Устройство ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) в поле Земли для исследования обводненности сырой нефти в резервуарах-отстойниках

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам ЯМР, основанном на методе регистрации сигнала свободной прецессии в магнитном поле Земли для резервуаров для хранения сырой нефти на предмет обводненности.
Известны измерители обводненности различной модификации ЯМР, а именно с использованием постоянного магнита (US 4885540, МПК G01V 3/32, опуб. 05/12/89; US 5525904 МПК G01R 33/383, G01V 3/00 опуб. 11.06.96 г.), т.е. модификации сильного поля, а не слабого поля Земли для исследования различных технических процессов в нефтедобывающей промышленности.
Первое изобретение относится к области ЯМР анализа кернов (нефтяных проб), извлеченных из скважин на буровой площадке для определения пористости углеводородов и водонасыщенности проб. Второе изобретение так же относится к области ЯМР анализа на ядрах нефтесодержащих пород на месте расположения скважины.
3
3
Недостатком таких устройств является то, что в качестве источника поляризующего поля используется постоянный магнит, имеющий значительный вес (около 200 кг), а также такие устройства имеют внушительные габариты (могут достигать кубометров). Стоимость подобных устройств составляет порядка нескольких млн руб. К тому же, данные устройства не позволяют исследовать стационарно (не проточно) нефтяные отстойники больших габаритов (от 10 м до 1000 м).
3
3
Известно устройство ЯМР для исследования керна содержит источник постоянного тока, приемник сигналов, катушку индуктивности, соединенную с источником постоянного тока и блок управления Параллельно основной катушке подключена дополнительная, которые подсоединены через коммутатор ко входу дифференциального усилителя. (патент РФ №2457516, МПК G01V 3/32, опуб. 27.07.12 г. ) Устройство-аналог не позволяет исследовать на обводненность нефть стационарно в отстойниках больших габаритов (от 10 м до 1000 м).
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство Red-Eye water-cut представленное на Нефтегазовой Технической Конференции SPE в 2003 году (High-Water Cut: Experience and Assessment in PDO (SPE Annual Technical Conference and Exhibition held in Denver, Colo., U.S.A, 5-8 Oct. 2003 Сайт www.Weatherford.com). Принцип действия такого решения основан на измерении уровня поглощения нефтью и водой инфракрасного излучения в анализируемой водонефтяной эмульсии. Измерения осуществляются на нескольких значениях длины волны, при которых коэффициенты поглощения нефти и воды существенно различны.
Основным недостатком данного устройства является не способность проводить измерения стационарно в нефтяных отстойниках. Устройство Red-Еуе способно определять обводненнность нефти только в потоке - то есть уже при непосредственной откачке нефти из хранилища. Это не удобно на практике.
Как правило, для обеспечения более грамотной и эффективной логистики, пользователю требуется заранее, до откачки знать в каких хранилищах с какой обводненностью находится сырая нефть. Именно эту задачу призвано решить заявленная полезная модель - создание малогабаритного мобильного и недорогого устройства ЯМР в поле Земли с увеличенной чувствительностью для исследования сырой нефти в нефтяных отстойниках стационарным, не проточным способом.
Техническая проблема, решаемая с помощью предлагаемой полезной модели, состоит в расширении арсенала средств, определенного назначения, которая решается путем создания технического решения охарактеризованного в формуле полезной модели, альтернативного известному решению-прототипу.
Техническая проблема решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы полезной модели, таких как устройство ЯМР в поле Земли для исследования обводненности нефти в резервуарах-отстойниках содержит измерительную катушку индуктивности, подключенную к конденсатору измерительного контура, выход которого связан с входом коммутатора, выход коммутатора подключен через дифференциальный усилитель к входу аналогово-цифрового преобразователя АЦП), а выход АЦП подключен на вход управляющего микроконтроллера, выход которого связан с входом цифроаналогового преобразователя(ЦАП), выход ЦАП связан с входом дифференциального усилителя, выход которого подключен через коммутатор на вход измерительного контура.
Согласно п. 2. формулы полезной модели в зависимости от размеров резервуара и технических требований устройство содержит ряд катушек индуктивности установленных, например, на алюминиевой ферме.
Выше перечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - создание установки для исследования, которая позволит определять обводненность сырой нефти непрерывно в стационарном режиме, а также в повышении общей добротности измерительного тракта и снижении уровня помех, повышении надежности и точности замера сигнала.
Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами
На фиг. 1 изображена схема заявленного устройства;
На фиг. 2 приведена компоновочная схема установки.
Устройство ЯМР в поле Земли для исследования обводненности нефти в резервуарах-отстойниках (фиг. 1) содержит измерительную катушку индуктивности 1, подключенную к конденсатору 2 измерительного контура 3, выход которого связан с входом коммутатора 4, выход коммутатора подключен через дифференциальный усилитель 5 к входу аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 6, а выход АЦП 6 подключен на вход управляющего микроконтроллера 7, выход которого связан с входом цифроаналогового преобразователя ЦАП) 8, выход ЦАП 8 связан с входом дифференциального усилителя 9, выход которого подключен через коммутатор 4 на вход измерительного контура 3. В зависимости от размеров резервуара и технических требований устройство содержит ряд катушек индуктивности установленных, например, на алюминиевой ферме (Фиг. 2). Для достижения технического результата в предлагаемом устройстве катушки расположены на алюминиевой ферме, конструкция которой может существенно меняться в зависимости от потребностей и условий конкретной задачи. Одно из главных преимуществ заявляемого решения - это возможность исследовать емкости с сырой нефтью на предмет обводненности по всему объему отстойника в режиме реального времени, с самой сложной топологией и произвольных размеров.
Алюминиевая ферма 10 помещена в резервуар 11 для хранения сырой нефти. Измерительные модули (структура модуля отображена на фиг. 1) 12, 13, 14, 15, 16 (может быть как больше, так и меньше, в зависимости от размеров резервуара и технических требований измерений) размещены по всей длине фермы 10. Данные с измерительных модулей могут быть интегрированы в систему реального времени по сбору, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга и управления.
Полезная модель используется следующим образом.
Алюминиевая ферма 10 оснащенная катушками и усилителями устанавливается (стационарно или для однократного измерения) путем погружения в исследуемую емкость 11 с сырой нефтью (Фиг. 2). После подачи короткого импульса и окончания поляризации происходит измерение сигнала свободной прецессии в различных слоях сырой нефти. Сигнал регистрируется как измерительными модулями 12, 13, 14, 15, 16 на ферме 10, так и опорным измерительным модулем 17. Структурная схема измерительного модуля приведена на фиг. 1.
Процесс измерения может повторяться многократно и непрерывно для подавления шумов и выделения полезного сигнала с помощью алгоритмов распознавания образов. Тем самым происходит значительное увеличение чувствительности устройства и, как следствие, точность определения свойств сырой нефти.
3
Исследования в данной области подтверждают новизну предлагаемой полезной модели, поскольку малогабаритных (менее 0.1 м) недорогих (менее 1 млн руб.) устройств, позволяющих проводить исследования обводненности нефти стационарным непрерывным способом (непроточным способом, как например делается в прототипе Red-Eye water-cut), не существует, как в сильном поле, так и в слабом поле Земли.
Из описания и практического применения настоящей полезной модели специалистам будут очевидны и другие частные формы ее выполнения. Данное описание и чертежи рассматриваются как материал, иллюстрирующий полезную модель, сущность которой и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле полезной модели, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.