УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕБИТА ПРОДУКЦИИ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована для измерения дебита продукции нефтяных скважин.
Известно устройство для измерения дебита нефтяных скважин /1/, содержащее сепарационную и измерительную емкости, датчики верхнего и нижнего уровней, переключатель потока, соединенный с выходным коллектором, датчики температуры, давления, систему управления, газовую линию.
Недостатком этого устройства является недостаточная точность измерения дебита по жидкости из-за циклического (слив, налив) режима измерения.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является установка для измерения дебита продукции нефтяных скважин /2/, содержащая входной патрубок, сепарационную емкость, калиброванную измерительную емкость, снабженную уровнемером и дифференциальным датчиком давления, переключатель потока, соединяющий газовую линию, жидкостную линию и коллектор, и микроконтроллер.
Недостатком этой установки является недостаточная точность измерений по жидкости из-за циклического режима измерения. Измерения массового расхода жидкости проводятся во время налива жидкости, во время слива измерения массового расхода жидкости не проводятся. Массовый расход жидкости G вычисляется за сутки и имеет размерность тонны в сутки . Массовый суточный расход жидкости G вычисляется по формуле:
1
2
3
n
1
2
3
n
где: m, m, m...m - масса жидкости, измеренная в режиме налива за время t, t, t...t соответственно. Измерение массы жидкости производится в тоннах [Т], измерение времени налива производится в секундах [с]. Время работы одного цикла установки определяется по формуле:
Ц
/
где: t - время одного цикла работы установки, t - время налива жидкости, t - время слива жидкости. Время слива жидкости установки находится в пределах 10...40 минут и зависит от газового фактора дебита скважины. Чем больше газовый фактор, тем меньше время слива и наоборот чем меньше газовый фактор, тем больше время слива. Время слива может занимать значительную часть от времени измерения за сутки. Это время, в которое не происходит измерение массового расхода жидкости, что приводит к потере информации об измерении, увеличении погрешности и уменьшение точности измерения при вычислении массового суточного расхода.
1
2
3
n
Если дебит скважины не изменяется во времени (за сутки) то погрешность вычисления суточного массового расхода жидкости будет равна погрешности самой установки и не зависит от времени слива и количества измерений за сутки. Если дебит скважины изменяется во времени, то в моменты слива теряется информация о массовом расходе жидкости. Общее время измерения t+t+t...+t установки не равно суточному времени измерения и поэтому полученный результат приводится к суточному массовому расходу жидкости, умножая на коэффициент равный 1 сут = 86400 с. Поэтому, чем стабильнее суточный дебит скважины, тем точнее мы вычисляем суточный массовый расход жидкости. Чем больше изменяется дебит скважины и меньший газовый фактор, тем большую погрешность мы имеем при вычислении суточного массового расхода жидкости. При изменяющемся дебите скважины погрешность вычисления суточного массового расхода в конечном итоге будет зависеть от количества измерений за сутки.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности измерения установки за счет непрерывного измерения суточного расхода жидкости.
Это достигается тем, что в установке для измерения дебита продукции нефтяных скважин, содержащей входной патрубок, сепарационную емкость, калиброванную измерительную емкость, снабженную уровнемером и дифференциальным датчиком давления, переключатель потока, соединяющий газовую линию, жидкостную линию и коллектор, и микроконтроллер, согласно полезной модели, на газовой линии установлено регулирующее устройство для поддержания постоянного перепада давления между сепарационной емкостью и газовой линией и дифференциальный датчик давления, а на жидкостной линии установлено регулирующее устройство для поддержания постоянного уровня жидкости в измерительной емкости.
Установка на газовой линии регулирующего устройства для поддержания постоянного перепада давления между сепарационной емкостью и газовой линией и дифференциального датчика давления, а на жидкостной линии устройства для поддержания постоянного уровня жидкости в измерительной емкости позволяет производить непрерывный режим измерения, что повышает точность измерений. При «непрерывном» измерении массового расхода жидкости значения о массовом расходе жидкости поступают непрерывно через равные промежутки времени на суммирующее устройство, где вычисляется суточный массовый расход жидкости по формуле:
1
2
3
n
где: m, m, m...m - значения массы жидкости, измеренные за равные промежутки времени (время измерения).
При «непрерывном» измерении массового расхода жидкости погрешность вычисления суточного массового расхода будет равна
погрешности измерения самой установки. Для изменяющегося дебита скважины время измерения массы жидкости выбирается таким, при котором дебит скважины не может измениться в пределах этого времени. Обычно это время выбирается в пределах 1 сек и считается, что за это время дебит скважины остается постоянным, и при вычислении суточного массового расхода не вносит дополнительной погрешности, связанной с изменением дебита скважины. Следовательно, при непрерывном измерении массового расхода жидкости погрешность полученного результата не зависит от изменения дебита скважины, что повышает точность измерений.
На чертеже представлена схема предлагаемой установки.
Установка содержит входной патрубок 1, сепарационную емкость 2, калиброванную измерительную емкость 3, оснащенную уровнемером 4 и дифференциальным датчиком давления 12, переключатель потока 6, соединяющий газовую линию 9, жидкостную линию 8 и коллектор 7, и микроконтроллер. На газовой линии 9 установлено регулирующее устройство 10 и дифференциальный датчик давления 11. На жидкостной линии 8 установлено регулирующее устройство 5.
Установка работает следующим образом.
1
1
2
Продукция скважины по входному патрубку 1 поступает в сепарационную емкость 2, где происходит отделение газа от жидкости. Высвободившийся газ направляется по газовой линии 9, через регулирующее устройство 10 поступает в выходной коллектор 7. Электрический сигнал с дифференциального датчика давления 11 поступает на вход микроконтроллера, который управляет регулирующим устройством 10. В микроконтроллере предварительно устанавливается необходимое значение перепада давления dp. По сигналу рассогласования между установленным значением dp и текущим значением dp дифференциального датчика давления 11 регулирующее устройство 10 изменяет проходное сечение S1, поддерживая постоянный перепад давления между давлением в сепарационной емкости 2 и давлением в газовой линии 9.
В это время жидкость поступает в измерительную емкость 3 и по жидкостной линии 8 через переключатель потока 6, регулирующее устройство 5 поступает в выходной коллектор 7. Электрический сигнал уровнемера 4 поступает на вход микроконтроллера, который управляет регулирующим устройством 5. В микроконтроллере предварительно устанавливается необходимое значение уровня жидкости H1, и по сигналу рассогласования между установленным значением уровня жидкости H1 и текущим значением жидкости Н уровнемера 4 изменяет проходное сечение S2 регулирующего устройства 5, поддерживая постоянный уровень Н жидкости в измерительной емкости 3.
Электрический сигнал о положении штока регулирующего устройства 5 поступает в микроконтроллер, и вычисляется проходное сечение S2 регулирующего устройства 5.
ж
При постоянном значении уровня жидкости Н в измерительной емкости 3 и постоянном значении перепада давления dp2 между значением давления в сепарационной емкости 2 и давления в газовой линии 9 дифференциального датчика давления 11 объемный расход жидкости Q рассчитывается по следующей формуле и уточняется при калибровке устройства:
2
где: S - проходное сечение регулирующего устройства 5.
g - ускорение свободного падения.
Н - уровень жидкости в измерительной емкости 3.
К - коэффициент, учитывающий перепад давления dp2.
ξ
∑ - сумма коэффициентов местных сопротивлений
ξ
Коэффициенты К и ∑ являются постоянными для конкретной жидкости и определяются при калибровке устройства.
ж
При постоянном уровне жидкости Н в измерительной емкости 3 дифференциальный датчик давления 12 измеряет гидростатическое давление dp3 столба жидкости Н2. Электрический сигнал с дифференциального датчика 12 поступает на вход микроконтроллера. Плотность жидкости ρ рассчитывается по следующей формуле:
ж
ж
ж
По вычисленному микроконтроллером значению объемного расхода жидкости Q и плотности жидкости ρ рассчитывается массовый расход жидкости G по формуле:
Использование данного технического решения позволяет создать недорогую установку для измерения дебита продукции нефтяных скважин с повышенной точностью.