устройство с поворотным байпасом для измерений водогазонефтяных потоков

Формула изобретения

Устройство с поворотным байпасом для измерений водогазонефтяных потоков, содержащее патрубок, байпас, трехходовые краны, червячную пару с электроприводом, тепловентилятор, тепловизор, отличающееся тем, что патрубок, встраиваемый в трубопровод посредством герметичных вертлюжных соединений со сферическими контактными поверхностями, имеет вращательную степень свободы, к патрубку посредством трехходовых кранов подключен подковообразный байпас, на патрубке установлено червячное колесо, байпас принимает горизонтальное и вертикальное положение, в вертикальном положении байпаса с помощью тепловентилятора и тепловизора определяют положение поверхностей раздела воды, нефти и газа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении продукции нефтяной скважины непосредственно на месте добычи нефти.

Среда, извлекаемая из нефтяных скважин, имеет неоднородный состав, включающий нефть, пластовую воду, газ. При контроле работы нефтяной скважины необходимо определять соотношение указанных выше компонентов в единице объема среды.

Наиболее близкими к изобретению устройствами по технической сущности являются измерительные установки для продукции нефтяных скважин [1], основными узлами которых являются сепаратор для разделения жидкой и газовой фазы, счетчики жидкости и газа, влагомер для определения соотношения объемных долей нефти и воды в жидкой фазе. Вследствие сложности и высокой стоимости такая установка обычно обслуживает группу скважин, соединенных с ней трубопроводами. Каждая скважина в зависимости от ее дебита подключается к измерительной установке на время от нескольких часов до суток с периодичностью 7-10 суток. После измерений жидкая и газовая фазы смешиваются, полученная смесь транспортируется к сборному пункту для подготовки нефти.

Измерительные установки для продукции нефтяных скважин имеют следующие недостатки:

- сложность конструкции, металлоемкость, высокая стоимость, необходимость постоянного технического обслуживания;

- невыгодность использования для одиночных, удаленных, малодебитных скважин;

- отсутствие отделения нефти от воды и в связи с этим низкая точность измерения содержания нефти в водонефтяной эмульсии при высокой обводненности.

Настоящее изобретение направлено на устранение указанных недостатков.

Технический результат, создаваемый предлагаемым устройством, состоит в упрощении конструкции, снижении металлоемкости, уменьшении стоимости, обеспечении экономической целесообразности установки устройства на отдельной скважине, разделении продукции скважины на компоненты, измерении объемной доли каждой компоненты.

Устройство с поворотным байпасом для измерений водогазонефтяных потоков (далее - устройство) имеет следующий состав и конструкцию.

Несущим элементом устройства является патрубок. Соединение патрубка с трубопроводом осуществляется герметичными вертлюгами со сферическими контактными поверхностями. Вертлюжное соединение обеспечивает возможность вращения патрубка относительно неподвижного трубопровода.

На патрубок надето червячное колесо. Вращение от входящего в состав устройства электродвигателя через червячную передачу передается патрубку. Патрубок вращается в пределах 90 градусов.

На патрубке установлены трехходовые краны, к которым подключен байпас, имеющий подковообразную форму с прямолинейными входным и выходным участками.

Благодаря вращательной степени свободы патрубка байпас может занимать горизонтальное или вертикальное положение.

Устройство снабжено тепловентилятором для нагревания и охлаждения байпаса, когда он находится в вертикальном положении

В состав устройства входит тепловизор для снятия температурного поля стенки байпаса.

Описанное устройство поясняется Фиг.1 со следующими обозначениями: 1 - трубопровод, 2 - вертлюжное соединение, 3 - трехходовой кран, 4 - патрубок, 5 - червячное колесо, 6 - тепловентилятор (местоположение показано условно), 7 - тепловизор.

Устройство работает следующим образом. Исходное положение байпаса - горизонтальное, трехходовые краны пропускают поток измеряемого вещества по байпасу. В заданный момент времени краны переводятся в положение, когда поток измеряемого вещества идет только по патрубку. В байпасе в это время сосредоточен образец измеряемой среды. Байпас переводится в вертикальное положение. Начинается процесс отстаивания и расслоения фаз. Для увеличения скорости и эффективности этого процесса поверхность байпаса нагревается с помощью тепловентилятора. Спустя определенное время в байпасе формируются отдельные слои, содержащие воду, нефть и газ при повышенной температуре. Слои указаны на Фиг.1.

Имеются патенты [2, 3] на устройства, содержащие температурно-чувствительные приборы, которые определяют уровень горячей жидкости в металлическом резервуаре. Принцип работы этих устройств основан на том, что на уровне контакта жидкости и газа происходит скачок температуры стенки, который определяется с помощью термопар, контактирующих со стенкой. Недостатком этих устройств является, во-первых, дискретность точек измерения температуры, во-вторых, - конструктивная сложность многоканального датчика температуры в виде набора термопар.

В предлагаемом устройстве также используется явление скачков температуры на уровнях поверхностей раздела нефти и газа, нефти и воды в условиях теплообмена с окружающей средой. Природа этих скачков обусловлена различием коэффициентов теплопроводности и теплоемкости контактирующих сред, участвующих в теплообмене.

В предлагаемом устройстве в качестве термочувствительного прибора используется тепловизор, обеспечивающий бесконтактное измерение температуры поверхности с хорошим пространственным разрешением.

В предлагаемом устройстве теплообмен между нагретым байпасом и окружающей средой интенсифицируется с помощью тепловентилятора с выключенной нагревательной частью, при этом тепловентилятор работает в режиме вентилятора.

Тепловизором снимают температурное поле стенки байпаса, определяют на нем скачки температуры, по которьм определяют местоположение поверхностей раздела «вода - нефть» и «нефть - газ».

Зная площадь поперечного сечения трубки байпаса, определяют объемные доли воды, нефти и газа.

Далее байпас переводится в горизонтальное положение, трехходовые краны открываются на пропуск по байпасу измеряемой среды, которая вытесняет исследованный образец, цикл измерений повторяется.

Источники информации

1. А.Ш.Фатхутдинов, М.А.Слепян, Н.И.Ханов, Е.А.Золотухин, М.С.Немиров, Т.А.Фатхутдинов. Автоматизированный учет нефти и нефтепродуктов при добыче, транспорте и переработке. М.: «Недра», 2002, раздел 2.3.

2. Патент US № 3204460.

3. Патент US № 3797310.