устройство для исследования пластовой нефти (pvt)

Формула изобретения

Устройство для исследования пластовой нефти (PVT), содержащее сосуд высокого давления и переменного объема, который включает перемешивающее устройство и измерительные устройства, фиксирующие рабочий объем сосуда, температуру и давление в нем, отличающееся тем, что для повышения надежности и качества измерений перемешивающее устройство снабжено магнитной мешалкой, выполненной из двух кольцевых магнитов, при этом внешнее магнитное кольцо - кольцевой ротор соединен нижним концом со складывающейся пружинной мешалкой, имеющей форму плоской ленточной пружины по диаметру, равному внутреннему диаметру сосуда, что позволяет при ее вращении перемешивать весь объем сосуда, а при введении или выведении плунжера-поршня из сосуда плоская пружина складывается или растягивается, внутреннее магнитное кольцо - статор выполнен в виде втулки с возможностью вращения вокруг головки корпуса сосуда высокого давления от внешнего привода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области добычи нефти, в частности к устройствам для исследования глубинных проб пластовой нефти, определения их давления, объема, температуры - pressure, volume, temperature (PVT).

Известно устройство для исследования пластовой нефти, содержащее сосуд высокого давления переменного объема, выполненное в виде пресса - высокого давления снабженное перемешивающим приспособлением, выполненное в виде плоской складывающейся пружины, вращающейся от ротора электродвигателя. Измерение рабочего объема сосуда высокого давления осуществляется по шкале ползунком, закрепленным на штоке пресса, укрепленной на корпусе сосуда PVT [A.c. № 610984, устройство для исследования пластовой нефти, опубл. 15.06.1978, авт. В.Н.Мамуна и др.].

Недостатками устройства являются:

Во-первых, малоэффективное перемешивание при определенных режимах вращения, которые зависят от вязкости пластовой нефти, значительный «мертвый объем», обусловленный конструкцией электропривода, а также невозможность проводить PVT исследования пластовых нефтей при температурах ниже +20°C из-за нагрева внутреннего объема индукционными токами электрического привода мешалки.

Во-вторых, низкая точность измерения рабочего объема сосуда при перемещении жесткого штока внутри сосуда.

В-третьих, увеличение «мертвого объема» системы за счет использования образцового измерительного манометра, подключенного к сосуду PVT.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для исследования пластовой нефти, в котором изменение объема сосуда высокого давления и создание в нем необходимого давления достигается введением в сосуд высокого давления или выведением из него поршня (плунжера). Перемешивание исследуемой среды осуществляется электромеханической мешалкой [А.с. № 794430, Устройство для исследования фазовых состояний газожидкостных смесей, опубл. 07.01.1981, авт. Б.В.Ульянинский].

Недостатком этого устройства является не регулируемое перемешивание и практически полное отсутствие возможности перемешивания вязких нефтей при температуре ниже +20°C и наличие большого «мертвого объема» - не перемешиваемый объем сосуда, обусловленный конструкцией электромеханической мешалки и подключенного манометра.

Задачами изобретения являются расширение диапазона исследования пластовых нефтей в область низких температур и повышение точности измерения объема, модернизация системы измерения температуры, давления и объема.

Поставленные технические задачи решаются тем, что патентуемое устройство для исследования пластовой нефти содержит сосуд высокого давления и переменного объема, который включает перемешивающее устройство и измерительные устройства, фиксирующие рабочий объем сосуда, температуру и давление в нем, при этом для повышения надежности и качества измерений перемешивающее устройство снабжено магнитной мешалкой, выполненной из двух кольцевых магнитов, при этом внешнее магнитное кольцо - кольцевой ротор соединен нижним концом со складывающейся пружинной мешалкой, имеющей форму плоской ленточной пружины по диаметру, равному внутреннему диаметру сосуда, что позволяет при ее вращении перемешивать весь объем сосуда, а при введении или выведении плунжера-поршня из сосуда плоская пружина складывается или растягивается, внутреннее магнитное кольцо - статор выполнен в виде втулки с возможностью вращения вокруг головки корпуса сосуда высокого давления от внешнего привода.

Кроме того, первое магнитное кольцо установлено непосредственно на вращающемся штоке внутри корпуса сосуда высокого давления, а второе кольцо при помощи электропривода вращается вокруг головки корпуса сосуда высокого давления (из немагнитного титанового сплава ВТ-6), создавая магнитный вращающийся момент.

Приспособление, фиксирующее перемещение плунжера-штока внутри сосуда равновесия, устанавливается непосредственно на перемещающийся ползунок плунжера-штока и является электронным штангенциркулем, фиксирующим относительные перемещения (расширение-сжатие) плунжера-штока с выводом данных на экран компьютера, что исключает наличие тарированных линейки и нониусной шкалы, а также исключает возможность ошибки при снятии показаний, фиксирующих рабочий объем сосуда равновесия.

Технический эффект изобретения заключается в следующем: за счет изменения конструкции мешалки и уменьшения габаритов верхней части мешалки уменьшен «мертвый объем» сосуда равновесия на 20% по сравнению с прототипом, за счет замены образцового манометра на пьезоэлектрический датчик «мертвый объем» уменьшен приблизительно на 20 см ³. Суммарный эффект уменьшения «мертвого объема» сосуда PVT (при рабочем объеме 300 см ³) равен приблизительно 28 см³, что составляет 9,3% «мертвого объема» прототипа. За счет применения электронного устройства, точно фиксирующего перемещения поршня в сосуде PVT, а также компьютерной обработки данных достигнута высокая точность измерения, исключена возможность ошибки при снятии показаний оператором («человеческий фактор»).

Предлагаемое устройство сертифицировано, используется в нефтяной отрасли, начат промышленный выпуск.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

На Фиг.1 изображен общий вид предлагаемого устройства для исследования пластовой нефти (PVT) УИПН-400.

На Фиг.2 изображен общий вид предлагаемого перемешивающего устройства с магнитной мешалкой (верхняя часть сосуда PVT), где: 1 - терморубашка сосуда PVT - термостатируемый корпус, 2 - внешнее магнитное кольцо (кольцевой ротор), 3 - внутреннее магнитное кольцо (статор), 4 - шкив привода, 5 - корпус запорного вентиля, 6 - зубчатая передача (шток), 7 - узел скольжения из 2-х подшипников, 8 - пружинная мешалка, 9 - сосуд высокого давления переменного объема, 10 - игла запорного вентиля.

На Фиг.3 (нижняя часть сосуда PVT) показано крепление электронного штангенциркуля (марки TESA digital-CAL RS-232), где: 11 - плунжер-шток сосуда PVT, 12 - штангенциркуль TESA digital-CAL RS-232, 13 - узел крепления подвижной губки штангенциркуля, 14 - узел крепления неподвижной губки штангенциркуля.

Устройство для исследования пластовой нефти включает:

Сосуд высокого давления переменного объема (Фиг.1), перемешивающее устройство с магнитной мешалкой (Фиг.2), измерительное устройство, фиксирующее рабочий объем сосуда и давления в нем (Фиг.3).

Устройство для исследования пластовой нефти (PVT) УИПН-400 работает следующим образом.

Проба пластовой нефти объемом 300 см ³ из глубинного поршневого пробоотборника переводится в сосуд переменного объема (Фиг.1).

В сосуде PVT за счет регулируемого объема и температуры создаются рабочие параметры по давлению и температуре, объем пробы в сосуде PVT фиксируется электронным измерительным устройством. Таким образом, в установке PVT моделируются пластовые условия Р_пл и Т_пл. Для получения однофазной системы используется перемешивающее магнитное устройство (Фиг.2). Получение однофазной пластовой нефти обеспечивается и контролируется автоматизированной программой управления установки PVT.

Для обеспечения вышеприведенной методики получения пластовой нефти при заданных (исходных) параметрах в области низких пластовых температур от +20°C до +8°C использование электромеханических перемешивающих устройств невозможно, так как происходит перегрев внутреннего объема сосуда PVT. Использование постоянных кольцевых магнитов в качестве привода перемешивающего устройства полностью снимает эту проблему. Кроме того, это позволило создать новое конструктивное решение узла привода устройства перемешивания с магнитным «мертвым объемом», т.е. уменьшить его по сравнению с прототипом в 3 раза.

Магнитная мешалка работает следующим образом. Согласно Фиг.1 внешнее магнитное кольцо - кольцевой ротор (2) из магнитного материала соединен нижним концом со складывающейся пружинной мешалкой (8), имеющей форму ленточной пружины по диаметру, равную внутреннему диаметру сосуда, что позволяет при ее вращении перемешивать весь объем сосуда. При введении или выведении плунжер-поршня из сосуда «плоская пружина» складывается или растягивается.

Вращающий магнитный момент ротору передается от вращаемого электроприводом внутреннего магнитного кольца-статора (3) за счет создания магнитного поля. Статор представляет собой магнит, выполненный в виде втулки, которая свободно вращается вокруг головки сосуда и соединена зубчатым зацеплением со штоком (6) электромеханического привода, вынесенного за пределы термостатируемого корпуса (1) сосуда высокого давления (9). Через шкив привода (4) посредством ременной передачи осуществляется вращение от электромотора (не показан). Скорость вращения электромотора регулируется изменением напряжения, подаваемого на электродвигатель.

Измерительное устройство, фиксирующее рабочий объем сосуда, работает следующим образом. На фиг.3 показано крепление электронного штангенциркуля (12) марки TESA digital-CAL RS-232. Одна «губка» штангенциркуля закреплена строго фиксировано относительно нижнего положения поршня - узла крепления подвижной губки штангенциркуля (13), т.е. при максимальном объеме сосуда PVT. Вторая «губка» закреплена на ползуне - узле крепления неподвижной губки штангенциркуля (14) плунжера-винта и перемещается вместе с поршнем. Сигналы от перемещения поршня передаются на компьютер, что позволяет постоянно контролировать фактический объем сосуда PVT.

Для повышения точности измерений устройство для исследования пластовой нефти снабжено электронным устройством для измерения рабочего объема сосуда высокого давления и пьезоэлектрическим датчиком измерения давления (не показан), для контроля за процессом PVT исследования пластовой нефти и обработкой производимых измерений объема, давления и температуры все полученные замеры передаются на ПК, имеющий программу контроля и обработки данных. Проведенные исследования PVT зависимостей и полученные результаты в виде таблиц и графиков выводятся на монитор компьютера.