СКВАЖИННЫЙ ВИХРЕВОЙ РАСХОДОМЕР

Полезная модель относится к области измерительных средств для измерения расхода и может быть использована для учета объема воды в водозаборной скважине и закачиваемой в нагнетательные пласты систем поддержания пластового давления, а также для учета объема нефти, извлекаемой из продуктивных пластов.
Известен вихревой расходомер газа и пара разработки ЗАО ПГ «Метран» серии «Метран-331», представленный в Приложении 1.
Известный расходомер содержит узел проточной части и электронный блок, конструктивно представляющие собой моноблок.
В узле проточной части на входе установлено тело обтекания треугольной формы, в котором размещен датчик температуры. При этом проточная часть расходомера и тело обтекания выполнены из стали 12Х18Н10Т. При установке расходомер врезается в трубу.
Известный расходомер имеет широкий динамический диапазон, позволяет измерять, помимо объемного расхода, давление и температуру, однако его невозможно использовать его в качестве скважинного расходомера, что обусловлено его значительными габаритами, недостаточной прочностью. Кроме того, он предназначен для измерения расхода газообразной среды.
Известен вихревой расходомер «ЭМИС-Вихрь 200 (ЭВ-200)» представленный в «Руководстве по эксплуатации», 2012 г. стр. 20 и выбранный в качестве прототипа (см. Приложение 2).
Известный расходомер состоит из проточной части, на которой с помощью трубчатой стойки закреплен электронный блок. Проточная часть представляет собой полый цилиндр, в поперечном сечении которого установлено тело обтекания, за которым расположен чувствительный элемент. Расходомер устанавливается на трубу с помощью фланцев.
Известный расходомер также имеет широкий динамический диапазон, однако его невозможно использовать в качестве скважинного расходомера, что обусловлено его значительными габаритами и недостаточной прочностью.
Между тем использование расходомера в скважине имеет ряд ограничений, таких как: небольшие габариты, обусловленные шириной эксплуатационной скважины; возможные механические воздействия в процессе погружения расходомера в скважину, что требует сверхпрочной и ударостойкой конструкции корпуса и надежного крепления его элементов; вредные воздействия среды из-за эксплуатации его в жидкости, что требует усиленной пылевлагозащиты; воздействие высоких значений температур и давления из-за необходимости погружения расходомера на глубину 3 и более км.
Задачей является расширение эксплуатационных возможностей расходомера при обеспечении достаточно высокого качества измерений.
Поставленная задача решается тем, что в скважинном вихревом расходомере, устанавливаемом на трубе и состоящем из проточной части, размещенной в корпусе, и электронного блока, причем корпус проточной части представляет собой полый цилиндр, в поперечном сечении которого установлено тело обтекания, за которым расположен чувствительный элемент, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, корпус проточной части служит одновременно корпусом для электронного блока, проточная часть имеет разделенные между собой промежутком съемные передний и задний прямой участки, в заднем прямом участке выполнены пазы для крепления тела обтекания, которое жестко зафиксировано в пазах и прижато стенкой корпуса, чувствительный элемент установлен в промежутке между задним и передним прямыми участками проточной части, при этом расходомер установлен на трубе с помощью резьбы.
Использование корпуса проточной части и для размещения в нем электронного блока в совокупности с выполнением проточной части из двух разделенных промежутком съемных переднего и заднего прямых участков при жестком креплении тела обтекания в пазах заднего прямого участка и установке чувствительного элемента в промежутке между передним и задним упомянутыми участками дает возможность уменьшить габариты расходомера и сделать его весьма прочным и надежным, что в совокупности с резьбовым креплением расходомера к трубе обеспечивает его способность выдержать высокое наружное давление, которому он подвергается при установке в скважине при установке его на глубине 3 и более км. Выполнение переднего и заднего участков проточной части съемными дает возможность при загрязнении проточной части менять только данные съемные участки, а не весь расходомер, упрощая эксплуатацию прибора.
Технический результат - уменьшение габаритов, обеспечение необходимой прочности и точности измерений, обеспечение ремонтопригодности.
Заявляемый скважинный вихревой расходомер обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как использование корпуса проточной части в качестве корпуса для электронного блока, выполнение проточной части из разделенных между собой промежутком съемных переднего и заднего прямого участков, выполнение в заднем прямом участке пазов для крепления тела обтекания, жесткая фиксация тела обтекания в этих пазах и прижимание его стенкой корпуса, установка чувствительного элемента в промежутке между задним и передним прямыми участками проточной части, установка расходомера на трубе с помощью резьбового соединения, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемый скважинный вихревой расходомер может найти широкое применение в нефтедобывающей промышленности для измерения объемного расхода нефти из скважин, воды, закачиваемой в пласты, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где представлены на:
- фиг. 1 - вид собранного расходомера с участками труб НКТ в продольном разрезе;
- фиг. 2 - вид собранного расходомера в поперечном разрезе;
- фиг. 3 - вид узла проточной части;
- фиг. 4 - вид тела обтекания и чувствительного элемента, установленных в проточной части;
- фиг. 5 - вид тела обтекания в разрезе.
Заявляемый скважинный вихревой расходомер (фиг. 1-4) содержит проточную часть 1, размещенную в корпусе 2, и электронный блок 3. При этом корпус 2 проточной части 1 представляет собой полый цилиндр, в поперечном сечении которого установлено тело 4 обтекания, за которым расположен чувствительный элемент 5. Корпус 2 проточной части 1 служит одновременно корпусом для электронного блока 3. Проточная часть 1 имеет разделенные между собой промежутком 6 съемные передний и задний прямой участки 7 и 8. При этом в заднем прямом участке 8 выполнены пазы 9 для крепления тела 4 обтекания, которое жестко зафиксировано в пазах 9 и прижато стенкой 10 корпуса 2. Чувствительный элемент 5 установлен в промежутке 6 между задним 8 и передним 7 прямыми участками проточной части 1. При этом расходомер установлен на трубе 11 с помощью резьбы. В расходомере также имеется датчик 12 давления.
Тело 4 обтекания (фиг. 5) имеет в поперечном сечении трапецеидальную форму и выполнено со скруглениями у основания трапеции.
Более конкретно конструкция скважинного вихревого расходомера выполнена следующим образом.
Корпус 2 расходомера представляет собой цилиндр. К корпусу 2 подходят прямые участки 7 и 8 проточной части, которые крепятся к нему с помощью фланцев 13.
Компактный размер расходомера достигается расположением первичного преобразователя (проточная часть 1, чувствительный элемент 5) и электронного блока 3 в одном корпусе 2.
Описанная выше жесткая фиксация тела 4 обтекания в пазах 9 заднего прямого участка 8 делает его крепление более надежным и не позволяет потоку в проточной части 1 сместить тело 4 обтекания.
Электронный блок 3 и корпус 2 расходомера рассчитаны для работы при давлении окружающей среды до 50 МПа, в диапазоне температур окружающей среды -20-+100 C. Это достигается применением надежных соединений частей корпуса 2 и использованием электронных элементов, устойчивых к высокой температуре.
Пылевлагозащита достигается путем использованием уплотняющих резиновых колец (на чертежах не показаны).
В процессе погружения расходомера в скважину, он может подвергаться механическим воздействиям, поэтому его корпус 2 обладает сверхпрочной и ударостойкой конструкцией и имеет группу механического исполнения М34. Ударостойкость обеспечивается большой толщиной стенок корпуса 2, а также надежными креплениями узлов и элементов расходомера.
Работа скважинного вихревого расходомера происходит следующим образом.
Установленное в проточной части 1 тело 4 обтекания вызывает образование вихрей в набегающем потоке измеряемой среды. Тело 4 обтекания, установленное в проточной части 1 расходомера, имеет описанную выше форму трапеции, что обеспечивает устойчивые гидродинамические условия для образования вихревой дорожки Кармана. Данные завихрения вызывают колебания измеряемой среды по обе стороны чувствительного элемента 5. Чувствительный элемент 5 представляет собой пьезоэлемент, преобразующий пульсации в электрические сигналы, которые поступают далее на электронный блок 3 для преобразования в цифровой сигнал и определения расхода.
В сравнении с прототипом заявляемый скважинный вихревой расходомер имеет более широкие эксплуатационные возможности при весьма высокой точности измерений.