Устройство для измерения расхода газонасыщенной жидкости

 

Изобретение может быть использовано для измерения содержания жидкой и газообразной фракций в нефтегазоводяных смесях. Устройство содержит гидроциклонный сепаратор, включающий герметичную емкость с входным и выходным гидравлическими, а также газовым каналами, запорные механизмы и расходомеры, установленные на выходном гидравлическом и газовом каналах. Внутри герметичной емкости соосно установлен стакан, в стенке которого, образующей цилиндрический кольцевой зазор со стенкой емкости, выполнены отверстия. Дно стакана имеет форму колокола и расположено со стороны входного гидравлического канала. Внутри стакана установлен датчик уровня воды. В донной части герметичной емкости для отвода из нее воды установлен дополнительный гидравлический канал. Входное отверстие выходного гидравлического канала размещено на уровне 0,2-0,3 высоты емкости. Изобретение обладает повышенной надежностью и простотой в эксплуатации, повышает точность учета расхода нефти из скважины за счет дополнительного отделения парафиносмолосодержащих составляющих. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения содержания жидкой и газообразной фракций в нефтегазоводяных смесях.

Трудности измерения количества нефти, добываемой из скважин, обусловлено наличием в нефти растворенного и свободного газа, большой вязкостью нефти, выделением парафина, наличием воды и механических примесей.

Известно устройство для измерения количества нефтепродуктов, содержащее газовый счетчик и дифференциальный манометр, которые включены параллельно герметичному корпусу, в котором установлены измерительные ковши с грузовым уравновешивателем [1] . Смесь подается в ковши и поочередно выводится из корпуса через гидрозатвор. Выход дифференциального манометра соединен со счетчиком числа опрокидываний измерительных ковшей.

К недостаткам такого устройства можно отнести большую погрешность измерения, связанную с тем, что измеряемая жидкость не полностью выливается из измерительных ковшей. В процессе измерения на стенках измерительных ковшей появляется все более увеличивающийся слой парафина, а главным параметром при таких измерениях является вес жидкой фракции в ковше (P=const). Кроме того, совершенно не учитывается расход газа и вся газонасыщенная жидкость по выходному патрубку вновь попадает в сборный коллектор.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей технической сущности является устройство для измерения количества расхода газонасыщенной жидкости, содержащее гидроциклонный сепаратор, включающий герметичную емкость с входным и выходным гидравлическими каналами, а также газовым каналом, запорные механизмы на указанных каналах, регулятор давления и расходомеры, установленные на выходном гидравлическом и газовом каналах [2].

Однако прототипу присущи следующие недостатки: - нефтепродукты из выходного гидравлического канала поступают в сборный коллектор в исходном состоянии; - через расходомер проходит смесь нефти с водой, поэтому появляются завышенные замеры; - низкая эксплуатационная надежность из-за парафиносмолосодержащих отложений в расходомере, на выходном гидравлическом канале и регуляторе давления.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для измерения расхода газонасыщенной жидкости.

При осуществлении заявляемого изобретения для решения указанной задачи могут быть получены следующие технические результаты: - повышение надежности работы устройства вследствие разделения газонасыщенной жидкости на фракции нефти, газа, воды и механических примесей, а также резкого сокращения прохождения парафиносмолосодержащих составляющих через расходомеры; - повышение точности учета расхода нефти за счет раздельного учета вышеперечисленных фракций; - возможность непрерывного измерения расхода продукции из скважины; - нефть, газ и вода после их измерения могут быть направлены в раздельные сборные или в один общий коллектор в зависимости от принятой системы сбора.

Для этого в известном устройстве для измерения расхода газонасыщенной жидкости, содержащем гидроциклонный сепаратор, включающий герметичную емкость с входным и выходным гидравлическими каналами, а также газовым каналом, запорные механизмы на указанных каналах, регулятор давления и расходомеры, установленные на выходном гидравлическом и газовом каналах для измерения объемного расхода нефти и расхода газа, предлагается внутри герметичной емкости, выполненной цилиндрической, соосно установить стакан, дно которого расположить со стороны входного гидравлического канала, а в стенке, образующей со стенкой указанной емкости цилиндрический кольцевой зазор, выполнить отверстия, при этом в донной части цилиндрической герметичной емкости для отвода из нее воды установить дополнительный гидравлический канал с запорным механизмом, а входное отверстие выходного гидравлического канала разместить на уровне 0,20 - 0,30 высоты герметичной емкости.

Приведенная выше совокупность ограничительных и отличительных признаков обеспечивает получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Нижеприведенные отличительные признаки в совокупности с существенными признаками прототипа характеризуют изобретение лишь в частных случаях, для достижения технического результата, указанного выше: - входное отверстие выходного гидравлического канала размещено внутри стакана, а в стенке последнего закреплен датчик уровня воды, связанный с запорными механизмами выходного и дополнительного гидравлических каналов, - регулятор давления установлен на газовом канале, на выходном гидравлическом канале установлен емкостной расходомер, а на дополнительном гидравлическом канале - расходомер для учета объемного расхода воды;
- величина цилиндрического кольцевого зазора равна толщине струи измеряемой жидкости, а дно стакана выполнено в форме колокола;
- внутренний объем стакана соединен с внутренним объемом герметичной емкости через патрубок, закрепленный на дне стакана.

Все вышеизложенное дает возможность разделить газонасыщенную жидкость на газовую, нефтяную и водяную фракции, дополнительно отделить парафин, смолу и механические примеси, а также позволяет повысить точность измерения расхода нефти из скважины, производить раздельный учет газа, массы и объема нефти и объема воды.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом.

Устройство для измерения количества расхода газонасыщенной жидкости содержит входной гидравлический канал 1 с гидроциклонным сепаратором 2, соединенным с цилиндрической герметичной емкостью 3, внутри которой соосно установлен цилиндрический стакан 4. Стенка цилиндрического стакана 4 образует со стенкой вышеуказанной емкости 3 цилиндрический кольцевой зазор, величина которого равна толщине струи измеряемой жидкости. Дно 5 цилиндрического стакана 4, имеющее форму колокола, расположено со стороны входного гидравлического канала 1. В стенке цилиндрического стакана 4 выполнены отверстия 6. Внутри этого стакана на уровне 0,20...0,30 высоты цилиндрической герметичной емкости 3 размещено входное отверстие выходного гидравлического канала 7. Объем воды в нефтегазоводяной смеси, поступающей из скважины, составляет от 20 до 30% объема нефтеводяной смеси. Внутренний объем цилиндрического стакана 4 соединен с внутренним объемом цилиндрической герметичной емкости 3 через патрубок 8.

В донной части герметичной цилиндрической емкости 3 для отвода воды установлен дополнительный гидравлический канал 9 с запорным механизмом 10 и расходомером 11. Вода через дополнительный гидравлический канал 9 может подаваться в коллектор, предназначенный для сбора и транспортировки воды (на чертеже не показан).

На газовом канале 12 установлен регулятор давления 13, запорный механизм 14 и расходомер газа 15. Газ поступает в коллектор 16.

Выходной гидравлический канал 7 через емкостной расходомер 17 с измерительным прибором 18, объемный расходомер 19 с измерительным прибором 20 и запорный механизм 21 соединен со сборным коллектором 22.

Внутри цилиндрического стакана 4 на уровне 0,20...0,30 высоты цилиндрической герметичной емкости 3 установлен датчик уровня воды 23, соединенный с управляющим устройством 24, которое воздействует на запорные механизмы 10 и 21. Указанные запорные механизмы могут быть выполнены в виде управляемых электромагнитных задвижек.

Устройство для измерения расхода газонасыщенной жидкости работает следующим образом.

Газонасыщенная жидкость из скважины через входной гидравлический канал 1 поступает в гидроциклонный сепаратор 2, в котором под действием центробежных сил происходит разделение свободного газа и нефтеводяной смеси. Из гидроциклонного сепаратора 2 нефтеводяная смесь, попадая на колоколообразное дно 5 цилиндрического стакана 4, дополнительно выделяет газ. Указанная смесь в цилиндрическом кольцевом зазоре между внутренними стенками цилиндрической герметичной емкости 3 и наружными стенками цилиндрического стакана 4 под действием силы тяжести стекает на дно цилиндрической герметичной емкости 3 и через отверстия 6 попадает во внутреннюю полость цилиндрического стакана 4.

Вследствие различных удельных весов и адгезионных свойств нефти и воды в цилиндрическом кольцевом зазоре происходит предварительное разделение смеси на нефть и воду. Накапливаясь в нижней части цилиндрической герметичной емкости 3 и внутренней полости цилиндрического стакана 4, нефтеводяная смесь отстаивается. При этом дополнительно выделяется растворенный газ. Происходит естественное разделение нефтеводяной смеси по плотностям входящих в нее составляющих. В нижней части накапливается вода с механическими примесями (зона A). Выше этой зоны собирается нефть (зона B) и далее газ (зона C).

По мере накопления воды, нефти и газа в цилиндрической герметичной емкости 3 и внутренней полости цилиндрического стакана 4 избыточное давление в сепараторе повышается.

Давление внутри цилиндрической герметичной емкости 3 поддерживается в пределах 0,15. ..0,8 МПа и настраивается посредством регулятора давления 13 на конкретный дебит скважины. Учет расхода газа осуществляется газовым расходомером 15. Поддержание постоянного давления необходимо для уменьшения погрешности измерения нефти.

Под действием давления основная масса нефти из зоны В по выходному гидравлическому каналу 7 пропускается через емкостной расходомер 17, определяющий вес нефти (Р), и расходомер 19, измеряющий объемный расход нефти (V).

По мере поступления газонасыщенной жидкости из скважины в цилиндрическую герметичную емкость 3 и поступления нефти в сборный коллектор 22 уровень воды (зона A) повышается. Как только сработает датчик уровня воды 23, сигнал от управляющего устройства 24 поступит на электромагнитные задвижки 10 и 21. Электромагнитная задвижка 10 открывается и вода из зоны A удаляется. Электромагнитная задвижка 22 в это время закрывается, и вода в сборный коллектор 23 не поступает.

Расход газа, воды и нефти измеряют в основном посредством расходомеров общетехнического назначения.

Учет объемного расхода нефти может быть осуществлен расходомерами или дебитмерами, например ДПН-3 [3].

Предлагаемое устройство также устраняет влияние динамического давления жидкости, поступающей по входному гидравлическому каналу, на характер ее истечения из выходного гидравлического канала.

Таким образом, реализация предлагаемого изобретения позволит получить точное, простое в эксплуатации и надежное устройство для измерения расхода газонасыщенной жидкости.

Литература
1. Патент СССР N 1811580, МПК G 01 F 1/00, 1993.

2. Авторское свидетельство СССР N 1770751, МПК G 01 F 1/00, 1975.

3. Петров А.И., Дробах В.Т. Техника измерения давлений и расходов жидкости и газа. - М.: Гостехиздат, 1963.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения расхода газонасыщенной жидкости, содержащее гидроциклонный сепаратор, включающий герметичную емкость с входным и выходным гидравлическими каналами, а также газовым каналом, запорные механизмы на указанных каналах, регулятор давления и расходомеры, установленные на выходном гидравлическом и газовом каналах для измерения объемного расхода нефти и расхода газа, отличающееся тем, что внутри герметичной емкости, выполненной цилиндрической, соосно установлен стакан, дно которого расположено со стороны входного гидравлического канала, а в стенке, образующей со стенкой указанной емкости цилиндрический кольцевой зазор, выполнены отверстия, при этом в донной части герметичной емкости для отвода из нее воды установлен дополнительный гидравлический канал с запорным механизмом, а входное отверстие выходного гидравлического канала размещено на уровне 0,20 - 0,30 высоты герметичной емкости.

2. Устройство для измерения расхода газонасыщенной жидкости по п.1, отличающееся тем, что входное отверстие выходного гидравлического канала размещено внутри стакана, а на стенке последнего закреплен датчик уровня воды, связанный с запорными механизмами выходного и дополнительного гидравлических каналов.

3. Устройство для измерения расхода газонасыщенной жидкости по п.1 или 2, отличающееся тем, что регулятор давления установлен на газовом канале, на выходном гидравлическом канале установлен емкостный расходомер, а на дополнительном гидравлическом канале - расходомер для учета объемного расхода воды.

4. Устройство для измерения расхода газонасыщенной жидкости по любому из пп. 1 - 3, отличающееся тем, что величина цилиндрического кольцевого зазора равна толщине струи измеряемой жидкости, а дно стакана выполнено в форме колокола.

5. Устройство для измерения расхода газонасыщенной жидкости по любому из пп. 1 - 4, отличающееся тем, что внутренний объем стакана соединен с внутренним объемом герметичной емкости через патрубок, закрепленный на дне стакана.

РИСУНКИ

Рисунок 1