Устройство для отбора проб многофазной жидкости

89 . .(331 Вел оваио 07.03.82 .Вв кобритания К 622,24 (088.8 ллетеньния 09.03,(53 по делам изобретено и открытий,ц,ат убликоваиия опи Иностране лод Оирфо (Франция) 72) Автор изобретеии Иностранная Фирмаюмбергер Оверзис С(Великобритания) н 71) Заявитель ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ И ИДКОСТИ ОФАЗНОЙ ТРОЙСТВ геоФиэиины, а именазной жидтени бы н ствлениепроцес-,Мся тем,срез разделения и се ее отбора укаэаннаяцель достигае полнены таким отверстия кан е направлены х,образом, ов в из,ав то каналы в то выходные ерхней крью ижней - вве Изобретение относится ческим исследованиям скв но для исследования мног костиИзвестно устройства для отбора проб многоФаэной жидкости, состоящее из корпуса с верхней и нижней крышками, выполненными с каналами, связывающими камеру пробы с внешней сре" дой,и датчика раздела уровней сред Щ 1Недостатком указанного устройства является то, что при различной ско" рости, истечения каждой Фазы отбирае" мой пробы не достаточно возможно представить содержание присутствующих Фаэ в заданный момент на уровне отбора образца.Цель изобре я - осущеНа Фиг. 1 представлена принципиаль-ная схема предлагаемого устройства,погружаемого в эксплуатационную скважину и содержащего сначала только одну Фазу внешней смеси, на Фиг. 2 - .то же, когда устанавливается равновесие между внутренней и внешней средой; на Фиг. 3 " возможные конструк"тивные детали устройства; на Фиг. 4 "конструкция устройства, снабженногодетектором уровня межФаэовой поверх"ности с соединенными электрическимицепями,Устройство содержит вертикальнуюскважину .1, местонахождение двухфазного потока, состоящего из тяжелойфазы, такой как вода 2, в которойперемещаются пузырьки легкой Фазы 3,такой как нефть, В этот поток погружается продольно удлиненный зонд 4,который выключает прицепное устройСтво 5, Фиксирующее трос 6, спускающийся в скважину 1 с поверхности, кконцу которого подвешен этот зонддля тогд, чтобы его можно было пере3. 91205 мещать в скважине 1. Зонд 4 содержит трубопровод 7, имеющий верхний конец 8 и нижний конец 9, Внутренняя стенка трубопровода ограничивает сбо" ку сагрегационную камеру 10, отде- , 5 ленную от внешней среды, в трубопроводе 7, но предусматривающую постоянные коммуникационные каналы для сообщения с этой последней. Концы 8 и 9 трубопровода 7 закрываются наконеч- О никами 11. Каждый из этих наконечни" ков имеет дно, образованное из попе-. речной стенки 12, находящейся на рас 3 стоянии против сторон соответствующих. концов 8 и 9 трубопровода 7. От этой 15 поперечной стенки 12 каждый из наконечников 11 имеет боковое трубчатое удлинение 13, которое окружает на расстоянии по высоте трубопровод около его концов. Между удлинениями. 13 Ю и трубопроводом 7 имеется пространст" во, достаточное для образования кольцевых каналов 14 и 15. Канал 1,фиг. 3 а) для наконечника 11 имеет круглую насадку 16 с внешней. стороны 25 трубопровода, которая находится здесь о в плоскости Р, перпендикулярной коси трубопровода 7. Канал переходитв верхний конец 8 трубопровода 7 навысоте Ъ над уровнем насадки 16, Кро" ЗОме того, наконечник 11 (Фиг. 1 и 2)закрывает в противоположном направле,"нии нижний конец 9 трубопровода 7 сцелью ограничения канала 15, который открывается в нижний конец 9 тру" )5бопровода на расстояНии 1, нижеплоскости Р его насадки 17 с внешней стороны.Таким образом, камера 10, ограни"ценная трубопроводом 7, собщается свнешней средой через два противопо"ложных прохода, расположенных на раз"личных уровнях, один верхний и дру"гой нижний, включая соответственноканалы 14 и 15. Верхний проход обеспечивает сообщение обеих частей плос"кости Р, расположенных соответственно внутри и с внешней стороны трубо"провода 7, а нижний проход обеспечивает сообщение обеих частей плоскости Р, расположенных соответственновнутри и с внешней стороны трубопровода 7. Эти два прохода имеют каждыйизогнутую часть, вверх для верхнегопрохода и вниз для нижнего прохода,55с целью образования двух сифонов.Когда зонд находится в положении,представленном на Фиг, 1, то любой 2 4обмен жидкостью между камерой 10, продольно, ограниченной плоскостями Р и Р, и внешней средой должен осуществляться в направлении, согласно,вертикальному направлению Поэтому если оба прохода находятся погруженными в двухфазную среду,. содержащую одну Фазу тяжелее, чем другая, сифон верхнего прохода стремится захватить самую легкую Фазу, в то время как сиФон нижнего прохода - самую тяжелую фазу.Когд такой зонд погружен в поток двух несмешивающихся жидкостей, сама камера заполняется любой смесью этих Фаз, устанавливают, что образуются ,уравнивающие потоки между внутренней 1 и внешней средами этой камеры до мо" мента, когда достигается равновесие, в котором Фазы, находящиеся внутри камеры, разделяются самотеком, уровень их межфазовой поверхности 1 представляет состав жидкости, подаваемой из внешней среды.Предположим, что в момент, когда зонд находится в потоке,он полностью заполнен самой тяжелой фазой 1 фиг. 1) и является восходящим. Ножно рассчи" тать разность давлений, существующую между плоскостями Р и Р 1 с внешнейстороны зондаР Я,н 1 Н + р .1 где Я - средняя плотность средыистечения;Я - ускорение силы тяжести;Н " расстояние между плоскостями Р и Р,лр " потери напора мног 6 фазногопотока между плоскостями Р,и РуРазность давлениймежду плоскостями Р и Рз при прохождении через трубу 7 может быть записанар -.р н + Рг + Ю, (г) где Я " плотйость тяжелой Фазы,заполняющей камеру 9;Р - динамичное давление, которое появляется в верхнейчасти камеры 8 и результатапотока;Рд " динамическая депрессия, воэ"никающая в результате тогоже действия.Члены 1 р,ус 1 и РЗ очень незначительны и при больших добычах это приближение вполне допустимо. В связис этим, путем гипотезы, РсЯ, разность давлений, проходящих по внут912052 5реннему пути ( Р -Р) бОльше раэ" ности, которая существует пр прохож" . деним по внешнему пути (Р "Р) . Следовательно, устанавливается восходящий поток внутри трубопровода, расход з которого таков, что потери напора которые он претерпевает, равен разности упомянутых гидростатических давлений.физический механизм обменов, кото" 10 рые устанавливаются между камерой и внешней средой, является следующим: пузырьки легкой фазы проникают в верх" ний конец трубопровода через насад-. ку 16 после верхней части наконечни" 1 ка 11, в то время как такой же объем тяжелой Фазы выходит через насадку 17. В связи с притоком легкой Фазы в верхнюю часть камеры 10 колонка освобождается от жидкости, которая 20 . в ней находилась. Разность гидроста" тических давлений между внутренней и внешней колонками жидкости уменьшается и уменьшается ее расход до нуля в то же время, когда Фазы разделя" 2 ются самотеком и когда межфаэовая поверхность устанавливается на уровнеН, который рассчитывается от плоскос". ти Р, которая остается стабильной, если состав потока внешней среды на ,Зе уровне, где находится зонд, остается постоянным.В состоянии, показанном на фиг. 2 можно записать равновесие гидроста" тических давлений, расход внутри трубопровода равен нулю.Проходя через трубопровод:Р "Р ="Ъ+ (Ь+Нф+ (Н" +Мффб) где Н = Н-Н; И - плотность легкои фазы.Проходя с внешней стороны грубо"провода: .Р Рл НЯМ (Мгде Я= у+ с. дЯ; (5)и Е- соответственно концентрации легких и тяжелых фаэв среде.Записывая равенство Р -Р 1 иР 2 -Р получаютЯ=НЙ + Н ЬН Н"Нз Формул 5) и (63 следует, чтоконцентрации. и Е Фаз пропорциогЯнальны высотам Н и Н", иначе говоря,что уровень межфазовой поверхностипредставляет собой состав внешнейсреды,6Потери .напора потока в скважине, давление и депрессия динамические в колонке жидкости, содержацейся в камере 10, ничтожны, соответствие между. .уровнем межфаэовой поверхности и со" ответствующими пропорциями жидкостей в потоке несовершенноааИсполнение сифонов может иметь, различные формы. Вариант исполнения (фиг, 3 б), в котором соединительные каналы между трубопроводом и. внешней средой, вместо абсолютно продольных, наклонены поперечно. Верхняя часть этого устройства показана с верхнего . конца 8 трубопровода 7. Наконечник 11 в виде колпачка, внутренний край которого имеет Форму. усеченного конуса, устанавливается над усеченной частью верхнего конца трубопровода 7 для образования канала 15, имеющего насадку иа конце 16 на нижнем уровне кон" ца 8 трубопровода 7. Другие более сложные варианты исполнения проходов могут иметь место при условии, когда они имеют ориентированный сифонаформа проходов и ориентация их на-, садки может влиять на быстроту, с ко, торой стремится. устанавливаться рав. новесие в камере, когда изменяется внешняя среда. Эта быстрота велика при переходах (фиг, 3 а, еб, которые обеспечивают легкий обмен между камерой 10 и внешней средой и позволяют определять нахождение межфазовой поверхности довольно быстро с целью по" лучения приемлемых измерений,. когда такой зонд перемещают непрерывным образом.Сифоны изменяют противоположным образом направление пути следования по вертикали частиц обмена между внут" ренней и внешней средами камеры сегрегации Переходы устанавливают нулевую вертикальную скорость по крайней мере в одной точке пути следования между внешйей и внутренней средами камеры. В этом последнем случае приближают, наклоняя все больше и боль"ше, канал 15 (фиг. 3 б) к горизонтали, высота между насадкой каналов с внешней стороны и концом трубопровода, ограничивающего камеру замеров, стремится к нулю. Тем не менее, следует опасаться, что при отсутствии сифонов в верхнем и нижнем проходах, прорыв капель или пузырьков, в реэулЬ- тате завихрения внешней среды может происходить в камере за счет этих про7 9120 ходов, что вызовет нарушение устойчивости межФазовой поверхности в равновесии.Зонд Фиг, 1 и 2преимущественно снабжается детектором уровня межФазо" вой поверхности. Можно применять для этой цели датчик, который по разному реагирует на различные свойства ис" следуемых Фаз, например емкостный,.Зонд, показанный на Фиг. 4, снаб жен емкостным датчиком. Он имеет корпус зонда 18 на Фиг. 4 представлена- только одна его часть, содержащего в себе центральную колонку 19, которая соединяет две расширенные части: Ю верхнюю 20 и нижнюю 21. Этот корпус зонда предусматривает в своей верх" ней части элемент крепления, не пред- ставленный для троса, к которому может подвешиваться зонд. Этот корпус 20 зонда может содержать несколько инструментов, если зонд применяется в сочетании с другими устройствами для исследования эксплуатационной скважи" ны. Вокруг колонки 19 и между частя ми 20 и 21 монтируется трубопровод 22 с верхним диаметром во внешнем диаметре колонки 19 для обеспечения кольцеобразного пространства между этим трубопроводом и этой колонкой и огра" 50 ничения сбоку камеры замеров или ка" меры сагрегации Фаз 23 эквивалентной предыдущей камере 10. Верхний конец 24 трубопровода открывается на некотором расстоянии от поперечной стенки 25 верхней широкой части 20 корпуса зонда 18, в то время как нижний конец 26 этого трубопровода открывается на расстоянии от поперечной стенки 27 соединяющейся с широкой частью 21 корпуса зонда 18, труб" чатое боковое удлинение 28 охватывает трубопровод 22 около его верхнего конца 24 таким образом, чтобы соста" вить проход, имеющий часть, изогнутую вверх, образующую сиФон между внешней и внутренней средами камеры 23 и, таким образом, трубчатое удлинение охватывает трубопровод 22 около его нижнего конца 2 б.50Камера представляет собой пространство между электродами емкостного датчика. Трубопровод 22, состоящий из металла, образует электрод с за 55 землением для датчика. Другой электрод этого датчика состоит из металлической втулки, смонтированной на колонке 19 и соединенной с источником 52 8напряжения. Эта втулка покрыта 1 олстым слоем 29 изоляционного материала, по возможности не смачивающегося,такого как политетрафторэтилен.Для питания датчика и измерения электроды 22 соединяются проводниками 30 и 31 с генераторам Ю 32, который в свою очередь соединен с постоянным источником 33 питания,. Частота колебательного контура, в который включен датчик, изменяется с изменением емкости датчика и посылаемые сигналы частоты передаются прямо через генератор ЯС н поверхность по экранированному кабелю, к которомуподвешен зонд и по которому переда"ется постоянный ток для питания зон"да.Соответствующее исполнение (фиг.4)состоит, например, в предусмотрениирядом с каждым концом камеры 23 науровне верхнего и нижнего сиФонов эталонной емкости, способной сообщать ответ:, характеризуЮщуЬ жидкую,Фазу, заключенную в этом сиФоне, ко" торый позволяет определить взятую пробу, каким бы ни был ответ основного датчика в присутствии только этой Фазы.Эталонными емкостями являются электрод, состоящий из металлического трубопровода 22 и другой электрод 34 и 35, который содержит колонка 19, соответственно в верхнем и нижнем сиФонах. Провод,ики 36 и 37, отходящие от электродов 34 и 35, могут быть поочередно соединены с генератором ЯС 32 посредством входящего искателя 38, с которым также соединен в Ьтом случае проводник 39. искатель 38 управляется с поверхности по проводнику 40 кабеля 41 для соединения селективно генератора с основным датчиком или с той или другой эталонной емкостью. Полезная длина трубопровода 22 мо" жет составлять 500 мм между концами трубчатых удлинений 28 и 42 при диаметре 43 мм. Это устройство пригодно для применения в сочетании с измерительными инструментами в неФтяных скважинах, к которым относятся., например, кроме инструмента для определения состава, расходомер и температурный инструмент.Что касаеТся его применения в скважинах, следует заметить, что это устройство не требует никакой системы9, 9120 надувной перемычки и минимально на" рушает исследуемый поток истечения.После упаковки оно может также применяться в режиме непрерывного пере" мещения, для. точных измерений и для З подробного исследования некоторых зон его можно применять для осущест" аления периодических измерений, останавливая его на каждом анализируемом уровне, в этом случае можно иногда ,1 О выполнять установку для, каждой из фаз, присутствующих на этом уровне перед осуществлением собственно замеров. Применение устройства не ограничивается некоторыми типами скважин 1 или узким пределом добыч.формула изобретенияУстройство для отбора проб много" фазной жидкости, состоящее из корпу" 52 . 10са с верхней и нижней крышками, выполненными с каналами, связывающимикамеру для пробы с внешней средой,и датчика раздела уровней сред, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью осуществления разделения пробына фазе в процессе ее отбора, каналывыполнены таким образом, что выходные отверстия каналов,в верхней крышке направлены вниз, а в нижнейвверх.,Источники информации; принятые во внимание при экспертизе912052 ИИПИ Заказ 1170/5ираж 624 Подписное филиал ППП "Патг.Ужгород,ул,Про ППП,Патентф Зак. 3 т"1тная, 4