Устройство для отбора проб газожидкостного потока

Полезная модель относится к измерительному оборудованию, применяемому в нефтегазовой промышленности, и может быть использована для измерения расхода многофазного потока для его отбора незначительной части на добывающих газовых, газоконденсатных, нефтяных скважинах для определения расхода газовой и жидкой фаз измеряемого многофазного потока в целом.
Известно устройство отбора проб газожидкостного потока, содержащее фланец, снабженный в центре сквозным отверстием, и полый корпус, снабженный сквозными окнами, герметично соединенные между собой, на входе в полый корпус установлен сменный штуцер, канал для входа газонефтяного потока в полость корпуса, пробоотборную трубку, расположенную во фланце и в полом корпусе и соединенную с фланцем посредством уплотнительного резьбового соединения, жиклер, герметично закрепленный на входе в пробоотборную трубку, запорное устройство, размещенное на выходе из пробоотборной трубки 4 (патент РФ №2 091 579, Е21В 47/10, G01N 1/10, опубл. 27.09.1997 г.).
3
3
Недостатком данного технического решения является то, что пробоотборная трубка с жиклером устанавливается строго по центру штуцера, в связи с чем, отсутствует возможность отбора части потока в разных зонах штуцера, что ограничивает применимость данного устройства в частности в тех случаях, когда газосодержание превышает 100 тыс. м, а дебит при этом по жидкости менее 10 м/сут продукция скважины состоит из мелко дисперсной жидкой фазы совместно с приемущественно газовой фазой, в таких случаях гомогенизация газожидкостного потока не достижима, по торцевой площади штуцера.
Известно Устройство для отбора проб газожидкостного потока, содержащее фланец и полый корпус, герметично соединенные между собой, пробоотборную трубку, жиклер, запорное устройство, поршень, штуцер и уплотнительное кольцо, при этом фланец выполнен с крепежными отверстиями и со сквозным отверстием в центре, полый корпус выполнен со сквозными окнами, жиклер герметично закреплен на входе пробоотборной трубки, которая установлена в полом корпусе, запорное устройство герметично закреплено на выходе пробоотборной трубки, поршень герметично закреплен на входе в полый корпус и представляет собой цилиндрическую втулку, на внешней поверхности которой размещено уплотнительное кольцо и внутри которой герметично установлен штуцер (патент РФ №56 954, Е21В 47/10, опубл. 27.09.2006 г., прототип).
Недостатком данного технического решения является то, что гомогенизация достигается стоящим перед сужающим устройством-штуцером гомогенезирующий узел, состоящий из перфорированных пластин проходя через которые газожидкостный поток перемешивается, такое перемешивание не эффективно в случаях, когда продукция скважины состоит из мелко дисперсной жидкой фазы совместно с приемущественно газовой фазой (газо- и нефтегазоконденсатные залежи), в таких случаях продукция свободно проходит через перфорированные пластины и не создает гомогенизации потока по площади штуцера.
Предлагаемое Устройство для отбора проб газожидкостного потока позволяет устранить указанные выше недостатки, повышая гомогенизацию газожидкостного потока и качество отбора проб гомогенной части газожидкостного потока продукции скважины.
Поставленная цель достигается тем, что Устройство для отбора проб газожидкостного потока содержит фланец и полый корпус, герметично соединенные между собой, пробоотборную трубку, жиклер, запорное устройство, поршень, штуцер и уплотнительное кольцо, при этом фланец выполнен с крепежными отверстиями и со сквозным отверстием в центре, полый корпус выполнен со сквозными окнами, жиклер герметично закреплен на входе пробоотборной трубки, которая установлена в полом корпусе, запорное устройство герметично закреплено на выходе пробоотборной трубки, поршень герметично закреплен на входе в полый корпус и представляет собой цилиндрическую втулку, на внешней поверхности которой размещено уплотнительное кольцо и внутри которой герметично установлен штуцер, при этом оно дополнительно снабжено измерительной шкалой, закрепленной на верхней торцевой поверхности фланца, и указателем, закрепленным на пробоотборной трубке перед запорным устройством, фланец дополнительно снабжен каналом, выполненным с возможностью прохождения газожидкостного потока и с возможностью закрепления измерительного прибора на выходе канала, сквозное отверстие фланца выполнено с резьбой, пробоотборная трубка герметично соединена с фланцем с возможностью перемещения вдоль оси сквозного резьбового отверстия и установлена в полом корпусе с возможностью размещения и ассиметричного перемещения входа жиклера по дуге в плоскости отбора пробы, расположенной на выходе из штуцера.
На фиг. изображено устройство для отбора проб газожидкостного потока.
Устройство для отбора проб газожидкостного потока (далее по тексту «Пробоотборник») содержит фланец 1, выполненный с крепежными отверстиями, с каналом 2 и в центре со сквозным отверстием, полый корпус 3, выполненный со сквозными окнами 4, при этом фланец 1 и полый корпус 3 герметично соединены между собой, пробоотборную трубку 5, жиклер 6, герметично закрепленный на входе пробоотборной трубки 5, поршень 7, штуцер 8, уплотнительное кольцо 9, при этом поршень 7 герметично закреплен на входе в полый корпус 3 и представляет собой цилиндрическую втулку, на внешней поверхности которой размещено уплотнительное кольцо 9 и внутри которой герметично установлен штуцер 8, измерительную шкалу 10, указатель 11 и запорное устройство 12, размещенное и герметично закрепленное на выходе пробоотборной трубки 5.
Фланец 1 соединен со скважинной арматурой посредством крепежных элементов, расположенных в крепежных отверстиях.
Сквозное отверстие фланца 1, расположенное в центре, выполнено с резьбой для установления в нем пробоотборной трубки 5 с возможностью перемещения пробоотборной трубки 5, например, вверх или вниз, вдоль оси сквозного резьбового отверстия, обеспечив ассиметричное перемещение входа жиклера 6 в плоскости отбора пробы по дуге.
Канал 2 фланца 1 расположен и выполнен с возможностью прохождения основного газожидкостного потока по нему и с возможностью закрепления на выходе канала 2 измерительного прибора для определения давления газожидкостного потока на выходе из канала 2 посредством измерительного устройства, например, манометра.
Полый корпус 3 выполнен с возможностью установления его внутри скважинной арматуры и герметичного соединения с фланцем 1. Полый корпус 3 представляет собой, например, участок цилиндрической трубки, заданных размеров, зависящих от типа скважинной арматуры и размеров пробоотборной трубки 5 и жиклера 6.
Сквозные окна 4 в полом корпусе 3 выполнены заданных размеров и форм, которые определяют в зависимости от площади и типа скважинной арматуры и площадь которых обеспечивает беспрепятственный отвод основного газожидкостного потока по арматуре скважины в систему сбора.
Пробоотборная трубка 5 представляет собой трубчатый элемент, заданных размеров, которые определяют в зависимости от типа скважинной арматуры для обеспечения отбора проб газожидкостного потока и для обеспечения ассиметричного перемещения входа жиклера 6 в плоскости отбора пробы, расположенной на выходе из штуцера 8, что позволяет осуществлять отбор пробы в заданных точках, расположенных на площади плоскости отбора пробы, повышая точность параметров гомогенного газожидкостного потока.
Форма пробоотборной трубки 5 позволяет гомогенизировать газожидкостный поток и представительность отбираемой пробы в виде части газожидкостного потока скважины.
Пробоотборная трубка 5 представляет собой, например, трубчатый элемент с внутренним диаметром 6,8 мм и длиной 891 мм.
Пробоотборная трубка 5 герметично соединена с фланцем 1 посредством уплотнительного резьбового соединения с возможностью перемещения вдоль оси сквозного резьбового отверстия фланца 1.
Пробоотборная трубка 5 с жиклером 6 установлена в полости корпуса 3 с возможностью размещения и ассиметричного перемещения входа жиклера 8 по дуге в плоскости отбора пробы для обеспечения ассиметричного перемещения входа в жиклер по дуге в плоскости отбора пробы.
Жиклер 6 представляет собой известную конструкцию с калиброванным отверстием - каналом, например, 1 мм; 1,4 мм; 2 мм.
Перемещение пробоотборной трубки 5 вдоль оси сквозного резьбового отверстия фланца 1 обеспечивает ассиметричное перемещения жиклера 6 и размещение входа жиклера 6 в заданный момент времени и в заданной точке в плоскости отбора пробы.
Поршень 7 герметично закреплен на входе в полый корпус 3 и представляет собой цилиндрическую втулку, на внешней поверхности которой размещено уплотнительное кольцо 9 для герметичного соединения Пробоотборника со стенками скважинной арматуры, а внутри поршня 7 герметично установлен штуцер 8.
Поршень 7, штуцер 8 и уплотнительное кольцо 9 представляют собой элементы, размер которых определяют в зависимости от типа скважинной арматуры для обеспечения отбора проб газожидкостного потока:
поршень 7 представляет собой, например, поршень известной конструкции, например, на 60 мм, 75 мм; на 95 мм;
штуцер 8 представляет собой штуцер известной конструкции, например, на 4 мм, на 30 мм;
уплотнительное кольцо 9 представляет собой известную конструкцию из известного материала, например, полимерное кольцо на 65 мм, резиновое кольцо на 80 мм; полиуретановое кольцо на 100 мм, для обеспечения направления газожидкостного потока в калиброванный канал штуцера 8.
Измерительная шкала 10 выполнена с возможностью размещения и закрепления ее на верхней торцевой поверхности фланца 1.
Указатель 11 выполнен с возможностью размещения и закрепления его на пробоотборной трубке 5 перед запорным устройством 12
Запорное устройство 12 герметично закреплено на выходе пробоотборной трубки 5 и представляет собой, например, шаровый кран с проходным диаметром 6 мм, производство Hy-Lok.
Устройство для отбора проб газожидкостного потока работает следующим образом.
Устройство для отбора проб газожидкостного потока устанавливают внутрь скважинной арматуры и закрепляют крепежными элементами фланец 1 на ней, причем таким образом, чтобы перемещение пробоотборной трубки 5 с жиклером 6, относительно оси Пробоотборника было направленно в сторону движения газожидкостного потока скважины в систему сбора.
Газожидкостный поток поступает на вход штуцера 8, затем по калиброванному каналу штуцера 8 поступает
в полый корпус 3, где через сквозные окна 4 беспрепятственно отводит основной газожидкостный поток по скважинной арматуре, далее через канал 2 фланца 1 на измерительный прибор
и на вход жиклера 6, обеспечивающий отбор пробы гомогенной газожидкостной части основного газожидкостного потока, затем в пробоотборную трубку 5 и далее в запорное устройство 12, на выходе которого расположен измерительный прибор, например, манометр,
при этом форма пробоотборной трубки 5 позволяет гомогенизировать газожидкостный поток и представительность отбираемой пробы в виде части газожидкостного потока скважины.
Жиклер 6 размещен с возможностью ассиметричного перемещения входа жиклера 6 по дуге в плоскости отбора пробы, расположенной на выходе из штуцера 8, и остановкой в заданный момент и в заданных точках, например, в пяти.
Жиклер 6 ассиметрично перемещают посредством перемещения пробоотборной трубкой 5, например, вверх или вниз, вдоль оси сквозного резьбового отверстия фланца 1, обеспечивая отбор пробы газожидкостного потока в заданных точках дуги, расположенной плоскости отбора пробы от центра штуцера 8 к его краю, и устанавливают в заданных точках в плоскости отбора пробы.
Регулирование места положения входа жиклера 6 осуществляют перемещением пробоотборной трубки 5 в резьбовом сквозном отверстии фланца 1, при этом параметры смещения положения входа жиклера 6 определяют посредством измерительной шкалы 10 и указателя 11.
Таким образом, вход жиклера 6, ассиметрично перемещаясь по дуге в плоскости отбора по площади газожидкостного потока, проходящего внутри штуцера 8, жиклер 6 осуществляет отбор пробы в заданный момент времени и в заданной точке плоскости отбора пробы.
Ассиметричное перемещение входа жиклера 6 по площади газожидкостного потока, а не в одной точке, значительно повышает представительность отбираемой пробы газожидкостного потока при изокинетическом отборе, который обеспечивается заданным перепадом давления в точке отбора пробы, определяемый исходя из данных давления на выходе из канала 2 и данных давления на выходе из запорного устройства 12.
Пример.
Устройство для отбора проб газожидкостного потока устанавливают вертикально в скважинную арматуру с размером входного отверстия 80 мм
и закрепляют на ней фланец 1 с размером входного осевого отверстия с резьбой 58 мм.
Поршень 7 с уплотнительным кольцом 9 обеспечивают герметичное установление полого корпуса 3 внутри скважинной арматуры и направление газожидкостного потока в канал калиброванного штуцера 8.
Продукция в виде газожидкостного потока с заданным давлением поступает в калиброванный канал штуцера 8 в виде штуцера для шланга с наружной резьбой диаметром 42 мм или приварного на 22 мм, после чего газожидкостный поток поступает в полый корпус 3 в виде участка цилиндрической трубки с размером входного отверстия 49 мм и длиной 745 мм, снабженный сквозными окнами 3 в форме в виде эллипса, распределенными равномерно по длине 500 мм участка цилиндрической трубки от начала поршня 7, обеспечивая беспрепятственный отвод основного газожидкостного потока из полого корпуса 3 по скважинной арматуре в канал 2 фланца 1, и на вход жиклера 6 в виде жиклера баллонного или холостого хода длиной 45,4 мм с калиброванным каналом размером 1 мм, обеспечивающий отбор гомогенной газожидкостной части потока, затем в пробоотборую трубку 5 в виде участка цилиндрической трубки с размером входного отверстия 6,8 мм и длиной 891 мм и далее через запорное устройство 12 в виде вентиля на измерительный прибор в виде манометра, закрепленного на выходе запорного устройства 12.
Пробоотборная трубка 5 ассиметрично перемещает вход жиклера 8 за счет своего перемещения вверх или вниз относительно оси сквозного резьбового отверстия фланца 1 в сторону движения газожидкостного потока продукции скважины с возможностью отбора представительной пробы гомогенной части газожидкостного потока продукции скважины.
Ассиметричное перемещение входа жиклера 6 осуществляют по расчетной площади газожидкостного потока в пяти точках в плоскости отбора пробы, расположенной на выходе из штуцера 6, что значительно повышает представительность отбираемой пробы гомогенизированного газожидкостного потока.
Пробоотборную трубку 5 с жиклером 6 вручную перемещают посредством резьбового соединения в сквозном резьбовом отверстии фланца 1, осуществляя ассиметрично перемещая входа жиклера 6 по дуге в плоскости отбора пробы, и
устанавливают посредством измерительной шкалы 10 и указателя 11 параметры смещения входа жиклера 6 в плоскости отбора пробы в пяти точках:
0°, 30°, 60°, 90°, 120°.
Вход жиклера 6 останавливают в пяти точках, расположенных по дуге с радиусом 6,5 мм и проходящей через центр плоскости отбора пробы 13 к ее краю, осуществляя изокинетический отбор проб.
Форма пробоотборной трубки 5 гомогенизирует газожидкостный поток в процессе прохождения газожидкостного потока внутри нее, тем самым повышения гомогенизации газожидкостного потока в целом.
Осуществляют изокинетический отбор проб в этих пяти точках с перепадом давлений:
давления газожидкостного потока на выходе из канала 2
и давление представительной пробы газожидкостного потока на выходе из запорного устройства 12,
которое составляет 2 атм в каждой из пяти точек.
Площадь плоскости отбора пробы, в которой производят изокинетический отбор проб, расположена на выходе из штуцера 8 и определена расчетным путем исходя из условия обеспечивая повышения точности параметров гомогенного газожидкостного потока.
Заявленная конструкция технического решения позволяет
осуществлять отбор пробы по площади газожидкостного потока, выходящего из штуцера, обеспечивая повышение качества отбора проб гомогенной части газожидкостного потока продукции скважины
осуществлять эффективное перемешивание газожидкостного потока, создавая гомогенизацию газожидкостного потока по площади газожидкостного потока, выходящего из штуцера, обеспечивая повышение гомогенизации;
повысить представительность отбираемой пробы газожидкостного потока.