Устройство для измерения дебита продукции газоконденсатных скважин

Авторы патента:


 

Устройство для измерения дебита продукции газоконденсатных скважин, содержит основной измерительный трубопровод с установленными на нем формирователем потока и датчиками расхода газа, избыточного давления, температуры и плотности, присоединенный на входе к скважине, а на выходе к сборному коллектору, и контроллер с управляющими выходами, связанный на входе с датчиками измерительного трубопровода. Новым является то, что оно содержит дополнительный измерительный трубопровод, присоединенный к основному измерительному трубопроводу между его формирователем потока и датчиком расхода газа, с установленными на нем датчиками расхода газа, избыточного давления, температуры и плотности и сепаратором, имеющим выходы по газу и по газовому конденсату, соединенные трубопроводами со сборным коллектором, причем на трубопроводе, соединяющем сборный коллектор с выходом сепаратора по газу, установлены датчики расхода газа, избыточного давления, температуры, и плотности, а на трубопроводе, соединяющем сборный коллектор с выходом сепаратора по газовому конденсату, установлены накопитель газового конденсата и датчики влагомера, расхода газового конденсата, избыточного давления, температуры и плотности, при этом все датчики, установленные на дополнительном измерительном трубопроводе и трубопроводах, соединяющих выходы сепаратора со сборным коллектором, соединены со входом контроллера. Устройство обеспечивает более высокие потребительские свойства при их реализации по сравнению с уже известными техническими решениями. 1 н.п.ф., 1 ил.

Полезная модель относится к области нефтегазовой промышленности и может быть использована при измерении и контроле дебита газоконденсатных скважин.

Обзор отечественной технической литературы [17] начала 80-х годов XX века вплоть по настоящее время показывает актуальность проблемы учета продукции газоконденсатных скважин. Объясняется это многими, в том числе, экономическими, технологическими, экологическими факторами. Сама идея использования смеси жидких углеводородов (газового конденсата) в качестве моторного топлива и ценного сырья для химической промышленности, несомненно, перспективна и актуальна. Вместе с тем отмечается [1], что разработка и промышленная эксплуатация газоконденсатных месторождений имеют ряд особенностей в отличие от освоения газовых и нефтегазовых месторождений. Высокие пластовые давления газоконденсатных месторождений от 15,4 МПа (Дмитриевское) до 80,0 МПа (Тенгизское), поддержание этих давлений в процессе эксплуатации с целью оптимального отбора газоконденсата на устье скважин, определяют достаточно сложную технологию разработки газоконденсатных месторождений. В противном случае, при падении давления до определенной величины происходит невозвратное (потерянное) отделение газоконденсата еще в пласте. В свою очередь, высокие устьевые давления (до 16 МПа) определяют методы, технику и технологию учета продукции газоконденсатных скважин. Например, достаточно проблематично для этих целей использовать автоматизированные групповые измерительные установки. Проблема раздельного измерения дебита газоконденсатной смеси (газ + газовый конденсат + вода) усложняется еще одним обстоятельством.

Дело в том, что разработанные определенными структурами Национальные стандарты Российской Федерации [810], действующие и обеспечивающие в настоящее время единство измерений количества нефти и нефтяного газа в нефтяной отрасли, совершенно не учитывают специфику измерения дебитов газоконденсатных скважин. Более того, само понятие «газоконденсатная скважина» и, соответственно, производные от него, отсутствуют в этих стандартах. И поэтому, совершенно не случайно, в отечественных патентных источниках, технической литературе способы, устройства, установки, комплексы, предназначенные для учета продукции газоконденсатных скважин, именуются как способы и технические средства для исследования газоконденсатных скважин, но не для измерения дебита.

Для определения расходных параметров продукции газоконденсатных скважин применяются сепарационные и бессепарационные измерительные устройства.

Сепарационные устройства [25], с учетом высоких устьевых давлений, для исследования газоконденсатных скважин конструктивно являются громоздкими металлоемкими устройствами. При всем этом, исследования на них связаны с большой трудоемкостью работ в связи с необходимостью выполнения их в непрерывном режиме в течение значительного времени (до нескольких суток).

Для измерения покомпонентных дебитов нефтегазовых скважин, в том числе и газоконденсатных, известны бессепарационные устройства [6 и 7], в которых основным измерительным средством является пьезокерамический датчик пульсаций давления, преобразующий пульсации давления потока продукции скважин в электрические сигналы. Электрический выходной сигнал датчика пульсаций давления через систему усилителей и фильтров нижних и верхних частот исследуется по всему частотному диапазону. В конечном итоге, устройство выполняет измерения в соответствии с эмпирическими зависимостями, связывающими расход компонентов газожидкостного потока с пульсациями давления в соответствующих частотных диапазонах и давлением на устье скважины. Авторами патентов [6 и 7] предложены устройства, реализующие процесс измерения дебитов продукции самых различных объектов, а именно, эксплуатационных газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин по «универсальным» эмпирическим зависимостям. Продукция перечисленных скважин представляет собой сложную динамичную структуру, которая характеризуется отличающимися друг от друга весьма специфическими параметрами потока и физико-химическими свойствами. Вследствие этого, при всем уважении к авторам анализируемых технических решений, можно утверждать, что практическая применимость подобных устройств весьма сомнительна, а отсутствие их на рынке расходомеров в промышленности, в том числе и в нефтяной отрасли, лишь подтверждает этот вывод.

Известно также устройство [11], которое измеряет покомпонентные расходные параметры не всего потока продукции газоконденсатной скважины, а лишь его части. Недостаток такого технического решения состоит в том, что результаты измерения не могут быть проверены в процессе эксплуатации устройства, или, по крайней мере, это затруднительно осуществить без привлечения каких-либо дополнительных устройств.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемому устройству является измерительный комплекс [12], предназначенный для измерения и вычисления покомпонентных расходных параметров газоконденсатных скважин. Измерение продукции газоконденсатной скважины производится бессепарационным методом в полном объеме поступающей продукции. Измеряются следующие параметры: объемный расход (объем) газожидкостной смеси в рабочих условиях; температура смеси, рабочее давление; плотность смеси. Контроллером, входящим в измерительный комплекс, вычисляются: объемный расход (объем) газа, приведенный к стандартным условиям; массовый расход (масса) жидкости; массовый расход (масса) жидкости (нестабильного конденсата); массовый расход (масса) стабильного конденсата.

Таким образом, данное техническое решение обеспечивает измерение дебита газожидкостной смеси газоконденсатной скважины и определение расчетным путем расходов по газу и по газовому конденсату.

Вместе с тем, при всех достоинствах устройства-прототипа (мобильность и многофункциональность) существенный недостаток его состоит в отсутствии схемных и программных решений, позволяющих производить самоконтроль функционирования устройства (измерительного комплекса) и самопроверку (тестирование) близости (адекватности) получаемых расчетных расходных параметров потока продукции газоконденсатных скважин параметрам истинным.

Таким образом, цель заявляемого объекта (иначе - требуемый технический результат) заключается в обеспечении известному техническому решению более высоких потребительских свойств, а именно: в придании ему функций самоконтроля и самопроверки (тестирования) работы устройства и вычислительной программы с целью корректировки расчетных значений расходных параметров.

Как показывают стендовые и промышленные испытания заявляемого устройства и опыт эксплуатации прототипа-устройства, поставленная цель (технический результат) достигается тем, что в устройство для измерения дебита продукции газоконденсатных скважин, содержащее основной измерительный трубопровод с установленными на нем формирователем потока и датчиками расхода газа, избыточного давления, температуры и плотности, присоединенный на входе к скважине, а на выходе к сборному коллектору, и контроллер с управляющими выходами, связанный на входе с датчиками измерительного трубопровода, введен дополнительный измерительный трубопровод, присоединенный к основному измерительному трубопроводу между его формирователем потока и датчиком расхода газа, с установленными на нем датчиками расхода газа, избыточного давления, температуры и плотности и сепаратором, имеющим выходы по газу и по газовому конденсату, соединенные трубопроводами со сборным коллектором, причем на трубопроводе, соединяющем сборный коллектор с выходом сепаратора по газу, установлены датчики расхода газа, избыточного давления, температуры, и плотности, а на трубопроводе, соединяющем сборный коллектор с выходом сепаратора по газовому конденсату, установлены накопитель газового конденсата и датчики влагомера, расхода газового конденсата, избыточного давления, температуры и плотности, при этом все датчики, установленные на дополнительном измерительном трубопроводе и трубопроводах, соединяющих выходы сепаратора со сборным коллектором, соединены со входом контроллера.

Кроме того, на трубопроводах, соединяющих выходы сепаратора со сборным коллектором, перед входом в сборный коллектор установлена задвижка, при этом сами трубопроводы выполнены с возможностью присоединения к факельной линии.

Требуемый технический результат обеспечен наличием в совокупности существенных признаков (характеризующих предлагаемую конструкцию устройства для измерения дебита продукции газоконденсатных скважин вышеуказанных отличительных признаков, а необнаружение в общедоступных источниках патентной и технической информации эквивалентных технических решений с теми же свойствами и несомненной промышленной применимостью предполагает соответствие заявляемого объекта критериям полезной модели.

На рисунке приведена принципиальная схема устройства для измерения дебита продукции газоконденсатных скважин. Устройство включает в себя измерительный трубопровод 1, в виде вставки с фланцами (на чертеже не показаны), на котором установлены формирователь потока 2, датчик расхода газа 3, датчики 4 избыточного давления, температуры, плотности, присоединенный через задвижку 5, задвижку с электроприводом 6 к сборному коллектору 7, контроллер (на чертеже не показан) с многоканальным по количеству датчиков входом для введения в него электрических информационных сигналов и управляющими выходами, дополнительный измерительный трубопровод 8, подсоединенный через задвижку 9 между формирователем потока 2 и датчиком расхода газа 3 к измерительному трубопроводу 1, на котором установлены второй датчик расхода газа 10, вторые датчики 11 избыточного давления, температуры, плотности и сепаратор 12, первый выход 13 (по газу) которого через третий датчик газа 14, третьи датчики 15 избыточного давления, температуры, плотности, вторую задвижку 16 с управляемым электроприводом, обратный клапан 17 и задвижку 18 подсоединен, с возможностью выхода на факельную линию 19, к сборному коллектору 7, а второй выход 20 (по газовому конденсату) сепаратора 12 через накопитель 21 газового конденсата (выход 22), датчики влагомера 23, расхода газового конденсата 24, датчики 25 избыточного давления, температуры, плотности и второй обратный клапан 26 подсоединен также, с возможностью выхода на факельную линию 19, к сборному коллектору 7. Трубопровод 27, с установленной на нем задвижкой 28, предназначен для байпасирования продукции скважины непосредственно в сборный коллектор 7, а обратный клапан 29 предохраняет устройство от несанкционированного обратного перетока продукции из сборного коллектора. Задвижки 3033 предназначены для отбора проб продукции.

Устройство работает в двух режимах:

- режим измерения и расчетов;

- режим измерения и корректировки.

1. Режим измерения и расчетов.

В режиме измерения и расчетов задвижка 5 и электроуправляемая задвижка 6 полностью открыты (9; 18 и 27 закрыты). Продукция газоконденсатной скважины в полном объеме проходит через обратный клапан (на чертеже не пронумерован) в измерительный трубопровод 1, входящий в состав измерительного комплекса [12] и далее поступает на вход формирователя потока 2. Формирователь потока 2 формирует профиль потока (выпрямляет поток) и обеспечивает постоянство плотности продукции (с той или иной мерой эффективности) в сечении измерительного трубопровода. Затем, с помощью датчика расхода газа 3, измеряется объемный расход газоконденсатной смеси при рабочих условиях и одновременно измеряются в рабочих условиях избыточное давление, температура и плотность. Расчетным путем, по утвержденной Методике выполнения измерений [13], с помощью контроллера определяются следующие расходные параметры:

- массовый расход газожидкостной смеси при рабочих условиях;

- объемный расход газа при рабочих условиях;

- масса жидкой фазы газоконденсатной смеси в рабочих условиях;

- объем жидкой фазы газоконденсатной смеси в рабочих условиях;

- массовый расход жидкой фазы газожидкостной смеси в рабочих условиях;

- массовый расход стабильного конденсата;

- объемный расход газа, приведенный к стандартным условиям;

- По результатам непрерывных измерений расхода газоконденсатной смеси и полученных расчетных значений расходных параметров газоконденсатной скважины контроллером рассчитываются интегральные значения количества измеряемой среды за определенное время, а именно:

- объем газоконденсатной смеси в рабочих условиях;

- масса стабильного конденсата;

- объем газа в стандартных условиях.

2. Режим измерения и корректировки.

В режиме измерения и корректировки полностью открыты задвижки 5; 9; 17 и 18, положение двух электроуправляемых задвижек 6 и 16 управляется контроллером согласно алгоритму измерения. Продукция газоконденсатной скважины проходит через формирователь потока 2. После формирователя потока 2 продукция скважины разделяется на два потока. Основной объем продукции поступает в измерительной трубопровод 1. Часть потока продукции скважины отбирается при помощи пробоотборника (на рисунке не показан) и при открытой задвижке 9 поступает в дополнительную измерительную линию 8. Для обеспечения представительности отобранной части продукции, количество точек отбора по сечению трубопровода 1 не должно быть менее трех. Отношение объема продукции, поступающей в трубопровод 8 к основному объему продукции, поступающей в измерительный трубопровод 1, представляется выражением 1/K, где K - соотношение объемных расходов газоконденсатной смеси в измерительных трубопроводах 1 и 8. При этом объемный расход, измеряемый датчиком расхода газожидкостной смеси 10, должен быть не менее 5% от максимального значения расхода основного потока, измеряемого датчиком расхода 3.

После измерения объемного расхода в рабочих условиях, определяемых датчиками 11, газожидкостной смеси в дополнительном трубопроводе 8 датчиком расхода 10, продукция поступает в сепаратор 2, где происходит разделение газовой (газ) и жидкостной (газовый конденсат) фаз продукции скважины. Объемный расход газа в рабочих условиях после сепаратора 12, в трубопроводе 13, измеряется датчиками 14 и 15. Газовый конденсат накапливается в накопителе 21. При заполнении объема накопителя, задвижка с управляемым электроприводом 16 закрывается, а газовый конденсат вытесняется из накопителя 21 в трубопровод 22, на котором установлены датчики влагомера 23, расхода газового конденсата 24, датчики избыточного давления, температуры и плотности 25. Далее, измеренная продукция (газовый конденсат) направляется либо на факел 19, либо возвращается в коллектор 7.

Результаты суммарных измерений в трубопроводах 13 и 22 предварительно сравниваются с результатами измерения в дополнительном измерительном трубопроводе 8. В случае получения удовлетворительных оценок, (разница в показаниях не должна быть больше уставок, в абсолютных численных значениях, предварительно заданных и хранящихся в памяти контроллера), результаты измерения в трубопроводах 13 и 22, умноженные на коэффициент (К+1), сравниваются с текущими результатами измерения и вычисления в трубопроводе 1. В случае получения удовлетворительных оценок сравнения (разница в показаниях не должна быть больше уставок, в абсолютных численных значениях, предварительно заданных и хранящихся в памяти контроллера), результаты измерения и вычисления в трубопроводе 1 признаются достоверными. В противном случае, результаты измерения и вычисления в измерительном трубопроводе корректируются с учетом результатов измерения в трубопроводах 13 и 22.

Устройство допускает возможность подключения к трубопроводу 13 через задвижку 32 сосуда высокого давления (на рисунке не показан). При открытой задвижке газ направляется в сосуд. Затем, через определенный промежуток времени, задвижка 32 закрывается, в сосуде стравливается давление и оценивается дополнительная порция конденсата.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет производить одновременные измерения расходных параметров газоконденсатных скважин в двух режимах, в результате чего обеспечивается непрерывная корректировка (калибровка) [14] результатов измерения.

Преимущество данного технического решения также состоит и в том, что в случае невозможности по каким-либо причинам (например, по причине отказа элементов) осуществления режима измерения и расчетов расходных параметров газоконденсатных скважин, устройство сохранит свою работоспособность, используя режим измерения и корректировки.

Заявитель также отмечает, что заявленное устройство пространственно может быть размещено в технологическом помещении, установленном на каком-либо транспортном шасси (мобильный вариант), или, например, часть его, осуществляющая режим непрерывного измерения и вычисления, может эксплуатироваться в технологическом помещении в стационарном исполнении.

Совокупность существенных признаков (в том числе и отличительных) заявляемого устройства для измерения дебита продукции газоконденсатных скважин обеспечивает достижение требуемого технического результата, соответствует критериям полезной модели и подлежит защите охранным документом (патентом) РФ в соответствии с просьбой заявителя.

Библиографические данные.

1. Брусиловский А.И., Былинкин Г.П. Новый подход к подсчету геологических запасов нефти, газа и конденсата на единой методологической основе // Геология нефти и газа. - 1990. - 11. - С. 35-39

2. Патент РФ 2405933, опубл. 10.12.2010 г.

3. Патент РФ 2438015, опубл. 27.12.2011 г.

4. Патент РФ 2081311, опубл. 10.06.1997 г.

5. Патент РФ. 2223399, опубл. 10.02.2004 г.

6. Патент РФ 2103502, опубл. 27.01.1998 г.

7. Патент РФ 2103503, опубл. 27.01.1998 г.

8. Национальный стандарт Российской Федерации. ГОСТ Р 8.615 - 2005. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения количества извлекаемой из недр нефти и нефтяного газа. - М.: Стандартинформ, 2006 - 20 с.

9. Национальный стандарт Российской Федерации. ГОСТ Р 8.647 - 2008. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрологическое обеспечение определения количества нефти и нефтяного газа, добытых на участке недр - М.: Стандартинформ, 2009 - 12 с.

10. Национальный стандарт Российской Федерации. ГОСТ Р 8.595 - 2004 Государственная система обеспечения единства измерений. МАССА НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ - М.: ИПК Издательство стандартов, 2005 - 16 с.

11. Комплекс промысловый измерительный КПИ-1. Сайт в Интернете (ЦКЬ) http://www.tyumengeologiya.ru.

12. СВИДЕТЕЛЬСТВО об утверждении типа средств измерений RU.C.29.024.A 49637. Счетчики газа вихревые СВГ (Открытое акционерное общество Инженерно-производственная фирма «Сибнефтеавтоматика»). Зарегистрировано под 13489-13 в Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии. Тип средств измерений утвержден приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 января 2013 г. 34.

13. РЕКОМЕНДАЦИЯ. Государственная система обеспечения единства измерений. Объем газа и масса конденсата стабильного, извлекаемых из газоконденсатной скважины Методика выполнения измерений измерительным комплексом СВГ. МЗ (ОАО ИПФ «Сибнефтеавтоматика») Аттестована: ФГУП ВНИИР. Свидетельство 7801-10 от 28.04.2010 г МИ. - Казань. 2010. - 16 с.

14. Яковлев Ю.Н. Калибровка измерительных каналов систем многофункциональными калибраторами. //Датчики и Системы. - 2013, 6. - с. 27-41. (стр. 27).

1. Устройство для измерения дебита продукции газоконденсатных скважин, содержащее основной измерительный трубопровод с установленными на нем формирователем потока и датчиками расхода газа, избыточного давления, температуры и плотности, присоединенный на входе к скважине, а на выходе к сборному коллектору, и контроллер с управляющими выходами, связанный на входе с датчиками измерительного трубопровода, отличающееся тем, что оно содержит дополнительный измерительный трубопровод, присоединенный к основному измерительному трубопроводу между его формирователем потока и датчиком расхода газа, с установленными на нем датчиками расхода газа, избыточного давления, температуры и плотности и сепаратором, имеющим выходы по газу и по газовому конденсату, соединенные трубопроводами со сборным коллектором, причем на трубопроводе, соединяющем сборный коллектор с выходом сепаратора по газу, установлены датчики расхода газа, избыточного давления, температуры, и плотности, а на трубопроводе, соединяющем сборный коллектор с выходом сепаратора по газовому конденсату, установлены накопитель газового конденсата и датчики влагомера, расхода газового конденсата, избыточного давления, температуры и плотности, при этом все датчики, установленные на дополнительном измерительном трубопроводе и трубопроводах, соединяющих выходы сепаратора со сборным коллектором, соединены со входом контроллера.

2. Устройство для измерения дебита продукции газоконденсатных скважин по п.1, отличающееся тем, что на трубопроводах, соединяющих выходы сепаратора со сборным коллектором, перед входом в сборный коллектор установлена задвижка, при этом сами трубопроводы выполнены с возможностью присоединения к факельной линии.



 

Похожие патенты:
Наверх