ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована для измерения дебита продукции нефтяных скважин.
Известна установка для определения параметров нефтегазоводяного потока, содержащая сепарационную емкость, регулятор расхода, датчики давления, микроконтроллер и турбинный счетчик на жидкостном трубопроводе, отличающаяся тем, что на жидкостном трубопроводе перед регулятором расхода посредством быстроразъемных соединений установлена монтажная катушка, выполненная с последовательно установленными на ней турбинным счетчиком жидкости, сужающим устройством и регулирующим клапаном с электроприводом, причем сужающее устройство и регулирующий клапан с электроприводом снабжены датчиками дифференциального давления с импульсными трубками отбора давления [RU 99821 U1, МПК6 E21B 47/10, опубл. 27.11.2010].
Недостатком известной установки является то, что конструктивное выполнение обуславливает уход собственной частоты колебаний на незначительную величину при пустых трубках, при измерении плотности жидкости приведет к ошибке в квадрате и уменьшении точности при вычислении объемного расхода Q кориолисовым расходомером.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является разработка измерительной установки, отвечающей требуемым условиям измерений, а также расширение ассортимента измерительных установок.
При осуществлении заявляемого технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в увеличении точности измерения объемного расхода и плотности жидкости в установках измерительных (УИ) типа «МЕРА-ММ».
Указанный технический результат достигается за счет того, что в известной установке для определения параметров нефтегазоводяного потока, выполненной с возможностью подключения к микроконтроллеру, содержащей корпус с входным патрубком и выходным коллектором, при этом указанный корпус состоит из сепарационной емкости, оборудованной датчиком избыточного давления и снабженной выходной газовой линий, и накопительной емкости, снабженной выходной жидкостной линией, оборудованной регулирующим устройством и установленным перед ней кориолисовым расходомером, особенностью является то, то в указанную жидкостную линию перед кориолисовым расходомером дополнительно встроен объемный расходомер с возможностью подключения к микроконтроллеру, а в указанную газовую линию дополнительно встроено регулирующим устройством с возможностью подключения к датчику избыточного давления и микроконтроллеру.
Конструктивная установка на жидкостной линии объемного расходомера обеспечивает измерение объемного расхода и вычисление плотности жидкости с минимальными погрешностями (нет квадратичной зависимости).
На фиг. схематично изображена измерительная установка.
Измерительная установка содержит корпус с входным патрубком 1, состоящий из сепарационной емкости 2, снабженной газовой линий 4, оборудованной регулирующим устройством 3, и накопительной емкости 7, снабженной жидкостной линией 12. Такое выполнение корпуса установки, выполненного в виде единой конструкции, но функционально разделенной на две емкости, обеспечивает более качественное разделение
продукции скважины. Сепарационная емкость 2 корпуса установки оборудована датчиком избыточного давления 6. В накопительной емкости 2 установлен поплавковый уровнемер 9 со штангой 10. Снаружи накопительная емкость 2 оборудована датчиком углового перемещения 11. В жидкостную линию 12 встроено регулирующее устройство 8 и последовательно установленные перед ним объемный расходомер 13 и кориолисовый расходомером 14.
В качестве регулирующих устройств возможно использование устройств электроприводных тарельчатого или сегментного типа. Регулирующие устройства встроены в жидкостную и газовую линии посредством известных соединений, например фланцевого, муфтового.
Жидкостная линия 12 после регулирующего устройства 8 соединена с газовой линией 4, посредством известных соединений, например, раструбного. Выходной коллектор 5 выполнен с возможностью сообщения с микроконтроллером.
В качестве регулирующих устройств могут быть использованы любые известные запорно-исполнительные органы.
Установка работает следующим образом.
Продукция скважины по входному патрубку 1 непрерывно поступает в газовую емкость 2 корпуса установки, где разделяется на газ и жидкость (водонефтяную смесь), а высвободившийся газ через регулирующее устройство 3 по газовой линии 4 поступает в выходной коллектор 5.
Электрический сигнал с датчика избыточного давления 6 поступает на вход микроконтроллера, который управляет регулирующим устройством 3. В микроконтроллере предварительно устанавливается значение избыточного давления D1. По сигналу рассогласования между установленным значением избыточного давления D1 и текущим значением избыточного давления D регулирующее устройство 3 изменяет свое проходное сечение, поддерживая постоянное избыточное давление в газовой емкости 2.
В это время жидкость из газовой емкости 2 поступает в накопительную емкость 7.
Поплавок 9 со штангой 10 жестко соединен с осью датчика углового перемещения 11, который преобразует уровень жидкости в накопительной емкости 7 в электрический сигнал. Электрический сигнал с датчика углового перемещения 11 поступает в микроконтроллер, который управляет регулирующим устройством 8.
В микроконтроллере устанавливается необходимое значение уровня жидкости H1 в накопительной емкости 7 и по сигналу рассогласования между установленным значением уровня жидкости H1 и текущим значением уровня жидкости H регулирующее устройство 8 изменяет свое проходное сечение, поддерживая постоянный уровень в жидкости в накопительной емкости 7 и постоянную скорость потока жидкости в жидкостном трубопроводе 12.
Жидкость, по жидкостному трубопроводу 12 через объемный расходомер 13, кориолисовый расходомер 14, регулирующее устройство 8 поступает в выходной коллектор 5.
Кориолисовый расходомер 14 измеряет массовый расход жидкости G, плотность жидкости ρ и рассчитывает объемный расход жидкости Q, протекающей через жидкостную линию (трубопровод) 12.
При протекании жидкости (водонефтяной смеси) через трубки кориолисова расходомера 13 во время эксплуатации на их внутренних стенках откладываются соли парафин, что приводит к ошибке при измерении плотности жидкости и ошибке при вычислении объемного расхода.
Например, в общем виде уравнение для вычисления массового расхода жидкости массовым кориолисовым расходомером RotaMASS имеет вид:
где: G - массовый расход жидкости,
c
A - амплитуда колебаний трубок левой измерительной катушки,
e
A - амплитуда колебаний трубок правой измерительной катушки,
k
S - постоянный коэффициент расходомера (калибровочная константа для массового измерения расхода жидкости),
v
f - собственная частота колебаний трубок расходомера при заполненных трубках кориолисова расходомера жидкостью.
Из уравнения (1) видно, что при отложении солей на внутренних стенках трубок кориолисова расходомера и изменение частоты собственных колебаний трубок на незначительную величину приведет к незначительной ошибке при измерении массового расхода жидкости.
В общем виде уравнение для вычисления плотности жидкости кориолисовым расходомером RotaMASS имеет вид:
где: ρ - плотность жидкости,
KD - постоянный коэффициент расходомера (калибровочная константа, для измерения плотности жидкости),
1
f - собственная частота колебаний при пустых трубках кориолисова расходомера,
v
f - собственная частота колебаний трубок кориолисова расходомера при заполненных трубках жидкостью.
Объемный расход кориолисовым расходомером вычисляют по формуле:
где: G - массовый расход жидкости, измеренный кориолисовым расходомером,
ρ - плотность жидкости, измеренная кориолисовым расходомером.
1
Из уравнения (2) видно, что уход собственной частоты колебаний на незначительную величину при пустых трубках f при измерении плотности жидкости приведет к ошибке в квадрате и уменьшении точности при вычислении объемного расхода Q кориолисовым расходомером.
Для увеличения точности измерения объемного расхода жидкости Q и плотности жидкости ρ необходимо на жидкостной линии 12 перед кориолисовым расходомером 14 установить объемный расходомер 13, например турбинный, ультразвуковой, вихревой или иной для измерения объемного расхода жидкости.
Величину уставки значения уровня жидкости H1 в накопительной емкости 7 и величину значения уставки избыточного давления в сепарационной емкости 2 выбирают таким образом, чтобы скорость потока жидкости по жидкостной линии 12 удовлетворяла условию наименьшей погрешности кориолисова расходомера 14 и объемного расходомера 13.
При синхронизации измерений массового расхода G кориолисовым расходомером 14 и объемного расхода Q расходомером 13 можно вычислить плотности жидкости по формуле:
1
где:ρ - вычисленная плотность жидкости,
G - массовый расход измеренный кориолисовым расходомером 14,
0
Q - объемный расход измеренный объемным расходомером 13,
0
1
Таким образом, при установке на жидкостной линии 12 объемного расходомера 13 измерение объемного расхода Q и вычисление плотности жидкости ρ происходит с минимальными погрешностями.