СКВАЖИННЫЙ РАСХОДОМЕР ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к средствам контроля параметров бурового процесса, в частности, определения объемного расхода измерением перепада давления 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 расходомер на базе диафрагмы разработки ЗАО «ПГ Метран» серии «Rosemount 305», представленный в Приложении 1.
Известный расходомер содержит диафрагму и датчик давления, конструктивно представляющие собой моноблок. Диафрагма представляет собой жесткую неразборную конструкцию, состоящую из собственно диска измерительной диафрагмы с угловым отбором давления, кольцевых камер, удлинителя, а также монтируемого на удлинителе вентильного блока (для интегрального монтажа датчика) либо переходников (для подсоединения датчика импульсными линиями). Диафрагма устанавливается между фланцами.
Известный расходомер обладает широкой применимостью, однако его невозможно использовать его в качестве скважинного расходомера, что обусловлено его значительными габаритами и недостаточной прочностью.
Известен расходомер переменного перепада давления «ЭМИС-ВЕНТУРИ 240» разработки ЗАО «ЭМИС» представленный в «Руководстве по эксплуатации ЭВ-240.000.00.РЭ», 2014 г. стр. 6 и выбранный в качестве прототипа (см. Приложение 2).
Известный расходомер содержит датчик разности давлений, проточную часть с конусным телом обтекания внутри и двумя отверстиями для отбора давления, связанными двумя соединительными трубками с входом датчика разности давлений, и расчетно-измерительный преобразователь (вычислитель), связанный с выходом датчика разности давлений. Разницу между статическими давлениями до и после тела обтекания определяют при помощи датчика разности давлений. Выходной сигнал с датчика давления поступает в вычислитель, где происходит расчет мгновенного объемного расхода и накопленного объема. Вычислитель осуществляет формирование выходного сигнала расходомера, а также отображение информации на индикаторе. Расходомер устанавливается на трубу с помощью фланцев.
Известный расходомер может применяться для измерения объемного расхода агрессивных высокотемпературных сред под высоким давлением, однако его также 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 переменного перепада давления, заключающихся в возможности использования его в скважине, при обеспечении достаточно высокого качества измерений.
Поставленная задача решается тем, что в скважинном расходомере переменного перепада давления, устанавливаемом на трубе и состоящем из датчика разности давлений, проточной части в виде полого цилиндрического корпуса с телом обтекания внутри и двумя отверстиями для отбора давления, выполненными в корпусе до и после тела обтекания и связанными двумя соединительными трубками с входом датчика разности давлений, и электронного блока расчетно-измерительного преобразователя, связанного с выходом датчика разности давлений, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, расходомер установлен на трубе с помощью резьбы, корпус проточной части выполнен толстостенным и служит одновременно корпусом для датчика разности давлений и электронного блока, проточная часть выполнена из разделенных между собой промежутком съемных прямолинейных цилиндрических участков, в одном из которых установлено тело обтекания.
Выполнение корпуса проточной части толстостенным и использование его для размещения в нем датчика разности давлений и электронного блока в совокупности с выполнением узла проточной части из двух разделенных промежутком съемных прямолинейных цилиндрических участков, в одном из которых установлено тело обтекания, 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 прямолинейных цилиндрических 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, позволяющие использовать заявляемый расходомер в скважине.
Заявляемый скважинный расходомер обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как выполнение корпуса проточной части толстостенным и использование его в качестве корпуса для датчика разности давлений и электронного блока, выполнение проточной части из разделенных между собой промежутком съемных прямолинейных цилиндрических участков, установка тела обтекания в одном из прямолинейных участков, установка расходомера на трубе с помощью резьбового соединения, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемый расходомер переменного перепада давления 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, на которых представлены:
- фиг. 1 - общий вид собранного расходомера;
- фиг. 2 - вид собранного расходомера в продольном разрезе.
- фиг. 3 - узел датчика давления в разрезе.
- фиг. 4 - вид собранного расходомера в поперечном разрезе в центре проточной части.
1, 2
1
2
Заявляемый скважинный расходомер переменного перепада давления (фиг. 1-4) содержит проточную часть 1, размещенную в толстостенном корпусе 2, и отсек электронного блока 3. Проточная часть 1 выполнена из разделенных между собой промежутком 4 съемных прямолинейных цилиндрических участков 5, которые крепятся к корпусу 2 с помощью фланцев 6. На одном из прямых участков 5 расположено тело 7 обтекания, выполненное в данном примере V-образной формы. Отбор давления осуществляется через два отверстия 8 до и после тела обтекания 7. Отверстия отбора давления связаны с узлом 9 датчика 10 разности давлений. В конкретном примере выполнения датчик 10 разности давлений выполнен из двух датчиков 10 давления, установленных соответственно до и после тела 7 обтекания, поэтому узлов 9 также два (9 и 9) и каждый из них состоит из датчика давления 10 (фиг. 3), установленного в стакане 11 и поджатого в нем гайкой 12.
Под провода (на чертежах не показаны) с выходов датчиков 10 давления в корпусе 2 расходомера выполнен канал 13, идущий в отсек электронного блока 3. Расходомер устанавливается на трубу с помощью резьбы 14. В процессе погружения расходомера в скважину он может подвергаться механическим воздействиям, поэтому его корпус 2 выполнен толстостенным и 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, а так же отсутствием подвижных частей в расходомере. При этом корпус 2 проточной части 1 представляет собой цилиндр со сквозным, смещенным относительно центральной продольной оси продольным цилиндрическим отверстием 15.
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).
Работа расходомера переменного перепада давления происходит следующим образом.
1, 2
Тело 7 обтекания создает сужение проточной части 1, что обеспечивает перепад давления, который измеряют датчики 10 давления через отверстия 8, расположенные до и после тела 7 обтекания. Результирующее дифференциальное давление между отверстиями 8 пропорционально квадрату объемного расхода через расходомер. Далее измеренное давление с выходов датчиков 10 поступает на электронный блок, где преобразуется в электрический сигнал и индицируется для пользователя.
В сравнении с прототипом заявляемый скважинный расходомер переменного перепада давления имеет более широкие эксплуатационные возможности при весьма высокой точности измерений.