Стенд для исследования подъема материалов в вертикальных и наклонных трубопроводах с использованием газа
Полезная модель относится к технике для исследования движения потоков подъема газа, жидких и сыпучих материалов в нефтегазовой отрасли в вертикальных и наклонных трубопроводах и отдельных устройствах. Технический результат полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей стенда за счет непрерывной циркуляции по замкнутому циклу помимо жидкости и газа сыпучих материалов без образования пробок из них. Технический результат достигается за счет того, что стенд, включающий лифтовую экспериментальную колонну, устройство ввода в колонну газа, узел подачи и регулирования расхода газа, устройство отвода из колонны смеси, сепаратор, измерительную аппаратуру, дополнительно содержит сужающее устройство и узел подачи и регулирования сыпучих материалов. В нижней части устройства ввода в колонну газа предусмотрены патрубок и разъемное соединение для удаления из стенда сыпучих материалов. В верхней части устройства ввода в колонну газа установлено расположенное с ней на одной оси сужающее устройство, предназначенное для ввода сыпучих материалов через наклонное боковое отверстие.
Полезная модель относится к технике для исследования движения потоков подъема газа, жидкости и сыпучих материалов по вертикальным или наклонным колоннам труб, например, процессов добычи газа в нефтегазовой отрасли, связанной с изучением процессов движения потоков в вертикальных, наклонных трубопроводах, скважинах и отдельных устройствах.
Из уровня техники известен стенд для исследования условий подъема жидкости с использованием газа из скважин газовых, конденсатных и нефтяных месторождений (RU 48580, U1, опубл. 27.10.2005). Известный стенд предназначен для изучения условий подъема газа и жидкости по лифтовым колоннам труб. Стенд включает одну или нескольких колонн труб различного диаметра, узел подачи и регулирования расхода жидкости, средство подачи и регулирования расхода газа, в состав которого входит компрессор, устройство ввода в колонну и отвода из колонны газожидкостной смеси, сепаратор, имеющий выходы для жидкости и газа, средство отвода жидкости и газа из установки. Трубопровод снабжен патрубком избыточного давления газа и патрубком сброса газа. Известный стенд не предназначен для непрерывной циркуляции сыпучих материалов по замкнутому циклу, и при работе с сыпучими материалами создаются условия для их скопления (образование пробок).
Технический результат предлагаемого стенда заключается в расширении функциональных возможностей за счет непрерывной циркуляции по замкнутому циклу помимо жидкости и газа сыпучих материалов без образования пробок из сыпучих материалов.
Технический результат предлагаемой полезной модели достигается за счет того, что стенд для исследования подъема материалов в вертикальных и наклонных трубопроводах с использованием газа, включает, по крайней мере, одну лифтовую экспериментальную колонну, устройство ввода в колонну газа, измерительную аппаратуру, узел подачи и регулирования расхода газа, содержащий компрессор, устройство отвода из колонны смеси, сепаратор. Вход сепаратора связан с устройством отвода из колонны смеси. Выход смеси сепаратора соединен посредством трубопровода подачи смеси с устройством ввода в колонну газа. Выход для газа сепаратора посредством трубопровода подачи газа соединен с узлом подачи и регулирования расхода газа, которое снабжено, по крайней мере, одним патрубком избыточного давления газа и одним патрубком сброса газа. Место входа для подачи газа в устройстве ввода в колонну газа расположено ниже места входа для подачи смеси. Стенд дополнительно содержит сужающее устройство и узел подачи и регулирования сыпучих материалов, в состав которого входят воронка, связанная с бункером, и запорная арматура, вход газа устройства ввода в колонну газа связан с выходом узла подачи и регулирования расхода газа и с входом бункера. Выход бункера через запорную арматуру связан с выходом узла подачи и регулирования сыпучих материалов. В нижней части устройства ввода в колонну газа предусмотрены патрубок и разъемное соединение, предназначенные для удаления из стенда сыпучих материалов. В верхней части устройства ввода в колонну газа установлено расположенное с ней на одной оси сужающее устройство, предназначенное для ввода сыпучих материалов в лифтовую экспериментальную колонну через наклонное боковое отверстие и трубопровод подачи сыпучих материалов от узла подачи и регулирования сыпучих материалов.
В верхней части лифтовой экспериментальной колонны установлено устройство определения расхода газа.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен стенд для исследования подъема материалов в вертикальных и наклонных трубопроводах с использованием газа, на фиг.2 показано сужающее устройство.
В состав предлагаемого стенда для исследования подъема материалов в вертикальных и наклонных трубопроводах с использованием газа (фиг.1) входят:
- лифтовая экспериментальная колонна (1), устанавливаемая в вертикальном или наклонном положении;
- в нижней и верхней частях лифтовой колонны установлены соответственно устройство ввода в колонну газа (2) и устройство отвода из колонны (3) смеси, (верхняя часть колонны может быть напрямую совмещена с сепаратором, в таком случае устройство (3) может отсутствовать);
- устройство (4) определения расхода газа;
- сужающее устройство (5), предназначенное для ввода в колонну сыпучих материалов и расположенное на одной оси с лифтовой экспериментальной колонной; в корпусе сужающего устройства (фиг.2) имеется диффузор (6), конфузор (7), цилиндрический канал (8) и наклонное боковое отверстие (9);
- сепаратор (10);
- узел подачи и регулирования расхода газа (11), состоящий из компрессора (12) и запорно-регулирующей арматуры;
- узел подачи и регулирования сыпучих материалов (13), например, может состоять из бункера (14), воронки (15) и запорной арматуры (16);
- трубопровод подачи газа (17) и трубопровод подачи смеси (18);
- патрубок (19) с запорной арматурой предназначен для удаления сыпучих материалов;
- разъемное соединение для чистки и удаления сыпучих материалов (20);
- измерительная аппаратура (расходомеры газа и сыпучих материалов, преобразователи разности давлений, датчики давлений, датчики температуры и на чертежах не показаны).
В качестве сужающего устройства в стенде может быть использована, например, труба Вентури;
При работе стенда газ, поступающий из устройства ввода (2) в экспериментальную лифтовую колонну (1) попадает в сужающее устройство (5), где происходит увеличение скорости в конфузоре (7), а затем ее уменьшение в диффузоре (6). За счет увеличения скорости газа в цилиндрическом канале (8) образуется область низкого давления.
Поэтому значение давления в сепараторе (10) и в устройстве ввода в колонну газа (2) превышает величину давления в цилиндрическом канале (8). За счет этого обеспечивается подхватывание сыпучих материалов, поступающих в сужающее устройство и создание условий, предотвращающих осаждение песка в устройство ввода в колонну газа (2), а также создание проталкивающего действия воздухом сыпучих материалов из сепаратора (10) по трубопроводу (18) в сужающее устройство (5).
Стенд подключают к источнику газа высокого давления патрубком подачи избыточного давления газа. Затем открывают запорно-регулирующую арматуру и заполняют все устройства стенда газом до заданного давления. Величину давления контролируют показаниями приборов измерения давления на входе или на выходе из лифтовой экспериментальной колонны (1), установленных в нижней и верхней ее частях или на другом ее участке. После того, как давление газа в стенде достигнет заданного значения, включают в работу компрессор (12). При этом газ из сепаратора (10) всасывается в компрессор (12), затем подается через измерительное устройство (на фиг.1 не показано), позволяющее определить расход газа, и устройство ввода в колонну газа (2) в нижнюю часть лифтовой экспериментальной колонны (1). Газ, поступивший в лифтовую экспериментальную колонну (1), поднимается по ней вверх и через устройство (3) отвода из колонны смеси по трубопроводу поступает в сепаратор (10), а затем в компрессор (12). Газ, заполняющий стенд, начинает циркулировать по стенду в замкнутом цикле. Сыпучие материалы подают из узла подачи и регулирования сыпучих материалов (13) сначала в трубопровод (18), а затем через отверстие (9) в сужающее устройство (5), в котором сыпучие материалы подхватываются газом и смесь под действием напора газа поднимается по лифтовой экспериментальной колонне (1). Достигнув верхней части лифтовой экспериментальной колонны (1), смесь через устройство (3) отвода из колонны смеси по трубопроводу поступает в сепаратор (10).
В сепараторе сыпучие материалы отделяются от газа и по трубопроводу (18) продавливаются частью газа в сужающее устройство (5), а газ по трубопроводу (17) в компрессор (12).
После окончания эксперимента сыпучие материалы удаляются из стенда через патрубок (19) или разъемное соединение (20), находящиеся в нижней части лифтовой колонны.
Во время проведения конкретного эксперимента измеряют давления в заданных участках лифтовой экспериментальной колоны (1) манометрами или дифференциальными манометрами. Выполнив требуемые измерения, меняют технологические параметры режима работы стенда: давление, расходы газа - с помощью компрессора (12), и сыпучих материалов - с помощью узла подачи и регулирования сыпучих материалов (13) или прекращают работу стенда, удалив сыпучие материалы из колонны.
1. Стенд для исследования подъема материалов в вертикальных и наклонных трубопроводах с использованием газа, включающий, по крайней мере, одну лифтовую экспериментальную колонну, устройство ввода в колонну газа, узел подачи и регулирования расхода газа, содержащий компрессор, устройство отвода из колонны смеси, сепаратор, вход которого связан с устройством отвода из колонны смеси, измерительную аппаратуру, причем выход смеси сепаратора соединен посредством трубопровода подачи смеси с устройством ввода в колонну газа, выход для газа сепаратора посредством трубопровода подачи газа соединен с узлом подачи и регулирования расхода газа, которое снабжено, по крайней мере, одним патрубком избыточного давления газа и одним патрубком сброса газа, место входа для подачи газа в устройстве ввода в колонну газа расположено ниже места входа для подачи смеси, отличающийся тем, что стенд дополнительно содержит сужающее устройство и узел подачи и регулирования сыпучих материалов, в состав которого входят воронка, связанная с бункером, и запорная арматура, вход газа устройства ввода в колонну газа связан с выходом узла подачи и регулирования расхода газа и с входом бункера, выход которого через запорную арматуру связан с выходом узла подачи и регулирования сыпучих материалов, причем в нижней части устройства ввода в колонну газа предусмотрены патрубок и разъемное соединение, предназначенные для удаления из стенда сыпучих материалов, а в верхней части устройства ввода в колонну газа установлено расположенное с ней на одной оси сужающее устройство, предназначенное для ввода сыпучих материалов в лифтовую экспериментальную колонну через наклонное боковое отверстие и трубопровод подачи сыпучих материалов от узла подачи и регулирования сыпучих материалов.
2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что устройство определения расхода газа установлено в верхней части лифтовой экспериментальной колонны.
