Поршневой дебитомер для измерения потоков продукции нефтяных скважин

 

Использование: для замера дебита скважин при добыче нефти штанговыми скважинными насосами, приводимыми в действие с помощью балансирного шатунно-кривошипного станка-качалки и гидропроводных установок. Сущность изобретения: дебитомер позволяет повысить точность замера дебита неотсепарированной жидкости за счет снабжения дебитомера двухплунжерным распределителем с датчиком линейных перемещений плунжера. Внутренняя полость цилиндрического корпуса распределителя разделена проницаемой перегородкой на входную и выходную полости, в каждой из которых установлена сменная втулка с размещенным внутри нее плунжером. Плунжеры жестко связаны между собой проходящим через перегородку штоком. Цилиндрические поверхности плунжеров образуют с внутренней поверхностью втулок горизонтальные плоскости уплотнения. С торцовых сторон на корпус надеты стянутые шпильками фланцы с плоскими кольцевыми выточками, которые образуют с плунжерами вертикальные плоскости уплотнения. Датчик линейных перемещений плунжеров расположен со стороны выходной полости корпуса распределителя. Образование в распределителе расположенных под углом 90° плоскостей уплотнения исключает обратный переток жидкости в скважину. 7 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначается для замера дебита скважин при добыче нефти штанговыми скважинными насосами, приводимыми в действие с помощью балансирного шатунно-кривошипного станка-качалки и гидроприводных установок.

Поршневой дебитомер устанавливается непосредственно у устья скважины и служит для замера потока продукции нефтяных скважин без предварительного разделения жидкой и газовой фаз.

Известен дебитомер, точность измерения которого достигается за счет двухплунжерного затвора, имеющего две плоскости уплотнения, расположенные одна к другой под углом 90^о, что позволяет исключить обратный переток жидкости в скважину.

Известны индуктивный датчик дебита и датчик с дистанционной передачей [2] . Индуктивный датчик дебита принят в качестве прототипа. Датчики дебита не фиксируют промежуточного значения дебита жидкости, это является основным недостатком датчика. Датчик дебита, содержащий шарик из магнитного материала, немагнитный цилиндр с наружной эл.обмоткой, седло клапана и пружину, не может надежно исключить переток жидкости обратно в скважину из-за малой площади соприкосновения шарика и седла клапана.

Цель изобретения - повышение точности замера дебита неотсепарированной жидкости без применения дифференцированного способа определения дебита, повышение надежности контроля работы скважинного штангового насоса.

Это достигается тем, что замерной цилиндр имеет внутренний диаметр и ход поршня такие же, какие имеет штанговый насос (внутренний диаметр и ход плунжера), установленный в замеряемой скважине.

На фиг.1 представлен поршневой дебитомер, содержащий замерной цилиндр и двухплунжерный распределитель, и соединяющие их трубы; на фиг.2 - схема работы дебитомера; на фиг.3 - перегородка; на фиг.4 - роликовый толкатель с нажимной тарелкой; на фиг.5 - поршень замерного цилиндра; на фиг.6 и 7 - штоки контроля.

Поршневой дебитомер включает замерной цилиндр 1. Внутренний диаметр замерного цилиндра равен внутреннему диаметру цилиндра штангового насоса, установленного в замеряемой скважине. Высота замерного цилиндра 1 имеет размеры, позволяющие поршню 2 замерного цилиндра 1 совершать такие же движения, какие совершает плунжер штангового насоса.

Например: внутренний диаметр цилиндра штангового насоса - 38 мм, длина хода полированного штока, равная длине хода плунжера штангового насоса, установленного в скважине, - 900 мм (Муравьев. Справочник мастера по добыче нефти. М. : Гостопиздат, 1958, с.61, табл.35). Значит, замерной цилиндр 1 должен иметь внутренний диаметр 38 мм и высоту, позволяющую поршню 2 перемещаться на расстояние не более 900 мм.

Поршень 2 выполнен из магнитного материала, закреплен на штоке 3 с помощью гайки 4. Цилиндр 1 нижним концом ввернут на резьбе в опорный проходной угольник 5. На верхний конец цилиндра 1 навернут сальник 6 с возможностью прохождения через него штока 3.

Цилиндр 1 из немагнитного материала, на высоте, необходимой для контроля, установлены катушки обмотки 7. Двухплунжерный затвор выполняет роль распределителя в порядке скважина - замерной цилиндр, замерной цилиндр - трубопровод промыслового сбора нефти. Двухплунжерный затвор содержит цилиндрический корпус 8, снизу к нему приварена из труб скоба 9 с соединительным фланцем 10. Фланцем 10 скоба 9 через фланец 11 соединена с вертикальной трубой 12. Нижним концом она приварена к проходному опорному угольнику 13. Проходные опорные угольники 5 и 13 соединены между собой приваренной к ним трубой 14.

В местах, где к корпусу 8 приварена трубная скоба 9, имеются два отверстия 15 и 16. Во внутреннюю полость корпуса 8 вставлены сменные втулки 17 и 18. Перегородка 19 имеет отверстия 20, что делает ее проницаемой. Втулка 17, вставленная в корпус 8, образует входную полость. Втулка 17 имеет отверстие 21. При совмещении отверстия 15 в корпусе с отверстием 21 во входной втулке 17 образуется входное окно 22, а при совмещении отверстия 16 в корпусе с отверстием 23 в выходной втулке 18 образуется выходное окно 24. Во входной полости втулки 17 находится плунжер 25. Между перегородкой 19 и плунжером 25 установлена пружина 26, в выходной полости внутри втулки 18 - плунжер 27. Плунжеры 25 и 27 соединены штоком 28, который ввернут в плунжер 25, а плунжер 27 на штоке закреплен гайкой 29. Шток 28 через перегородку 19 проходит свободно без уплотнения. На выходе из выходной полости цилиндрической части корпуса 8 установлена регулировочная втулка 30 (если в этом есть необходимость). С торцовых сторон на цилиндрическую часть корпуса 8 надеты фланец 31 на входную полость, фланец 32 на выходную полость. Цилиндрическая часть корпуса 8 с фланцами 31 и 32 приставляются к фланцу 33, приваренному к выкидной линии скважины 34, и все они стягиваются шпильками 35. Внутреннее пространство замерного цилиндра 1 над поршнем 2 через обратный клапан и задвижку соединено с трубопроводом промыслового сбора нефти разгрузочной трубой 36.

Поршневой дебитомер работает следующим образом.

При движении головки балансира 37 и насосных штанг 38 вверх движущийся в то же время вверх плунжер штангового насоса 39 поднимает столб жидкости, находящейся над ним в насосных подъемных трубах. При этом определенный объем жидкости вытесняется из подъемных труб в выкидную линию 34. Давление жидкости в выкидной линии увеличивается, давит на плунжер 25 распределителя 8, плунжер 25 отодвигается, сжимает пружину 26 и открывает окно 22. Плунжер 25, отодвигаясь под действием поднятой на поверхность жидкости, через шток 28 отодвигает на такое же расстояние плунжер 27. Плунжеры встают в положение а (фиг.2), когда входное окно 22 открыто, а выходное окно 24 закрыто. Запирающимися плоскостями являются две: торцовая плоскость 40 плунжера 27 и кольцевая выточка на вставке 30, а если ее нет, то кольцевая выточка 41 фланца 32. Это вертикальная плоскость уплотнения, а поверхность соприкосновения плунжера 27 с втулкой 18 образуют горизонтальную плоскость уплотнения. При таком положении плунжеров 25 и 27 жидкость движется по соединительной трубе 14, поступает в замерной цилиндр 1, давит на поршень 2, который будет двигаться вверх вместе со штоком 3. Верхний конец штока 3 "догоняет" головку балансира, 37 при этом замерной цилиндр 1 заполняется неотсепарированной жидкостью. Когда балансир станка-качалки 37 движение вверх прекратит, движение жидкости остановится. Плунжеры 25 и 27 под действием пружины 26 займут положение б, входное окно 22 закроется плунжером 25. Плунжер 27 откроет окно 24. Головка балансира 37 начнет двигаться вниз, роликом 42 толкателя 43 головка балансира 37 фиг.2 надавит на нажимную тарелку 44 штока 3, будет перемещать через шток 3 поршень замерного цилиндра 2 и вытеснять жидкость обратно в распределитель 8, а из него через окно 24 - в трубопровод сбора нефти. В скважину жидкость пройти не может, плунжер 25 прижмется торцовой поверхностью 45 к плоской кольцевой выточке 46, чем образует вертикальную плоскость уплотнения, а поверхность соприкосновения плунжера 25 и втулки 17 - горизонтальную плоскость уплотнения. Обратный переток жидкости в скважину будет исключен. При каждом движении вверх поршень пересекает пространство замерного цилиндра 1 на уровне установки катушек обмотки 7, что позволяет передать на расстояние сигнал о наполнении замерного цилиндра.

Через какое-то время работы скважины количество поднятой на поверхность жидкости уменьшается, тогда плунжер 27 не будет доходить до поверхности кольцевой выточки 41 на фланце 32, а сам плунжер не будет перекрывать окно 24. Часть жидкости пройдет через образовавшуюся неплотность, минуя замерной цилиндр 1. Если по технологическим условиям скважина еще может работать, надо ликвидировать отсутствие соприкосновения плунжера 27 с плоской кольцевой выточкой 41. Можно применять один или два из четырех способов: - шток 28 вывернуть, удлинить его на расстояние, необходимое для надежного соприкосновения плунжера 27 с плоской кольцевой выточкой 41; - втулку 17 и плунжер 25 заменить на меньший диаметр; - между плунжером 27 и штоком 28, т.е. на опорный выступ 47, установить шайбу такой толщины, какая необходима для удаления и надежного соприкосновения плунжера 22 с плоской кольцевой выточкой 41; - между корпусом распределителя 8 и фланцем 32 установить втулку 30 с выступом вовнутрь цилиндра.

Поршень замерного цилиндра 2 (фиг.5) включает поршень 2, шток 3, гайку крепления 4, шайбы нажимные 48, манжету уплотнения 49.

Для контроля наличия соприкосновения плоскости 40 плунжера 27 и кольцевой выточки 41 на фланце 32 могут быть установлены контрольные штоки. На отводе 50, приваренном к фланцу 32 сальникового устройства 51 с возможностью прохождения через него штока 52, одним концом шток 52 ввернут в гайку 29, закрепляющую одновременно плунжер 27, другой конец выходит за пределы сальника 51. На этом конце штока 52 закреплен магнит 53. На гайку сальника 54 надета немагнитная втулка 55. Снаружи втулки 55 установлены катушки обмотки 56. Перечисленные элементы составляют датчик линейных перемещений, с помощью которого можно контролировать наличие соприкосновения плоскости 40 на плунжере 27 с плоской кольцевой выточкой 41 на фланце 32 с передачей результата на расстояние.

На фиг.6 изображен ручной способ контроля наличия соприкосновения плоскости 40 плунжера 27 с плоской кольцевой выточкой 41 на фланце 32 без передачи на расстояние. Шток 57 со штоком 28 не соединен и не совершает возвратно-поступательных движений. Во время работы дебитомера надо нажать пальцем на наружный конец штока 57 до соприкосновения его с штоком 28. Отпустить шток 57. При движении от перегородки 19 к фланцу 32 плунжер 27 вытолкнет шток 57. По величине выхода штока 57 определяют наличие соприкосновения плоскости 40 на плунжере 27 с плоской кольцевой выточкой 41 на фланце 32.

Внутренний диаметр замерного цилиндра 1 и высота этого цилиндра должны быть равны внутреннему диаметру цилиндра и ходу плунжера штангового насоса, установленного в контролируемой скважине. Это условие выполняется, если необходимо получить замер количества продукции, поднятой на поверхность за один ход плунжера штангового насоса без пересчета. В этом случае дебитомер может быть стационарным и переносным. Замеренную продукцию в цилиндре 1 с зафиксированным в верхнем положении штоком 3 можно везти на расстояние для исследовательских работ.

Поршневой дебитомер может применяться с другими размерами замерного цилиндра 1 фиг. 1, не равными размерам замеряемого штангового насоса (внутренний диаметр, высота хода плунжера).

Поршневой дебитомер является уравновешивающим устройством. При движении штанговой подвески 38 вниз поршень 3 замерного цилиндра оказывает сопротивление этому движению, т. е. выполняет функцию противовеса, появляется возможность уменьшить вес противовесов 58, а при установке сужающего устройства 59 (калиброванного отверстия) на выходе из двухплунжерного распределителя 8 грузы противовесов 58 можно убрать полностью.

При применении в качестве привода штангового насоса гидроприводных установок дебитомер поршневой также может быть замерным и уравновешивающим устройством.

В случае разгерметизации устьевого сальника 60 (например, обрыв штанг) поступление продукции в распределитель 8 прекратится. Плунжеры 25 и 27 прекратят движение. Пружина 26 прижмет их в левое крайнее положение, при этом плунжер 25 прижмется торцовой плоскостью 45 к плоской кольцевой выточке 46 на входном фланце 31, а цилиндрической поверхностью перекроет окно 22. Проникновение продукции из трубопровода сбора продукции в скважину и к сальнику 60 будет надежно исключено. Распределитель выполнит роль обратного клапана.

Формула изобретения

ПОРШНЕВОЙ ДЕБИТОМЕР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТОКОВ ПРОДУКЦИИ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН, содержащий гидравлически связанный внутренней полостью с внутритрубным пространством скважины и трубопроводом промыслового сбора продукции замерный цилиндр из немагнитного материала, в котором расположен шток, выведенный за пределы цилиндра через закрепленный в его верхней части сальник, прикрепленный к нижней части штока поршень из магнитного материала с элементами уплотнения в виде резиновых манжет и размещенные с внешней стороны замерного цилиндра обмотки катушки индуктивности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности замера путем исключения обратного перетока продукции, он снабжен двухплунжерным распределителем с датчиком линейных перемещений плунжеров, при этом двухплунжерный распределитель выполнен в виде цилиндрического корпуса, внутренняя полость которого разделена проницаемой перегородкой на входную и выходную полости, в каждой из которых установлена сменная втулка с размещенным в ней плунжером, причем плунжеры жестко связаны между собой штоком, проходящим через проницаемую перегородку, а плунжер, находящийся во входной полости цилиндрического корпуса, подпружинен, с торцевых сторон на корпус надеты стянутые шпильками для фиксации втулок фланцы с плоскими кольцевыми выточками, которые образуют с плунжерами вертикальные плоскости уплотнения, цилиндрические поверхности плунжеров образуют с внутренней поверхностью втулок горизонтальные плоскости уплотнения, совмещенные отверстия втулок и корпуса образуют окна, которые соединены трубной скобой, причем фланец со стороны входной полости корпуса прикреплен посредством соединительного фланца к выкидной линии скважины, а датчик линейных перемещений плунжеров расположен со стороны выходной полости цилиндрического корпуса распределителя и выполнен в виде жестко скрепленного с соединенным с выходным фланцем отводом трубопровода промыслового сбора продукции сальника с гайкой и надетого на нее немагнитного цилиндра, в котором расположен шток, один конец его выходит через сальник за пределы немагнитного цилиндра и жестко соединен посредством гайки с выведенным за пределы цилиндрического корпуса концом штока двухплунжерного распределителя, на втором конце штока датчика линейных перемещений плунжеров закреплена магнитная втулка, а с внешней стороны немагнитного цилиндра закреплены электрические обмотки катушки индуктивности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7