Способ определения плотности жидкой фазы газоводонасыщенной нефти и устройство для его осуществления

(5)4 С О ЕТЕНИ дения пульсамерительной атчи н женные на ко еры, два фил мплитуды пул лок хранения изменения об рительной ка ГОСУДАРСТЯЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ АНИЕ ИЗ ОРСНОМУ СЕИДКтядьСТ(71) Казахский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) В,А. Филатов и В,Ф. Вудников (53) 532.14 (088.8)(56) Справочная книга по добыче не ти. М.; Недра, 1974,Авторское свидетельство СССР М 894468, кл. С 01 И 9/26, 1981.Авторское свидетельство СССР М 901830, кл. ( 01 Р 1/74, 1982.(54) СНОСОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИЖИДКОЙ ФАЗЫ ГАЗОВОДОНАСЬПЦЕННОЙНЕФТИ И УСТРОЙСТВО Д 1 И ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ,(57) 1. Способ определения плотности жидкой фазы газоводонасыщеннойнефти путем измерения плотностипоследней и вычисления плотностижидкой фазы, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повышенияточности и снижения трудоемкостиизмерения плотности жидкой Фазыгазоводонасыщенной нефти, последнюю пропускают через проточную измерительную камеру псевдозамкнутого объема, измеряют температуру,давление и плотность смеси в измерительной камере, изометрическис постоянными частотой и амплитудой, исключающей растворение газав жидкой фазе, изменяют объем измерительной камеры, измеряют амплитудупульсаций давления смеси в измерительной камере,. вычисляют величину газосодержания смеси как пр изведение отношения амплитудыизменения псевдозамкнутого объема измерительной камеры к известной его начальной величине на отношение суммы измеренных начального давления и амплитуды изменения давления в измерительной камере к амплитуде изменения давления в измерительной камере, и, используя известную величину плотности газа, вычисляют плотность жидкой фазы газоводонасыщенной нефти как отношение разности измеренной величины плотности смеси и произведения значения газосодержания на известное значение плотности газа к разности единицы с значением газосодержания.2. Устройство для определения плотности жидкой фазы газоводонасыщенной нефти, содержащее проточную измерительную камеру, датчик средней плотности смеси, соединенный с блоком вычисления плотности жидкой Фазы, о т л и ч а ю щ е е - . с я тем, что, с целью повышения точности и снижения трудоемкости измерения плотности жидкой фазы газоводонасыщенной нефти,измерительная камера выполнена псевдо- замкнутой, а в устройство дополнительно введены механизм возбужции давления в изамере, датчик давлетемпературы, располо пусе измерительной к ьтра, блок выделения ьсации давления,значения . амплитуды ема проточной измееры, блок хранения1188583 значения плотности газа, блок вычисления истинного газосодержания причем выход датчика температуры соединен с первым входом блока вычисления плотности жидкой фазы, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами блока хранения величины плотности газа и датчика средней плотности смеси, а выход датчика давления через последовательно соединенные первый фильтр и блок выделения амплитуды пульсаций давления подключен к второму входу блока вычисления истинного газосодержания первый вход которого соединен с выходом блока хранения значения амплитуды изменения объема измерительной камеры, а выход блока вычисления истинного газоодержания соединен с четвертым входом блока вычисления плотности жидкой фазы, пятый вход которого соединен с третьим входом блока вычисления истинного газосодержания и выходом второго фильтра, вход которогг пбдключен к выходу датчика давления.3, Устройство по п.2, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что блок вычисления истинного газосодержания с тремя входами и одним выходом содержит сумматор, делительное устройство и множительное устройство, причем второй вход блока вычисления истинного газосодержания соединен одновременно с входом "Слагаемое 1" сумматора и входом "Делитель" делительного устройства, третий вход блока вычисления истинного газосодержания соединен с входом "Слагае мое 2" сумматора, а выход последнего соединен с входом "Делимое" Изобретение относится к нефте-. добыче и может быть использовано для измерения плотности жидкой фазы двухфазного потока без его разделения на жидкую и газообразную 5 фазы. делительного устроиства, выходЧастное которого соединен со входом Множимое" множительного устройства,. вход "Множитель" последнего соединен с первым входом блока вычисления истинного газосодержания, а выход Произведение" - с его выходом.4. Устройство по п. 2, о т л и - ч. а ю щ е е с я тем, что блок вычисления плотности жидкой фазы с пятью входами и одним выходом содержит множительно-делительное устройство с тремя входами, множительное устройство, первый и второй вычитатели. делительное устройство, причем первый, второй и третий входы множительно-делительного устройства соедичены соответственно с пятым, первым и вторым входами блока вычисления плотности жидкой фазы, а выход - с входом Множительмножительного устройства, вход "Множимое" которого соединен с четвертым входом блока вычисления плотности жидкой фазы, а выход Произведение соединен со входом "Вычитаемое" второго вычитатгля, вход последнего "Уменьшаемое соединен с третьим входом блока вычисления плотности жидкой фазы а выход "Разность" - с входомДелимое" делительного устройства, вход Делитель которого соединен с выходом "Разность" первого вычитателя, вход "Вычитаемое" последнего соединен с четвертым входом блокавычисления плотности жидкой фазы, а вход "Уменьшаемое" - с опорным источником напряжения, при этом выход "Частное" делительного устройства соединен с выходом блока вычисления плотности жидкой фазы. Цель изобретения - повышение точности и снижение трудоемкости измерения плотности жидкой фазы газонасыщенной нефти,На фиг, 1 изображена структурная схема устройства для опреде-,(1) примет вид Рг (Ч 1 - Ь Ч)ЧР(5) Р +ЬРЧ = -ЬЧ 1 ЬР 55 ления плотности жидкой фазы гаэонасьпценной нефти; на фиг. 2 - структурная схема блока вычисления истинного газосодержания; на фиг. 3 - структурная схема блока вычисления плотности жидкой фазы,Известно физическое свойство газа при изотермическом сжатии в замкнутом объеме которое опнсывается соотношениемРа ЧгЧ 1 (1)1 р Этому закону подчиняется такжегазообразная фаза газонасьпценнойнефти при изотермическом сжатиисмеси в замкнутом объеме, в пределах величин давлений, исключающихрастворение газа в жидкой фазе,так как газ в смеси при сжатии (расширении) сжимается (расширяется),,а жидкая фаза практически не меня,ет своего объема,Приняв Ч, - начальный объем, занимаемый свободным газом в псевдозамкнутом объеме; Ч - объем,занимаемый свободным газом в псевдозамкнутом объеме после его изменения с амплитудой ЬЧ (например, уменьшившего на ЬЧ); Р 1, Р - значение30давления смеси в псевдозамкнутомобъеме, принимаемое соответственнодо и после воздействия на смесь. Из (3) получим значение начального объема, занимаемого свободнымгазом в смеси в псевдозамкнутомобъеме так как Р Р, иэ условия изменения объема (Ч,) Ч), то учитывая, чтоЬР = Р - Р 1, из (4) имеем Выражение (5) определяет объем свободного газа в смеси, заключенный в псевдозамкнутом объеме,Так как гаэосодержание в псевдо- замкнутом объеме определяется со- отношением где Ч - начальная величина псевдозамкнутого объема, в которой помещена порция смеси, то, учитывая (5), получим ЬЧ Р, +ЬР= -- (- -- -) (7) Ч ЬР или при ЬЧ = сопз, Ч = сопят.,ЬЧИз (1) плотность газа определяется каксМ=Ргг+ОфМ 4 с(9) где г - плотность газа;, - плотность жидкой фазысмеси.Откуда 10 см-ЧгРгГ" 1-Ч. (10)В выражениях (7 и 10) известными величинами являются плотность свободного газа в смеси /г, начальный псевдозамкнутый объем Чо, амплитуда изменения объема Ь Ч, Р 1 - начальное давление в псевдозамкнутом объеме Ч при механическом его изменении. Плотность смеси р и ЬР (амплитуда изменения давЛения, возникающая при изменении начального значения псевдозамкнутого объема Чо с амплитудой Ь Ч) измеряются.Способ определения плотности жидкой фазы гаэонасьпценной нефти заключается в следующем.Газонасыщенную нефть через датчик средней плотности пропускают через измерительную камеру псевдо- замкнутого объема известной на.чальной величины Ч , например типа фильтра-успокоителя под давлением потока, и измеряют плотнОсть смеси см. Одновременно производят измерение давления смеси Р 1 в пространствепсевдозамкнутого объема и с частотой Й производят изменение псевдозамкнутого начального объема Ч 0 с известной и постоянной амплитудой ЬЧ. При этом происходит изменение давления Р в пространстве измерительной камеры псевдозамкнутого объема за счет сжимаемости свободного газа в составе смеси с амплитудой пульсации давления ЬР.Описанная дополнительная опера ция изотермического сжатия и расширения газонасыщенной нефти, введенная на конкретном потоке, позвоИзмеряется величина амплитуды пульсации давления АР. По формуле (7)вычисляется газосодержание ),Используя известную величину Р,и вычисленное по (7) 7", вычисляютплотность жидкой фазы газонасьпценной нефти по формуле (10),Описанный способ позволяетпроизводить определение плотности жидклй фазы газонасьшенной нефти при конкретных условиях существования газонасыщенного потока на текущий момент времени, Это осуществляется путем введения дополнительной операции на конкретном потоке поочередного с известной частотой изотермического сжатия и расширения газонасыщенной нефти, пропускаемой через измерительную камеру псевдозамкнутого объема, измерения при этом амплитуды пульсации давления в этом объеме, возникшей в результате этого воздействия, значения первоначального давления в псевдозамкнутом объе",е; использования известной величиныизменения первоначального псевдо- замкнутого объема вычисления значения истинного газосодеркания через произведение отношения суммы значения первоначального давления в псевдозамкнутом объеме со значением амплитуды пульсации давления в этом объеме, к последнему, на отношение значения объема кзначению первоначального псевдо- замкнутого объема; измерения температуры и первоначального давления в псевдочамкнутом объеме и использования вычисленного текущего значения истинного газосодержания, известной плотности газа при нормалвных условиях, вычисляют значение плотности жидкой фазы газонасыщенной нефти через отношение разности значений, измеренной на текущий момент времени, плотности га зонасыщенной нефти и произведения значения истинного газосодержания на значение плотности газа, приведенного к условиям измерения; и разности единицы со значением исф тинного газосодержания. 1525304050 ляет непрерывно идентифицироватьгазожидкостный поток. Это обеспечивает непрерывное определение значения плотности его жидкой фазы на текущий момент времени, что в конечном счете снижает трудоемкость способаДля осуществления способа определения плотности жидкой фазы в газонасыщенной нефти в известное устройство, содержащее датчик средней плотности, блок вычисления плотности жидкой фазы, введены механизм возбуждения, проточная измерительная камера с известным псевдозамкнутым объемом с элементом, меняющим ее объем, датчик давления, датчик температуры, поло- совой фильтр, фильтр нижних частот блок выделения амплитуды пульсации давления, блок вычисления истинного газосодержания, блок хранения значения амплитуды изменения объема проточной измерительной камеры, блок хранения величины плотности газа, причем выход механизма возбуждения соединен с элементом, изменяющим объем проточной измерительной камеры, выход датчика давления, установленного на корпусе проточной измерительной камеры,. соединен с входом полосового фильтра и фильтра нижних частот, а выход датчика температуры, установленного на корпусе проточной измерительной камеры, подключен к первому входу блока вычисления плотности жидкой фазы, второй и третий входы последнего соединены соответственно с выходом блока хранения значения плотности газа и с выходом датчика средней плотности; первый, второй и третий входы блока вычисления истинного газосодержания соединены соответственно с выходом блока хранения значения амплитуды изменения объема проточной измерительной камеры, через блок выделения амплитуды пульсации давления - с выходом полосового фильтра и с выходом фильтра нижних частот, последний своим выходом соединен с пятым входом блока вычисления плотности жидкой фазы.Устройство для определения плотйости жидкой фазы газонасыщенной нефти содержит механизм 1 возбуждения, проточную измерительную камеру 2, датчик 3 давления, полосовой фильтр 4, фильтр 5 нижних частот, блок 6 выделения амплитуды пульсации давления, который может быть выполнен в виде детектора, датчик 7 температуры, блок 8 хранения значения амплитуды изменения объема проточной измерительной камеры, который может быть выполнен в виде опорного источника постоянного напряжения, датчик 9 средней плотности смеси, блок 10 хранения величины плотности газа, который может быть выполнен в виде опорного источника постоянного напряжения, блок 11 вычитания плотности жидкой фазы и блок 12 вычисления истинного гаэосодержания, множительно - делительное устройство 13, множительное устройство 14, два вычитателя 15 и 16 делительное устройство 17, сумматор 18, делительное устройство 19 и множительное устройство 20.Устройство работает следующим образом.Сигнал воздействия с механизма 1 возбуждения(например, механического или электрического) с частотой Г изменяет объем проточнойоизмерительной камеры 2 с первоначальным значением объема Ч с амплитудой ЬЧ (например, Ч - АЧ) с частотой йСмесь поступает в установленную вертикально проточную измерительную камеру 2, выполненную, например, в виде фильтра-успокоителя сверху. В результате смесь попадает в псевдозамкнутый объем заполняя весь объем проточной измерительной камеры 2.Часть этого объема занята жидкой фазой, а часть - газообразной. При изменении объема проточной измерительной камеры 2 с амплитудой А Ч и частотой Е жидкая и газообразоная фазы испытывают на себе воздействие сжатия. Так как жидкая фаза смеси практически несжимаема, а газообразная сжимаемая, то изменение объема Ч с амплитудой ЬЧ проОисходит за счет газообразной фазы.Изменение объема Чо в проточной измерительной камере с амплитудой АЧ вызывает изменение в ней начального давления Р, с амплитудой А Р ис частотой 1 д.Значение Р и амплитуда пульсации Ь Р давления воспринимаются5 датчиком 3 давления, расположенным на корпусе измерительной камеры. Сигнал с датчика 3 давленияпоступает одновременно на полосовойфильтр 4 и фильтр 5 нижних частот.10 Полосовой фильтр 4 пропускаетсигнал, пропорциональный Д Р, с частотой пульсации 2 изменения объейма Ч с амплитудой ЬЧ,Фильтр 5 нижних частот не пропус 15 кает сигнал с частотой пульсацийГ и вьпде, а пропускает сигнал,пропорциональный Р 1 .С выхода полосового фильтра 4сигнал с частотой пульсации Го и20 амплитудой пульсации, пропорциональной ЬР, поступает на блок 6 выделения амплитуды пульсации А Р.С выхода блока 6 сигнал, пропорциональный значению б Р, поступает на25 второй вход блока 12 вычисленияистинного газосодержания, на первый и третий входы которого поступают сигналы, пропорциональные С=Д щАЧ/и Р соответственно с блока 8 хранения значения амплитуды измененияобъема проточной измерительной камеры и с выхода фильтра 5 нижнихчастот,Блок 12 вычисления истинного газосодержания осуществляет операции согласно выражению (8), для чего он содержит сумматор 18, делительное устройство 19 и множительное устройство 20 (фиг. 2), причем второй вход блока 12 внутри соединен одновременно с входом "Слагаемое сумматора 18 и входом Делитель делительного устройства 19, третий вход блока 12 внутри соединен с входом Слагаемое 2 сумматора 18, а выход последнего соединен с входом "Делимое" делительного устройства 19, выход "Частное" которого соединен с входом Множимое множительного устройства 20, вход"Множитель" последнего соединен внутри с первым входом блока 12, а выход "Произведение" - с выходом блока 12,.Сигналы со второго и третьего входа внутри блока 12 поступают на сумматор 18, который формирует сигнал, пропорциональный (Р + АР), который поступает на вход "Делимое""Делитель" которого поступает сигнал со второго входа блока 12. Навыходе "Частное" делительного устройства 19 формируется сигнал, про-порциональный выражению С выхода "Частное" делительногоустройства 19 сигнал поступает навход Множимое" множительного устройства 20, на вход "Множитель" которого поступает сигнал с первоговхода блока 12.На выходе Произведение" множительного устройства20 формируется сигнал, пропорциональный значению истинного гаэосодержания ф. Этот сигнал поступаетна вход блока 12,ФСигнал с выхода блока 12, пропорциональный значению ф , поступаетна четвертый вход блока 11 вычисления плотности жидкой фазы, напервый, второй, третий и пятый входы которого поступают сигналы, проо,порциональные Т С, (3 ) Р, соответственно с выходов датчика 7температуры, блока 10 хранения величины плотности газа, датчика средней плотности смеси 9 и Фильтранижних частот 5.Блок вычисления плотности жидкой Фазы 11 осуществляет операциисогласно выражению (10), для чегоон содержит множительно-делительное устройство 13 с тремя входами,выполняющее операцию вида - (гдеУХу - первый вход, я - третий вход,х - вторэй вход), множительноеустройство 14, первый вычитатель 15второй вьиитатель 16 и делительноеустройство 17, причем первый, второй и третий входы множительноделительного устройства 13 соединены соответственно внутри с пятым,первым и вторым входами блока 11, а"Множимое" которого соединен счетвертым входом блока 11, а выходПроизведение соединен со входом"Вьиитаемое" второго вычитателя16, вход последнего "Уменьшаемое"соединен с третьим входом блокавычисления плотности жидкой фазыа выходРазность - со входом"Делимое" делительного устройства 15 2 О 25 ЭО 35 40 45 50 55 17, вход "Делитель" которого соединен с выходом "Разность" первого вычитателя 15, вход Вычитаемое последнего соединен с четвертым входом блока 11, а вход "Уменьщаемое" - с опорным источником положительного напряжения приРэтом выход Частное делительного устройства 17 соединен с выходом блока 11 (Фиг. 3.) .Сигнал, пропорциональный значению , поступая на четвертый вход блока 11, одновременно поступает на вход Вычитаемое первого вычитателя 15 и вход "Множимое" множительного устройства 14На вход нМножительн множительного устройства 14 поступает сигнал с множительно-делительного устройства 13, выполняющего операцию вида - (где ( - первый вход, Е третийвход, Х - второй вход), чем обеспечивается приведение значения , установленного в блоке 10 к условиям измерения, на первый вход которого поступает сигнал, пропорциональный делению Р с выхода блока 5, на второй вход поступает сигнал, пропорциональный температуре измеряемой среды с выхода датчика 7 температуры, на третий вход сигнал, пропорциональный плотности газа при нормальных условиях, с выхода блока 1 О. На выходе Произведение множительного устройства 14 Формируется сигнал, пропорциональный произведению значения истинного гаэосодержания на плотность газа (, р. Этот сигнал поступает на вход "Вычитаемое" второго вычитателя 16, на вход "Уменьшаемое" которого с выхода датчика 9 средней плотности смеси поступает сигнал, пропорциональный плотности смеси Рг,цНа выходе "Разность" второго вычитателя 16 Формируется сигнал, пропорциональный ( д;р). Этот сигнал поступает на вход "Делимое" делительного устройства 17, на вход нДелительн которого поступает сигнал с выхода "Разность" первого вычитателя 15, пропорциональный выражению (1-, на вход Вычитаемое которого поступает сигнал, пропорциональный ф,. с выхода блока 12 а на вход "Уменьшаемое" - опорное напряжение 11 оп = сопзС.11На выходе "Частное" делитель- ного устройства 17 формируется сигнал, пропорциональный плотностил 1188583 12жидкой Фазы смесир , который поступает на вход блока 11, тем самым, и на выход устройства,1188583 Составитель В. АлексН. Горват . Техред О.Ващишина ректор С. Шекмар Реда Заказ 673 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 43 Тираж 396ВНИИНИ Государственного комипо делам изобретений и от 13035, Москва, Ж, Раушская Подписяета СССРкрытийнаб., д.4/5