или от 1 до 5 мкл; или от 5 до 10 мкл; или от 10 до 25 мкл; или от 25 до 50 мкл; или от 50 до 75 мкл; или от 75 до 100 мкл; или от 100 до 150 мкл; или от 150 до 200 мкл; или от 200 до 250 мкл; или от 250 до 300 мкл; или от 300 до 350 мкл; или от 350 до 400 мкл; или от 400 до 450 мкл; или от 450 до 500 мкл; или от 500 до 550 мкл; от 550 до 600 мкл; или от 600 до 650 мкл; или от 650 до 700 мкл; или от 700 до 750 мкл; от 750 до 800 мкл; или от 800 до 850 мкл; или от 850 до 900 мкл; или от 900 до 950 мкл; или от 950 до 1 000 мкл.
Способ также позволяет измерять точку росы углеводородного флюида, вводимого в ячейку 1.
Кроме того, этот способ позволяет с точностью измерять давление пара углеводородного флюида. Под «давлением пара» подразумевается давление, создаваемое паром, находящимся в термодинамическом равновесии с его конденсированными фазами (твердой или жидкой) при заданной температуре в замкнутой системе.