ВИСКОЗИМЕТР

Предлагаемая полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована для измерения вязкости нефти или водонефтяной эмульсии под давлением на устье скважин и в промысловой системе сбора нефти, газа и воды.
При добыче нефти повышенной вязкости необходимо располагать данными о вязкости как безводной, так и обводненной нефти в целях проектирования и эксплуатации скважин, а также промысловой системы сбора нефти, газа и воды.
Для измерения вязкости жидкости известен вискозиметр [Вискозиметр. Патент RU №2265204 С2, МПК. G01 №11/10. Заявл. 14.04.2003. Опубл. 10.11.2004], измеряющий время падения шарика в пустотелом цилиндрическом корпусе, заполненном исследуемой жидкостью. Корпус сблокирован с изолированным от жидкости пишущим устройством, а регистрирующее устройство выполнено в виде электронного секундомера.
Недостатки такого вискозиметра состоят в возможности исследования только прозрачных жидкостей, причем при атмосферном давлении.
Известен вискозиметр [Вискозиметр. Авторское свидетельство СССР. SU №1746254 А1. кл. G01 №11/10. Заявл. 19.02.1990. Опубл. 07.07.1992. БИ №25], состоящий из сосуда с исследуемой жидкостью и выполненный из немагнитного материала, шарика из ферромагнитного материала, размещенного в сосуде, датчиков верхнего и нижнего положений шарика. По количеству импульсов, сосчитанных счетчиком при прохождении шарика от одного датчика к другому, судят о вязкости исследуемой жидкости.
К недостаткам вискозиметра относятся малый диапазон изменения вязкости исследуемой жидкости при использовании только одной пары шарика и сосуда, а также выполнение измерений при атмосферном давлении.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является шариковый вискозиметр [Шариковый вискозиметр. Авторское свидетельство СССР №735966. кл. G01 №11/10. Заявл. 04.11.1977. Опубл. 25.05.80. бюл. 19], состоящий из термостатированного автоклава с затвором, центральный валик, набор калиброванных трубок с шариками, размещенных по окружности. Вращающий с помощью валика сектор с прорезью позволяет поочередно отпускать шарики в калиброванные трубки и измерять время их падения. По измеренному времени движения шарика рассчитывается величина вязкости исследуемой жидкости.
Недостаток такого вискозиметра состоит в невозможности измерения вязкости при повороте автоклава на 180°, то есть при движении шарика в калиброванной трубке в обратном направлении из-за возникновения перетока исследуемой жидкости из трубки в этот период в полость автоклава. Это увеличивает общее время измерений, поскольку повышение точности измерений достигается количеством произведенных замеров с одной и той же калиброванной трубкой.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности измерений за счет дополнительного проведения замеров времени движения шарика в калиброванной трубке в обоих направлениях при повороте сосуда на 180°.
Решение технической задачи достигается тем, что в известном устройстве, включающем сосуд с размещенными внутри калиброванными трубками разного внутреннего диаметра, выполненные из немагнитного материала и размещенные по окружности, в центре которой проходит валик с поворотным сектором, выведенный наружу для поочередного ввода в калиброванные трубки шариков из ферромагнитного материала, датчики положений шариков, размещенные в корпусе сосуда, стойку со станиной и механизмом поворота оси сосуда на необходимый угол, впускной и выпускной вентили в корпусе сосуда для набора исследуемой жидкости, согласно полезной модели, на центральном валике установлены два поворотных диска с отверстиями для перетоков исследуемой жидкости в сосуде и ступенчатыми отверстиями для закрепления между дисками калиброванных трубок с размещенными в них шариками, причем в верхней части каждой трубки на отметках расстановки по оси сосуда датчиков положения шарика размещены постоянные магниты, а ступенчатые отверстия в поворотных дисках герметично перекрыты подпружиненными фиксаторами при нижних положениях каждой из калиброванных трубок.
На фиг.1 и 2 показана схема вискозиметра.
Сосуд 1, выполненный в виде цилиндра из немагнитного материала, перекрыт с обеих сторон затворами 2 и 3 с крышками. Сосуд 1 имеет входной 4 и выходной 5 игольчатые вентили для заполнения исследуемой жидкостью. Внутри сосуда размещен центральный валик 6, выведенный через сальниковое устройство в затворе 2 наружу для его поворота с помощью ручки. На валике 6 неподвижно закреплены поворотные диски 7 и 8 с отверстиями 9 для перетоков жидкости в сосуде 1 и ступенчатыми отверстиями 10 для крепления калиброванных трубок 11 из немагнитного материала разного внутреннего диаметра с размещенными внутри них ферромагнитными шариками 12 одного диаметра. Малое проходное отверстие ступенчатого отверстия 10 выполнено с диаметром, меньшим диаметра шарика 12. Ступенчатые отверстия при нижних положениях каждой из трубок 11 герметично перекрываются с обеих сторон подпружиненными фиксаторами 13 и 14.
В нижней образующей сосуда 1 на равных расстояниях от дисков 7 и 8 установлены датчики магнитного поля 15 и 16 положения ферромагнитного шарика 12, а в каждой калиброванной трубке 11 на тех же расстояниях от дисков 7 и 8 размещены постоянные магниты 17 и 18 так, что при нижних расположениях трубок 11 шарик 12 оказывался соответственно между датчиками 15, 16 и магнитами 17 и 18.
Каждая из калиброванных трубок 11 предварительно тарируется по времени прохождения шариков 12 от одного датчика к другому на эталонных жидкостях известной вязкости, при разных углах наклона трубок 11.
В центральной части сосуда размещено кольцо 19 с фиксатором 20 для установки электрического разъема 21, манометра 22 и держателя 23.
К держателю 23 закреплен поворотный диск 24 с отверстиями по периферии, в которые входит подпружиненный фиксатор 25. На диске 24 каждое отверстие, в которое входит фиксатор 25, соответствует определенному углу наклона сосуда 1 к горизонтали. Углы наклона сосуда 1 обозначены на диске 24 против каждого отверстия (на рис. не показаны). Подпружиненный фиксатор 25 размещен на опоре 26 с входной осью 27, которая закреплена неподвижно на вертикальной стойке 28. Стойка размещена на горизонтальной станине 29 с регулировочным винтом 30. Датчики 15 и 16 через разъем 21 связаны с электронным блоком регистрации (на рис. не показано).
Работа вискозиметра заключается в следующем.
Перед измерениями стойка 28 вискозиметра устанавливается строго вертикально с помощью регулировочного винта 30. Для отбора пробы исследуемой жидкости сосуд 1 вместе с поворотным диском 24 и входной осью 27 временно снимается с опоры 26 и переносится к месту отбора. Вентиль 4 снабжается шлангом высокого давления (на рис. не показан), который с помощью резьбового соединения герметично соединяется с пробоотборным краном на трубопроводе. В холодное время года вискозиметр может быть покрыт мягким теплоизоляционным материалом (на рис. не показан) для сохранения тепла движущейся в трубопроводе жидкости.
Для заполнения сосуда 1 жидкостью вентиль 4 открывают, а вентиль 5 остается закрытым. Далее при частично открытом вентиле 5 производят слив под давлением газожидкостной смеси из сосуда 1 в открытую емкость (на рис. не показан) для постепенного выравнивания температур в трубопроводе и в сосуде 1. После двух или трехкратной смены объема жидкости производят постепенный выпуск свободного газа из сосуда 1 в горизонтальном его положении. Давление при заполнении сосуда контролируется манометром 22.
Заполненный водонефтяной смесью сосуд 1 далее переносится к месту измерений и крепится на оси 27. Перед креплением сосуд неоднократно встряхивается для предупреждения расслоения водонефтяной смеси, после чего ось 27 вводят в опору 26.
Далее сосуд 1 неоднократно поворачивается вокруг оси 27 для равномерного заполнения калиброванных трубок 11 водонефтяной смеси. При этом валиком 6 устанавливают диски 7 и 8 так, чтобы ни одна из трубок 11 не была перекрыта с торцов подпружиненными фиксаторами 13 и 14. Перетоки исследуемой жидкости в сосуде 1 происходят через отверстия 9 в дисках 7 и 8, а поступление жидкости в калиброванные трубки через обе стороны ступенчатых отверстий 10.
Далее поворотом валика 6 устанавливают для измерения вязкости жидкости одну из калиброванных трубок 11. При этом фиксаторы 13 и 14 герметично перекрывают торцы измеряемой трубки 11 для предупреждения истечения жидкости из нее в период падения шарика 12.
Вначале сосуд 1 устанавливают поворотом вокруг оси 27 в вертикальное положение для того, чтобы шарик 12 оказался на нижнем торце трубки 11. При этом в верхнем положении может оказаться любой из затворов 2 и 3. Далее сосуд 1 быстро поворачивают на 180° и шарик 12 начинает падать вниз по трубке 11, проходя через датчики 15 и 16. В момент прохождения через эти датчики электронная система регистрирует изменение (импульс) магнитного поля, передаваемый постоянными магнитами 17 и 18 датчикам 15 и 16. Система регистрации позволяет с помощью таймера определить время, прошедшее между двумя импульсами, т.е. прохождения шарика от датчика 15 к датчику 16 (или наоборот) и по тарировочным таблицам определить вязкость исследуемой жидкости.
Далее, поворотом сосуда 1 на 180° фиксируют время прохождения шарика 12 от одного датчика к другому и повторно определяют вязкость жидкости. Таким образом, за короткое время производят многократные измерения для получения устойчивого усредненного значения вязкости.
При длительном времени движения шарика 12 в трубке 11, т.е. при значительной вязкости исследуемой жидкости поворотом валика 6 устанавливают на измерение другую трубку 11 с большим внутренним диаметром и производят аналогичные операции. И, напротив, при малых значениях вязкости измерения производят на трубке меньшего внутреннего диаметра.
При исследованиях вязкости легких нефтей измерения производят в наклонных положениях сосуда 1 перестановкой подпружиненного фиксатора 25 в другое отверстие поворотного диска 24. В наклонных положениях сосуда 1 время движения шарика 12 в трубке 11 увеличивается, и точность измерений возрастает.
Технико-экономическими преимуществами предложенного вискозиметра являются возможность переноса прибора к точке отбора нефти из трубопровода, быстрота и оперативность исследований благодаря возможности проведения измерений в обоих направлениях движения шарика в калиброванной трубке поворотом сосуда вокруг оси на 180°, а также измерения вязкости при давлениях и температурах жидкостей в трубопроводах.