УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБВОДНЕННОСТИ И УРОВНЯ МЕЖФАЗНЫХ ПЕРЕХОДОВ "НЕФТЬ-ЭМУЛЬСИЯ-ВОДА" В РЕЗЕРВУАРАХ И ЕМКОСТЯХ-ОТСТОЙНИКАХ СЫРОЙ НЕФТИ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в нефтяной промышленности для ведения постоянного мониторинга обводненности водонефтяной эмульсии (промслоя) и определения уровня межфазных переходов «нефть-эмульсия-вода» в емкостях-отстойниках на термохимических установках подготовки нефти, в резервуарах водоподготовки, сырой и товарной нефти на нефтепромыслах.
Уровень техники
Известно устройство измерения уровней границ раздела сред и способ измерения уровней границ раздела сред (патент РФ №2337327, МПК G01F 23/26, опубликовано 27.10.2008), устройство по которому включает блок первичной обработки сигналов и чувствительный элемент в виде трех-электродного конденсатора с первым электродом, выполненным многосекционным с секциями, изолированными друг от друга и расположенными вдоль общей оси, вторым электродом, подключенным к входу блока первичной обработки сигналов и выполненным односекционным с осевыми размерами, превышающими размеры первого электрода, и третьим электродом, выполненным односекционным и соединенным с шиной заземления устройств, в чувствительный элеимент введены коммутирующие элементы и дешифраторы адреса, установленные вдоль оси первого электрода чувствительного элемента в соответствии с размещением его секций, первый и второй электроды выполнены с диэлектрическим покрытием, блок первичной обработки сигналов снабжен выходом для высокочастотного гармонического сигнала, причем указанный выход соединен с первым нормально разомкнутым выводом каждого коммутирующего элемента, второй нормально разомкнутый вывод которого соединен с соответствующими секциями, каждая секция соединена с шиной заземления устройства через нормально замкнутые выводы соответствующих коммутирующих элементов, а управляющие входы коммутирующих элементов подключены к выходам дешифраторов адреса.
Сущность полезной модели в том, что для получения возможности измерения уровней границ раздела нескольких диэлектрических и проводящих сред в заземленных и изолированных от земли резервуарах, два электрода трехэлектродного конденсатора (в том числе многосекционный), в виде которого выполнен чувствительный элемент устройства, изолированы от контролируемых сред диэлектрической оболочкой, а оставшийся электрод, соединенный с шиной заземления устройства (проводящим корпусом устройства), имеет электрический контакт со средами.
Недостатком данного устройства является получение точечной картины обводненности по высоте промслоя, а также необходимость интерполяции измерений, что приводит к неточности результатов по обводненности.
Наиболее близким аналогом (прототипом) по принципу работы устройства являются измерители обводненности типа RedEye (производитель: фирма Weatherford (США), http://www.weatherford.ru), основанные на принципе абсорбционной спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне, позволяющем различать нефть и воду. Измеритель обводненности обнуляет эффекты рассеяния и измеряет поглощение, которое непосредственно относится к содержанию воды. Соленость не влияет на измерения, так как поглощение излучения выполняется непосредственно молекулами воды.
Недостатком данного вида устройств является то, что конструкция датчика не позволяет получать линейный профиль обводненности по высоте столба жидкости в резервуаре, а для определения обводненности датчик может быть установлен только на выпускном трубопроводе хранилища, когда поток проходит по сливному трубопроводу.
Признаки, являющиеся общими для известного и заявленного устройства, заключаются в возможности использования его в качестве влагомера всех слоев жидкости, находящихся в резервуаре.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается полезной моделью, заключается в том, что известное устройство не позволяет определять границы и состав промслоя (соотношения нефти и воды) по всей высоте столба жидкости, находящейся в резервуаре.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в увеличении количества товарной нефти, сдаваемой на пункт приема.
Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в возможности определения обводненности в каждой точке промслоя по всей его толщине в режиме реального времени, а также в повышении точности определения границ межфазных переходов «нефть-вода-эмульсия» промслоя в резервуарах сырой и товарной нефти, в резервуарах водоподготовки, емкостях-отстойниках с дальнейшей возможностью расчета количества и подбора необходимого деэмульгатора для получения товарной нефти.
Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается также в увеличении безопасности при проведении работ.
Достигается технический результат тем, что устройство определения обводненности и уровня межфазных переходов «нефть-эмульсия-вода» в резервуарах и емкостях-отстойниках сырой нефти включает размещенную вертикально внутри резервуара штангу с центральным сквозным продольным радиальным каналом, в радиальных продольных сквозных углублениях внутренней стенки которой, напротив друг друга, размещены узел ИК-области источника и приемный узел. Радиальные продольные сквозные углубления гидравлически связанных с центральным сквозным продольным радиальным каналом, при этом блок ближней ИК-области узла источника и оптическое устройство коллектора приемного узла выполнены удлиненными вдоль всей длины штанги для получения спектрограммы по всей высоте столба жидкости, находящейся в емкости. В одном из сквозных продольных радиальных углублений сегмента штанги размещен узел источника, включающий размещенные по всей длине штанги датчики, связанные с источником ближней ИК-области спектра, сапфирное волноводное стекло и узел зонда, а в противоположном сквозном продольном радиальном углублении штанги установлен приемный узел, включающий сапфирное волноводное стекло, измерительный элемент в сборе, оптическое устройство коллектора и узел зонда. Электронные устройства, связанные с полой штангой соединительными узлами, служат для подачи питания и передачи выходного сигнала показателя обводненности в зависимости от длины волны инфракрасного излучения. Кабели для подвода ИК-сигнала и отвода сигнала, полученного после его прохождения через жидкость, находящуюся в центральном сквозном продольном радиальном канале штанги, установлены в верхней части штанги. Штанга может быть изготовлена из любого материала, стойкого к коррозии и агрессивным средам.
Технический результат достигается также тем, что благодаря полученному изображению на мониторе графика обводненности по всей высоте столба жидкости в резервуаре исключается необходимость установки и эксплуатации пробоотборников в резервуарах и емкостях-отстойниках сырой нефти.
Новые признаки заявленной полезной модели заключаются в том, что внутри резервуара вертикально установлена штанга с центральным сквозным продольным радиальным каналом, а элементы узла источника, включающего в себя размещенные по всей длине штанги датчики, связанные с источником ближней ИК-области спектра, и приемного узла, расположены напротив друг друга в радиальных продольных сквозных углублениях внутренней стенки штанги, гидравлически связанных с центральным сквозным продольным радиальным каналом, при этом блок ближней ИК-области узла источника и оптическое устройство коллектора приемного узла выполнены удлиненными вдоль всей длины штанги для получения спектрограммы по всей высоте столба жидкости, находящейся в емкости, а кабели для подвода ИК-сигнала и отвода сигнала, полученного после его прохождения через жидкость, находящуюся в центральном сквозном продольном радиальном канале штанги, установлены в верхней части штанги.
Краткое описание чертежей
На прилагаемой фигуре 1 а) и б) приведен профиль поперечного сечения штанги и схема размещения в ней узлов источника ИК-излучения и приемного узла. На фиг.2 приведен пример график обводненности, полученного с использованием предлагаемого устройства, по всей высоте столба жидкости, находящейся в резервуаре.
Осуществление полезной модели
В устройстве применена технология определения обводненности, основанная на принципе абсорбционной спектроскопии в ближней области инфракрасного излучения, с использованием закона Бугера-Ламберта, определяющего ослабление пучка монохроматического света при его прохождении через поглощающую среду. Пучок света интенсивностью Io, пройдя через слой жидкости, выходит ослабленным до интенсивности I, определяемом выражением:
-abc
I=Io·10, где I - проходящий свет, Io - падающий свет
a
- коэффициент поглощения
в - длина пути (толщина слоя)
c - концентрация вещества
Нефть и вода поглощают излучение с определенными, характерными только для них, длинами волн. Измерение поглощения на нескольких длинах волн позволяет вести замер как по нефти, так и по воде, повышая точность определения обводненности промслоя во всем диапазоне от 0 до 100%.
Устройство для определения уровня межфазных переходов «нефть-эмульсия-вода» в резервуарах и емкостях-отстойниках сырой нефти включает штангу 1 (Фиг.1а) с основным сквозным продольным радиальным каналом 2, разделяющим тело штанги 1 на два сегмента 3 и 4. Штанга может быть выполнена из любого материала, стойкого к коррозии и агрессивным среда, при этом наружный контур штанги может быть произвольной формы. Во внутренних стенках сегментов 3 и 4 выполнены сквозные продольные радиальные углубления, гидравлически связанные с основным сквозным продольным радиальным каналом 2 штанги 1. В сквозном продольном радиальном углублении сегмента 3 размещен узел источника 5 (Фиг. 1б), включающий размещенные по всей длине штанги датчики, связанные с источником ближней ИК-области спектра и сапфирным волноводным окном, узел зонда и узел источника. В противоположном сквозном продольном радиальном углублении сегмента 4 установлен приемный узел 6, включающий сапфирноволноводное стекло, измерительный элемент в сборе и оптическое устройство коллектора, а также узел зонда. Волоконно-оптические кабели 7 и 8 служат для передачи ИК-потока излучения и приема сигнала, прошедшего через толщину L столба жидкости, находящегося между стенками сегментов 3 и 4.
Электронные устройства, смонтированные к узлу измерительного зонда, (на рисунке не показаны) служат для подачи питания и передачи выходного сигнала показателя обводненности в зависимости от длины волны инфракрасного излучения.
Устройство определения обводненности и уровня межфазных переходов «нефть-эмульсия-вода» в резервуарах и емкостях-отстойниках сырой нефти работает следующим образом.
Штанга 1 (Фиг. 1а) крепится к внутренней вертикальной стенке резервуара или емкости (Фиг. 1б). После погружения штанги 1 с установленными в сегменте 3 узлом источника 5 и приемным узлом 6, установленным в сегменте 4, в жидкость, содержащуюся в резервуаре, основной сквозной продольный радиальный канал 2 штанги 1 заполняется слоями нефтесодержащей жидкости, находящиеся в резервуаре. При подаче сигнала инфракрасного излучения, датчик узла 5 источника ИК фиксирует первоначальную интенсивность потока с одной или несколькими длинами волн.
Поток ИК-излучения проходит сквозь слои по всей высоте столба жидкости, находящейся в канале 2 штанги 1, после чего датчик приемного узла 6 фиксирует интенсивность принятого потока. Поток прошедшего слой жидкости ИК-излучения попадает на сапфирное волноводное стекло приемного узла 6, и проходя через оптическое устройства коллектора, передает сигнал об интенсивности потока по волоконно-оптическому кабелю 8 на пункт обработки данных.
После обработки данных, получают график зависимости обводненности от длин волны (при использовании нескольких диапазонов длин волн) по всей высоте столба жидкости, находящейся в резервуаре в любой момент времени (Фиг. 2). Устройство определения обводненности и уровня межфазных переходов «нефть-эмульсия-вода» в резервуарах и емкостях-отстойниках сырой нефти позволяет получить профиль обводненности, определять границы и толщину водонефтяной эмульсии (промслоя) в любой момент времени, а также состав эмульсии (соотношение вода:нефть) на любом уровне жидкости, находящейся в резервуаре. Определение толщины слоя водонефтяной эмульсии проводится в режиме реального времени независимо от того, идет ли в данный момент наполнение резервуара или слив жидкости с любого уровня. Данное устройство позволяет исключить операцию по отбору проб с резервуаров, что приводит к сокращению затрат на проведение лабораторных анализов, позволяет снизить безопасность производственного процесса.
Точное определение обводненности водонефтяной эмульсии (промслоя) в резервуаре позволит оптимизировать подбор и количество деэмульгаторов для увеличения количества сдаваемой товарной нефти из резервуаров-отстойников, может использоваться для определения состояния промслоя в емкостях-отстойниках на термохимических установках, в резервуарах водоподготовки, в резервуарах сырой и товарной нефти.