Устройство для измерения уровня раздела двух жидкостей с различными плотностями или границы раздела жидкость-газ в подземном резервуаре

 

Изобретение относится к горному делу и м. б. использовано в газовой и нефтедобывающей промышленности при эксплуатации подземных резервуаров. Цель - повышение точности измерений и увеличение рабочего объема резервуара. Уст-во включает размещенные внутри скважины и подземного резервуара внешнюю и внутреннюю колонны (К), измерительную трубку (ИТ) 5, измеритель перепада давлений, узел нагнетания и обводную линию. Диаметр его нижнего участка ИТ 5 больше диаметра внутренней К 4, а диаметр отверстия в дне равен или меньше диаметра К 4, которая расположена внутри нижнего участка ИТ 5 с контактированием кромок ее торца с дном расширенного участка по периметру отверстия в дне участка. Посредством штуцера 8 ИТ 5 соединяется с участком 6 с измененным проходным сечением. Для удобства спуска в скважину этот участок выполнен совместно с К 4 и имеет верхний и нижний обтекатели 7. Совмещение нижнего участка ИТ 5 с К4 позволяет увеличить отношение площади проходного сечения нижнего участка ИТ 5 к площади проходного сечения ИТ 5. Большая величина этого отношения повышает точность определения уровня при расчетах. 3 ил. i (Я

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК кксака чя (Ц " ::: 1ДI

«1

ЬИЛЫОТБч-4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ,9

Фиг!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4213415/22-03 (22) 19.01.87 (46) 23.07.88. Бюл. № 27 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт использования газа в народном хозяйстве, подземного хранения нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов (72) П. Ф. Пузырев (53) 622.241.681.128.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1113322, кл. Е 21 В 43/28, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1129335, кл. Е 21 В 47/04, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УРОВНЯ РАЗДЕЛА ДВУХ ЖИДКОСТЕЙ

С РАЗЛИЧНЪ|МИ ПЛОТНОСТЯМИ ИЛИ

ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ЖИДКОСТЬ-ГАЗ

В ПОДЗЕМНОМ РЕЗЕРВУАРЕ (57) Изобретение относится к горному делу и м. б. использовано в газовой и нефтедобывающей промышленности при эксплуатации подземных резервуаров. Цель- — повышение точности измерений и увеличение

„„SU„„1411444 А 1 (5ц 4 Е 21 В 47 04, В 65 G 5 00 рабочего объема резервуара. Уст-во включает размещенные внутри скважины и подземного резервуара внешнюю и внутреннюю колонны (К), измерительную трубку (ИТ) 5, измеритель перепада давлений, узел нагнетания и обводную линию. Диаметр его ниж-, него участка ИТ 5 больше диаметра внутренней К 4, а диаметр отверстия в дне равен или меньше диаметра К 4, которая расположена внутри нижнего участка ИТ 5 с контактированием кромок ее торца с дном расширенного участка по периметру отверстия в дне участка. Посредством штуцера 8

ИТ 5 соединяется с участком 6 с измененным проходным сечением. Для удобства спуска в скважину этот участок выполнен совместно с К 4 и имеет верхний и нижний обтекатели 7. Совмещение нижнего участка

ИТ 5 с К4 позволяет увеличить отношение площади проходного сечения нижнего участка ИТ 5 к площади проходного сечения

ИТ 5. Большая величина этого отношения повышает точность определения уровня при расчетах. 3 ил.

141!444

Изобрстс ни(отно HTc51 к г >рному делу и может быть и IIO,!ьзовано при эксплуатации подземных ре(>вуаров для определения положеtlHH ур >! чя хранимого про,(УKTB, например нсфт«п;> (у(хтов, I t:30Bîãî кон;!снсата и др, >! 1 >i к,т (Газовои !l II("фт(дооы в(3 ю!цеи

OTp1!C. IH Х !,,>< )! I>l Ill, I 0 !II!0(. ТИ.

1!сг!ьк> <,зо< р Tcния являстся повып!ение т<>ч(>1а p(:3(р<>уа!>а.

< !

1» фиг. представлена схема нижней !

t;It"ти ул ройл.ва; »В фиг. 2 схема уст-! ., t>r>!!(Ti3B В РаООЧЕМ СО T< ЯНИИ B IIO.tÇÅÌHOÌ

1!:с:(ср!)у<>р(ц IIII фиг. 3 — —;I.(!(t ре<истра<

:ll!>сесе измсреIIII H .

11В фиг. 1 и фиг. 2 соо<встстl3cllklo обозначено: 1 — подземный рс:3срвуар; 2 — скваЖИII(l, 0(>Op>< „JOB(!II Hà ß ОбсаjIIOH КО;IОИ IIOH; 3-l31tcIlIlIHH колонна рабочих труб; 4 — внутренняя к010IIIIB рабочих труб; 5 — измерительная трубка; 6 — участок измерительной трубки с измененным диаметром; 7 — обтекатсли; 8 — штуцер; 9 — сквозные отверстия; 10 - верхняя граница нерабочего объема !И>дземного резервуара и нерабочий объем; 11 - — положение этой же границы для случая использования известного устройства;

12 — измеритель перепада давления; 13— обводная линия; 14 — вентиль; 15 -- привод вентиля; 16 — — нагнетатель.

Устройство работает слс.!ующим образом.

В подземный резервуар 1, соединенный с дневной поверхностью скважиной 2, опущены I>II(. IIIHHH и внутренняя колонны 4 рабо Ièõ труо. На внутренней коло III(. укреIIëct!k измсритс.з ьная Tp>, t>k(B 5, ll!>Инциниа. I BIIO k30Bмож! а сс установка, как с наружной с!О (роны ко 101ltlbl с I!pl!31(. пением защитных приспособлений (фиг. 2), так и внутри ко,!онны.

Измерит(л IIBH трубка посредством штуцера

8 c0(IHIIH(. тся с участком 6 с измененным прохо((н!!м сечением, который располагается на нижнем конце внутренней рабочей колонны 4. 1г!я удобства спуска в скважинх этот участок выполнен как единое целос с рабочей колонной и имеет верхний и нижний обтекатели 7, которые выполняют также несущис функции. Совмещение нижнего участка измерительной трубки с рабочей коt0t3tIokt позволяет увеличить отношение

6»зи где ) — проходное сечение нижнего участка измерительной трубки с измененным диаметром, > « — площадь проходного сечения собствешю измерительной трубки. Чем выше величина отношения — —, тем четче на кри,S

Sum вой перепада давлений фиксируется точка перегиба (т. О„фиг. 3), что позволяет точ1!ес определять значение ЛР<, а это существенно повышает точность определения уровня при расчетах по предложенной формуле.

Увеличение площади проходного сечения 13 предлагаемом устройстве достигается с 0;I,— но(стороны тем, что B данной конструкции

4Я

53, )

55 отпадает необходимость во внутренней стенке -- эту роль выполняет рабочая колонна, а также за счет кольцевой формы нижнего участка. На поверхности измерительная труб ка присоединена к измерителю 12 перепада давления и к узлу нагнетания. Выбор узла

lIàãíåòàíèÿ определяется характером сред, заполняющих подземный резервуар. Если в нем размещаются две жидкости с различными плотностями, то используется насос, если жидкость и газ, то применяется компрессОр.

Вход узла нагнетания подключен к межтрубному пространству обсадной и внешней рабочей колонн, заполненному более легким компонентом, а выход соединен с измерительной трубкой 5. При этом блок нагнетания зашунтирован измерителем перепада давления и обводной линией 13 с вентилем 14, имеющим привод 15, позволяющий периодически открывать и закрывать вентиль.

В пусковой момент вентиль 14 открыт. !

10 обводной линии 13 измерительная трубка 5 свободно сообщается с межколонным пространством, заполненным более легким компонентом. В связи с тем, что давления в измерительной трубке и межтрубье равны, в измерительной трубке устанавливается гра-! Ица раздела на том же уровне, что и в подземном резервуаре. Узел нагнетания работает в холостую, .гак как нагнетаемая им (раза по открьггой обводной линии 13 вновь подается на собс-венный вход. Затем в момент закрытия вентиля 4 (момент to, фиг. 3), обводlt;IH;IHIIH>I закрывается и нагнетатель1!ый узел начинает перекачивать компоненту (,t«>лняющук> межтрубье, в измерительную грубку 5.;),ав,.!ение в ней повышается, что

coII!BoBo>K;lBñTcÿ вытеснением тяжелой ком-! юненты и 3 нижней части измерительной трубки и соответственно появлением перепада давлсlilIH и;.кдх измерительной трубкой и межтрубьем. Э3<: фиксируется па диаграмме дифманометра (интервал t > — ti, фиг. 3).

Так как с(чсни(измерительной трубки в верхней части постоянно и постоянна произ13оди <ельнол ь нагнет(!те !ьного узла, если пренебре !ь некоторым падением производиTслшlîcTH за счет роста противодавления, то рост перепада будет лннеен во времени до момента достижен;!я границей раздела между компонентами перехода между верхним и нижним участками измерительной трубки. Здесь резко изменяется величина проходного сечения, поэтому темп заполнения трубки, а следовательно, и скорость переме!цения уровня границы раздела падает, что СОПРОВОжДаЕтСЯ ИЗМЕНЕНИЕМ НаКЛОНа kIR д>!аграмме перепада давлений (интервал 1,—

t ) и появлением точки перегиба О, . Чем выше отношение —, тем резче изменение накS

5„, „ лона на диаграмме и четче фиксирование т. < .)t. Э.>о позволяет при вычислении точнее считать с диаграммы значение пере1411444 с о1(Н вЂ” h)+ogh=oi (Н вЂ” 1 ) +о 1+АР

6,(H — h)+ б, h= 6; Н+ aP„, где Н глубина расположения уровня сквозных отверстий измерительной трубки в скважине; уровень границы раздела компонент в резервуаре относительно уровня сквозных отверстий; длина участка с измененным проходным сечением; значения перепадов давлений в моменты ti и 4, считанные с диаграммы дифманометра.

P) и Ризо.— нада АР1, соответствующее прохождению границей между компонентами перехода между участками трубки. Рост перепада давления продолжается до момента t, соответствующего достижению границей между компонентами уровня сквозных отверстий 9.

Тогда избыток легкой компоненты в трубке, создаваемый нагнетателем, начинает перетекать из трубки в резервуар через сквозные отверстия и рост перепада давления прекращается (интервал tp — t3, на фиг. 3).

В момент открытия вентиля 14 (момент 1з1 появляется возможность свободного перетока легкой компоненты из измерительной трубки в межтрубье по обводной линии 13, что и происходит под действием избыточного давления в трубке. По мере перетекания давление в трубке падает (интервал 4 — t4) перепад давления исчезает, измерительный цикл закончен. Через некоторое время, заданное в привод 15 вентиля, вентиль 14 закрывается и начинается новый измерительный цикл, аналогичный предыдущему.

Если составить уравнение равновесия давлений в измерительной трубке и резервуаре относительно уровня сквозных отверстий 9 в моменты времени t и t2, то будут иметь место следующие соотношения, в которых в левых частях равенства отображены условия в резервуаре, а в правых — в измерительной трубке

Решение системы уравне.шй позволяет вычислить уровень границы раздела в подземном резервуаре по формуле

L QPII3(l

ЛР м — QP(Предлагаемое устройство позволяет нс прерывать технологический процесс во время проведения измерений, обеспечивать безаварийность эксплуатации подземного резервуара и увеличить объем резервуара за счет снижения уровня возможного заполнения (положение 11 до положения 10, фиг. 2), что достигается более низкой посадкой башмака внутренней рабочей колонны в подt5 земном резервуаре.

Формула изобретения

Устройство для измерения уровня раздела двух жидкостей с различными плот2О ностями или границы раздела жидкостьгаз в подземном резервуаре, включающее размещенные внутри скважины и подземного резервуара внешнюю и внутреннюю рабочие колонны, измерительную трубку с ниж25 ним участком расширенного диаметра с отверстиями для перетока флюида в его нижней части и верхним и нижним обтекателями, и расположенные на устье скважины измеритель перепада давлений, узел нагнетания и обводную линик с вен30 тилем и приводом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и увеличения рабочего объема резервуара, нижний участок измерительной трубки имеет диаметр больше диаметра внутренней рабочей колонны и отверстие в дне диа35 метром, равным или меньше диаметра внутренней колонны, внутренняя рабочая колонна расположена внутри нижнего участка измерительной трубки с контактированием кромок ее торца с дном расширенного участка по

4 периметру отверстия в дне участка, при этом измерительная трубка расположена рядом с поверхностью внутренней рабочей колонны и соединена с ней посредством патрубка и штуцера, а отверстия для перетока флюида вынол пены над нижним обтекателем.

1411444

J2

Фиг. Z О 1 2 4 4 1

/ ЦИКЛ

/1 цикл

Фиг,3

Составитель Н. Руденко

1 iликгор Г. Волкова Техред И. Верес Корректор Г. Решетник

Лакан 3629/29 Тираж 531 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4