ВИСКОЗИМЕТР
VISCOMETER

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли промышленности и может быть использовано для измерения вязкости нефти или водонефтяной эмульсии, отобранной под давлением на устье скважин или в промысловой системе сбора нефти, газа и воды.
При добыче нефти повышенной вязкости необходимо располагать данными о вязкости как безводной, так и обводненной нефти в целях проектирования и эксплуатации скважин, а также промысловой системы сбора нефти, газа и воды. Для измерения вязкости жидкости известен вискозиметр, измеряющий время падения шарика в пустотелом цилиндрическом корпусе, заполненном исследуемой жидкостью (патент РФ на изобретение № 2265204, заявка № 2003110350 от 14.04.2003 г., опубликовано 27.11.2005, бюл. № 33). Корпус сблокирован с изолированным от жидкости пишущим устройством, а регистрирующее устройство выполнено в виде электронного секундомера. Недостатки такого вискозиметра состоят в возможности исследования только прозрачных жидкостей, причем при атмосферном давлении.
Известен вискозиметр, состоящий из цилиндрического сосуда с исследуемой жидкостью и выполненный из немагнитного материала, шарика из ферромагнитного материала, размещенного в сосуде, датчиков верхнего и нижнего положений шарика (а.с. СССР SU № 1746254, заявка 4793994 от 19.02.1990 г., опубликовано 07.07.1992 г.). По количеству импульсов, сосчитанных счетчиком при прохождении шарика от одного датчика к другому, судят о вязкости исследуемой жидкости. К недостаткам вискозиметра относятся малый диапазон изменения вязкости исследуемой жидкости при использовании только одной пары шарика и сосуда, а также выполнение измерений при атмосферном давлении.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является шариковый вискозиметр, состоящий из термостатированного автоклава с затвором, центральный валик, набор калиброванных трубок с шариками, размещенных по окружности (а.с. СССР № 735966, заявка 2543922 от 14.11.1977, опубликовано. 25.05.1980). Вращающий с помощью валика сектор с прорезью позволяет поочередно отпускать шарики в калиброванные трубки и измерять время их падения. По измеренному времени движения шарика рассчитывается величина вязкости исследуемой жидкости. Недостаток такого вискозиметра состоит в невозможности измерения вязкости при повороте автоклава на 180°, то есть при движении шарика в калиброванной трубке в обратном направлении из-за возникновения истечения исследуемой жидкости из трубки в этот период в полость автоклава. Это увеличивает общее время измерений, поскольку повышение точности измерений достигается количеством произведенных замеров с одной и той же калиброванной трубкой. Кроме того, при проведении измерений продукции скважины, в которой содержится большое количество свободного газа в виде сплошной или окклюдированной (пузырьковой) фазы, попадание газа в измерительную трубку не позволяет получить корректные значения вязкости жидкости.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности измерений за счет дополнительного проведения замеров времени движения шарика в калиброванной трубке в обоих направлениях при повороте цилиндрического корпуса вискозиметра на 180° и предупреждение попадания газовой фазы в измерительную трубку при проведении замеров.
Поставленный технический результат решается описываемым вискозиметром, содержащим цилиндрический корпус с размещенными внутри калиброванными трубками разного внутреннего диаметра, выполненные из немагнитного материала, шарики из ферромагнитного материала, размещенные в калиброванных трубках, датчики магнитного поля, размещенные в цилиндрическом корпусе, поворотный центральный валик, выведенный наружу цилиндрического корпуса, впускной и выпускной вентили в цилиндрическом корпусе для набора исследуемой жидкости.
Новым является то, что на концах поворотного центрального валика установлены два поворотных диска с отверстиями для крепления калиброванных трубок с размещенными в них шариками, торцы которых при повороте поворотного центрального валика могут поочередно устанавливаться против подпружиненных упоров в цилиндрическом корпусе, герметизирующих внутреннюю полость калиброванных трубок в период измерения качения в них шариков, причем на внутренних по отношению к поворотному центральному валику сторонах калиброванных трубок установлены постоянные магниты, а на внутренней стенке цилиндрического корпуса против постоянных магнитов установлены датчики магнитного поля.
На фиг. 1 показана схема вискозиметра, на фиг. 2 - крышка вискозиметра, на фиг. 3 - процесс замера вязкости вискозиметром на устье скважины.
Вискозиметр состоит из цилиндрического корпуса 1, выполненного из немагнитного материала, с входным 2 и выходным 3 вентилями. Внутри цилиндрического корпуса 1 на поворотном центральном валике 4 с выносной рукояткой 5 размещен барабан, представляющий собой набор калиброванных трубок 6 и 7 (может быть размещено и большее количество), каждая из которых торцами входит в отверстие поворотных дисков 8 и 9. Внутри каждой калиброванной трубки 6 и 7 размещены шарики 10 и 11 из ферромагнитного материала. На обоих концах цилиндрического корпуса 1 (фиг. 2) размещены упоры 12 и 13 с пружинами 14 и выдвижными конусами 15. Внутри обоих концов калиброванных трубок 6 и 7 размещены ограничители 16 движения шариков 10 и 11.
Входной вентиль 2 вискозиметра через гибкий шланг 17 соединен с запорным устройством 18 трубопровода 19, из которого отбирается проба жидкости. Торцы цилиндрического корпуса 1 вискозиметра герметично закрыты крышками 20 и 21, а в расширенной части цилиндрического корпуса 1 установлены манометр 22 и термометр 23. На внутренних по отношению к поворотному центральному валику 4 сторонах калиброванных трубок 6 и 7 размещены постоянные магниты 24 и 25, против которых в цилиндрическом корпусе 1 установлены датчики магнитного поля 26 и 27. В качестве вентилей 2 и 3 могут быть применены различные другие запорные устройства, применяемые в промышленности.
Каждая из калиброванных трубок 6 и 7 предварительно тарируется по времени прохождения шариков 10 и 11 от одного датчика к другому на эталонных жидкостях известной вязкости, при разных углах наклона цилиндрического корпуса 1 (на фигуре не показано). Датчики магнитного поля 26 и 27 связаны с электронным таймером времени прохождения шариков от одного датчика к другому (на фигуре также не показано). Набор калиброванных трубок 6 и 7 в сочетании с разными углами наклона корпуса вискозиметра к вертикали позволяют измерять вязкость жидкости в широком диапазоне ее изменения.
Работа вискозиметра заключается в следующем. Методика измерений вязкости нефти в промысловых условиях состоит в отборе жидкости под давлением из трубопровода 19 с помощью гибкого шланга 17, соединенного с запорным устройством 18. Далее постепенно открывают запорное устройство 18 на трубопроводе 19 и входной вентиль 2 вискозиметра. После наполнения полости вискозиметра исследуемой жидкостью при открытом входном вентиле 2 производят стравливание под давлением свободного газа в атмосферу через выходной вентиль 3 вискозиметра. Для выравнивания температуры в трубопроводе 19 и в цилиндрическом корпусе 1 вискозиметра с контролем температуры по термометру 23 при частичном перекрытии выходного вентиля 3 производят слив жидкости из вискозиметра из расчета трехкратной замены объема полости вискозиметра. Далее окончательно стравливают газ через выходной вентиль 3, оба вентиля (входной 2 и выходной 3), а также запорное устройство 18 трубопровода 19 полностью перекрывают, вискозиметр вместе с гибким шлангом 17 полностью отсоединяют, переносят в передвижную лабораторию и устанавливают на стойке для измерений (на фигуре не показано). Исследуемые калиброванные трубки 6 и 7, находящиеся внутри цилиндрического корпуса 1 вне упоров 12 и 13 заполняются исследуемой жидкостью. Для измерений калиброванные трубки 6 и 7 поворачиваются в цилиндрическом корпусе 1 с помощью поворотного центрального валика 4 вокруг оси и устанавливается между двумя торцевыми фиксаторами для предупреждения истечения жидкости из калиброванных трубок 6 или 7 в цилиндрический корпус 1 в период движения шарика. Измерения времени качения шариков 10 и 11 в калиброванных трубках 6 и 7 производят при различных углах наклона цилиндрического корпуса 1 к вертикали. При необходимости, поворотным центральным валиком 4 с помощью выносной рукоятки 5 устанавливают другую калиброванную трубку с измененным диаметром трубки. После измерения времени движения шарика в одном направлении цилиндрический корпус 1 поворачивают на 180 градусов и измеряют время движения шариков 10 и 11 в обратном направлении. Таким образом, увеличивается количество замеров в единицу времени и осреднение всех полученных показаний приведет к большей точности.
В момент прохождения шариков 10 или 11 через датчики магнитного поля 26 и 27 магнитного поля электронная система регистрирует изменение (импульс) магнитного поля, передаваемый постоянными магнитами 24 и 25 датчикам магнитного поля 26 и 27. Система регистрации позволяет с помощью таймера (на фигуре не показан) определить время, прошедшее между двумя импульсами, т.е. прохождения шарика от датчиков магнитного поля 24 к 25 (или наоборот) и по тарировочным таблицам определить вязкость исследуемой жидкости.
Цилиндрический корпус 1 и калиброванные трубки 6 и 7 изготавливаются из немагнитного материала.
Динамическая вязкость жидкости вычисляется по исходным данным разностей плотности шарика и жидкости, коэффициентам вискозиметра для каждой трубки и каждого угла наклона вискозиметра, а также времени перемещения шарика от одного датчика к другому.
Технико-экономическими преимуществами предложенного вискозиметра являются возможность переноса вискозиметра к точке отбора нефти из трубопровода, быстрота и оперативность исследований благодаря возможности проведения измерений в обоих направлениях движения шарика в калиброванной трубке поворотом вискозиметра вокруг оси на 180°, измерения вязкости при давлениях и температурах жидкостей в трубопроводах, а также исключению попадания газовой фазы в калиброванные трубки при проведении измерений.
Изготовление и внедрение предлагаемого вискозиметра на скважинах №№ 78, 116, 115, 2150, 112, 111, 121, 2143, 127 и 118 Заречного месторождения АО "Геотех" показало, что в зависимости от наклона калиброванной трубки время качения изменяется, при этом скорость изменяется в пределах 1,8…2,1%. Первичные промысловые испытания разработанного вискозиметра проводились в холодное время, при температуре окружающей среды около -20°С, температура жидкости при этом составляла от +3 до +11°С. Время, необходимое для измерения вязкости продукции скважины, в среднем составило около 15 минут. Наименьшие значения вязкости были получены на скв. 78 и 2143. Их продукция отличалась неустойчивостью водонефтяной смеси. Наибольшее значение вязкости получено на скв. 112. Визуально жидкость имела густую консистенцию, медленно сливающуюся из сосуда. Испытания вискозиметра подтвердили работоспособность и надежность работы в «реальных» скважинных условиях.