УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАСТОВЫХ ФЛЮИДОВ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначена для изучения физических свойств пластовых флюидов с помощью PVT-анализа.
Пластовые флюиды в нефтяных или газовых скважинах обычно представляют собой смесь нефти, газа и воды. Фазовое соотношение компонентов смеси определяется давлением, температурой и объемом пластовых флюидов, заключенных в ограниченном пространстве. В подземных породах высокое давление скважинных флюидов часто вызывает поглощение газа нефтью с образованием перенасыщенных растворов. При понижении давления поглощенные или растворенные газообразные соединения выделяются из жидкой фазы пробы. Точные измерения давления, температуры и состава пластового флюида из конкретной скважины влияют на оценку экономической целесообразности добычи флюидов из скважины. Эти данные дают также информацию относительно путей достижения максимальной эффективности закачивания и освоения соответствующего коллектора углеводородов.
Для определения физических свойств углеводородных пластовых флюидов (в газообразной, жидкой и иногда твердой фазах) могут быть проведены различные измерения характеристики давление-объем-температура (PVT). Данные измерения можно проводить в больших стационарных лабораториях с использованием многих видов оборудования. В ранних (и некоторых современных) модификациях PVT-ячеек в качестве среды для нагнетания давления и перемешивания применялась ртуть внутри терморегулируемой капсулы высокого давления. Блоки без ртути были разработаны в начале 1990-ых годов и использовали плавающий поршень или механический винтовой поршень для изменения объема образца и тем самым давления. Оба этих типа капсул использовали механическое перемешивание содержавшихся в них образцов.
Известен способ контроля глубинной пробы (патент РФ №2490451), позволяющий определять количественный состав. Способ предусматривает поворот приемной камеры вокруг поперечной оси, а давление глубинной пробы поддерживается гидравлической жидкостью.
Известна установка (пат. на ПМ РФ №90203) для исследования пластовой нефти, включающей камеру РУТ с поршнем внутри, термостат-качалку для камеры PVT и термостат-качалку для пробоотборника. Установка дополнительно включает соединенную с первой вторую камеру PVT, имеющую поршень внутри, и термостат-качалку для второй камеры PVT, при этом все термостаты-качалки установлены на одном валу, соединенном посредством кулисного механизма с электродвигателем, камеры PVT соединены с насосом высокого давления, имеющего привод от электродвигателя, а поршень каждой из камер PVT снабжен штоком и закрепленной на нем кареткой электронно-механического регистратора.
В известных установках PVT анализа (патент РФ №№2503012, 90203) для выделения требуемого компонента пробы используется поворот камер высокого давления, соединенных между собой, вдоль поперечной оси. Давление глубинной пробы также поддерживается гидравлической жидкостью. К недостаткам данных установок с гидроприводом следует отнести сложность конструкции и молекулярный контакт между глубинной пробой и гидравлической жидкостью, а в патенте (90203) помимо этого еще и выступающая часть измерителя из камеры высокого давления.
Известна установка (а.с. СССР №266676) для исследования пластовых флюидов, включающая измерительную камеру высокого давления с термостатом и поршневой блок, соединяющий поршень измерительной камеры с поршнем гидроцилиндра. Недостатком известной установки является не достоверная точность определения изменяемого объема пластового флюида в измерительной камере при заданных термобарических условиях исследования. При измерении объема пластового флюида присутствуют два уровня погрешностей: от дополнительной гидросистемы измерительного пресса с его приводом и от сжатия рабочей жидкости под поршневым блоком в гидроцилиндре.
Известно устройство для исследования пластовой нефти (а.с. СССР №610984), содержащее сосуд высокого давления переменного объема, выполненное в виде пресса - высокого давления снабженное перемешивающим приспособлением, выполненное в виде плоской складывающейся пружины, вращающейся от ротора электродвигателя. Измерение рабочего объема сосуда высокого давления осуществляется по шкале ползунком, закрепленным на штоке пресса, укрепленной на корпусе сосуда PVT. Недостатками устройства являются: малоэффективное перемешивание при определенных режимах вращения, которые зависят от вязкости пластовой нефти, значительный «мертвый объем», обусловленный конструкцией электропривода, а также невозможность проводить PVT исследования пластовых нефтей при температурах ниже +20°C из-за нагрева внутреннего объема индукционными токами электрического привода мешалки; низкая точность измерения рабочего объема сосуда при перемещении жесткого штока внутри сосуда; увеличение «мертвого объема» системы за счет использования образцового измерительного манометра, подключенного к сосуду PVT.
Известно устройство (пат. РФ №2448246) для исследования пластовой нефти (PVT), содержащее сосуд высокого давления и переменного объема, который включает перемешивающее устройство и измерительные устройства, фиксирующие рабочий объем сосуда, температуру и давление в нем. Для повышения надежности и качества измерений перемешивающее устройство снабжено магнитной мешалкой, выполненной из двух кольцевых магнитов, при этом внешнее магнитное кольцо - кольцевой ротор соединен нижним концом со складывающейся пружинной мешалкой, имеющей форму плоской ленточной пружины по диаметру, равному внутреннему диаметру сосуда, что позволяет при ее вращении перемешивать весь объем сосуда, а при введении или выведении плунжера-поршня из сосуда плоская пружина складывается или растягивается, внутреннее магнитное кольцо-статор выполнен в виде втулки с возможностью вращения вокруг головки корпуса сосуда высокого давления от внешнего привода.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для исследования пластовых флюидов (патент РФ №2077671), содержащее измерительную камеру с разделительным поршнем, термостатирующим кожухом и гидравлическим приводом высокого давления. Устройство снабжено механическим реечно-зубчатым приводом перемещения штока, шкалой грубого измерения хода штока и контактным измерителем хода штока, встроенным в гидравлический привод высокого давления и выполненным в виде неподвижного корпуса с круговым нониусом, внутри которого размещен калиброванный ролик, установленный с возможностью вращения и безлюфтовой обкатки поверхности штока гидравлического привода высокого давления, и круговой шкалы, закрепленной на оси калиброванного ролика с возможностью взаимодействия с круговым нониусом на корпусе измерителя для точного отсчета при измерении хода штока, при этом шкала грубого измерения хода штока и зубчатая рейка механического реечно-зубчатого привода штока выполнены на самом штоке гидравлического привода высокого давления. Данное устройство лишено указанных выше недостатков, но обратный ход в гидроприводе не реализован, а предложен вариант механической реечной передачей, что усложняет конструкцию. Кроме того, для гидропривода используется отдельный корпус, который стыкуется с камерой высокого давления через силовые элементы.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства, удобства его сборки и легкость в управлении и обслуживании путем введения единого корпуса для измерительной камеры и гидропривода, вынесение средств измерения из области механических воздействий и высоких температур термостата.
Поставленная цель достигается за счет использования устройства для исследования пластовых флюидов содержащего измерительную камеру, разделительный поршень со штоком, термостатирующий кожух, гидравлический привод высокого давления с поршнем, измеритель положения разделительного поршня. Измерительная камера и гидравлический привод высокого давления имеют общий корпус с закрепленным в нем коаксиальным поршнем, установленным на штоке разделительного поршня, при этом корпус имеет боковое отверстие для установки измерителя положения разделительного поршня, состоящего из держателя с закрепленным на нем поворотным устройством, обоймы, внутри которой пропущен канат, одним концом закрепленный на разделительном поршне, а другим концом на измерителе положения разделительного поршня, и закрепленного на держателе поворотного устройства.
Приведенная выше совокупность существенных признаков заявленной полезной модели не известна из источников патентной и научно-технической информации. Из этого следует, что полезная модель соответствует условию патентоспособности «Новизна».
Заявленное техническое решение изготовлено, успешно испытано в процессе лабораторных исследований.
В связи с этим полезная модель соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».
Заявленная полезная модель поясняется графическим материалом (рис. 1), где представлено схематическое изображение устройства для исследования пластовых флюидов.
Устройство состоит из:
Корпус 1, расположенный в термостатирующем кожухе 2. Измерительная камера 5 снабжена каналом 3 для подачи пластовых флюидов, разделительным поршнем 4, вентиляционной камерой 6. На штоке 7 разделительного поршня 4 установлен коаксиальный поршень 8 и, закрепленный в корпусе 1 гидравлический поршень 9. Корпус 1 имеет боковое отверстие 10 для установки измерителя положения разделительного поршня (4). Измеритель положения разделительного поршня 11, фиксирующий рабочий объем измерительной камеры 5, состоит из полого держателя 12, закрепленного в поворотном устройстве 13. В держателе 12 закреплена обойма 14, внутри которой пропущен канат 15, одним концом закрепленный на разделительном поршня 4, а другим концом на измерителе положения разделительного поршня (11). Гидравлический привод высокого давления включает канал 18 для поступления гидравлической жидкости в камеру 19, канал 20 для поступления гидравлической жидкости в камеру 21, поршень гидропривода 9, коаксиальный поршень 8. При этом камеры 19 и 21 образованы корпусом (1) и соответствующими комбинациями поршней (8) и (9). Измерительная камера (5) и гидравлический привод высокого давления имеют общим корпус (1).
Устройство работает следующим образом. В корпус 1, разогретом до требуемой температуры, поддерживаемой термостатирующим кожухом 2, по каналу 3 поступает пластовый флюид в измерительную камеру 5, перемещая разделительный поршень 4 вниз. Через канал 18 в камеру 19 поступает гидравлическая жидкость, создается давление, подающее поршень гидропривода 9 вниз, а поскольку он механически закреплен на штоке 7, то и разделительный поршень 4 движется вниз. Для движения вверх разделительного поршня 4 через канал 20 в камеру 21 поступает гидравлическая жидкость, и создается давление. Поворотное устройство 13 позволяет наклонять измерительную камеру 1. Образовавшаяся для крепления каната 15 полость контактирует с вентиляционной камерой 6. Измеритель положения разделительного поршня 11 производит замер выхода каната 15 из обоймы 14, что позволяет вычислить линейного перемещения разделительного поршня 4 и как следствие объем измерительной камеры 5. Для обеспечения перемещения вверх и вниз разделительного поршня 4, шток 7 выполнен полированным и на него установлен коаксиальный поршень 8, который закреплен внутри корпуса 1 в районе отверстия 10. Через канал 18 поступает гидравлическая жидкость и в камере 19 создается давление, подающее поршень гидропривода 9 вниз, а поскольку он механически закреплен на штоке 7, то и разделительный поршень 4 движется вниз. Для движения вверх разделительного поршня 4 в камере 21 создается давление подачей гидравлической жидкости по каналу 20.
Применение единого корпуса 1 гидропривода высокого давления и измерительной камеры с боковым отверстием 10, дополнительным коаксиальным поршнем 8 позволило упростить сборку устройства, его управление и обслуживание.