устройство для измерения дебита скважин

Формула изобретения

1. Устройство для измерения дебита скважин, содержащее вертикальную цилиндрическую емкость, входную и выходную в виде сифона, жидкостные линии, газовую линию, датчики давления и температуры газовой фазы, счетно-решающий блок, гидравлический замок, сообщающую его со сборным коллектором общую линию, объемный счетчик жидкости, запорный клапан, установленный, как и счетчик, на общей линии вслед за ним перед впадением ее в сборный коллектор, и при этом газовая и выходная жидкостная нисходящей ветвью сифона линии сообщены с гидравлическим замком, причем датчики давления и температуры установлены на газовой линии, отличающееся тем, что запорный клапан, объемный счетчик жидкости и счетно-решающий блок взаимосвязаны между собой через импульсный распределительный блок определения измеряемой рабочей среды, и при этом запорный клапан выполнен перепускным дискретного действия с магнитной фиксацией, разгрузкой и контролем положения: «Открыто» или «Закрыто».

2. Устройство для измерения дебита скважин по п.1, отличающееся тем, что измеряемой рабочей средой является газ или жидкость.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для измерения дебита скважин.

Известно устройство для измерения дебита скважин (а.с. СССР № 577290, кл. Е21В 47/00, 25.10.1977 г.), содержащее газосепаратор с поплавком, связанным с заслонкой на газовой линии, гидравлически связанной с газовой и жидкостными линиями, счетчик жидкости, подпружиненный клапан со штоком, снабженный фиксирующими элементами, установленными с возможностью взаимодействия со штоком мембранного клапана.

Недостатком известного устройства является ненадежность его работы.

Известно устройство для измерения дебита скважин (а.с. СССР № 1530765, кл. Е21В 47/10, 23.12.1989 г.), содержащее газосепаратор с поплавком, связанным с заслонкой на газовой линии, счетчик жидкости, пневматически связанный с газовой линией, и гидравлически связанный с общей линией мембранный клапан со штоком, выполненный с возможностью установки его в двух крайних фиксированных положениях, причем устройство дополнительно снабжено установленным на газовой линии параллельно заслонке, выполненным с возможностью установки в двух крайних фиксированных положениях мембранным клапаном со штоком и дросселем, а надмембранная полость соединена с газовой линией после него и дросселя.

Недостатком известного устройства является ненадежность его работы, обусловленная наличием мембраны у клапана, у которой существенно ограничен ресурс и механическая прочность. Другим недостатком является наличие импульсных трубок, через которые мембранный клапан контролирует перепад давления между сепаратором и общим коллектором. Импульсные трубки постоянно заполняются конденсатом, а при отрицательных температурах конденсат в импульсных трубках замерзает и устройство выходит из строя.

Кроме того, конструкция фиксирующих элементов выполнена с использованием шариковых фиксаторов, предполагающих наличие трения скольжения, что вызывает износ трущихся поверхностей и выход из строя самого устройства для измерения дебита скважин. Причем фиксирующие элементы установлены в области нормального давления, а шток клапана расположен в области рабочих давлений, что предполагает использование сальниковых устройств, которые также имеют очень ограниченный ресурс и что также требует существенных эксплуатационных затрат.

Наличие большого количества трущихся деталей в конструкции их фиксаторов приводит в конечном итоге к повышенному их износу, что влияет на изменение характеристик фиксации клапана и клапан перестает работать в фиксированных крайних положениях, начинает оставаться в промежуточном положении, в полуоткрытом (полузакрытом) положениях, что приводит к искажению результатов измерения дебита скважин.

Известно устройство для измерения дебита скважин (патент РФ № 2199662, Е21В 47/10, 27.02.2003 г.), содержащее газосепаратор с поплавком, связанным с заслонкой на газовой линии, гидравлически связанной с газовой и жидкостной линиями, счетчик жидкости, подпружиненный клапан со штоком, снабженный фиксирующими элементами, установленными с возможностью взаимодействия со штоком, седло клапана, дроссель, шток снабжен шайбой из магнитной материала, расположенной между кольцевыми магнитами, установленными в магнитопроводах, жестко прикрепленных к корпусу клапана, взаимодействующими с шайбой при перемещении штока, а дроссель установлен в проходном сечении седла клапана и жестко соединен с последним.

Недостатком известного устройства является наличие погрешности в выдаче информации по расходу жидкости после закрытия запорного клапана.

Известно устройство для измерения дебита нефтяных скважин (а.с. СССР № 1553661, Е21В 47/10, 30.03.1990), содержащее вертикальный цилиндрический сепаратор с гидроциклом, два датчика давления, один из них замеряет давление жидкой фазы, установленные на разных уровнях газовую линию с клапаном с электромагнитным приводом, впускную и выпускную жидкостные линии, микропроцессор и блок управления, успокоительные решетки, датчики давления и температуры, замеряющие параметры газовой фазы, причем выпускная жидкостная линия выполнена в виде сифона. Известное устройство имеет сложную и ненадежную конструкцию:

- клапан с электромагнитным приводом и управлением;

- датчики давления и уровня, работающие в жидкой среде, подверженные вероятности выхода из строя по причине обрастания их слоем парафина. Известно устройство для осуществления способа замера дебита попутного газа в продукции нефтяной скважины на групповых замерных установках (а.с. СССР № 276851, Е21 В 47/10, 22.07.1970), включающего подачу газонефтяного потока в сепарационный трап в виде цилиндрической вертикальной емкости и накопление жидкой фазы в нем, вытеснение ее давлением газовой фазы путем перекрытия запорного клапана на газовой линии и определение дебита газа замером времени вытеснения заданного объема жидкой фазы, содержащее вертикальную цилиндрическую емкость, датчики нижнего и верхнего уровней, датчики температуры и давления газовой фазы, газовую линию, счетно-решающий блок, электронные часы, запорный клапан, жидкостные входную и выходную, в виде сифона, линии.

Известное устройство имеет недостатки, заключающиеся в том, что конструкция его включает датчики уровня жидкой фазы, подтвержденные риску выхода из строя по причине обрастания их слоем парафина, и лишена приборов, замеряющих непрерывно расходы жидкой и газовой фаз и позволяющие учесть добычу продукции скважины в заданный отрезок времени с высокой точностью, прямым способом.

Известно устройство для измерения дебита газа и жидкости нефтяных скважин (патент РФ № 2426877, Е21В 47/10, 20.08.2011), содержащее вертикальную цилиндрическую емкость, входную и выходную, в виде сифона, жидкости линии, газовую линию, датчики давления и температуры газовой фазы, счетно-решающий блок с электронными часами, гидравлический замок, сообщающую его со сборным коллектором общую линию, объемный счетчик жидкости, запорный клапан, выполненный самодействующим, перепускным, двухфазным, дискретного действия с магнитной фиксацией его крайних положений, установленный, как и счетчик, на общей линии вслед за ним перед впадением ее в сборный коллектор, при этом газовая и выходная жидкостная нисходящей ветвью сифона линии сообщены с замком, причем датчики давления и температуры установлены на газовой линии.

Недостатком известного устройства является отсутствие надежности и точности результатов измерения дебита скважин, обусловленное выдачей информации по расходу жидкости после закрытия запорного клапана.

Указанный недостаток известного устройства проявляется при различных видах расходомеров.

Например:

Счетчики (расходомеры) турбинные по инерции продолжают выдавать информацию по расходу жидкости после закрытия клапана регулятора расхода.

Кориолисовые расходомеры по причине дрейфа нуля при закрытом состоянии клапана (при отсутствии расхода жидкости) выдают информацию о расходе.

Ультрозвуковые, вихревые, вихреакустические расходомеры при отсутствии расхода очень чувствительны к вибрации, шумам гидравлическим и при гидравлических и акустических шумах начинает выдавать информацию о расходе при отсутствии самого расхода.

Данное устройство наиболее близко изобретению по технической сущности, достигаемым техническим результатам и принято за прототип.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности эксплуатации.

Техническим результатом является повышение точности замера дебита скважины за счет включения в состав устройства импульсного распределительного блока определения измеряемой рабочей среды (газ или жидкость) и запорного клапана, выполненного перепускным дискретного действия с магнитной фиксацией, разгрузкой и контролем положения.

Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения дебита скважин, содержащем вертикальную цилиндрическую емкость, входную и выходную в виде сифона, жидкостные линии, газовую линию, датчики давления и температуры газовой фазы, счетно-решающий блок, гидравлический замок, сообщающую его со сборным коллектором общую линию, объемный счетчик жидкости, запорный клапан, установленный, как и счетчик, на общей линии вслед за ним перед впадением ее в сборный коллектор, и при этом газовая и выходная жидкостная нисходящей ветвью сифона линии сообщены с гидравлическим замком, причем датчики давления и температуры установлены на газовой линии, согласно изобретению, запорный клапан, объемный счетчик жидкости и счетно-решающий блок взаимосвязаны между собой через импульсный распределительный блок определения измеряемой рабочей среды, и при этом запорный клапан выполнен перепускным дискретного действия с магнитной фиксацией, разгрузкой и контролем положения: «Открыто» или «Закрыто».

Кроме того, в устройстве для измерения дебита скважин, согласно изобретению, измеряемой рабочей средой может быть газ или жидкость,

Техническая сущность изобретения поясняется чертежом.

Устройство содержит цилиндрическую вертикальную емкость 1, входную 2 и выходную 3 жидкостные линии, выходная линия 3 выполнена в виде сифона, вертикально нисходящей ветвью 4 которого сообщена с гидравлическим замком 5, левым его входом 6. К правому входу 7 вертикально подключена газовая линия 8, на которой установлены датчики давления 9 и температуры 10. Выход 11 замка 5 сообщен со сборным коллектором 12 общей линией 13, на которой последовательно по направлению к сборному коллектору 12 установлены объемный счетчик 14 жидкости, например вихревого типа, запорный клапан 15, выполненный перепускным дискретного действия с магнитной фиксацией, разгрузкой и контролем положения: «Открыто» или «Закрыто». Устройство также содержит счетно-решающий блок 16. Объемный счетчик 14, запорный клапан 15 и счетно-решающий блок 16 взаимосвязаны между собой через импульсный распределительный блок 17 определения измеряемой рабочей среды (газ или жидкость).

Устройство работает следующим образом: газожидкостная смесь из нефтяной скважины поступает по входной жидкостной линии 2 в емкость 1, где разделяется естественным образом на газовую и жидкую фазы, последняя накапливается в емкости 1 до уровня Н, а газовая - через газовую линию 8 через гидравлический замок 5 поступает в общую линию 13 и далее сбрасывает в сборный коллектор 12 через счетчик 14 и открытый запорный клапан 15. Давление газовой фазы в емкости 1 падает до Р_мин и клапан 15 закрывается. Происходит накопление газовой фазы. Давление ее возрастает до Р_макс. Клапан 15 открывается. Таким образом, поддерживается давление в диапазоне Р_мин -Р_макс, необходимое для вытеснения накопившейся в емкости 1 жидкой фазы. Жидкая фаза переливается из выходной жидкостной линии 3 по нисходящей ветви 4 в гидравлический замок 5, запирает проход газовой фазы и поднимается по газовой линии 8 до уровня и через выход 11 по общей линии 13 сбрасывается в сборный коллектор 12 через открытый клапан 15. При прохождении жидкой фазой взамен газовой клапана 15, как дросселя, лимитирующего расход газовой или жидкой фаз через линии 2, 3, 8, 13, гидравлический замок 5 и счетчик 14, происходит скачок давления вверх, отмечаемый датчиком 9, поскольку резко возрастает гидравлическое сопротивление клапана 15 потоку жидкой фазы, заведомо большего по величине по сравнению с сопротивлением газовому потоку. Этим отмечается момент начала вытеснения из емкости 1 жидкой фазы. Счетчик 14 измеряет и учитывает расход жидкой фазы. При вытеснении уровень жидкой фазы в емкости 1 падает до отметки h, падает также уровень жидкой фазы в газовой линии 8 до отметки h. За счет сифонного эффекта выходной жидкостной линии 3 жидкая фаза из замка 5 и нисходящей ветви 4 вытесняется в емкость 1, а из общей линии 13 в сборный коллектор 12. Проход потоку газовой фазы взамен жидкой открывается, и она сбрасывается в сборный коллектор 12 через открытый клапан 15. При этом происходит скачок давления вниз, отмечаемый датчиком 9 как момент окончания вытеснения из емкости 1 жидкой фазы. После этого начинается накопление в емкости 1 жидкой фазы. Уровни жидкой фазы по отметкам Н и h определяют постоянный объем V₀ измерения, создаваемый особой конфигурацией взаимного расположения линий: выходной жидкостной 3, газовой 8, общей 13 и гидравлического замка 5.

Время процесса вытеснения и время процесса накопления, как время между процессами вытеснения, измеряются блоком 16 по скачкам давления газовой фазы в газовой линии 8, отмечаемых датчиков давления 9.

Связью запорного клапана 15 с объемным счетчиком 14 в закрытом положении клапана 15 блокируются любые показания счетчика 14, идущие на счетно-решающий блок 16, так как объемный счетчик 14, запорный клапан 15 и счетно-решающий блок 16 взаимосвязаны между собой через импульсный распределительный блок 17 определения измеряемой рабочей среды (газ или жидкость), получающий сигналы от запорного клапана 15, выполненного перепускным дискретного действия с магнитной фиксацией, разгрузкой и контролем положения: «Открыто» или «Закрыто», что обеспечивает фактическое измерение объемным счетчиком 14 расхода жидкости только при его наличии, что повышает точность измерения дебита скважин.

Использование изобретения позволит повысить точность и качество измерения дебита скважин, создать для этого простое и надежное в эксплуатации устройство, не требующее больших экономических затрат для его создания и применения, обеспечивающее стабильный замер дебита скважины.