УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НЕФТЕГАЗОВОДЯНОГО ПОТОКА

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована для определения параметров нефтегазоводяного потока.
Известна установка для определения параметров нефтегазоводяного потока, содержащая сепарационную и накопительную емкости, регулятор расхода и турбинный счетчик на жидкостной линии [RU Патент на полезную модель №29961 «Установка для измерения параметров двухфазного потока» Е21В 47/00. Опубликовано 10.06.2003].
Наиболее близким техническим решением является установка для определения параметров нефтегазоводяного потока, содержащая сепарационную емкость, регулятор расхода, контрольно-измерительные приборы, датчики давления и турбинный счетчик на жидкостной линии [RU Патент на полезную модель №33778 «Установка замера дебита продукции скважин» Е21В 43/00. Опубликовано 10.11.2003].
Недостатками данных установок является отсутствие возможности измерения массового расхода жидкости при измерении объемного расхода и возникновение дополнительных погрешностей измерений вследствие неравномерной скорости потока жидкости.
Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение возможности измерения как объемного, так и массового расхода жидкости при номинальной скорости потока жидкости.
Это достигается тем, что в установке для определения параметров нефтегазоводяного потока, содержащей сепарационную емкость, регулятор расхода, датчики давления, микроконтроллер и турбинный счетчик на жидкостном трубопроводе, согласно полезной модели, на жидкостном трубопроводе перед регулятором расхода посредством быстроразъемных соединений установлена монтажная катушка, выполненная с последовательно установленными на ней турбинным счетчиком жидкости, сужающим устройством и регулирующим клапаном с электроприводом, причем сужающее устройство и регулирующий клапан с электроприводом снабжены датчиками дифференциального давления с импульсными трубками отбора давления.
Установка на жидкостном трубопроводе монтажной катушки, выполненной с последовательно установленными на ней турбинным счетчиком жидкости, сужающим устройством и регулирующим клапаном с электроприводом позволяет обеспечить измерение объемного расхода жидкости, массового расхода жидкости, массового расхода воды и массового расхода нефти.
Применение регулирующего клапана с электроприводом позволяет создать условия равномерного потока жидкости с номинальной скоростью, соответствующей используемым расходомерам и таким образом избежать дополнительных погрешностей при измерении дебита.
На чертеже представлена схема предлагаемой установки.
Установка содержит входной патрубок 1, сепарационную емкость 2, накопительную емкость 3, регулятор расхода 4, соединяющий газовый трубопровод 5, жидкостный трубопровод 6 и выходной трубопровод 7, заслонку 8, поплавковый уровнемер 9, систему рычагов 10, импульсные трубки 11 и 12 сепарационной емкости 2 и газового трубопровода 5 соответственно. На жидкостном трубопроводе установлена монтажная катушка 13, включающая турбинный счетчик жидкости 14, сужающее устройство 15, датчик дифференциального давления 16 сужающего устройства 15, регулирующий клапан с электроприводом 17 и датчик дифференциального давления 18 регулирующего клапана с электроприводом 17. Датчики дифференциального давления 16 и 18 присоединены к монтажной катушке 13 с помощью импульсных трубок отбора давления (на чертеже не обозначены). Микроконтроллер 19 обеспечивает вычислительные, управляющие и регулирующие процессы.
Установка работает следующим образом.
Продукция скважины по входному патрубку 1 непрерывно поступает в газовый сепаратор 2 установки и разделяется на газ и жидкость. Газ через открытую заслонку 8 по газовому трубопроводу 5 уходит в выходной трубопровод 7, а жидкость накапливается в накопительной емкости 3, при этом регулятор расхода 4 находится в положении «закрыто».
По мере роста уровня жидкости в накопительной емкости 3 поплавок 9 через систему рычагов 10 прикрывает заслонку 8, в результате чего повышается давление в газовом сепараторе 2 и по импульсной трубке 11 воздействует на нижнюю полость мембраны регулятора расхода 4.
Давление в газовом трубопроводе 5 передается по импульсной трубке 12 на верхнюю полость мембраны регулятора расхода 4.
При достижении значения давления газа в сепараторе 2 верхнего порога срабатывания регулятора расхода 4, регулятор расхода переходит из положения «закрыто» в положение «открыто» и фиксируется в этом положении.
После открытия регулятора расхода 4 жидкость под действием давления газа в сепараторе 2 выталкивается из накопительной емкости 3 и по жидкостному трубопроводу 6 поступает в выходной трубопровод 7 через монтажную катушку 13, содержащую турбинный счетчик жидкости 14, сужающее устройство 15 с датчиком дифференциального давления 16, регулирующий клапан с электроприводом 17 с датчиком дифференциального давления 18, и регулятор расхода 4, при этом уровень жидкости в накопительной емкости 3 начинает снижаться.
По мере снижения уровня жидкости в накопительной емкости 3 поплавок 9 через систему рычагов 10 приоткрывает заслонку 8, газ начинает поступать по газовому трубопроводу 5 в выходной трубопровод 7, в результате чего в сепараторе 2 снижается давление.
При достижении значения давления газа в сепараторе 2 нижнего порога срабатывания регулятора расхода 4, регулятор расхода переходит из положения «открыто» в положение «закрыто» и фиксируется в этом положении. Движение жидкости по жидкостному трубопроводу 6 прекращается и цикл измерения дебита жидкости заканчивается.
Далее процесс продолжается описанным ниже способом.
Во время, когда регулятор расхода 4 находится в положении «открыто», из накопительной емкости 3 под действием давления газа жидкость движется по жидкостному трубопроводу 6, монтажной катушке 13 и достигает регулирующего клапана с электроприводом 17.
При прохождении жидкости через регулирующий клапан с электроприводом 17 на нем возникает перепад давления ΔР2, который измеряется датчиком дифференциального давления 18 и его электрический сигнал посылается в микроконтроллер 19.
В микроконтроллере 19 предварительно устанавливается значение перепада давления ΔР и сравнивается со значением ΔР2 датчика дифференциального давления 18. После сравнения значений перепадов давления ΔР и ΔР2 вырабатывается сигнал управления, который воздействует на регулирующий клапан с электроприводом 17, изменяя его проходное сечение и поддерживая установленную величину перепада давления ΔР.
При постоянном перепаде давления ΔР на клапане регулирующем с электроприводом 17 происходит стабилизация скорости движения жидкости по жидкостному трубопроводу 16 и монтажной катушке 13. Стабилизация скорости движения жидкости необходима для уменьшения погрешности измерения турбинного счетчика жидкости 14 и расходомера переменного перепада давления, состоящего из сужающего устройства 15 и датчика дифференциального давления 16.
Изменение значения заданной величины перепада давления ΔР в микроконтроллере 19 дает возможность подобрать такую скорость движения жидкости, которая необходима для работы в динамическом диапазоне турбинного счетчика жидкости 14 и расходомера переменного перепада давления, где расходомеры имеют наименьшую погрешность измерения.
Во время, когда регулятор расхода 4 находится в положении «открыто», жидкость движется по жидкостному трубопроводу 6 и монтажной катушке 13 через турбинный счетчик жидкости 14, который определяет объем жидкости и вырабатывает электрические импульсы пропорциональные мгновенному объему прошедшей через него жидкости.
M
Мгновенный объемный расход жидкости Q вычисляется по формуле:
M
где V - мгновенный объем жидкости, измеренный турбинным счетчиком жидкости 14;
M
T - время, за которое мгновенный объем прошел через турбинный счетчик жидкости 14.
Далее жидкость проходит через расходомер переменного перепада давления, а электрический сигнал с датчика дифференциального давления 16 поступает в микроконтроллер 19. Объемный расход жидкости Q, прошедший через расходомер переменного перепада давления, вычисляется по формуле:
где ΔР - перепад давления датчика дифференциального давления 16;
ж
ρ - плотность жидкости;
А - const.
ж
Решая уравнение 2 относительно плотности жидкости ρ, получим уравнение:
где Q - объемный расход жидкости, измеренный турбинным счетчиком жидкости 14.
M
ж
жм
M
При синхронизации времени измерения мгновенного объемного расхода жидкости Q и вычисления плотности жидкости ρ, получим величину мгновенной плотности жидкости ρ для данного объемного расхода жидкости Q. Тогда уравнение 3 примет вид:
M
где ΔР - мгновенный перепад давления датчика дифференциального давления 16.
У
Объемный расход жидкости установки Q за установленное время t, вычисляется по формуле:
М1
М2
М3
М n
где V, V, V,…V - мгновенные объемы жидкости, измеренные турбинным счетчиком жидкости 14;
n - целое число;
t - время измерения установки за 1, 2, 3,…,24 часа.
Средняя плотность жидкости рср определяется по формуле:
ЖМ1
ЖМ2
ЖМ3
ЖМ n
где ρ, ρ, ρ,…ρ - мгновенные плотности жидкости, рассчитанные по формуле 4;
n - количество измерений плотности жидкости.
Массовый расход жидкости G за установленное время t определяется по формуле:
O
Объемная концентрация воды W в смеси выражается формулой:
H
где ρ - плотность нефти;
B
ρ - плотность воды.
Плотности воды и нефти считаются известными.
Массовая концентрация воды W в смеси выражается формулой:
B
Массовый расход воды G:
H
Массовый расход нефти G:
Применение предложенного технического решения позволит создать недорогую установку для определения параметров нефтегазоводяного потока, обеспечить идеальные условия для работы турбинного расходомера, а также измерение как объемного, так и массового расхода при минимальных погрешностях.