Способ определения количества воды и нефти в водонефтяной эмульсии
Владельцы патента RU 2287150:
Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина (RU)
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при определении количества воды и нефти в водонефтяной эмульсии. При определении количества воды и нефти в водонефтяной эмульсии выполняют подачу от источника-приемника по волноводу, выполненному в виде двухпроводной изолированной линии с диодом "Шотки" между линиями, постоянного электрического тока величиной, обеспечивающей согласование волнового сопротивления источника-приемника и волновода. Одновременно подают от источника-приемника по волноводу высокочастотный электрический ток, замеряют время распространения электрического высокочастотного тока по волноводу. Волновод используют фиксированной длины и помещают его в движущуюся водонефтяную эмульсию. От источника-приемника по волноводу одновременно подают высокочастотный электрический ток и постоянный электрический ток, больший, чем ток согласования волнового сопротивления источника-приемника и волновода. Детектируют результирующий ток. Определяют время и скорость распространения тока по волноводу и рассчитывают количество воды и нефти в водонефтяной эмульсии.
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при определении количества воды и нефти в водонефтяной эмульсии.
Известен способ непрерывного контроля качества воды, измерения концентрации эмульсий и суспензий оптическим методом (Патент РФ №2235310, кл. G 01 N 21/49, опубл. 27.08.2004).
Известный способ позволяет определить мутность воды, но не позволяет замерить количество нефтепродуктов в воде.
Известно устройство для контроля качества воды и эффективности работы очистных сооружений, содержащее электродные датчики, электродный блок, динамические кронштейны, таймер, распределительный дуплекс, усилитель с переключателем диапазонов, измерительный блок, блок питания, блок сетевого питания, аналого-цифровой преобразователь (Патент РФ №2213699, кл. С 02 F 1/00, G 01 N 27/06, опубл. 10.10.2003).
Известное устройство предназначено для общего контроля воды на очистных сооружениях и не позволяет проводить количественный анализ нефтепродуктов в воде.
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является способ определения количества воды и нефти в водонефтяной эмульсии, включающий подачу от источника-приемника по волноводу, выполненному в виде двухпроводной изолированной линии с диодом "Шотки" между линиями, постоянного электрического тока величиной, обеспечивающей согласование волнового сопротивления источника-приемника и волновода, одновременную подачу от источника-приемника по волноводу высокочастотного электрического тока, замер времени распространения электрического высокочастотного тока по волноводу и расчет параметров водонефтяной эмульсии (Техническое описание и инструкция по эксплуатации системы измерения уровня и межфазных границ многокомпонентного продукта. Уфа, изд-во "Время", 2000 г. - прототип).
Известный способ работоспособен при полном разделении водонефтяной эмульсии. Процесс разделения эмульсии длителен. Поэтому чаще всего анализируется не полностью разделенная водонефтяная эмульсия, вследствие чего возникают ошибки и погрешности.
В предложенном способе решается задача повышения точности и сокращения времени определения.
Задача решается тем, что в способе определения количества воды и нефти в водонефтяной эмульсии, включающем подачу от источника-приемника по волноводу, выполненному в виде двухпроводной изолированной линии с диодом "Шотки" между линиями, постоянного электрического тока величиной, обеспечивающей согласование волнового сопротивления источника-приемника и волновода, одновременную подачу от источника-приемника по волноводу высокочастотного электрического тока, замер времени распространения электрического высокочастотного тока по волноводу и расчет параметров водонефтяной эмульсии, согласно изобретению волновод используют фиксированной длины, волновод помещают в движущуюся водонефтяную эмульсию, от источника-приемника по волноводу одновременно подают высокочастотный электрический ток и постоянный электрический ток, больший чем ток согласования волнового сопротивления источника-приемника и волновода, детектируют результирующий ток и рассчитывают количество воды и нефти в водонефтяной эмульсии.
Сущность изобретения
При разработке нефтяной залежи для системы поддержания пластового давления проводят контроль за качеством подготавливаемой воды. Актуальность такого контроля обуславливается требованиями безопасности функционирования установок системы поддержания пластового давления, предотвращения их преждевременного выхода из строя и экологическими причинами. Действующая методика контроля качества воды основана на отборе пробы и определения содержания нефтепродуктов в лабораторных условиях. При применении лабораторных методов исследования очень важным является отбор представительной пробы жидкости. При отборе пробы может быть внесена большая погрешность. Эта погрешность часто связана с конструкцией пробоотборников, не позволяющих получить качественную пробу, и человеческим фактором, возникающим непосредственно при получении этой пробы и лабораторном анализе. Кроме того, технологический регламент часто предусматривает получение пробы и анализ качества воды не чаще, чем один раз в сутки. Такой режим создает возможность кратковременных (несколько часов), но очень существенных нарушений технологического режима подготовки воды, которые могут остаться незафиксированными, а причины их возникновения неустановленными.
Для определения качества подготавливаемой воды непосредственно на месте получили распространение устройства для контроля качества воды на основе оптических методов, т.е. по принципу оценки прозрачности воды. Однако "прозрачность" может дать лишь очень обобщенную картину нормальности или ненормальности технологического режима, но не позволяет определить количество нефтепродуктов в воде. Кроме этого, такие устройства сохраняют работоспособность лишь в очень ограниченный промежуток времени из-за быстрого загрязнения стеклянных поверхностей, периодическая чистка которых при анализе воды в непрерывном потоке часто бывает невозможна.
Для контроля качества воды используют датчик системы СЕЛТЕК, в основном, как измеритель уровня и межфазных границ многокомпонентного продукта в резервуарах и технологических аппаратах. Датчик системы СЕЛТЕК представляет собой конструкцию с чувствительным элементом, выполненным в виде двухпроводного волновода, который помещается внутрь резервуара или технологического аппарата. Волновое сопротивление линии датчика зависит от диэлектрической проницаемости сред, находящихся в резервуаре. Высокочастотный сигнал, распространяясь по линии, отражается от всех границ раздела сред пропорционально изменению диэлектрической проницаемости. Скорость распространения сигнала увеличивается или замедляется в зависимости от диэлектрической проницаемости данной среды. Измерительный алгоритм, основанный на использовании методов цифровой обработки сигналов, позволяет получить из результирующего сигнала следующие компоненты: положение (уровни) границ раздела сред в резервуаре или технологическом аппарате (например, газ/нефть, нефть/эмульсия, эмульсия/вода), значение коэффициентов отражения, что позволяет судить о выраженности границ раздела сред и оценить качество сепарации продукта (например, нефти и воды) в резервуаре, скорость распространения сигнала в средах, что позволяет идентифицировать каждую среду и определить степень ее подготовленности (например, наличие воды в товарной нефти или наличие нефтепродуктов в подготовленной воде). Фактически система измерения уровня и межфазных границ СЕЛТЕК работает как анализатор качества воды, поскольку по измеренной скорости распространения сигнала позволяет настроить границу раздела эмульсия/вода на заданное содержание нефтепродуктов. Под эмульсией в данном случае может пониматься "грязная" вода с содержанием нефтепродуктов, превышающим требуемые для откачки на кустовую насосную станцию.
Однако такая система для определения количества воды и нефти в водонефтяной эмульсии требует полного разделения водонефтяной эмульсии, а этот процесс весьма длителен. Чаще всего анализируется не полностью разделенная водонефтяная эмульсия. А при определении свойств такой системы неизбежно возникают ошибки и погрешности.
В предложенном способе решается задача повышения точности и сокращения времени определения. Задача решается следующим образом.
Для определения количества воды и нефти в водонефтяной эмульсии волновод помещают в движущуюся водонефтяную эмульсию, т.е. в неразделенную на фазы жидкость. Для измерений используют волновод фиксированной длины, выполненный в виде двухпроводной изолированной линии с диодом "Шотки" между линиями. В качестве волновода используют два параллельных металлических стрежня из нержавеющей стали длиной от 30 до 1500 мм и с сечением от 6 до 9 мм, расположенных на расстоянии от 18 до 20 мм друг от друга.
От источника-приемника по волноводу подают высокочастотный электрический ток с частотой от 10 до 300 МГц, шагом перестройки 1 МГц и амплитудой от 3 до 5 мА, и постоянный электрический ток от 5 до 10 мА, больший, чем ток согласования волнового сопротивления источника-приемника и волновода (2 мА), обеспечивая отражение электромагнитной волны высокочастотного тока от диода "Шотки", детектируют результирующий ток и измеряют его величину, равную
где
Хi дет - измеренная амплитуда отраженного сигнала i-й частоты, мА;
А - ток высокочастотного сигнала, мА;
Кот - коэффициент отражения от диода "Шотки";
t - время распространения сигнала по волноводу, с;
fi - частота высокочастотного сигнала, Гц.
Определяют время распространения сигнала t, используя последовательность из измеренных значений детектированного высокочастотного тока Xi дет для каждой из частот. Определяют время распространения электрического высокочастотного тока по волноводу как
где S - длина чувствительного элемента, мм.
Используют зависимость скорости распространения от диэлектрической проницаемости как
где Vs - скорость света, м/с;
Е - диэлектрическая проницаемость среды;
М - магнитная проницаемость среды.
С учетом того, что диэлектрическая проницаемость воды - 81, а диэлектрическая проницаемость нефти - 2,2, выполняют точное определение скорости распространения и вычисляют содержание нефтепродуктов в воде.
Пример конкретного выполнения
Проводят анализ воды, подготовленной в очистном резервуаре №3 дожимной насосной станции ДНС-1 нефтегазодобывающего управления "Ямашнефть" и подаваемой на кустовую насосную станцию. Воду пропускают через емкость автоматизированной системы определения качества воды с установленным на ней датчиком СЕЛТЕК. При проведении работ прекращают подачу жидкости из сырьевого резервуара №1 ДНС-1 по перетоку и проводят непрерывную откачку подготовленной воды из очистного резервуара №3 ДНС-1 до момента ухудшения ее качества и увеличения в ее составе нефтепродуктов. При этом проводят непрерывный замер и лабораторный анализ проб воды, взятых из пробоотборника, установленного на емкости системы.
Для определения количества воды и нефти в водонефтяной эмульсии волновод помещают в движущуюся водонефтяную эмульсию. Для измерений используют волновод фиксированной длины, равной 75 см. Волновод выполнен в виде двухпроводной линии с диодом "Шотки" между линиями.
От источника-приемника типа LM607022 по волноводу подают постоянный электрический ток 10 мА, обеспечивающий согласование волнового. сопротивления источника-приемника и волновода. Одновременно от источника-приемника по волноводу подают высокочастотный электрический ток с частотой от 10 до 300 МГц, шагом перестройки 1 МГц и амплитудой 3 мА, и постоянный электрический ток 10 мА, больший, чем ток согласования волнового сопротивления источника-приемника и волновода (2 мА), обеспечивая отражение электромагнитной волны высокочастотного тока от диода "Шотки", детектируют результирующий ток и измеряют его величину, которая согласно выражения (1) будет в диапазоне от 0 до 6 мА. Используя выражение (1) для каждой из частот и выражение (2) вычисляют скорость распространения сигнала по волноводу, которая в зависимости от содержания нефтепродуктов находится в диапазоне от 27,4375% для воды до 67,5385% для нефти от скорости света.
Продолжительность цикла измерения составляет 4,5 сек. Содержание нефтепродуктов воде составляет 220 мг/л.
При определении количества воды и нефти в лабораторных условиях при полностью расслоившейся водонефтяной эмульсии получен следующий результат: содержание нефтепродуктов в воде - 230 мг/л. Продолжительность лабораторного анализа составила 2 часа.
В результате выполнения предложенного способа скорость определения количества воды и нефти в водонефтяной эмульсии возросла в 1600 раз при сопоставимом результате определения нефтепродуктов в воде, учитывая возможные существенные погрешности при отборе представительских проб для лабораторного анализа.
Применение предложенного способа позволит повысить точность и сократить время определения количества воды и нефти в водонефтяной эмульсии.
Способ определения количества воды и нефти в водонефтяной эмульсии, включающий подачу от источника-приемника по волноводу, выполненному в виде двухпроводной изолированной линии с диодом "Шотки" между линиями, постоянного электрического тока величиной, обеспечивающей согласование волнового сопротивления источника-приемника и волновода, одновременную подачу от источника-приемника по волноводу высокочастотного электрического тока, замер времени распространения электрического высокочастотного тока по волноводу и расчет параметров водонефтяной эмульсии, отличающийся тем, что волновод используют фиксированной длины, волновод помещают в движущуюся водонефтяную эмульсию, от источника-приемника по волноводу одновременно подают высокочастотный электрический ток и постоянный электрический ток, больший, чем ток согласования волнового сопротивления источника-приемника и волновода, детектируют результирующий ток, определяют время и скорость распространения тока по волноводу и рассчитывают количество воды и нефти в водонефтяной эмульсии.
