РАСХОДОМЕР ПЕРЕМЕННОГО УРОВНЯ
VARIABLE LEVEL FLOWMETER

Изобретение относится к области добычи нефти и может быть использовано при измерениях дебита (расхода) продукции нефтегазодобывающих скважин.
Известен расходомер переменного уровня [1], предназначенный для измерений расхода жидкой фазы газонасыщенной нефти.
Расходомер состоит из сосуда с напорным и сливным трубопроводами на входе и выходе, перегородки с профилированной сливной щелью, через которую происходит истечение жидкости из входной приемной камеры в выходную полость сосуда, и дифференциального манометра, измеряющего уровень (высоту столба) жидкости в приемной камере.
Профилированная щель обеспечивает прямую пропорциональность между расходом и высотой столба жидкости.
Недостатком этого расходомера является ограниченность функциональных возможностей - он предназначен для измерений только однокомпонентной жидкости.
Известен расходомер переменного уровня [2], предназначенный для одновременных измерений расхода двух расслаивающихся жидкостей.
Расходомер включает в себя емкость, в которой установлена перегородка с профилированной щелью, снабженная датчиком уровня раздела сред и совмещенным с ним датчиком гидростатического давления легкой фракции. В измерительную схему с датчиков поступают сигнал, прямо пропорциональный суммарному расходу жидкости, и сигнал, прямо пропорциональный расходу легкой фракции. Измерительная схема выдает данные сигналы на показывающие приборы.
Недостатком известного расходомера является ограниченность функциональных возможностей, низкие потребительские свойства: устройство позволяет производить измерения дебита лишь однофазного продукта - жидкости.
Известно, что продукцией нефтегазодобывающих скважин является смесь газа и водонефтяной эмульсии.
Поскольку водонефтяная эмульсия, как правило, в условиях измерительной установки, практически не поддается разделению, на практике прямые измерения дебита ее компонент не производят - применяют косвенный способ.
Для определения дебита воды и нефти используют влагомеры. Дебит воды определяют как произведение значений дебита водонефтяной эмульсии, измеряемой расходомером, и доли воды в ней, измеряемой влагомером, а дебит нефти - как разность значений дебита водонефтяной эмульсии и дебита воды.
Таким образом, функция измерений расхода двух расслаивающихся жидкостей в нефтедобыче малопригодна.
В данном случае, поскольку продукция скважин является двухфазной, куда как важнее функция мультифазных измерений.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и соответственно повышение потребительских свойств расходомера переменного уровня.
Поставленная цель достигается тем, что расходомер переменного уровня, состоящий из сосуда с напорным и сливным трубопроводами на входе и выходе, перегородки с профилированной сливной щелью, через которую происходит истечение жидкости из входной приемной камеры в выходную полость сосуда, обеспечивающей прямую пропорциональность между расходом жидкости и высотой столба жидкости, и дифференциального манометра, измеряющего высоту столба жидкости в приемной камере перед перегородкой, согласно изобретению оснащают дополнительной перегородкой с профилированной сливной щелью, обеспечивающей обратную пропорциональность между расходом газа и высотой столба жидкости, и дополнительным дифференциальным манометром, измеряющим высоту столба жидкости перед этой перегородкой.
Причем, в зависимости от конструкции, перегородки с соответствующими дифференциальными манометрами могут располагаться либо в одном сосуде, в двух герметично разделенных полостях, либо в двух сосудах, соединенных трубопроводом, а перегородки могут быть выполнены в виде трубы.
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенные отличия».
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый расходомер переменного уровня отличается тем, что оснащение его дополнительной перегородкой с профилированной сливной щелью, обеспечивающей обратную пропорциональность между расходом газа и высотой столба жидкости и дополнительным дифференциальным манометром, измеряющим высоту столба жидкости перед этой перегородкой, позволяет производить измерения расхода не только жидкости, но и газа, тем самым расширяет функциональные возможности и повышает потребительские свойства расходомера переменного уровня.
Таким образом, заявляемый расходомер переменного уровня соответствует критерию «новизна».
На рисунках изображена принципиальная схема заявляемого устройства.
Расходомер переменного уровня состоит из емкости, разделенной герметичной перегородкой (рис. 1, 2 и 3), или может состоять из двух отдельных емкостей (рис. 4).
Порядок работы расходомера следующий.
Газожидкостная смесь (см. рис. 1) поступает через патрубок 3 в верхнюю камеру емкости 1, где установлена перегородка - труба с профилированной сливной щелью 2.
При этом газ свободно уходит в нижнюю камеру, а жидкость накапливается в нижней части верхней камеры.
При достижении уровня жидкости щели она начинает вытекать через щель в нижнюю камеру.
Очевидно, что в соответствии с законом Торричелли, чем больше скорость притока жидкости в камеру, тем большая площадь щели требуется для ее слива, т.е. большая высота столба жидкости.
Профиль щели выбирают так, чтобы обеспечить линейную зависимость (постоянство коэффициента преобразования) высоты столба жидкости от ее расхода.
Газ, попав в нижнюю камеру, через щелевую трубу и патрубок 4 свободно уходит в коллектор.
Жидкость, попав в нижнюю камеру, стремится перекрыть щелевую трубу, затрудняя выход газа. Перепад давления, возникающий при этом, способствует выталкиванию жидкости через щелевую трубу и патрубок 4 в коллектор.
Причем, чем больше скорость притока газа в камеру, тем большая площадь щели требуется для его выхода, соответственно тем больше он отжимает жидкость, уменьшая ее столб. Линеаризация зависимости высоты столба жидкости от величины расхода газа также достигается путем подбора профиля щели.
Высоту столба жидкости, вернее гидростатическое давление, которое он оказывает, в обоих случаях измеряют с помощью дифференциальных манометров 5.
Расходомеры переменного уровня подлежат индивидуальной градуировке по жидкости и по газу.
Проверка предлагаемых технических решений производилась на заводском метрологическом стенде.
3
Для измерений расхода газа использовался низкопредельный счетчик с диапазоном измерений от 50 до 2500 нм/сут. Для измерений расхода жидкости использовался низкопредельный счетчик с диапазоном измерений от 24 до 120 т/сут.
Экспериментальный образец расходомера был выполнен в соответствии с принципиальной схемой, изображенной на рисунке 1.
В качестве критерия удовлетворительности результатов испытаний было выбрано условие: наибольшая погрешность при измерениях расхода газа - ±10%, при измерениях расхода жидкости - ±5%. (Расходомеры намечаются к использованию в качестве трейдеров на удаленно стоящих одиночных скважинах).
3
В процессе испытаний имитировались (задавались на стенде) значения расхода газа - 50, 500 и 1000 м/сут. и значения расхода жидкости - 25, 50 и 100 т/сут.
При этом получена наибольшая погрешность при измерениях расхода газа - ±7,3%, при измерениях расхода жидкости - ±4,1%.
Таким образом, исходя из принятого критерия, результаты испытаний следует признать удовлетворительными, поскольку соответствуют предъявленным требованиям погрешности измерений расхода газа и жидкости.
Источники информации
1. П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества веществ, Книга 1 (с. 288), С.-Петербург, Политехника, 2002.
2. Авторское свидетельство СССР №314074/18-10, 1970.