Установка для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином

Изобретение относится к установке для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином. Установка для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином включает в себя первый, второй насосы высокого давления и устройство для проведения исследований. Насосы имеют общую термостатирующую систему. Устройство для проведения исследований имеет двухконтурную систему термостатирования и корпус. В корпусе установлены первая и вторая измерительные ячейки. Первая измерительная ячейка снабжена подсветкой, электронным микроскопом и визуальной камерой высокого давления. Вторая измерительная ячейка снабжена приемником ИК-излучения, передатчиком ИК-излучения и фотометрической камерой высокого давления. Вход визуальной камеры высокого давления соединен с внутренней полостью первого насоса высокого давления. Выход визуальной камеры высокого давления соединен с входом фотометрической камеры высокого давления. Выход фотометрической камеры высокого давления соединен с внутренней полостью второго насоса высокого давления. Технический результат заключается в повышении надежности и скорости процесса измерений, в повышении однозначности интерпретации результатов измерений, в возможности проведения многократных измерений температуры насыщения жидких углеводородов твердыми частицами двумя дублирующими методами фотометрическим и визуальным. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к оборудованию для исследования физических свойств жидких углеводородов и может быть использовано в стационарных и полевых производственных лабораториях, добывающих и транспортирующих жидкие углеводороды организациях, а также в научно-исследовательских лабораториях для определения температуры насыщения (начала кристаллизации) жидких углеводородов твердыми частицами (парафином и асфальтосмолопарафиновыми отложениями), а также для определения давления насыщения проб газом при различных температурах.

Известна установка для определения температуры насыщения нефти парафином, включающая камеру высокого давления, верхняя часть которой подсоединена к осветителю с набором линз, а с ее полостью соединена одним концом термопара, второй конец которой помещен в склянку с жидким азотом, устройства для ввода и вывода пробы, фотодатчик и термостат с термометром, отличающаяся тем, что она снабжена измерительным прессом с манометром, измерительным вентилем, световодом, генератором-коммутатором и самопишущим потенциометром, а камера высокого давления, устройства для ввода пробы и измерительный вентиль помещены в термостат, при этом нижняя часть камеры высокого давления соединена посредством световода с фотодатчиком, к корпусу нижней части измерительного вентиля подсоединен измерительный пресс, к которому посредством трубопровода подсоединено устройство для вывода пробы, причем осветитель, фотодатчик и термопара соединены с генератором-коммутатором, который соединен с самопишущим потенциометром (см. патент РФ №2153068, МПК Е21В 47/06, опубл. 20.07.2000).

Недостатками упомянутой выше установки являются ограниченность применения (светлые нефти), не отвечающие современным требованиям метрологические характеристики, несовершенство системы термостатирования и низкий уровень автоматизации.

Известно устройство ПТП-1М, включающее сосуд высокого давления с входным штуцером и выходным вентилем, снабженный двумя смотровыми стеклами, которые установлены в подвижных ввинчивающихся тубусах на одной вертикальной оси. Подвижный тубус позволяет регулировать расстояние между смотровыми стеклами и тем самым изменять толщину слоя исследуемой нефти от 1 до 5 мм (Экспериментальные методы исследования парафинистых нефтей / Под ред. К.Д. Ашмяна. - М.: ОАО «ВНИИНефть», 2004. - 108 с).

Недостатками описанного выше устройства являются: недостаточная точность термостатирования, низкий уровень автоматизации, отсутствие системы перемешивания, низкая точность измерений. В модифицированной версии ПТП-2 внедрены решения, повышающие точность термостатирования камер.

Известно устройство, представляющее собой модули выделения твердых углеводородов и выделения асфальтенов, входящие в устройство для измерения термодинамических свойств пластовых флюидов (см. патент РФ №2606256 МПК G01N 11/16, Е21В 49/00, опубл. 10.01.2017).

Недостатком описанных выше модулей является низкая прецизионность исследований, результаты которых используются преимущественно для QC (контроля качества).

Наиболее близким аналогом заявленного является устройство для определения температуры насыщения углеводородов парафином, включающее устройства для ввода и вывода пробы, камеру высокого давления, внутренняя полость которой соединена с рабочим цилиндром микропресса (см. патент РФ №82039 МПК G01N 21/00, опубл. 10.04.2009).

Недостатками описанного устройства являются: отсутствие системы перемешивания флюида, отсутствие средств визуализации камеры высокого давления и невозможность имитации определения температуры насыщения углеводородов парафином в потоке.

Техническими проблемами при эксплуатации рассмотренных выше устройств являются:

- отсутствие системы перемешивания флюида, что не позволяет проводить многократные измерения одной и той же пробы;

- отсутствие средств визуализации процесса измерения в камере, что не позволяет применить визуальный метод определения температуры насыщения в дополнение к фотометрическому либо наоборот;

- невозможность имитации определения температуры насыщения углеводородов парафином в потоке;

- невозможность корректной оценки качества исследуемой пробы путем определения ее давления насыщения газом.

Задачей, на решение которой направлено заявленное, является расширение функциональных возможностей установки и улучшение ее метрологических характеристик.

Техническим результатом является:

- повышение надежности и скорости процесса измерений за счет повышения точности термостатирования камер высокого давления, а также улучшения метрологических характеристик и применения современных средств измерений и автоматизации;

- повышение однозначности интерпретации результатов измерений за счет определения температуры насыщения жидких углеводородов твердыми частицами одновременно двумя дублирующими методами: фотометрическим (в инфракрасном (ИК) диапазоне) и визуальным;

- возможность проведения многократных (повторных) измерений температуры насыщения жидких углеводородов твердыми частицами одной пробы двумя дублирующими методами фотометрическим и визуальным за счет обеспечения фазового равновесия пробы при подготовке к ее исследованию и в процессе путем перекачивания из одного насоса высокого давления в другой без использования специальных перемешивающих устройств.

Технический результат достигается за счет того, что установка для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином включает в себя первый и второй насосы высокого давления, которые имеют общую термостатирующую систему, устройство для проведения исследований, имеющее двухконтурную систему термостатирования и корпус, в котором установлены первая и вторая измерительные ячейки, первая измерительная ячейка снабжена подсветкой, электронным микроскопом и визуальной камерой высокого давления, вторая измерительная ячейка снабжена приемником ИК-излучения, передатчиком ИК-излучения и фотометрической камерой высокого давления, при этом вход визуальной камеры высокого давления соединен с внутренней полостью первого насоса высокого давления, а выход - со входом фотометрической камеры высокого давления, выход которой соединен с внутренней полостью второго насоса высокого давления.

Общая термостатирующая система насосов высокого давления может быть выполнена в виде двух жидкостных рубашек, каждая из которых охватывает один из корпусов насосов высокого давления и подключена к жидкостному термостату.

Двухконтурная система термостатирования устройства для проведения исследований может состоять из первого контура, выполненного в виде термостата термоэлектрического, установленного в корпусе устройства для проведения исследований, и второго контура, выполненного в виде рубашки термостатирования упомянутого корпуса, сообщенной с жидкостными рубашками, охватывающими корпуса насосов высокого давления.

Установка может содержать датчики температуры исследуемого флюида, расположенные в первой и второй измерительных ячейках, а также датчики температуры исследуемого флюида, расположенные во внутренних полостях первого и второго насосов высокого давления и подключенные к жидкостному термостату.

Установка может содержать датчик давления, установленный на трубопроводе, соединенном с внутренней полостью первого насоса высокого давления и датчик давления, установленный на трубопроводе, соединенном с внутренней полостью второго насоса высокого давления.

Датчики давления, жидкостной термостат, термостат термоэлектрический, приемник ИК-излучения, электронный микроскоп могут быть подключены к блоку управления, соединенному с персональным компьютером.

Применение гидравлической системы из двух насосов высокого давления, позволяет: во-первых, осуществлять перемешивание пробы и ее гомогенизацию путем ее перекачивания из одного насоса в другой без использования специальных перемешивающих устройств; во-вторых, точно определять текущий объем всей системы, занимаемой флюидом; в-третьих, реализовывать метод изотермического расширения или сжатия системы, как в одноканальном режиме, так и в режиме расширения по дифференциалу давления (при одновременном перекачивании флюида из одного насоса в другой).

Применение двухконтурной системы термостатирования устройства для проведения исследований позволяет устанавливать и контролировать температуру в визуальной и фотометрической камерах высокого давления с высокой точностью.

Применение первой и второй измерительных ячеек совместно с двумя насосами высокого давления позволяет проводить многократные измерения температуры насыщения жидких углеводородов твердыми частицами одновременно фотометрическим и визуальным методами, а также проводить измерения давления насыщения в дискретном и непрерывном режимах.

Сущность заявленной установки для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином поясняется чертежом.

На чертеже показано схематическое изображение установки для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином.

На чертеже пунктирной линией показаны линии передачи данных, тонкими линиями показаны трубопроводы для исследуемого флюида, а толстыми линиями показаны трубопроводы для термостатирующей жидкости.

На чертеже элементы установки для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином обозначены следующими позициями: визуальная камера 1 высокого давления, фотометрическая камера 2 высокого давления, верхний оптический тубус 3 первой измерительной ячейки, верхний оптический тубус 4 второй измерительной ячейки, лампа подсветки 5 верхнего оптического тубуса 3, передатчик ИК-излучения 6, верхнее смотровое стекло 7 визуальной камеры 1, верхнее смотровое стекло 8 фотометрической камеры 2, жидкостная рубашка термостатирования 9, нижний оптический тубус 10 первой измерительной ячейки, нижний оптический тубус 11 второй измерительной ячейки, электронный микроскоп 12, приемник ИК-излучения 13, нижнее смотровое стекло 14 визуальной камеры 1, нижнее смотровое стекло 15 фотометрической камеры 2, первый насос высокого давления 16, второй насос высокого давления 17, термостат жидкостной 18, датчик давления 19, установленный на трубопроводе, сообщенном с внутренней полостью первого насоса 16, датчик давления 20, установленный на трубопроводе, сообщенном с внутренней полостью второго насоса 17, датчик температуры 21, установленный в первой измерительной ячейке, датчик температуры 22, установленный во второй измерительной ячейке, датчик температуры 23, установленный во внутренней полости первого насоса 16, датчик температуры 24, установленный во внутренней полости второго насоса 17, блок управления 25, персональный компьютер 26, вакуумный насос 27, термостат термоэлектрический 28, вентиль 29, установленный на линии выхода исследуемого флюида (жидких углеводородов) из фотометрической камеры 2 высокого давления, вентиль 30 и вентиль 31, установленные на линии подачи исследуемого флюида в установку для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином, вентиль 32, установленный на трубопроводе соединяющим внутреннюю полость первого насоса высокого давления 16 с линией подачи исследуемого флюида в установку для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином, вентиль 33, установленный на трубопроводе, соединяющим внутреннюю полость второго насоса высокого давления 17 и линию отвода исследуемого флюида из устройства для проведения исследований.

Установка для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином включает в себя устройство для проведения исследований, имеющее корпус, в котором установлены первая измерительная ячейка, вторая измерительная ячейка и термостат термоэлектрический 28. Корпус устройства для проведения исследований снабжен рубашкой термостатирования 9. Термостат термоэлектрический 28 расположен в корпусе между первой и второй измерительными ячейками.

Первая измерительная ячейка состоит из верхнего оптического тубуса 3 и нижнего оптического тубуса 10, между которыми расположена визуальная камера 1 высокого давления, снабженная верхним смотровым стеклом 7 и нижним смотровым стеклом 14. В верхней торцевой части верхнего оптического тубуса 3 расположена подсветка, выполненная в виде лампы подсветки 5, а в нижней торцевой части нижнего оптического тубуса 10 установлен электронный микроскоп 12. Первая измерительная ячейка снабжена датчиком температуры 21.

Вторая измерительная ячейка состоит из верхнего оптического тубуса 4, и нижнего оптического тубуса 11, между которыми расположена фотометрическая камера 2 высокого давления, снабженная смотровым стеклом 8 и смотровым стеклом 15. В верхней торцевой части нижнего оптического тубуса 11 расположен передатчик ИК-излучения 6. В нижней торцевой части нижнего оптического тубуса 11 установлен приемник ИК-излучения 13. Вторая измерительная ячейка снабжена датчиком температуры 22.

Первый насос высокого давления 16 и второй насос высокого давления 17, представляют собой автоматические плунжерные насосы с сервоприводом, контролируемые с помощью блока управления.

Линия подачи исследуемого флюида в установку для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином подсоединена к ячейке PVT, в которой флюид находится в однофазном состоянии, или к пробоотборному оборудованию, содержащему пробу флюида, находящуюся в однофазном состоянии (на чертеже не показаны).

Внутренняя полость первого насоса высокого давления 16 соединена с линией подачи исследуемого флюида в установку посредством трубопровода для исследуемого флюида, на котором последовательно установлены датчик давления 19 и вентиль 32. Внутренняя полость первого насоса высокого давления 16 снабжена датчиком температуры 23.

Линия подачи исследуемого флюида в установку для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином снабжена вентилем 30 и вентилем 31. Вентиль 30 расположен на линии подачи исследуемого флюида в установку до места соединения с ней трубопровода для исследуемого флюида, соединенного с насосом 16. Вентиль 31 расположен на линии подачи исследуемого флюида после места соединения с ней трубопровода для исследуемого флюида, соединенного с насосом 16.

Внутренняя полость второго насоса высокого давления 17 соединена с фотометрической камерой 2 посредством трубопровода, на котором установлены датчик давления 20 и вентиль 33. Внутренняя полость второго насоса высокого давления 17 снабжена датчиком температуры 24.

Насосы высокого давления 16 и 17, приводимые в действие сервоприводами, позволяют осуществлять управляемое перемешивание пробы и устанавливать различные режимы измерений.

Линия отвода исследуемого флюида из устройства для проведения исследований снабжена вентилем 29, оборудована вакуумным насосом 27, используется в качестве дренажа при продувке установки и подключена к трубопроводу, соединенному с внутренней полостью насоса 17.

Первый насос 16 высокого давления снабжен термостатирующей жидкостной рубашкой, охватывающей его корпус и сообщенной с жидкостным термостатом 18 посредством трубопровода с запорным вентилем. С целью обеспечения непрерывной циркуляции термостатирующей жидкости упомянутая термостатирующая жидкостная рубашка сообщена с жидкостной рубашкой термостатирования 9 устройства для проведения исследований посредством трубопровода.

Второй насос 17 высокого давления также снабжен термостатирующей жидкостной рубашкой, охватывающей его корпус и сообщенной с жидкостным термостатом 18 посредством трубопровода с запорным вентилем. Также упомянутая термостатирующая жидкостная рубашка сообщенна с жидкостной рубашкой термостатирования 9 устройства для проведения исследований посредством трубопровода. К жидкостному термостату 18 подключены датчики температуры 23 и 24.

Установка для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином содержит блок управления 25 на базе программно-логистических контроллеров, который подключен к персональному компьютеру 26 с программным интерфейсом.

К блоку управления 25 подключены датчик давления 19, датчик давления 20, термостат термоэлектрический 28, электронный микроскоп 12, приемник ИК-излучения 13, термостат жидкостной 18 и серводвигатели насосов высокого давления. Автоматизация и управление установкой, обработка результатов эксперимента достигнуты благодаря применению современных технических средств на базе программно-логистических контроллеров, персонального компьютера и специализированного программного обеспечения.

Установка для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином работает следующим образом.

Включают блок управления. Поршни первого 16 и второго 17 насосов высокого давления приводят в крайнее положение, соответствующее минимальному объему жидкости во внутренней полости насосов высокого давления (мертвому объему, который измерен предварительно). Осуществляют вакуумирование установки. Далее термостатируют визуальную 1 и фотометрическую 2 камеры, внутренние полости насосов 16, 17 высокого давления, а также подводящие линии и фитинги. Термостатирование осуществляют с помощью термостата жидкостного 18 и термостата термоэлектрического 28 до значения температуры пробы, требуемой по условиям проводимых исследований и экспериментов.

Внутреннюю полость первого насоса 16 высокого давления присоединяют к ячейке PVT или к пробоотборному оборудованию (на чертеже не показано), в котором флюид находится в однофазном состоянии.

Загрузку пробы исследуемого флюида осуществляют во внутреннюю полость первого насоса 16 через открытые вентили 30, 32 (при закрытом вентиле 31) при поддержании давления, соответствующему давлению в линии подачи исследуемого флюида в установку.

Осуществляют термостатирование первого 16 и второго 17 насосов до температуры необходимой по условиям проводимого эксперимента. Термостатирование осуществляют посредством общей для обоих насосов термостатирующей системы, которая выполнена в виде двух жидкостных рубашек, каждая из которых охватывает один из корпусов насосов высокого давления и подключена к жидкостному термостату 18.

Устанавливают и контролируют температуру в визуальной 1 и фотометрической 2 камерах высокого давления посредством двухконтурной системы термостатирования. Первый контур системы термостатирования реализуется термостатом термоэлектрическим 28, а второй контур термостатирования выполнен в виде рубашки термостатирования упомянутого корпуса, сообщенной с жидкостными рубашками, охватывающими корпуса первого 16 и второго 17 насосов высокого давления.

После загрузки пробы перекрывают вентиль 30 и плавно открывают вентиль 31 и вентиль 33, осуществляя заполнение пробой визуальной камеры 1 и фотометрической камеры 2, а также полости второго насоса 17 при поддержании постоянного давления. Совершают не менее двух циклов перекачивания пробы, во время которых проба перекачивается обратно из внутренней полости второго насоса 17 во внутреннюю полость первого насоса 16, что обеспечивает перемешивание пробы.

Осуществляют измерение температуры насыщения жидких углеводородов твердыми частицами в соответствии с действующей нормативной документацией (ОСТ 39.034-76 «Нефть. Метод определения температуры насыщения нефти парафином. Фотометрический способ»). Измерения температуры проводят посредством датчиков температуры 21, 22.

Изменение давления и температуры при проведении исследований проводят ступенчато или непрерывно.

Как правило, измерения проводят в режиме изобарического охлаждения системы на нескольких изобарах фотометрическим и визуальным методом. Для этого устанавливают режим работы насосов (статичный или динамичный) и производят постепенное (с определенной заданной скоростью охлаждения °С/мин) охлаждение ячейки до температуры насыщения исследуемой пробы парафином в изобарическом режиме.

Охлаждение производят с помощью изменения температуры в термостате жидкостном 18 и термостате термоэлектрическом 28. Фотометрический метод заключается в том, что волны от передатчика ИК-излучения 6 проходят сквозь слой флюида, находящегося в фотометрической камере 2, принимаются приемником ИК-излучения 13 и с помощью блока управления 25 преобразованный сигнал с измеренным значением интенсивности фототока передается в персональный компьютер 26. От датчиков давления 19, 20 и температуры 21, 22 сигналы передаются аналогично в персональный компьютер 26. Обработка и графическое представление данных осуществляется в персональном компьютере по зависимости величины интенсивности фототока от температуры.

Температуру, при которой в исследуемой пробе появляются твердые частицы парафина (определяется по интерпретации характерного скачкообразного снижения интенсивности фототока), принимают за температуру насыщения жидких углеводородов парафином.

Измерение визуальным методом предполагает дискретное фотографирование нижнего смотрового стекла 14 визуальной камеры 1 электронным микроскопом 12, с последующей программной обработкой полученных изображений. Температура насыщения жидких углеводородов твердыми частицами определяется по времени начала образования кристаллов парафина.

Определение давления насыщения пробы проводят объемным и визуальным методами в режиме изотермического расширения (или сжатия) системы. За счет определения давления насыщения глубинных и сепараторных проб жидких углеводородов двумя методами обеспечивается возможность оценки качества проб перед проведением исследований и непосредственно после.

Измерение давления насыщения возможно провести двумя способами: в дискретном режиме и непрерывном сканирующем. Оба способа являются автоматическими.

Отличие режимов состоит в том, что при дискретном режиме проводят циклично последовательные процедуры: восстановление пробы, расширение системы увеличение объема), перемешивание, измерение параметров и затем повторяют, а при непрерывном измерения проводятся постоянно, расширение системы производится также непрерывно при малой скорости. Для определения давления насыщения жидких углеводородов газом объемным методом осуществляют обработку зависимостей «давление -объем» или «давление - приращение объема». Давлению насыщения соответствует точка резкого изменения скорости изменения давления.

Для определения давления насыщения визуальным методом анализируют видеоизображение с микроскопа 12 и визуально наблюдают образование первого пузырька газовой фазы, давление при котором это произошло принимают за давление насыщения.

Установка для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином может найти практическое применение в нефтегазовой промышленности, так как опытный образец, содержащий совокупность приведенных выше признаков, изготовлен и успешно прошел лабораторные испытания при определении температуры начала кристаллизации парафина или асфальтосмолопарафиновых отложений в нефти, газовом конденсате и смесях жидких углеводородов.

Отличительной особенностью установки является возможность проводить измерения в динамическом режиме, имитируя процесс осаждения твердых частиц в трубопроводе - что является актуальной задачей для транспортировки жидких углеводородов по магистральным трубопроводам. Проведенные измерения показали высокую воспроизводимость результатов измерения давления насыщения не только нефтей и газовых конденсатов, но и глубинных проб воды. Практическая значимость установки связана с ее надежностью, простотой обслуживания и эксплуатации, универсальностью, что может быть полезно при использовании полевых лабораторий непосредственно на месторождении.

1. Установка для определения температуры насыщения жидких углеводородов парафином включает в себя первый и второй насосы высокого давления, которые имеют общую термостатирующую систему, устройство для проведения исследований, имеющее двухконтурную систему термостатирования и корпус, в котором установлены первая и вторая измерительные ячейки, внутренняя полость первого насоса высокого давления соединена с линией подачи исследуемого флюида, первая измерительная ячейка состоит из верхнего оптического тубуса и нижнего оптического тубуса, между которыми расположена визуальная камера высокого давления, верхний оптический тубус первой измерительной ячейки снабжен подсветкой, а нижний оптический тубус первой измерительной ячейки снабжен электронным микроскопом, вторая измерительная ячейка состоит из верхнего оптического тубуса и нижнего оптического тубуса, между которыми расположена фотометрическая камера высокого давления и снабжена приемником ИК-излучения и передатчиком ИК-излучения, волны от которого проходят сквозь слой флюида, находящегося в фотометрической камере, и принимаются приемником ИК-излучения, при этом вход визуальной камеры высокого давления соединен посредством трубопровода с внутренней поверхностью первого насоса высокого давления, а выход - с входом фотометрической камеры высокого давления, выход которой соединен с внутренней полостью второго насоса высокого давления, которая соединена с линией отвода исследуемого флюида из устройства для проведения исследований, при этом линия отвода оборудована вакуумным насосом, а насосы высокого давления приводятся в действие сервоприводами с возможностью управляемого перемешивания пробы и установления режимов измерений.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что общая термостатирующая система насосов высокого давления выполнена в виде двух жидкостных рубашек, каждая из которых охватывает один из корпусов насоса высокого давления и подключена к жидкостному термостату.

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что двухконтурная система термостатирования устройства для проведения исследований состоит из первого контура, выполненного в виде термостата термоэлектрического, установленного в корпусе устройства для проведения исследований, и второго контура, выполненного в виде рубашки термостатирования упомянутого корпуса, сообщенной с жидкостными рубашками, охватывающими корпуса насосов высокого давления.

4. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что она содержит датчики температуры исследуемого флюида, расположенные в первой и второй измерительных ячейках, а также датчики температуры исследуемого флюида, расположенные во внутренних полостях первого и второго насосов высокого давления и подключенные к жидкостному термостату.

5. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что она содержит датчик давления, установленный на трубопроводе, соединенном с внутренней полостью первого насоса высокого давления и датчик давления, установленный на трубопроводе, соединенном с внутренней полостью второго насоса высокого давления.

6. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что датчики давления, жидкостный термостат, термостат термоэлектрический, приемник ИК-излучения, электронный микроскоп подключены к блоку управления, соединенному с персональным компьютером.