Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО ФАКТОРА

Изобретение относится к области добычи газоконденсата и к измерительной технике и может быть использовано для измерений газоконденсатного фактора в продукции газоконденсатных скважин.

Известно устройство [1] для определения покомпонентного расхода потока газожидкостной смеси продуктов газонефтедобычи в трубопроводе, содержащее встроенную в трубопровод измерительную секцию с переходами от стандартного сечения к зауженному сечению с установленным в ней измерительным микроволновым резонатором, панорамный амплитудно-частотный измеритель, включающий в себя генератор качающейся частоты с блоком управления частотой, блок измерения и обработки частоты и детекторную секцию, а также измеритель скорости, выполненный в виде доплеровского микроволнового радиолокатора, содержащего приемопередатчик с антенной, встроенной через радиопрозрачную вставку в трубопровод.

Работает устройство следующим образом.

Расчет расходов газа и жидкости основан на измерении четырех переменных величин - температуры, давления, скорости и сечения жидкой фракции. Данные о давлении и температуре вводятся автоматически в вычислительно-управляющий блок, данные о скорости и сечении жидкой фракции формируются непосредственно соответствующими измерителями.

Измерение скорости фракций потока проводится следующим образом. Приемопередатчик измерителя скорости вырабатывает стабильный по частоте непрерывный сигнал микроволнового диапазона длин волн, который излучается антенной через радиопрозрачную вставку во внутреннее пространство трубы. Отраженные от частиц жидкой фракции потока микроволновые сигналы принимаются обратно той же антенной и далее поступают на микроволновый вход приемопередатчика, где преобразуются в сигнал биений, который фильтруется по частоте, усиливается и с низкочастотного выхода поступает в вычислительно-управляющий блок.

Измерение сечения жидкой фракции проводится измерителем по резонансным характеристикам измерительного резонатора, установленного на входе измерительного участка после сужающего устройства, которое своей рифленой поверхностью и кольцевым выступом осуществляет отрыв потока жидкости от стенок трубы, ее дробление на капли и выброс их в середину струи газового потока. С помощью сужающего устройства обеспечиваются концентричность потока ГЖС и выравнивание скоростей капель жидкости с газом в измерительном сечении и резонаторе. Возбуждение резонатора осуществляется с помощью микроволнового генератора развертки, электрически перестраиваемого в полосе частот. Наличие в резонаторе ребер треугольного профиля исключает возникновение поперечных паразитных резонансных колебаний, возникающих при постановке зеркал в металлическое полузамкнутое пространство. Сформированные в измерительном резонаторе сигнальные отклики поступают на амплитудный детектор и в виде последовательности огибающих импульсов подаются на вход вычислительно-управляющего блока.

Недостатками устройства являются: высокая чувствительность микроволнового резонатора к воде, что ограничивает диапазон измерений низкими значениями объемной доли воды; неоднородная структура электромагнитного поля микроволнового резонатора, содержащая максимумы и нули поля по всему поперечному сечению зондируемого потока, что приводит к нестабильности отклика резонатора и требует применения сложных статистических методов обработки сигнала, невозможность наглядной оценки.

Известно устройство [2] для определения объемных долей жидкого углеводородного конденсата и воды в потоке газожидкостной смеси (ГЖС) природного газа без разделения на составляющие его компоненты, состоящее из блока управления частотой, соединенного с генератором качающейся частоты, выход которого соединен с входом делителя мощности, причем первый выход делителя мощности связан с блоком измерения и обработки частоты, а второй - с входом измерительного резонатора, установленного в зауженном сечении трубной секции, встроенной с помощью фланцев в трубопровод, причем выход измерительного резонатора соединен с первой детекторной секцией, связанной с блоком измерения и обработки частоты, введены блок фильтрации газовой фазы потока и трубная секция с опорным резонатором, встроенные с помощью фланцев в отводящий участок трубопровода, соединенного с регулируемым вентилем, устанавливаемым на выходе трубной секции с измерительным резонатором, причем третий выход делителя мощности соединен с входом опорного резонатора, выход которого связан со второй детекторной секцией, соединенной с блоком измерения и обработки частоты. Измерительный и опорный резонаторы заполнены диэлектриком с высокой диэлектрической проницаемостью и малыми потерями на рабочей частоте моды и имеют отверстие для пропуска измеряемого потока.

Устройство работает следующим образом.

С блока управления частотой на генератор качающейся частоты поступает пилообразное напряжение. СВЧ-сигнал с линейно изменяющейся частотой с выхода генератора через делитель мощности поступает на трубную секцию с измерительным резонатором, через который проходит поток газожидкостной смеси, и трубную секцию с опорным резонатором, через который проходит газовая фаза, полученная после прохождения потока газожидкостной смеси через блок фильтрации газовой фазы. Скорость прохождение газовой фазы через трубную секцию с опорным резонатором регулируется вентилем и определяется перепадом давления, возникающим при прохождении газожидкостного потока через зауженное сечение трубной секции с измерительным резонатором в выходной трубопровод. При совпадении линейно изменяющейся частоты генератора с собственными частотами резонаторов осуществляется их возбуждение на моде. Импульсные СВЧ-сигналы с выхода резонаторов поступают на детекторные секции, с выходов которых импульсы напряжения в виде резонансных кривых поступают в блок измерения и обработки частоты, где определяются значения резонансной частоты и добротности измерительного резонатора, а также значения резонансной частоты и добротности опорного резонатора. После этого проводится обработка результатов измерений.

Таким образом, устройство позволяет определять объемные долей жидкого углеводородного конденсата и воды в потоке газожидкостной смеси природного газа, в сравнении с аналогом диапазон измеряемого водогазового фактора, передвинулся в область высоких значений, что позволяет использовать метод при средних и высоких содержаниях воды в продуктах газоконденсатных скважин.

Недостатком известного устройства является непрямое измерение, наличие статистических коэффициентов, влияющих на точность измерений, недостаточная степень сепарации, возможность отбора только одной пробы.

Целью изобретения является применение прямых измерений количества выпавшего конденсата, повышение степени сепарации и улучшение потребительских свойств.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерений газоконденсатного фактора за единицу времени и единицу расхода при снижении давления, до давления, соответствующего требованиям максимального выпадения углеводородных газов, содержащее емкость мерную с предохранительным клапаном, термометром, манометром, фильтр, отсекающий жидкую фазу, блок ингибирования с регулирующей арматурой для подачи ингибитора гидратообразования, трубопровод с регулирующей арматурой и манометром, трубопровод с отсечной арматурой и пробоотборниками, ротационный расходомер газа, включен элемент циклонной сепарации с щелевыми пластинами, развернутыми навстречу потоку, заканчивающимися циклоном, дополнительный блок ингибирования, предотвращающий выпадение гидратов в газовом расходомере, а также два пробоотборника, обеспечивающие отбор одной пробы или одновременный отбор двух проб.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенные отличия».

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство для измерений газоконденсатного фактора отличается тем, что содержит мерную емкость с элементом циклонной сепарации с щелевыми пластинами, развернутыми навстречу потоку, заканчивающимися циклоном, позволяющими избежать капельного уноса жидкости и образующими пленочное течение на внутренних поверхностях лопастей и циклонов, обеспечивающие прямые измерения и повышающие степень сепарации, дополнительный блок ингибирования, предотвращающий выпадение гидратов в газовом расходомере, а также возможностью отбора одной пробы или одновременного отбора двух проб под рабочим давлением, т.е. улучшает потребительские свойства изделий, выполненных на базе заявляемого устройства.

Таким образом, заявляемое устройство для измерений дебита продукции нефтегазодобывающих скважин соответствует критерию «новизна».

На чертеже изображена принципиальная схема заявляемого устройства.

В состав устройства входит емкость мерная (1), клапан предохранительный (2), блок ингибирования (3), расходомер газа ротационный (4), регулирующая арматура (5), отсечная арматура (6), термостатирующая рубашка (7), сепарационный элемент (8), пробоотборники (9), манометры показывающие (10), насос вакуумный (11).

Порядок работы заявляемого устройства следующий.

Исследуемый газ поступает через отсечную арматуру (6.1). Затем газ проходит через блок ингибирования (3.1), в котором с помощью регулирующей арматуры (5.1) осуществляется подача ингибитора гидратообразования в поток исследуемого газа. Далее при прохождении газа через дросселирующую арматуру происходит понижение давления, затем газ поступает в емкость мерную (1), проходит через элемент циклонной сепарации с щелевыми пластинами, развернутыми навстречу потоку, заканчивающимися циклонами, выпадающая жидкость набирается в мернике. После сепарации газ проходит через второй блок ингибирования (3.2), затем проходит счетчик (4), попадая затем в дренажную линию.

Температура сепарации в мерной емкости регулируется подачей агента в термостатирующую рубашку (7). Показания давления снимают с манометров (10).

Устройство для измерения газоконденсатного фактора позволяет производить отбор одной или одновременно двух проб газа под рабочим давлением при помощи пробоотборников (9). Контейнеры вакуумируются вакуумным насосом (11) непосредственно перед отбором проб.

Проверка предлагаемых технических решений производилась на заводском метрологическом стенде, включающем в себя поверочный и поверяемый измерительные модули.

На поверочном модуле для измерений расхода газа использовался низкопредельный счетчик с диапазоном измерений от 50 до 2500 м³/сут (в нормальных условиях).

Поверяемый модуль был оборудован в соответствии с принципиальной схемой, изображенной на рисунке.

Для измерений расхода газа использовался низкопредельный счетчик с диапазоном измерений от 50 до 2500 м³/сут (в нормальных условиях).

Суть испытаний сводилась к определению возможности измерений конденсатного фактора с помощью заявляемого устройства.

При этом в качестве критерия удовлетворительности результатов испытаний было выбрано условие: погрешность измерений должна соответствовать требованиям ГОСТ Р 8.615-2005 «Измерения количества извлекаемых из недр нефти и нефтяного газа. Общие метрологические и технические требования».

В процессе испытаний имитировались (задавались на поверочном модуле) воздушные газожидкостные смеси при атмосферном давлении. В качестве источника газожидкостной смеси использовался медицинский генератор аэрозоля для физиотерапии, дающий поток воздуха с известным объемным содержанием жидкости в дисперсной фазе.

При этом получена наибольшая погрешность при измерениях расхода газа ±3,1%, наибольшая погрешность при измерениях выпавшего конденсата - ±1,5%.

Таким образом, исходя из принятого критерия, результаты испытаний следует признать удовлетворительными, поскольку в соответствии с ГОСТ Р 8.615-2005 погрешность измерений расхода газа должна быть не более ±5%, жидкости - ±2,5%.

Проверка предлагаемых технических решений производилась на заводском испытательном стенде.

К испытательному стенду подключена установка в соответствии с принципиальной схемой, изображенной на рисунке.

Для измерений расхода газа использовался низкопредельный счетчик с диапазоном измерений от 0,6 до 60 м³/час (в стандартных условиях), условия состояния газа на входе определялась по термометру, манометру.

Суть испытаний сводилась к определению возможности измерений конденсатного фактора с помощью заявляемого устройства.

При этом в качестве критерия удовлетворительности результатов испытаний было выбрано условие: погрешность измерений должна соответствовать требованиям ГОСТ Р 8.615-2005 «Измерения количества извлекаемых из недр нефти и нефтяного газа. Общие метрологические и технические требования».

В процессе испытаний имитировались воздушные газожидкостные смеси при высоком давлении. В качестве источника газожидкостной смеси использовался генератор аэрозоля, дающий поток воздуха с известным объемным содержанием жидкости в дисперсной фазе. Время проведения испытаний было регламентировано. Также определялись условия состояния газа на выходе, при помощи термометра и манометра, имеющихся в схеме.

Расчет газоконденсатного фактора по входным данным и по выходным данным, дал наибольшую погрешность при измерениях расхода газа ±3,1%, наибольшую погрешность при измерениях выпавшего конденсата - ±1,5%.

Таким образом, исходя из принятого критерия, результаты испытаний следует признать удовлетворительными, поскольку в соответствии с ГОСТ Р 8.615-2005 погрешность измерений расхода газа должна быть не более ±5%, жидкости - ±2,5%.

Источники информации

1. Патент РФ №2164340 от 20.03.2001 г. Способ определения покомпонентного расхода потока газожидкой смеси продуктов газонефтедобычи в трубопроводе и устройство для его реализации.

2. Патент РФ №2289808 от 20.12.2006 г. Способ и устройство определения объемных долей жидкого углеводородного конденсата и воды в потоке газожидкостной смеси природного газа.